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 menjalankan 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 yang 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 adalah 4mm, kualitas pengecoran sekitar 15,5kg, dan kualitas pengecoran setelah pemrosesan sekitar 12,5kg. Materialnya adalah A356-T6, Kekuatan tarik ≥ 290MPa, kekuatan luluh ≥ 225MPa, perpanjangan ≥ 6%, kekerasan Brinell ≥ 75~90HBS, perlu memenuhi persyaratan kedap udara dan IP67&IP69K.
Gambar 2 (Baki baterai paduan aluminium)
1.2 Analisis proses
Die casting tekanan rendah merupakan metode pengecoran khusus antara pengecoran tekanan dan pengecoran gravitasi. Metode ini tidak hanya memiliki keunggulan dalam penggunaan cetakan logam untuk keduanya, tetapi juga memiliki karakteristik pengisian yang stabil. Die casting tekanan rendah memiliki keunggulan dalam pengisian kecepatan rendah dari bawah ke atas, kecepatan yang mudah dikendalikan, dampak dan percikan aluminium cair yang kecil, lebih sedikit terak oksida, kepadatan jaringan yang tinggi, dan sifat mekanis yang tinggi. Di bawah die casting tekanan rendah, aluminium cair terisi dengan lancar, dan pengecoran mengeras dan mengkristal di bawah tekanan, dan pengecoran dengan struktur kepadatan tinggi, sifat mekanis yang tinggi, dan penampilan yang indah dapat diperoleh, yang cocok untuk membentuk pengecoran berdinding tipis yang 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 pintu perlu dirancang. Pada saat yang sama, untuk memastikan pengisian aluminium cair yang lancar, saluran pengisian ditambahkan di 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 pintu dan menambahkan saluran pengumpanan di jendela; skema 2 mengatur 6 pintu 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 kedua 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 dari kedua skema: Dilihat dari suhu aluminium cair selama pengisian yang disimulasikan, 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 kedua 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 pencetakan pengecoran.
Dikombinasikan dengan analisis berbagai faktor, skema 2 dipilih sebagai sistem penuangan. Mengingat kekurangan skema 2, sistem penuangan dan sistem pemanas dioptimalkan dalam desain cetakan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6, riser luapan ditambahkan, yang bermanfaat untuk pengisian aluminium cair dan mengurangi atau menghindari terjadinya cacat pada pengecoran cetakan.
Gambar 6 (Sistem penuangan yang dioptimalkan)
1.4 Sistem pendingin
Bagian dan area yang menahan tekanan dengan persyaratan kinerja mekanis yang tinggi dari pengecoran perlu didinginkan atau diberi makan dengan benar untuk menghindari porositas penyusutan atau retak termal. Ketebalan dinding dasar pengecoran 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, maka rongga tersebut tidak memiliki permeabilitas udara yang baik seperti cetakan pasir, dan juga tidak mengeluarkan gas buang melalui riser pada pengecoran gravitasi umum. Gas buang rongga pengecoran bertekanan rendah akan memengaruhi proses pengisian aluminium cair dan kualitas pengecoran. Cetakan die casting bertekanan rendah dapat mengeluarkan gas buang melalui celah, alur gas buang, dan sumbat gas buang pada permukaan pemisah, batang pendorong, dll.
Desain ukuran knalpot dalam sistem knalpot 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 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 kali percobaan 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 penyemprotan cat; Metode 3 menggunakan sumbat pembuangan yang dipotong dengan kawat, celahnya 0,15~0,2 mm, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8(c). Kerugiannya adalah efisiensi pemrosesan yang rendah dan biaya produksi yang tinggi. Sumbat pembuangan yang berbeda perlu dipilih sesuai dengan area pengecoran yang sebenarnya. Umumnya, sumbat ventilasi yang disinter dan dipotong dengan kawat digunakan untuk rongga pengecoran, dan jenis jahitan digunakan untuk kepala inti pasir.
Gambar 8 (3 jenis sumbat knalpot yang cocok untuk pengecoran mati 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 aluminium cair terlalu lama mengalir, suhu turun, dan aluminium cair membeku terlebih dahulu dan kehilangan kemampuan alirannya, terjadi penutupan dingin atau penuangan yang 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 selesaikan masalah penutupan dingin atau penuangan yang 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 yang ditunjukkan pada Gambar 9, arah api menghadap ke bagian bawah dan samping cetakan untuk memanaskan bidang bawah dan samping coran. Sesuai dengan situasi penuangan di lokasi, sesuaikan waktu pemanasan dan api, kendalikan suhu bagian cetakan atas pada 320~350 ℃, pastikan fluiditas aluminium cair dalam kisaran yang wajar, dan buat aluminium cair mengisi rongga dan riser. Dalam penggunaan sebenarnya, 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 pengecoran dan struktur peralatan, untuk memastikan bahwa pengecoran yang terbentuk tetap berada di cetakan atas, struktur penarik inti depan, belakang, kiri, dan kanan dirancang pada cetakan atas. Setelah pengecoran terbentuk dan dipadatkan, cetakan atas dan bawah dibuka terlebih dahulu, lalu inti ditarik ke 4 arah, dan akhirnya pelat atas cetakan atas mendorong keluar pengecoran yang terbentuk. Struktur cetakan ditunjukkan pada Gambar 10.
Gambar 10 (Struktur cetakan)
Diedit oleh May Jiang dari MAT Aluminium
Waktu posting: 11-Mei-2023
