バッテリーは電気自動車の中核コンポーネントであり、その性能によって電気自動車のバッテリー寿命、エネルギー消費量、耐用年数などの技術指標が決まります。バッテリーモジュールのバッテリートレイは、持ち運び、保護、冷却の機能を実行する主要なコンポーネントです。モジュール式バッテリーパックは、図 1 に示すようにバッテリートレイに配置され、バッテリートレイを介して自動車のシャーシに固定されます。車体の底部に設置され、作業環境が厳しいため、バッテリートレイはバッテリーモジュールの損傷を防ぐために、石の衝突や突き刺しを防止する機能が必要です。バッテリートレイは電気自動車の重要な安全構造部品です。電気自動車用アルミニウム合金バッテリートレイの成形工程と金型設計を紹介します。
図 1 (アルミニウム合金バッテリートレイ)
1 工程解析と金型設計
1.1 鋳造解析
電気自動車用アルミニウム合金バッテリートレイを図2に示します。全体寸法は1106mm×1029mm×136mm、基本肉厚は4mm、鋳造品質は約15.5kg、加工後の鋳造品質は約12.5kgです。材質はA356-T6、引張強さ≧290MPa、降伏強さ≧225MPa、伸び≧6%、ブリネル硬度≧75~90HBS、気密性とIP67&IP69Kの要件を満たす必要があります。
図 2 (アルミニウム合金バッテリートレイ)
1.2 プロセス分析
低圧ダイカストは、圧力鋳造と重力鋳造の中間の特殊な鋳造方法です。どちらも金型を使用するメリットだけでなく、安定した充填ができるという特徴があります。低圧ダイカストには、下から上への低速充填、速度制御の容易さ、液体アルミニウムの衝撃と飛散が小さい、酸化スラグが少ない、組織密度が高く、機械的特性が高いという利点があります。低圧ダイカストでは、液体アルミニウムがスムーズに充填され、加圧下で鋳物が凝固、結晶化し、高密度構造、高い機械的特性、美しい外観を備えた鋳物が得られ、大型の薄肉鋳物の成形に適しています。 。
鋳物に要求される機械的特性に応じて、鋳造材料はT6処理後の顧客のニーズを満たすことができるA356ですが、この材料の注入流動性により、通常、大型で薄い鋳物を製造するには金型温度の合理的な制御が必要です。
1.3 注湯システム
大型で薄い鋳物の特性を考慮すると、複数のゲートを設計する必要があります。同時に、液体アルミニウムのスムーズな充填を確保するために、窓に充填チャネルが追加されますが、これは後処理で除去する必要があります。注湯システムの2つのプロセススキームを初期段階で設計し、それぞれのスキームを比較しました。図 3 に示すように、スキーム 1 では 9 つのゲートを配置し、ウィンドウに給電チャネルを追加します。スキーム 2 では、形成される鋳物の側面から注ぐ 6 つのゲートを配置します。CAE シミュレーション解析を図 4 および図 5 に示します。シミュレーション結果を使用して金型構造を最適化し、金型設計が鋳物の品質に与える悪影響を回避し、鋳造欠陥の可能性を減らし、開発サイクルを短縮します。鋳物の。
図 3 (低圧の 2 つのプロセススキームの比較)
図4（充填時の温度場の比較）
図5（凝固後の収縮気孔欠陥の比較）
上記 2 つのスキームのシミュレーション結果は、キャビティ内の液体アルミニウムがほぼ平行に上方に移動することを示しています。これは、全体として液体アルミニウムの平行充填の理論と一致しており、鋳造品の収縮気孔部分のシミュレーションは次のとおりです。冷却強化などで解決。
2 つのスキームの利点: 模擬充填中の液体アルミニウムの温度から判断すると、スキーム 1 で形成された鋳物の遠位端の温度はスキーム 2 よりも均一であり、キャビティの充填に役立ちます。 。スキーム 2 で形成された鋳物には、スキーム 1 のようなゲート残留物がありません。収縮気孔率はスキーム 1 より優れています。
2 つの方式の欠点： 方式 1 では成形する鋳物にゲートを配置するため、鋳物にゲート残りが発生し、元の鋳物に比べて約 0.7ka 増加します。スキーム 2 の模擬充填における液体アルミニウムの温度から、先端の液体アルミニウムの温度はすでに低く、金型温度の理想的な状態でのシミュレーションであるため、液体アルミニウムの流量が十分ではない可能性があります。現状では鋳造成型が難しいという問題があります。
さまざまな要因の分析と組み合わせて、スキーム 2 が注湯システムとして選択されました。スキーム 2 の欠点を考慮して、注湯システムと加熱システムは金型設計で最適化されています。図 6 に示すように、オーバーフロー ライザーが追加されています。これは液体アルミニウムの充填に有益であり、成形された鋳物における欠陥の発生を軽減または回避します。
図 6 (最適化された注入システム)
1.4 冷却システム
応力がかかる部品や鋳物の高い機械的性能要件が必要な領域は、収縮気孔や熱亀裂を避けるために、適切に冷却または供給する必要があります。鋳物の基本肉厚は4mmであり、凝固は金型自体の放熱に影響されます。重要な部品については、図7に示すような冷却システムが設置されています。充填完了後、水を流して冷却します。具体的な冷却時間は、凝固順序を確保するために注入現場で調整する必要があります。ゲート端からゲート端まで形成され、最後にゲートとライザーが固化してフィード効果が得られます。肉厚の厚い部分はインサートに水冷を加える方式を採用しています。この方法は実際の鋳造プロセスでより良い効果があり、収縮気孔を回避できます。
図 7 (冷却システム)
1.5 排気システム
低圧ダイカスト金属のキャビティは密閉されているため、砂型のように通気性が良くなく、一般的な重力鋳造ではライザーを介して排気されないため、低圧鋳造キャビティの排気は液体の充填プロセスに影響を与えます。アルミニウムと鋳物の品質。低圧ダイカスト金型はパーティング面の隙間、排気溝、排気プラグ、プッシュロッド等から排気可能です。
排気システムの排気サイズ設計は、オーバーフローすることなく排気できるように設計する必要があります。合理的な排気システムにより、鋳造品の充填不足、表面の緩み、強度の低さなどの欠陥を防ぐことができます。注湯工程における液体アルミニウムの最終充填エリア（上型のサイドレストやライザーなど）には、排気ガスを設置する必要があります。低圧ダイカストの実際の工程では、液状アルミニウムが排気プラグの隙間に流入しやすく、金型開放時にエアプラグが抜けてしまう事態が発生するため、以下の3つの方法を採用しています。いくつかの試みと改良: 図 8(a) に示すように、方法 1 は粉末冶金焼結エアプラグを使用しますが、製造コストが高いという欠点があります。方法 2 では、図 8(b) に示すように、ギャップ 0.1 mm のシーム型排気プラグを使用しますが、塗料をスプレーした後に排気シームが詰まりやすいという欠点があります。方法 3 は、図 8(c) に示すように、ワイヤーカット排気プラグを使用し、ギャップは 0.15 ～ 0.2 mm です。欠点は、処理効率が低く、製造コストが高いことです。鋳物の実際の面積に応じて、さまざまな排気プラグを選択する必要があります。一般に、鋳物のキャビティには焼結およびワイヤーカットのベントプラグが使用され、砂中子ヘッドにはシームタイプが使用されます。
図8（低圧ダイカストに適した排気プラグ3種類）
1.6 加熱システム
鋳物はサイズが大きく、肉厚が薄い。モールドフロー解析において、充填終了時の液体アルミニウムの流量が不十分です。その理由は、液体アルミニウムが流れるのに時間がかかりすぎ、温度が低下し、液体アルミニウムが事前に凝固して流動性を失い、コールドシャットまたは注入不足が発生し、上型のライザーが目標を達成できなくなるためです。餌付けの効果。これらの課題を踏まえ、鋳物の肉厚や形状を変えることなく、液状アルミニウムの温度と金型温度を高め、液状アルミニウムの流動性を向上させ、コールドシャットや注湯不足の問題を解決する。ただし、液体アルミニウムの温度と金型温度が過剰になると、新たな熱接点や収縮気孔が発生し、鋳造加工後に過剰な平面ピンホールが発生します。したがって、適切な液体アルミニウム温度と金型温度を選択する必要があります。経験上、液体アルミニウムの温度は約720℃、金型温度は320～350℃に制御されます。
鋳物の体積が大きく、肉厚が薄く、高さが低いため、金型の上部に加熱システムが設置されています。図9に示すように、火炎の方向は鋳型の底面と側面に向けられ、鋳物の底面と側面が加熱されます。現場の注湯状況に応じて、加熱時間と火炎を調整し、上型温度を320〜350℃に制御し、液体アルミニウムの流動性を妥当な範囲内に確保し、液体アルミニウムをキャビティ内に充填します。そしてライザー。実際の使用では、加熱システムは液体アルミニウムの流動性を効果的に確保できます。
図9（加熱システム）
2. 金型の構造と動作原理
低圧ダイカスト法では、鋳物の特性と設備の構造を組み合わせて、形成された鋳物を上型に確実に保持するために、前後左右の中子抜き構造を採用しています。上金型にデザインされています。鋳物が成形され固まった後、まず上下の型が開き、中子を4方向に引っ張り、最後に上型の天板で成形された鋳物を押し出します。金型構造を図 10 に示します。
図10（モールド構造）
MAT Aluminium の May Jiang が編集
投稿日時: 2023 年 5 月 11 日
