Baterai adalah komponen inti dari kendaraan listrik, dan kinerjanya menentukan indikator teknis seperti masa pakai baterai, konsumsi energi, dan masa pakai kendaraan listrik. Baki baterai dalam modul baterai adalah komponen utama yang melakukan fungsi membawa, melindungi, dan mendinginkan. Paket baterai modular disusun dalam baki baterai, dipasang pada sasis mobil melalui baki baterai, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Karena dipasang di bagian bawah bodi kendaraan dan lingkungan kerja yang keras, baki baterai perlu memiliki fungsi mencegah benturan batu dan tusukan untuk mencegah modul baterai rusak. Baki baterai adalah bagian struktural keselamatan penting dari kendaraan listrik. Berikut ini memperkenalkan proses pembentukan dan desain cetakan baki baterai paduan aluminium untuk kendaraan listrik.
Gambar 1 (Baki baterai paduan aluminium)
1 Analisis proses dan desain cetakan
1.1 Analisis pengecoran
Baki baterai paduan aluminium untuk kendaraan listrik ditunjukkan pada Gambar 2. Dimensi keseluruhannya adalah 1106mm×1029mm×136mm, ketebalan dinding dasar 4mm, kualitas coran sekitar 15,5kg, dan kualitas coran setelah pemrosesan sekitar 12,5kg. Materialnya adalah A356-T6, dengan kekuatan tarik ≥ 290MPa, kekuatan luluh ≥ 225MPa, perpanjangan ≥ 6%, dan kekerasan Brinell ≥ 75~90HBS, serta memenuhi persyaratan kedap udara dan IP67&IP69K.
Gambar 2 (Baki baterai paduan aluminium)
1.2 Analisis proses
Pengecoran die tekanan rendah adalah metode pengecoran khusus antara pengecoran tekanan dan pengecoran gravitasi. Metode ini tidak hanya memiliki keunggulan penggunaan cetakan logam, tetapi juga memiliki karakteristik pengisian yang stabil. Pengecoran die tekanan rendah memiliki keunggulan pengisian kecepatan rendah dari bawah ke atas, kecepatan yang mudah dikontrol, dampak dan percikan aluminium cair yang kecil, terak oksida yang lebih sedikit, kepadatan jaringan yang tinggi, dan sifat mekanik yang tinggi. Dalam pengecoran die tekanan rendah, aluminium cair terisi dengan lancar, dan coran memadat dan mengkristal di bawah tekanan. Coran dengan struktur kepadatan tinggi, sifat mekanik yang tinggi, dan penampilan yang indah dapat diperoleh, yang cocok untuk membentuk coran berdinding tipis berukuran besar.
Menurut sifat mekanis yang dibutuhkan oleh pengecoran, bahan pengecoran adalah A356, yang dapat memenuhi kebutuhan pelanggan setelah perlakuan T6, tetapi fluiditas penuangan bahan ini umumnya memerlukan kontrol suhu cetakan yang wajar untuk menghasilkan pengecoran yang besar dan tipis.
1.3 Sistem penuangan
Mengingat karakteristik coran besar dan tipis, beberapa gerbang perlu dirancang. Pada saat yang sama, untuk memastikan pengisian aluminium cair yang lancar, saluran pengisian ditambahkan pada jendela, yang perlu dihilangkan dengan pasca-pemrosesan. Dua skema proses sistem penuangan dirancang pada tahap awal, dan setiap skema dibandingkan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3, skema 1 mengatur 9 gerbang dan menambahkan saluran pengisian pada jendela; skema 2 mengatur 6 gerbang yang menuangkan dari sisi coran yang akan dibentuk. Analisis simulasi CAE ditunjukkan pada Gambar 4 dan Gambar 5. Gunakan hasil simulasi untuk mengoptimalkan struktur cetakan, cobalah untuk menghindari dampak buruk dari desain cetakan pada kualitas coran, kurangi kemungkinan cacat pengecoran, dan perpendek siklus pengembangan coran.
Gambar 3 (Perbandingan dua skema proses untuk tekanan rendah
Gambar 4 (Perbandingan suhu medan selama pengisian)
Gambar 5 (Perbandingan cacat porositas penyusutan setelah pemadatan)
Hasil simulasi dari dua skema di atas menunjukkan bahwa aluminium cair dalam rongga bergerak ke atas kira-kira secara paralel, yang sejalan dengan teori pengisian paralel aluminium cair secara keseluruhan, dan bagian porositas penyusutan coran yang disimulasikan diselesaikan dengan penguatan pendinginan dan metode lainnya.
Keunggulan kedua skema: Dilihat dari suhu aluminium cair selama simulasi pengisian, suhu ujung distal coran yang dibentuk oleh skema 1 memiliki keseragaman yang lebih tinggi daripada skema 2, yang mendukung pengisian rongga. Coran yang dibentuk oleh skema 2 tidak memiliki residu gerbang seperti skema 1. Porositas penyusutan lebih baik daripada skema 1.
Kekurangan dari dua skema: Karena gerbang disusun pada pengecoran yang akan dibentuk dalam skema 1, akan ada residu gerbang pada pengecoran, yang akan meningkat sekitar 0,7ka dibandingkan dengan pengecoran asli. dari suhu aluminium cair dalam pengisian simulasi skema 2, suhu aluminium cair pada ujung distal sudah rendah, dan simulasi berada di bawah keadaan ideal suhu cetakan, sehingga kapasitas aliran aluminium cair mungkin tidak mencukupi dalam keadaan sebenarnya, dan akan ada masalah kesulitan dalam pengecoran cetakan.
Setelah mempertimbangkan berbagai faktor, skema 2 dipilih sebagai sistem penuangan. Mengingat kekurangan skema 2, sistem penuangan dan sistem pemanas dioptimalkan dalam desain cetakan. Seperti ditunjukkan pada Gambar 6, riser luapan ditambahkan, yang bermanfaat untuk pengisian aluminium cair dan mengurangi atau menghindari terjadinya cacat pada coran cetakan.
Gambar 6 (Sistem penuangan yang dioptimalkan)
1.4 Sistem pendingin
Bagian-bagian yang menahan tekanan dan area dengan persyaratan kinerja mekanis yang tinggi dari coran perlu didinginkan atau diberi makan dengan benar untuk menghindari porositas penyusutan atau retak termal. Ketebalan dinding dasar coran adalah 4mm, dan pemadatan akan dipengaruhi oleh pembuangan panas cetakan itu sendiri. Untuk bagian-bagian pentingnya, sistem pendingin disiapkan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7. Setelah pengisian selesai, alirkan air untuk mendinginkan, dan waktu pendinginan spesifik perlu disesuaikan di lokasi penuangan untuk memastikan bahwa urutan pemadatan terbentuk dari ujung gerbang yang jauh ke ujung gerbang, dan gerbang dan riser dipadatkan di ujung untuk mencapai efek umpan. Bagian dengan ketebalan dinding yang lebih tebal mengadopsi metode penambahan pendingin air ke sisipan. Metode ini memiliki efek yang lebih baik dalam proses pengecoran yang sebenarnya dan dapat menghindari porositas penyusutan.
Gambar 7 (Sistem pendingin)
1.5 Sistem pembuangan
Karena rongga logam die casting bertekanan rendah tertutup, ia tidak memiliki permeabilitas udara yang baik seperti cetakan pasir, dan juga tidak mengeluarkan udara melalui riser pada pengecoran gravitasi umum. Pembuangan udara dari rongga pengecoran bertekanan rendah akan memengaruhi proses pengisian aluminium cair dan kualitas coran. Cetakan die casting bertekanan rendah dapat mengeluarkan udara melalui celah, alur pembuangan, dan sumbat pembuangan pada permukaan pemisah, batang dorong, dll.
Desain ukuran knalpot dalam sistem pembuangan harus kondusif untuk pembuangan tanpa meluap, sistem pembuangan yang wajar dapat mencegah pengecoran dari cacat seperti pengisian yang tidak mencukupi, permukaan yang longgar, dan kekuatan yang rendah. Area pengisian akhir aluminium cair selama proses penuangan, seperti sandaran samping dan riser cetakan atas, perlu dilengkapi dengan gas buang. Mengingat fakta bahwa aluminium cair dengan mudah mengalir ke celah sumbat knalpot dalam proses aktual die casting tekanan rendah, yang mengarah pada situasi bahwa sumbat udara ditarik keluar ketika cetakan dibuka, tiga metode diadopsi setelah beberapa upaya dan perbaikan: Metode 1 menggunakan sumbat udara sinter metalurgi serbuk, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8(a), kerugiannya adalah biaya pembuatannya tinggi; Metode 2 menggunakan sumbat knalpot tipe jahitan dengan celah 0,1 mm, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8(b), kerugiannya adalah jahitan knalpot mudah tersumbat setelah menyemprotkan cat; Metode 3 menggunakan sumbat pembuangan berpotongan kawat, dengan celah 0,15~0,2 mm, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8(c). Kekurangannya adalah efisiensi pemrosesan yang rendah dan biaya produksi yang tinggi. Sumbat pembuangan yang berbeda perlu dipilih sesuai dengan luas coran yang sebenarnya. Umumnya, sumbat ventilasi yang disinter dan dipotong kawat digunakan untuk rongga coran, dan jenis sambungan digunakan untuk kepala inti pasir.
Gambar 8 (3 jenis sumbat knalpot yang cocok untuk die casting tekanan rendah)
1.6 Sistem pemanas
Pengecoran berukuran besar dan tipis pada ketebalan dinding. Dalam analisis aliran cetakan, laju aliran aluminium cair pada akhir pengisian tidak mencukupi. Alasannya adalah bahwa aluminium cair terlalu lama mengalir, suhu turun, dan aluminium cair membeku terlebih dahulu dan kehilangan kemampuan alirannya, penutupan dingin atau penuangan tidak mencukupi, riser cetakan atas tidak akan dapat mencapai efek pengumpanan. Berdasarkan masalah ini, tanpa mengubah ketebalan dinding dan bentuk pengecoran, tingkatkan suhu aluminium cair dan suhu cetakan, tingkatkan fluiditas aluminium cair, dan atasi masalah penutupan dingin atau penuangan tidak mencukupi. Namun, suhu aluminium cair dan suhu cetakan yang berlebihan akan menghasilkan sambungan termal baru atau porositas penyusutan, yang mengakibatkan lubang jarum bidang yang berlebihan setelah pemrosesan pengecoran. Oleh karena itu, perlu untuk memilih suhu aluminium cair yang tepat dan suhu cetakan yang tepat. Menurut pengalaman, suhu aluminium cair dikontrol sekitar 720℃, dan suhu cetakan dikontrol pada 320~350℃.
Mengingat volume yang besar, ketebalan dinding yang tipis, dan tinggi coran yang rendah, sistem pemanas dipasang di bagian atas cetakan. Seperti ditunjukkan pada Gambar 9, arah api diarahkan ke bagian bawah dan samping cetakan untuk memanaskan bidang bawah dan samping coran. Sesuaikan waktu pemanasan dan api sesuai dengan kondisi penuangan di lokasi, kendalikan suhu bagian atas cetakan pada 320~350℃, pastikan fluiditas aluminium cair dalam kisaran yang wajar, dan biarkan aluminium cair mengisi rongga dan riser. Dalam penggunaan aktual, sistem pemanas dapat secara efektif memastikan fluiditas aluminium cair.
Gambar 9 (Sistem pemanas)
2. Struktur cetakan dan prinsip kerja
Berdasarkan proses die casting bertekanan rendah, dikombinasikan dengan karakteristik coran dan struktur peralatan, untuk memastikan coran yang telah dibentuk tetap berada di cetakan atas, struktur penarik inti depan, belakang, kiri, dan kanan dirancang pada cetakan atas. Setelah coran dibentuk dan dipadatkan, cetakan atas dan bawah dibuka terlebih dahulu, kemudian inti ditarik ke 4 arah, dan akhirnya pelat atas cetakan atas mendorong coran yang telah dibentuk keluar. Struktur cetakan ditunjukkan pada Gambar 10.
Gambar 10 (Struktur cetakan)
Diedit oleh May Jiang dari MAT Aluminum
Waktu posting: 11 Mei 2023
