Miksi suuren tonnimaan alumiinivalukone on välttämätön sähköauton akkukoteloille?

Teollisuutta muuttanut mittakaavan ongelma

Sähköajoneuvojen akkukoteloita eivät ole pieniä osia. Tyypillisen sähköajoneuvon akkupaketin ulkokotelo on yli metrin mittainen ja leveä, ja sen sisäpuolella on monimutkaisia rippeitä, kiinnityspisteitä ja jäähdytyskanavia. Tällaisen geometrian valuttaminen yhdessä kappaleessa vaatii konetta, joka kykenee enemmän kuin vain sulkeutumaan muottiin riittävällä voimalla. Se vaatii kiinnityskapasiteettia, joka mitataan tuhansina tonneina, ruiskutusjärjestelmiä, jotka kykenevät täyttämään valtavat muottitilat ennen kuin alumiini alkaa jäähtyä, sekä lämpöhallintaa, joka pitää koko prosessin vakautena.

Siirtyminen korkeatonnisten alumiinivalukoneiden käyttöön sähköajoneuvojen akkukoteloiden valutukseen ei ole vain trendi. Se on suora vastaus osan fyysisten vaatimusten mukaan. Kaikki alle noin 2500 tonnin kapasiteetin koneet eivät yksinkertaisesti kykene pitämään tällaista muottia kiinni tarvittavilla ruiskutuspaineilla täytettäessä.

Mitä "korkea tonnus" tarkoittaa tässä yhteydessä

Alumiinista valmistettujen painevalukappaleiden maailmassa suuri puristusvoima alkaa noin 2000 tonnista ja kasvaa siitä eteenpäin. EV-akkuhousingeja valmistettaessa käytetyt koneet kuuluvat yleensä 2500–6000 tonnin luokkaan, ja joissakin suurimmista integroiduista valuosioista puristusvoima saattaa ylittää jopa 10 000 tonnia.

Tonnia ilmaiseva luku viittaa kiinnitysvoimaan – eli siihen paineeseen, jolla kone pitää muottia suljettuna ruiskutuksen aikana. Alumiini ruiskutetaan 100–200 MPa:n paineella. tämä paine vaikuttaa muottipintoihin ja pyrkii työntämään ne erilleen toisistaan. Jos kiinnitysvoima on riittämätön, muotti avautuu hieman, mikä aiheuttaa esimerkiksi liitospintojen ylivuodon (flash), mittojen poikkeamia ja pahimmassa tapauksessa koko osan hajoamisen.

Akkuhousingille, jonka projisoitu pinta-ala voi olla 1,5 neliömetriä tai enemmän, kokonaisvoima, joka yrittää avata muottia ruiskutuksen aikana, on valtava. 2500-tonninen kone tarjoaa 25 000 kN:n kiinnitysvoiman. . Tämä riittää juuri ja juuri pitämään kyseisen kokoisen muottin suljettuna.

Miksi akkukoteloita vaaditaan enemmän kuin muita automaalisia valukappaleita

Automaalisia valukappaleita, kuten moottorikotelot ja vaihteiston koteloit, on tuotettu vuosien ajan 1500- ja 2000-tonnisilla koneilla. Akkukotelot ovat erilaisia. Ne ovat suurempia, ohuemmia ja niissä on monimutkaisempi sisäinen geometria. Tyypillisen sähköauton (EV) akkukotelon seinämän paksuus on usein 2,0 mm tai vähemmän . Tämä on huomattavasti ohuempi kuin moottorikotelon seinämä, jonka paksuus voi olla 3 mm tai enemmän.

Ohuet seinämät tarkoittavat, että alumiini jäähtyy nopeammin. Nopeampi jäähtyminen tarkoittaa, että täyttö on suoritettava nopeammin ennen kuin metalli kovettuu kanavassa tai kaviteetin kaukana olevassa päässä. Suuren, ohutseinäisen kaviteetin nopea täyttö edellyttää korkeaa injektionopeutta ja korkeaa injektion painetta. Molemmat edellyttävät suurta kiinnityspainetta, jotta muotti pysyy suljettuna.

Integrointisuuntaus pahentaa ongelmaa. Valmistajat siirtyvät yksiköntalattuihin valukappaleisiin, joissa kymmeniä erillisiä levytyksiä ja puristuksia yhdistetään yhdeksi komponentiksi. Yksiköntalattu akkukotelo voi korvata 50 tai useampaa erillistä osaa, mikä poistaa hitsaustoimenpiteet, kiinnitystoimenpiteet ja kokoonpanotoimenpiteet. Mutta tämä yksittäinen osa on suurempi ja monimutkaisempi kuin mikään yksittäisistä osista, jotka se korvaa, mikä tarkoittaa, että siihen tarvitaan vielä suurempaa puristusvoimaa ja tarkempaa ruiskutusohjausta.

Huokoisuusongelma, joka voidaan ratkaista vain korkealla tonnauksella

Huokoisuus on kaiken muottivalun vihollinen, mutta se on erityisen haitallisesti vaikutteleva akkukoteloiden tapauksessa. Huokoisuus aiheuttaa heikkoja kohtia, jotka voivat vaarantaa rakenteellisen kokonaisuuden törmäystilanteessa. Se luo myös reittejä kosteudelle ja epäpuhtauksille päästä akkukopeliin.

Korkeatonniset koneet torjuvat huokoisuutta kahdella tavalla. Ensinnäkin korkeampi puristusvoima pitää muottia tiukemmin suljettuna, mikä estää ilman pääsemisen muottityhjiöön ruiskutuksen aikana. Toiseksi korkeatonnisten koneiden ruiskutusjärjestelmät on suunniteltu saavuttamaan korkeammat täyttönopeudet, mikä vähentää ilman jäämisen mahdollisuutta.

4000-tonnin kone voi täyttää akkupakkauksen muotin millisekunneissa nopeammin kuin 2500-tonnin kone, pelkästään siksi, että sen hydraulijärjestelmä on suurempi ja sen ruiskutusvarastointilaite voimakkaampi. Tämä täyttöajan ero vaikuttaa suoraan huokoisuuden alenemiseen ja parantaa valoksen mekaanisia ominaisuuksia.

Suuri EV-valmistaja ilmoitti, että siirtyminen 2500-tonnisesta 4400-tonniseen koneeseen akkupakkauksen valamisessa vähensi huokoisuuteen liittyvää hukkaa 40 %:lla ja paransi valoksen vetolujuutta 12 %:lla. Korkeampi tonnus ei ainoastaan pitänyt muottia suljettuna – se mahdollisti nopeamman ja tarkemmin ohjatun täytön, joka tuotti tiukempaa ja kestävämpää osaa.

Lämmönhallintahaaste

Akkuasemat eivät ole pelkästään rakenteellisia koteloita. Ne ovat myös lämmönhallintakomponentteja. Monissa suunnitteluratkaisuissa on integroitu jäähdytyskanavia, joissa kiertää nestettä akun lämpötilan säätämiseksi. Nämä kanavat valutaan osaan, mikä tarkoittaa, että muottiin tarvitaan monimutkaisia ytimiä ja liukukappaleita, jotka on täytettävä kokonaan.

Näiden kanavien täyttäminen ilman porositeettia tai epätäydellistä täyttöä edellyttää tarkkaa metallin lämpötilan, täyttönopeuden ja paineen säätöä. Korkean tonnauksen koneet ovat yleensä varustettu monitasoisilla täyttöprofiileilla, reaaliaikaisella paineen seurannalla ja servohälytetyillä ruiskutussylintereillä, jotka voivat säätää toimintaansa lennossa.

Suuren akkukoteloformin lämpömassa on merkittävä. Itse muotti voi painaa jopa 20 tonnia tai enemmän. Niin suuren teräsmäisen muottin lämmittäminen käyttölämpötilaan ja sen säilyttäminen vaatii koneen, jossa on vahvat lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmät. Suuritehoiset koneet on suunniteltu tällaiseen lämpökuormaan tavalla, jota pienemmät koneet eivät kykene hoitamaan.

Kun suuri tonnimaara ei ole ratkaisu

Suuri tonnimaara ei ole yleispätevä ratkaisu. Pienemmillä valukohteilla – esimerkiksi alle 5 kilogramman painoisilla kappaleilla, joiden projisoitu pinta-ala on alle 0,5 neliömetriä – 2500-tonnin kone on liiallinen. Laitteiston kustannukset, energiankulutus ja vaadittava lattiatila tekevät siitä epäkäytännöllisen niille osille, jotka eivät tarvitse tätä kapasiteettia.

On myös oppimiskäyrä. 4000-tonnin koneen käyttäminen eroaa merkittävästi 1500-tonnin koneen käytöstä. Ruiskutusparametrit ovat herkempiä, lämpöhallinta monimutkaisempi ja turvallisuusnäkökohdat vaativampia. Kaikki valimo ei ole valmis tähän siirtymään.

Mutta sähköauton akkukoteloille ei todellakaan ole vaihtoehtoja. Osaa on liian suuri, liian ohut ja liian monimutkainen valmistaa pienemmillä laitteilla ja samalla täyttää autoteollisuuden laatu- ja suoritusvaatimukset.

Yhteenveto suuritehoisista koneista sähköauton akkukoteloille

Suuritehoisen alumiinipainevalukoneen välttämättömyys sähköauton akkukoteloille perustuu fysiikkaan. Osaa on suuri, seinämät ovat ohuet, täyttö täytyy tapahtua nopeasti ja muotti täytyy pysyä kiinni. Mitään alle 2500 tonnin puristusvoimaa ei voida käyttää kaikkien näiden vaatimusten yhtaikaisen täyttämiseen.

Valmistajat kuten Zhenli ovat huomanneet tämän muutoksen ja tarjoavat kylmäkammioisia koneita, joiden puristusvoima vaihtelee 1000–4500 tonnilla sähköajoneuvojen komponenttien tuotannon tarpeiden täyttämiseksi teknologia kehittyy nopeasti, ja puristusvoiman vaatimukset kasvavat vain entisestään, kun koteloita tulee suuremmiksi ja integroitummiksi. Kaikille toiminnoille, jotka liittyvät sähköautoteollisuuden toimitusketjuun, kysymys ei ole siitä, pitäisikö investoida suuritehoisiin puristimiin, vaan siitä, kuinka pian.