Với nhận thức ngày càng cao về bảo vệ môi trường, sự phát triển và ủng hộ năng lượng mới trên toàn thế giới đã khiến việc thúc đẩy và ứng dụng xe năng lượng trở nên cấp thiết. Đồng thời, các yêu cầu về phát triển vật liệu ô tô nhẹ, ứng dụng an toàn hợp kim nhôm, cũng như chất lượng bề mặt, kích thước và tính chất cơ học của chúng ngày càng cao. Lấy ví dụ về một chiếc xe điện có trọng lượng 1,6 tấn, vật liệu hợp kim nhôm nặng khoảng 450kg, chiếm khoảng 30%. Các khuyết tật bề mặt xuất hiện trong quá trình sản xuất đùn, đặc biệt là vấn đề hạt thô trên bề mặt bên trong và bên ngoài, ảnh hưởng nghiêm trọng đến tiến độ sản xuất thanh nhôm định hình và trở thành nút thắt trong việc phát triển ứng dụng của chúng.
Đối với thanh nhôm định hình ép đùn, việc thiết kế và chế tạo khuôn đùn là vô cùng quan trọng, vì vậy việc nghiên cứu và phát triển khuôn cho thanh nhôm định hình EV là vô cùng cấp thiết. Việc đề xuất các giải pháp khuôn đúc khoa học và hợp lý có thể cải thiện hơn nữa tỷ lệ đạt tiêu chuẩn và năng suất đùn của thanh nhôm định hình EV, đáp ứng nhu cầu thị trường.
1 Tiêu chuẩn sản phẩm
(1) Vật liệu, xử lý bề mặt và chống ăn mòn của các bộ phận và linh kiện phải tuân thủ các quy định có liên quan của ETS-01-007 “Yêu cầu kỹ thuật đối với các bộ phận hợp kim nhôm” và ETS-01-006 “Yêu cầu kỹ thuật đối với xử lý bề mặt oxy hóa anốt”.
(2) Xử lý bề mặt: Oxy hóa anốt, bề mặt không được có hạt thô.
(3) Bề mặt chi tiết không được có khuyết tật như vết nứt, nếp nhăn. Chi tiết không được bị ô nhiễm sau quá trình oxy hóa.
(4) Các chất cấm của sản phẩm đáp ứng các yêu cầu của Q/JL J160001-2017 “Yêu cầu đối với các chất bị cấm và hạn chế trong các bộ phận và vật liệu ô tô”.
(5) Yêu cầu về hiệu suất cơ học: độ bền kéo ≥ 210 MPa, giới hạn chảy ≥ 180 MPa, độ giãn dài sau khi đứt A50 ≥ 8%.
(6) Yêu cầu về thành phần hợp kim nhôm cho xe năng lượng mới được thể hiện ở Bảng 1.
2 Tối ưu hóa và phân tích so sánh cấu trúc khuôn đùn Xảy ra tình trạng mất điện trên diện rộng
(1) Giải pháp truyền thống 1: tức là cải tiến thiết kế khuôn đùn phía trước, như thể hiện trong Hình 2. Theo ý tưởng thiết kế thông thường, như được thể hiện bằng mũi tên trong hình, vị trí gân giữa và vị trí thoát nước dưới lưỡi được xử lý, các rãnh thoát nước trên và dưới nghiêng 20° về một phía và chiều cao thoát nước H15 mm được sử dụng để cung cấp nhôm nóng chảy cho phần gân. Dao rỗng dưới lưỡi được chuyển vuông góc, và nhôm nóng chảy vẫn ở góc, dễ tạo ra các vùng chết với xỉ nhôm. Sau khi sản xuất, bằng cách oxy hóa, bề mặt cực kỳ dễ bị các vấn đề về hạt thô.
Các tối ưu hóa sơ bộ sau đây đã được thực hiện đối với quy trình sản xuất khuôn mẫu truyền thống:
a. Dựa trên khuôn này, chúng tôi đã cố gắng tăng lượng nhôm cung cấp cho xương sườn bằng cách cấp liệu.
b. Dựa trên độ sâu ban đầu, độ sâu của dao rỗng dưới lưỡi được làm sâu hơn, tức là thêm 5mm vào độ sâu ban đầu là 15mm;
c. Chiều rộng của lưỡi rỗng dưới lưỡi được mở rộng thêm 2mm so với chiều rộng ban đầu là 14mm. Hình ảnh thực tế sau khi tối ưu hóa được thể hiện ở Hình 3.
Kết quả kiểm chứng cho thấy sau ba cải tiến sơ bộ nêu trên, khuyết tật hạt thô vẫn còn tồn tại trên các thanh nhôm sau quá trình oxy hóa và chưa được xử lý triệt để. Điều này cho thấy phương án cải tiến sơ bộ vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu sản xuất vật liệu hợp kim nhôm cho xe điện.
(2) Đề xuất phương án mới 2 dựa trên tối ưu hóa sơ bộ. Thiết kế khuôn của phương án mới 2 được thể hiện ở Hình 4. Theo “nguyên lý lưu động kim loại” và “quy luật ít cản trở nhất”, khuôn chi tiết ô tô cải tiến áp dụng phương án thiết kế “lỗ hở phía sau”. Vị trí gân có vai trò tác động trực tiếp và giảm lực cản ma sát; bề mặt cấp liệu được thiết kế “hình nắp nồi” và vị trí cầu được xử lý thành loại biên độ, mục đích là giảm lực cản ma sát, cải thiện độ nóng chảy và giảm áp suất đùn; cầu được hạ thấp tối đa để ngăn ngừa vấn đề hạt thô ở đáy cầu, chiều rộng của dao rỗng dưới lưỡi đáy cầu là ≤3mm; chênh lệch bước giữa đai làm việc và đai làm việc khuôn dưới là ≤1,0mm; dao rỗng dưới lưỡi khuôn trên được chuyển tiếp trơn tru và đều đặn, không để lại rào cản dòng chảy, lỗ tạo hình được đột trực tiếp nhất có thể; Đai làm việc giữa hai đầu tại gân trong giữa được thiết kế càng ngắn càng tốt, thường lấy giá trị bằng 1,5 đến 2 lần độ dày thành khuôn; rãnh thoát nước có đường chuyển tiếp trơn tru, đáp ứng yêu cầu đủ nước kim loại nhôm chảy vào khoang khuôn, thể hiện trạng thái nóng chảy hoàn toàn, không để lại vùng chết (dao rỗng phía sau khuôn trên không vượt quá 2 đến 2,5mm). Hình 5 thể hiện sự so sánh cấu trúc khuôn đùn trước và sau khi cải tiến.
(3) Chú trọng cải thiện chi tiết gia công. Vị trí cầu được đánh bóng và kết nối trơn tru, đai làm việc trên và dưới khuôn phẳng, giảm khả năng chống biến dạng, cải thiện dòng chảy kim loại, giảm biến dạng không đều. Có thể khắc phục hiệu quả các vấn đề như hạt thô và hàn, đảm bảo vị trí xả gân và tốc độ gốc cầu đồng bộ với các bộ phận khác, đồng thời khắc phục một cách hợp lý và khoa học các vấn đề bề mặt như hàn hạt thô trên bề mặt thanh nhôm định hình. So sánh trước và sau khi cải thiện hệ thống thoát nước khuôn được thể hiện trong Hình 6.
3 Quá trình đùn
Đối với hợp kim nhôm 6063-T6 dùng cho xe điện, tỷ lệ đùn của khuôn chia được tính toán là 20-80, và tỷ lệ đùn của vật liệu nhôm này trong máy 1800 tấn là 23, đáp ứng yêu cầu hiệu suất sản xuất của máy. Quy trình đùn được thể hiện trong Bảng 2.
Bảng 2 Quy trình sản xuất đùn thanh nhôm để lắp dầm cho bộ pin EV mới
Khi đùn, hãy chú ý đến những điểm sau:
(1) Không được nung nóng khuôn trong cùng một lò, nếu không nhiệt độ khuôn sẽ không đều và dễ xảy ra hiện tượng kết tinh.
(2) Nếu xảy ra hiện tượng dừng bất thường trong quá trình đùn, thời gian dừng không được vượt quá 3 phút, nếu không phải tháo khuôn.
(3) Nghiêm cấm đưa sản phẩm trở lại lò nung rồi đùn trực tiếp sau khi tháo khuôn.
4. Các biện pháp sửa chữa nấm mốc và hiệu quả của chúng
Sau hàng chục lần sửa chữa nấm mốc và thử nghiệm cải tiến nấm mốc, kế hoạch sửa chữa nấm mốc hợp lý sau đây được đề xuất.
(1) Thực hiện hiệu chỉnh, điều chỉnh lần đầu tiên đối với khuôn mẫu ban đầu:
① Cố gắng hạ thấp cầu càng nhiều càng tốt, chiều rộng đáy cầu phải ≤3mm;
② Độ lệch bước giữa đai làm việc của đầu và đai làm việc của khuôn dưới phải ≤1,0mm;
③ Không để lại khối chặn dòng chảy;
④ Đai làm việc giữa hai đầu đực ở các gân bên trong phải càng ngắn càng tốt, và phần chuyển tiếp của rãnh thoát nước phải nhẵn, càng lớn và nhẵn càng tốt;
⑤ Đai làm việc của khuôn dưới phải càng ngắn càng tốt;
⑥ Không được để lại vùng chết ở bất kỳ vị trí nào (dao rỗng phía sau không được vượt quá 2mm);
⑦ Sửa chữa khuôn trên có hạt thô trong khoang bên trong, giảm đai làm việc của khuôn dưới và làm phẳng khối lưu lượng hoặc không có khối lưu lượng và rút ngắn đai làm việc của khuôn dưới.
(2) Dựa trên việc cải tiến và sửa đổi khuôn mẫu trên, thực hiện các sửa đổi khuôn mẫu sau:
① Loại bỏ vùng chết của hai đầu đực;
② Cạo sạch khối chặn dòng chảy;
③ Giảm chênh lệch chiều cao giữa đầu và vùng làm việc của khuôn dưới;
④ Rút ngắn vùng làm việc của khuôn dưới.
(3) Sau khi khuôn được sửa chữa và cải tiến, chất lượng bề mặt của sản phẩm hoàn thiện đạt đến trạng thái lý tưởng, bề mặt sáng bóng và không có hạt thô, giải quyết hiệu quả các vấn đề về hạt thô, mối hàn và các khuyết tật khác tồn tại trên bề mặt của thanh nhôm định hình cho xe điện.
(4) Khối lượng đùn tăng từ 5 tấn/ngày ban đầu lên 15 tấn/ngày, cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất.
5 Kết luận
Bằng cách liên tục tối ưu hóa và cải tiến khuôn mẫu ban đầu, vấn đề lớn liên quan đến hạt thô trên bề mặt và hàn các thanh nhôm cho xe điện đã được giải quyết hoàn toàn.
(1) Điểm yếu của khuôn ban đầu, đường vị trí gân giữa, đã được tối ưu hóa hợp lý. Bằng cách loại bỏ vùng chết của hai đầu khuôn, làm phẳng khối dòng chảy, giảm chênh lệch chiều cao giữa đầu khuôn và vùng làm việc của khuôn dưới, và rút ngắn vùng làm việc của khuôn dưới, các khuyết tật bề mặt của hợp kim nhôm 6063 được sử dụng trong loại ô tô này, chẳng hạn như hạt thô và mối hàn, đã được khắc phục thành công.
(2) Khối lượng đùn tăng từ 5 tấn/ngày lên 15 tấn/ngày, cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất.
(3) Trường hợp thành công về thiết kế và sản xuất khuôn đùn này mang tính đại diện và có thể tham khảo trong sản xuất các cấu hình tương tự và đáng được quảng bá.
Thời gian đăng: 16-11-2024
