Pin là thành phần cốt lõi của xe điện và hiệu suất của nó quyết định các chỉ số kỹ thuật như tuổi thọ pin, mức tiêu thụ năng lượng và tuổi thọ sử dụng của xe điện. Khay đựng pin trong module pin là thành phần chính thực hiện các chức năng mang vác, bảo vệ và làm mát. Bộ ắc quy mô-đun được bố trí trong khay ắc quy, cố định trên khung xe ô tô thông qua khay ắc quy, như hình 1. Do được lắp ở phía dưới thân xe và môi trường làm việc khắc nghiệt nên khay ắc quy cần có chức năng chống đá va đập, đâm thủng để tránh hư hỏng module pin. Khay ắc quy là bộ phận kết cấu an toàn quan trọng của xe điện. Sau đây giới thiệu quy trình tạo hình và thiết kế khuôn của khay ắc quy hợp kim nhôm cho xe điện.
Hình 1 (Khay đựng pin hợp kim nhôm)
1 Phân tích quy trình và thiết kế khuôn
1.1 Phân tích đúc
Khay pin hợp kim nhôm dành cho xe điện được thể hiện trên Hình 2. Kích thước tổng thể là 1106mm×1029mm×136mm, độ dày thành cơ bản là 4mm, chất lượng đúc khoảng 15,5kg và chất lượng đúc sau khi gia công khoảng 12,5kg. Vật liệu là A356-T6, Độ bền kéo ≥ 290MPa, cường độ năng suất ≥ 225MPa, độ giãn dài ≥ 6%, độ cứng Brinell ≥ 75 ~ 90HBS, cần đáp ứng độ kín khí và yêu cầu IP67 & IP69K.
Hình 2 (Khay đựng pin hợp kim nhôm)
1.2 Phân tích quy trình
Đúc khuôn áp suất thấp là phương pháp đúc đặc biệt giữa đúc áp suất và đúc trọng lực. Nó không chỉ có ưu điểm là sử dụng khuôn kim loại cho cả hai mà còn có đặc tính làm đầy ổn định. Đúc khuôn áp suất thấp có ưu điểm là làm đầy tốc độ thấp từ dưới lên trên, dễ kiểm soát tốc độ, tác động nhỏ và bắn tung tóe của nhôm lỏng, ít xỉ oxit, mật độ mô cao và tính chất cơ học cao. Trong quá trình đúc khuôn áp suất thấp, nhôm lỏng được làm đầy trơn tru, vật đúc đông đặc và kết tinh dưới áp suất, có thể thu được vật đúc có cấu trúc dày đặc cao, tính chất cơ học cao và hình thức đẹp, thích hợp để tạo thành các vật đúc có thành mỏng lớn .
Theo các đặc tính cơ học mà vật đúc yêu cầu, vật liệu đúc là A356, có thể đáp ứng nhu cầu của khách hàng sau khi xử lý T6, nhưng độ chảy lỏng của vật liệu này thường đòi hỏi phải kiểm soát nhiệt độ khuôn hợp lý để tạo ra vật đúc lớn và mỏng.
1.3 Hệ thống rót
Do đặc điểm của vật đúc lớn và mỏng nên cần thiết kế nhiều cổng. Đồng thời, để đảm bảo nhôm lỏng được đổ đầy trơn tru, các kênh rót được thêm vào cửa sổ, các kênh này cần được loại bỏ bằng quá trình xử lý sau. Hai sơ đồ quy trình của hệ thống rót đã được thiết kế ở giai đoạn đầu và mỗi sơ đồ đều được so sánh. Như trên Hình 3, sơ đồ 1 bố trí 9 cổng và bổ sung thêm kênh cấp liệu ở cửa sổ; Sơ đồ 2 bố trí 6 cửa đổ từ phía bên của vật đúc cần tạo hình. Phân tích mô phỏng CAE được hiển thị trong Hình 4 và Hình 5. Sử dụng kết quả mô phỏng để tối ưu hóa cấu trúc khuôn, cố gắng tránh tác động bất lợi của thiết kế khuôn đến chất lượng vật đúc, giảm xác suất lỗi đúc và rút ngắn chu kỳ phát triển của vật đúc.
Hình 3 (So sánh hai sơ đồ quy trình cho áp suất thấp
Hình 4 (So sánh trường nhiệt độ trong quá trình đổ đầy)
Hình 5 (So sánh khuyết tật độ xốp co ngót sau quá trình đông đặc)
Kết quả mô phỏng của hai sơ đồ trên cho thấy nhôm lỏng trong khoang di chuyển lên trên gần như song song, phù hợp với lý thuyết đổ đầy song song toàn bộ nhôm lỏng và các bộ phận xốp co ngót mô phỏng của vật đúc là giải quyết bằng cách tăng cường làm mát và các phương pháp khác.
Ưu điểm của hai phương án: Đánh giá từ nhiệt độ của nhôm lỏng trong quá trình đổ đầy mô phỏng, nhiệt độ của đầu xa của vật đúc được hình thành theo sơ đồ 1 có độ đồng đều cao hơn so với sơ đồ 2, có lợi cho việc lấp đầy khoang . Vật đúc được tạo thành theo sơ đồ 2 không có cặn cổng như sơ đồ 1. Độ xốp co ngót tốt hơn so với sơ đồ 1.
Nhược điểm của 2 phương án: Do cổng được bố trí trên vật đúc được tạo hình ở sơ đồ 1 nên sẽ tồn tại dư lượng cổng trên vật đúc, tăng khoảng 0,7ka so với vật đúc ban đầu. từ nhiệt độ của nhôm lỏng trong mô phỏng đổ đầy sơ đồ 2, nhiệt độ của nhôm lỏng ở đầu xa đã thấp và mô phỏng ở trạng thái lý tưởng của nhiệt độ khuôn, do đó khả năng dòng chảy của nhôm lỏng có thể không đủ trong trạng thái thực tế, và sẽ có vấn đề khó khăn trong việc đúc khuôn.
Kết hợp với việc phân tích các yếu tố khác nhau, phương án 2 được chọn làm hệ thống rót. Do những thiếu sót của sơ đồ 2, hệ thống rót và hệ thống gia nhiệt được tối ưu hóa trong thiết kế khuôn. Như được hiển thị trong Hình 6, ống nâng tràn được thêm vào, điều này có lợi cho việc đổ đầy nhôm lỏng và giảm hoặc tránh xảy ra các khuyết tật trong vật đúc.
Hình 6 (Hệ thống rót được tối ưu hóa)
1.4 Hệ thống làm mát
Các bộ phận và khu vực chịu ứng suất có yêu cầu tính năng cơ học cao của vật đúc cần được làm mát hoặc cấp liệu đúng cách để tránh hiện tượng xốp co ngót hoặc nứt do nhiệt. Độ dày thành cơ bản của vật đúc là 4mm và quá trình hóa rắn sẽ bị ảnh hưởng bởi sự tản nhiệt của chính khuôn. Đối với các bộ phận quan trọng của nó, một hệ thống làm mát được thiết lập, như trong Hình 7. Sau khi đổ đầy xong, cho nước đi làm mát và thời gian làm mát cụ thể cần được điều chỉnh tại vị trí đổ để đảm bảo trình tự đông đặc được hoàn thành. được hình thành từ đầu cổng đến đầu cổng, cổng và ống nâng được cố định ở cuối để đạt được hiệu ứng cấp liệu. Phần có độ dày thành dày hơn áp dụng phương pháp thêm nước làm mát vào phần chèn. Phương pháp này có tác dụng tốt hơn trong quá trình đúc thực tế và có thể tránh được độ xốp co ngót.
Hình 7 (Hệ thống làm mát)
1.5 Hệ thống xả
Do khoang của kim loại đúc áp suất thấp được đóng kín nên không có khả năng thấm khí tốt như khuôn cát, cũng như không thoát ra qua các ống nâng trong đúc trọng lực thông thường, khí thải của khoang đúc áp suất thấp sẽ ảnh hưởng đến quá trình làm đầy chất lỏng nhôm và chất lượng vật đúc. Khuôn đúc áp suất thấp có thể được xả hết qua các khe hở, rãnh xả và nút xả ở bề mặt chia tay, thanh đẩy, v.v.
Thiết kế kích thước ống xả trong hệ thống ống xả phải thuận lợi cho việc xả khí mà không bị tràn, hệ thống ống xả hợp lý có thể ngăn vật đúc khỏi các khuyết tật như đổ đầy không đủ, bề mặt lỏng lẻo và độ bền thấp. Khu vực nạp cuối cùng của nhôm lỏng trong quá trình đổ, chẳng hạn như phần còn lại bên cạnh và phần nâng của khuôn trên, cần được trang bị khí thải. Do nhôm lỏng dễ dàng chảy vào khe hở của nút xả trong quá trình đúc khuôn áp suất thấp thực tế, dẫn đến tình trạng nút khí bị rút ra khi mở khuôn, ba phương pháp được áp dụng sau một số nỗ lực và cải tiến: Phương pháp 1 sử dụng nút khí thiêu kết luyện kim bột, như trong Hình 8(a), nhược điểm là chi phí sản xuất cao; Phương pháp 2 sử dụng nút xả dạng đường may có khe hở 0,1 mm như hình 8(b), nhược điểm là đường may khí thải dễ bị tắc sau khi phun sơn; Phương pháp 3 sử dụng nút xả cắt dây, khe hở là 0,15 ~ 0,2 mm, như trong Hình 8(c). Nhược điểm là hiệu quả xử lý thấp và chi phí sản xuất cao. Các nút xả khác nhau cần được lựa chọn theo diện tích thực tế của vật đúc. Thông thường, các nút thông hơi thiêu kết và cắt dây được sử dụng cho khoang đúc và loại đường may được sử dụng cho đầu lõi cát.
Hình 8 (3 loại nút xả phù hợp cho khuôn đúc áp suất thấp)
1.6 Hệ thống sưởi ấm
Vật đúc có kích thước lớn và độ dày thành mỏng. Trong phân tích dòng chảy của khuôn, tốc độ dòng chảy của nhôm lỏng ở cuối quá trình đổ đầy là không đủ. Nguyên nhân là do nhôm lỏng chảy quá lâu, nhiệt độ giảm xuống, nhôm lỏng đông cứng trước và mất khả năng chảy, xảy ra hiện tượng đóng nguội hoặc rót không đủ, độ nâng của khuôn trên sẽ không thể đạt được tác dụng cho ăn. Dựa trên những vấn đề này, mà không làm thay đổi độ dày thành và hình dạng của vật đúc, hãy tăng nhiệt độ của nhôm lỏng và nhiệt độ khuôn, cải thiện tính lưu động của nhôm lỏng và giải quyết vấn đề đóng nguội hoặc đổ không đủ. Tuy nhiên, nhiệt độ nhôm lỏng và nhiệt độ khuôn quá cao sẽ tạo ra các mối nối nhiệt mới hoặc độ xốp co ngót, dẫn đến các lỗ kim phẳng quá mức sau quá trình đúc. Vì vậy, cần phải chọn nhiệt độ nhôm lỏng thích hợp và nhiệt độ khuôn thích hợp. Theo kinh nghiệm, nhiệt độ của nhôm lỏng được kiểm soát ở khoảng 720oC và nhiệt độ khuôn được kiểm soát ở mức 320 ~ 350oC.
Do khối lượng lớn, độ dày thành mỏng và chiều cao thấp của vật đúc, một hệ thống gia nhiệt được lắp đặt ở phần trên của khuôn. Như thể hiện trong Hình 9, hướng ngọn lửa hướng vào đáy và mặt bên của khuôn để làm nóng mặt phẳng đáy và mặt bên của vật đúc. Theo tình hình đổ tại chỗ, điều chỉnh thời gian gia nhiệt và ngọn lửa, kiểm soát nhiệt độ của phần khuôn trên ở 320 ~ 350oC, đảm bảo tính lưu động của nhôm lỏng trong phạm vi hợp lý và làm cho nhôm lỏng lấp đầy khoang và người đứng dậy. Trong sử dụng thực tế, hệ thống sưởi ấm có thể đảm bảo hiệu quả tính lưu động của nhôm lỏng.
Hình 9 (Hệ thống sưởi)
2. Cấu trúc khuôn và nguyên lý làm việc
Theo quy trình đúc khuôn áp suất thấp, kết hợp với các đặc tính của vật đúc và kết cấu của thiết bị, để đảm bảo vật đúc hình thành vẫn ở khuôn trên, các cấu trúc kéo lõi trước, sau, trái và phải đều được được thiết kế ở khuôn trên. Sau khi vật đúc được hình thành và đông đặc, khuôn trên và khuôn dưới trước tiên được mở ra, sau đó kéo lõi theo 4 hướng, cuối cùng tấm trên cùng của khuôn trên sẽ đẩy vật đúc đã tạo hình ra. Cấu trúc khuôn được thể hiện trên Hình 10.
Hình 10 (Cấu trúc khuôn)
Được chỉnh sửa bởi May Jiang từ MAT Aluminium
Thời gian đăng: May-11-2023
