ელექტრომობილის ალუმინის შენადნობის აკუმულატორის უჯრისთვის დაბალი წნევის ჩამოსხმის ყალიბის დიზაინი

აკუმულატორი ელექტრომობილის ძირითადი კომპონენტია და მისი მუშაობა განსაზღვრავს ტექნიკურ მაჩვენებლებს, როგორიცაა აკუმულატორის ხანგრძლივობა, ენერგიის მოხმარება და ელექტრომობილის მომსახურების ვადა. აკუმულატორის მოდულში არსებული აკუმულატორის უჯრა არის მთავარი კომპონენტი, რომელიც ასრულებს ტარების, დაცვისა და გაგრილების ფუნქციებს. მოდულური აკუმულატორის ბლოკი განლაგებულია აკუმულატორის უჯრაში, რომელიც დამაგრებულია ავტომობილის შასიზე აკუმულატორის უჯრის მეშვეობით, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 1-ში. რადგან ის დამონტაჟებულია ავტომობილის კორპუსის ძირში და სამუშაო გარემო მკაცრია, აკუმულატორის უჯრას უნდა ჰქონდეს ქვის დარტყმისა და გახვრეტის თავიდან აცილების ფუნქცია, რათა თავიდან იქნას აცილებული აკუმულატორის მოდულის დაზიანება. აკუმულატორის უჯრა ელექტრომობილების მნიშვნელოვანი უსაფრთხოების სტრუქტურული ნაწილია. ქვემოთ მოცემულია ელექტრომობილებისთვის განკუთვნილი ალუმინის შენადნობის აკუმულატორის უჯრების ფორმირების პროცესი და ყალიბის დიზაინი.

სურათი 1 (ალუმინის შენადნობის ბატარეის უჯრა)
1 პროცესის ანალიზი და ყალიბის დიზაინი
1.1 ჩამოსხმის ანალიზი
ელექტრომობილებისთვის განკუთვნილი ალუმინის შენადნობის აკუმულატორის უჯრა ნაჩვენებია ნახაზ 2-ში. მისი საერთო ზომებია 1106 მმ × 1029 მმ × 136 მმ, ძირითადი კედლის სისქე 4 მმ, ჩამოსხმის ხარისხი დაახლოებით 15.5 კგ, ხოლო დამუშავების შემდეგ ჩამოსხმის ხარისხი დაახლოებით 12.5 კგ. მასალაა A356-T6, დაჭიმვის სიმტკიცე ≥ 290 მპა, დენადობის ზღვარი ≥ 225 მპა, წაგრძელება ≥ 6%, ბრინელის სიმტკიცე ≥ 75~90HBS, უნდა აკმაყოფილებდეს ჰერმეტულობას და IP67 და IP69K მოთხოვნებს.

სურათი 2 (ალუმინის შენადნობის ბატარეის უჯრა)
1.2 პროცესის ანალიზი
დაბალი წნევის ჩამოსხმა წარმოადგენს სპეციალურ ჩამოსხმის მეთოდს, რომელიც წნევით ჩამოსხმასა და გრავიტაციულ ჩამოსხმას შორის გამოიყენება. მას არა მხოლოდ ლითონის ყალიბების გამოყენების უპირატესობა აქვს, არამედ სტაბილური შევსების მახასიათებლებიც აქვს. დაბალი წნევის ჩამოსხმას აქვს დაბალი სიჩქარის შევსება ქვემოდან ზემოთ, სიჩქარის მარტივი კონტროლი, თხევადი ალუმინის მცირე დარტყმა და შესხურება, ნაკლები ოქსიდური წიდა, მაღალი ქსოვილის სიმკვრივე და მაღალი მექანიკური თვისებები. დაბალი წნევის ჩამოსხმის დროს თხევადი ალუმინი შეუფერხებლად ივსება, ჩამოსხმა მყარდება და კრისტალდება წნევის ქვეშ, რის შედეგადაც მიიღება მაღალი მკვრივი სტრუქტურის, მაღალი მექანიკური თვისებების და ლამაზი გარეგნობის ჩამოსხმა, რომელიც შესაფერისია დიდი თხელკედლიანი ჩამოსხმის ფორმირებისთვის.
ჩამოსხმის მოთხოვნილი მექანიკური თვისებების მიხედვით, ჩამოსხმის მასალაა A356, რომელსაც შეუძლია დააკმაყოფილოს მომხმარებლების საჭიროებები T6 დამუშავების შემდეგ, მაგრამ ამ მასალის ჩამოსხმის სითხე ზოგადად მოითხოვს ყალიბის ტემპერატურის გონივრულ კონტროლს დიდი და თხელი ჩამოსხმის წარმოებისთვის.
1.3 ჩასხმის სისტემა
დიდი და თხელი ჩამოსხმული მასალების მახასიათებლების გათვალისწინებით, საჭიროა მრავალი კარიბჭის დაპროექტება. ამავდროულად, თხევადი ალუმინის შეუფერხებელი შევსების უზრუნველსაყოფად, ფანჯარასთან ემატება შემავსებელი არხები, რომლებიც შემდგომი დამუშავებით უნდა მოიხსნას. ჩამოსხმის სისტემის ორი ტექნოლოგიური სქემა ადრეულ ეტაპზე შეიქმნა და თითოეული სქემა შედარებული იყო. როგორც ნაჩვენებია ნახაზ 3-ში, სქემა 1 აწყობს 9 კარიბჭეს და ამატებს მიმწოდებელ არხებს ფანჯარასთან; სქემა 2 აწყობს 6 კარიბჭეს, რომლებიც ჩამოსხმის გვერდიდან ასხამენ. CAE სიმულაციური ანალიზი ნაჩვენებია ნახაზ 4-სა და ნახაზ 5-ში. გამოიყენეთ სიმულაციის შედეგები ყალიბის სტრუქტურის ოპტიმიზაციისთვის, შეეცადეთ თავიდან აიცილოთ ყალიბის დიზაინის უარყოფითი გავლენა ჩამოსხმული მასალების ხარისხზე, შეამციროთ ჩამოსხმის დეფექტების ალბათობა და შეამციროთ ჩამოსხმული მასალების განვითარების ციკლი.

სურათი 3 (დაბალი წნევის ორი პროცესის სქემის შედარება)

სურათი 4 (ტემპერატურის ველის შედარება შევსების დროს)

სურათი 5 (გამყარების შემდეგ შეკუმშვის ფორიანობის დეფექტების შედარება)
ზემოთ აღნიშნული ორი სქემის სიმულაციის შედეგები აჩვენებს, რომ ღრუში თხევადი ალუმინი დაახლოებით პარალელურად მოძრაობს ზემოთ, რაც შეესაბამება თხევადი ალუმინის პარალელური შევსების თეორიას მთლიანობაში, ხოლო ჩამოსხმის სიმულირებული შეკუმშვის ფორიანობის ნაწილების პრობლემა გადაწყდება გაგრილების გაძლიერებით და სხვა მეთოდებით.
ორი სქემის უპირატესობები: სიმულირებული შევსების დროს თხევადი ალუმინის ტემპერატურის მიხედვით, სქემა 1-ით ფორმირებული ჩამოსხმის დისტალური ბოლოს ტემპერატურა უფრო ერთგვაროვანია, ვიდრე სქემა 2-ის, რაც ხელს უწყობს ღრუს შევსებას. სქემა 2-ით ფორმირებულ ჩამოსხმას არ აქვს კარიბჭის ნარჩენი, როგორც სქემა 1-ს. შეკუმშვის ფორიანობა უკეთესია, ვიდრე სქემა 1-ის.
ორი სქემის ნაკლოვანებები: რადგან კარიბჭე განლაგებულია სქემა 1-ში ფორმირებულ ჩამოსხმაზე, ჩამოსხმაზე დარჩება კარიბჭის ნარჩენი, რომელიც დაახლოებით 0.7 კკალ-ით გაიზრდება თავდაპირველ ჩამოსხმასთან შედარებით. სქემა 2-ში სიმულირებულ შევსებაში თხევადი ალუმინის ტემპერატურის მიხედვით, დისტალურ ბოლოში თხევადი ალუმინის ტემპერატურა ისედაც დაბალია და სიმულაცია ყალიბის ტემპერატურის იდეალურ მდგომარეობაშია, ამიტომ თხევადი ალუმინის დინების უნარი შესაძლოა არასაკმარისი იყოს რეალურ მდგომარეობაში და ჩამოსხმის სირთულე წარმოიშვას.
სხვადასხვა ფაქტორების ანალიზთან ერთად, ჩამოსხმის სისტემად შეირჩა სქემა 2. სქემა 2-ის ნაკლოვანებების გათვალისწინებით, ჩამოსხმის სისტემა და გათბობის სისტემა ოპტიმიზირებულია ყალიბის დიზაინში. როგორც ნაჩვენებია ნახაზ 6-ზე, დამატებულია გადმოდინების ამწევი, რაც სასარგებლოა თხევადი ალუმინის შევსებისთვის და ამცირებს ან თავიდან აგვაცილებს ჩამოსხმულ ფორმებში დეფექტების წარმოქმნას.

სურათი 6 (ოპტიმიზებული ჩამოსხმის სისტემა)
1.4 გაგრილების სისტემა
ჩამოსხმული მასალის დაძაბულობის შემცველი ნაწილები და მაღალი მექანიკური მახასიათებლების მქონე ადგილები სათანადოდ უნდა გაცივდეს ან მიეწოდოს, რათა თავიდან იქნას აცილებული შეკუმშვის ფორიანობა ან თერმული ბზარები. ჩამოსხმული მასალის ძირითადი კედლის სისქე 4 მმ-ია და გამყარებაზე გავლენას ახდენს თავად ყალიბის სითბოს გაფრქვევა. მისი მნიშვნელოვანი ნაწილებისთვის, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 7-ში, დაყენებულია გაგრილების სისტემა. შევსების დასრულების შემდეგ, გააცივეთ წყალი და ჩამოსხმის ადგილას უნდა დაარეგულიროთ კონკრეტული გაგრილების დრო, რათა უზრუნველყოფილი იყოს გამყარების თანმიმდევრობა კარიბჭის ბოლოდან კარიბჭის ბოლომდე, ხოლო კარიბჭე და ამწევი ნაწილი გამაგრდება ბოლოში მიწოდების ეფექტის მისაღწევად. უფრო სქელი კედლის სისქის მქონე ნაწილი იყენებს ჩანართში წყლის გაგრილების დამატების მეთოდს. ეს მეთოდი უკეთეს ეფექტს იძლევა თავად ჩამოსხმის პროცესში და ხელს უშლის შეკუმშვის ფორიანობას.

სურათი 7 (გაგრილების სისტემა)
1.5 გამონაბოლქვი სისტემა
ვინაიდან დაბალი წნევის ჩამოსხმის ლითონის ღრუ დახურულია, მას არ აქვს კარგი ჰაერგამტარობა ქვიშის ყალიბებისგან განსხვავებით და არც გრავიტაციული ჩამოსხმის დროს გამონაბოლქვი ხვრელებიდან გამოდის, დაბალი წნევის ჩამოსხმის ღრუს გამონაბოლქვი გავლენას ახდენს თხევადი ალუმინის შევსების პროცესზე და ჩამოსხმის ხარისხზე. დაბალი წნევის ჩამოსხმის ყალიბიდან გამონაბოლქვი შეიძლება გავიდეს გამყოფ ზედაპირზე არსებული ნაპრალებიდან, გამონაბოლქვი ღარებიდან და გამონაბოლქვი საცობებიდან, ბიძგის ღეროდან და ა.შ.
გამონაბოლქვი სისტემის გამონაბოლქვის ზომის დიზაინი უნდა იყოს ხელსაყრელი გამონაბოლქვის გადატვირთვის გარეშე, რაც გონივრულ გამონაბოლქვი სისტემის გამოყენებას შეუძლია თავიდან აიცილოს ჩამოსხმული მილების დეფექტები, როგორიცაა არასაკმარისი შევსება, ფხვიერი ზედაპირი და დაბალი სიმტკიცე. ჩამოსხმის პროცესში თხევადი ალუმინის საბოლოო შევსების არე, როგორიცაა გვერდითი საყრდენი და ზედა ყალიბის ამწევი, უნდა იყოს აღჭურვილი გამონაბოლქვი აირით. იმის გათვალისწინებით, რომ დაბალი წნევის ჩამოსხმის პროცესში თხევადი ალუმინი ადვილად მიედინება გამონაბოლქვი საცობის ნაპრალში, რაც იწვევს იმ სიტუაციას, რომ ყალიბის გახსნისას ჰაერის საცობი იხსნება, რამდენიმე მცდელობისა და გაუმჯობესების შემდეგ გამოყენებულია სამი მეთოდი: მეთოდი 1 იყენებს ფხვნილის მეტალურგიის მიერ შედუღებულ ჰაერის საცობს, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 8(ა)-ზე, ნაკლი ის არის, რომ წარმოების ღირებულება მაღალია; მეთოდი 2 იყენებს ნაკერიან ტიპის გამონაბოლქვს 0.1 მმ ნაპრალით, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 8(ბ)-ზე, ნაკლი ის არის, რომ გამონაბოლქვი ნაკერი ადვილად იბლოკება საღებავის შესხურების შემდეგ; მეთოდი 3 იყენებს მავთულით მოჭრილ გამონაბოლქვს, ნაპრალი არის 0.15~0.2 მმ, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 8(გ)-ზე. ნაკლოვანებებს შორისაა დაბალი დამუშავების ეფექტურობა და წარმოების მაღალი ღირებულება. ჩამოსხმის ფაქტობრივი ფართობის მიხედვით, საჭიროა სხვადასხვა გამონაბოლქვი საცობების შერჩევა. როგორც წესი, ჩამოსხმის ღრუსთვის გამოიყენება შედუღებული და მავთულით მოჭრილი ვენტილაციის საცობები, ხოლო ქვიშის ბირთვის თავისთვის - ნაკერის ტიპი.

სურათი 8 (დაბალი წნევის ჩამოსხმისთვის შესაფერისი გამონაბოლქვი საცობების 3 ტიპი)
1.6 გათბობის სისტემა
ჩამოსხმული მასალა დიდი ზომისაა და კედლის სისქე თხელი. ყალიბის ნაკადის ანალიზისას, თხევადი ალუმინის ნაკადის სიჩქარე შევსების ბოლოში არასაკმარისია. მიზეზი ის არის, რომ თხევადი ალუმინი ძალიან გრძელია დინებისთვის, ტემპერატურა ეცემა და თხევადი ალუმინი წინასწარ მყარდება და კარგავს დინების უნარს, ხდება ცივი დახურვა ან არასაკმარისი ჩასხმა, ზედა შტამპის ამწევი ვერ შეძლებს მიწოდების ეფექტის მიღწევას. ამ პრობლემების საფუძველზე, ჩამოსხმის კედლის სისქისა და ფორმის შეცვლის გარეშე, გაზარდეთ თხევადი ალუმინის ტემპერატურა და ყალიბის ტემპერატურა, გააუმჯობესეთ თხევადი ალუმინის დინება და გადაწყვიტეთ ცივი დახურვის ან არასაკმარისი ჩასხმის პრობლემა. თუმცა, თხევადი ალუმინის და ყალიბის ტემპერატურის გადაჭარბება გამოიწვევს ახალ თერმულ შეერთებებს ან შეკუმშვას, რაც ჩამოსხმის დამუშავების შემდეგ ზედმეტ სიბრტყის ნახვრეტებს გამოიწვევს. ამიტომ, აუცილებელია თხევადი ალუმინის ტემპერატურის და ყალიბის ტემპერატურის შერჩევა. გამოცდილების მიხედვით, თხევადი ალუმინის ტემპერატურა კონტროლდება დაახლოებით 720℃-ზე, ხოლო ყალიბის ტემპერატურა კონტროლდება 320~350℃-ზე.
ჩამოსხმის დიდი მოცულობის, თხელი კედლის სისქისა და დაბალი სიმაღლის გათვალისწინებით, ყალიბის ზედა ნაწილში დამონტაჟებულია გათბობის სისტემა. როგორც ნაჩვენებია ნახაზ 9-ში, ალის მიმართულება ყალიბის ძირისა და გვერდისკენაა მიმართული, რათა გაცხელდეს ჩამოსხმის ქვედა სიბრტყე და გვერდი. ადგილზე ჩამოსხმის სიტუაციის მიხედვით, დაარეგულირეთ გათბობის დრო და ალი, აკონტროლეთ ყალიბის ზედა ნაწილის ტემპერატურა 320~350 ℃-ზე, უზრუნველყავით თხევადი ალუმინის დინება გონივრულ დიაპაზონში და თხევადი ალუმინი შეავსეთ ღრუ და ამწევი. ფაქტობრივი გამოყენებისას, გათბობის სისტემას შეუძლია ეფექტურად უზრუნველყოს თხევადი ალუმინის დინება.

სურათი 9 (გათბობის სისტემა)
2. ობის სტრუქტურა და მუშაობის პრინციპი
დაბალი წნევის ჭრაში ჩამოსხმის პროცესის მიხედვით, ჩამოსხმის მახასიათებლებთან და აღჭურვილობის სტრუქტურასთან ერთად, იმისათვის, რომ უზრუნველყოფილი იყოს ჩამოსხმის ზედა ყალიბში დარჩენა, ზედა ყალიბზე დაპროექტებულია წინა, უკანა, მარცხენა და მარჯვენა ბირთვის ამწევი სტრუქტურები. ჩამოსხმის ფორმირებისა და გამყარების შემდეგ, ჯერ იხსნება ზედა და ქვედა ყალიბები, შემდეგ ბირთვი 4 მიმართულებით იწევა და ბოლოს, ზედა ყალიბის ზედა ფირფიტა გამოდევნის ჩამოსხმას. ყალიბის სტრუქტურა ნაჩვენებია ნახაზ 10-ში.

სურათი 10 (ობის სტრუქტურა)
რედაქტირებულია მეი ჯიანგის მიერ MAT Aluminum-დან