Với nhận thức ngày càng tăng 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 và chất lượng bề mặt, kích thước và tính chất cơ học của chúng ngày càng cao. Lấy một chiếc EV có trọng lượng xe là 1,6 tấn làm ví dụ, vật liệu hợp kim nhôm là 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 các cấu hình nhôm và trở thành nút thắt trong quá trình phát triển ứng dụng của chúng.
Đối với các thanh đùn, thiết kế và chế tạo khuôn đùn là vô cùng quan trọng, do đó việc nghiên cứu và phát triển khuôn cho thanh nhôm EV là bắt buộc. Đề xuất các giải pháp khuôn khoa học và hợp lý có thể cải thiện hơn nữa tỷ lệ đủ tiêu chuẩn và năng suất đùn của thanh nhôm EV để 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 thành phần 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 của các bộ phận không được phép có khuyết tật như vết nứt và nếp nhăn. Các bộ phận không được phép bị ô nhiễm sau khi 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 kết cấu 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 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 là 20° ở một bên 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 theo góc vuông và nhôm nóng chảy vẫn ở góc, dễ tạo ra vùng chết với xỉ nhôm. Sau khi sản xuất, xác minh bằng quá trình oxy hóa rằng bề mặt cực kỳ dễ bị các vấn đề về hạt thô.
Những 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 mẫu 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 thêm, tức là thêm 5mm vào độ sâu ban đầu là 15mm;
c. Chiều rộng của lưỡi rỗng dưới lưỡi được mở rộng thêm 2mm dựa trên 14mm ban đầu. Hình ảnh thực tế sau khi tối ưu hóa được hiển thị trong Hình 3.
Kết quả kiểm tra cho thấy sau ba cải tiến sơ bộ trên, các khuyết tật hạt thô vẫn tồn tại trong các cấu hình sau khi xử lý oxy hóa và chưa được giải quyết hợp lý. Điều này cho thấy kế hoạch 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 trong Hình 4. Theo “nguyên lý lưu động kim loại” và “luật ít cản trở nhất”, khuôn phụ tùng ô tô cải tiến áp dụng phương án thiết kế “lỗ hở sau”. Vị trí gờ đóng vai trò tác động trực tiếp và giảm lực cản ma sát; bề mặt cấp liệu được thiết kế theo “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 hết mức có thể để ngăn ngừa vấn đề hạt thô ở đáy cầu và chiều rộng của dao rỗng dưới lưỡi của 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, không để lại rào cản dòng chảy và lỗ tạo hình được đục trực tiếp nhất có thể; đai làm việc giữa hai đầu tại gân giữa bên trong càng ngắn càng tốt, thường lấy giá trị bằng 1,5 đến 2 lần độ dày thành; rãnh thoát nước có sự chuyển tiếp trơn tru để đáp ứng yêu cầu đủ nước nhôm kim loại chảy vào khoang, thể hiện trạng thái nóng chảy hoàn toàn và không để lại vùng chết ở bất kỳ nơi nào (dao rỗng phía sau khuôn trên không vượt quá 2 đến 2,5mm). So sánh cấu trúc khuôn đùn trước và sau khi cải tiến được thể hiện trong Hình 5.
(3) Chú ý cải thiện chi tiết gia công. Vị trí cầu được đánh bóng và kết nối trơn tru, đai làm việc khuôn trên và dưới phẳng, giảm khả năng chống biến dạng và cải thiện dòng chảy kim loại để giảm biến dạng không đều. Nó có thể ngăn chặn hiệu quả các vấn đề như hạt thô và hàn, do đó đảm bảo vị trí xả gân và tốc độ của gốc cầu được đồng bộ với các bộ phận khác và ngăn chặn hợp lý và khoa học các vấn đề bề mặt như hàn hạt thô trên bề mặt của thanh nhôm. So sánh trước và sau khi cải thiện thoát nước khuôn được thể hiện trong Hình 6.
3 Quá trình đùn
Đối với hợp kim nhôm 6063-T6 cho EV, tỷ lệ đùn của khuôn chia được tính là 20-80 và tỷ lệ đùn của vật liệu nhôm này trong máy 1800t 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 đồng đều, 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 quá 3 phút, nếu không phải tháo khuôn.
(3) Không được 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 khuôn và thử nghiệm cải tiến khuôn, phương án sửa chữa khuôn 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, phần chuyển tiếp của rãnh thoát nước phải nhẵn, càng to 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 dòng chảy, hoặc không có khối dòng chảy và rút ngắn đai làm việc của khuôn dưới.
(2) Dựa trên việc cải tiến và sửa đổi khuôn mẫu tiếp theo của khuôn mẫu trên, các sửa đổi khuôn mẫu sau đây được thực hiện:
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 các 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 ban đầu, một vấn đề lớn liên quan đến hạt thô trên bề mặt và hàn các thanh nhôm cho EV đã được giải quyết hoàn toàn.
(1) Liên kết yếu của khuôn gốc, đường vị trí gân giữa, đã được tối ưu hóa hợp lý. Bằng cách loại bỏ vùng chết của hai đầu, làm phẳng khối dòng chảy, giảm chênh lệch chiều cao giữa đầu 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
