يتضمن صب السيارات الكهربائية أساليب متطورة مثل صب الجيجا لصنع أجزاء السيارات المعقدة وخفيفة الوزن. تهيمن السيارات الكهربائية على سوق السيارات العالمي. وفقاً لموقع Market Watch، ارتفعت مبيعات السيارات المتطورة من مليون سيارة إلى 1.6 مليون سيارة في عام 2023. تقدم تكنولوجيا مثل صب السيارات الكهربائية بتقنية الصب الكهربائي بتقنية الجيجا الصب بديلاً مستداماً للسيارات التي تعمل بالبنزين.
الوجبات السريعة الرئيسية:
1. عملية صب المركبات الكهربائية
2. عملية صب المركبات الكهربائية
3. مواد المسبوكات الكهربائية
4. السبائك والمركبات الجديدة في صب القوالب الكهربائية
عمليات صب المركبات الكهربائية
Electric vehicle casting is a comprehensive process involving critical steps to produce high-quality, efficient parts. It offers distinct advantages and limitations for shaping different components. Let’s look into the key processes involved in EV casting, including design, material preparation, various casting methods, and post-casting procedures.
1. التصميم وإنشاء القوالب
تتضمن مصبوبات السيارات الكهربائية الخطوة الأساسية لتصميم وإنشاء القوالب. في هذه العملية، يتم تكييف برامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر لإنشاء تصميمات دقيقة ومعقدة لمكونات السيارات الكهربائية المطلوبة. هذه التصميمات قادرة على تحمل الضغوط ودرجات الحرارة العالية التي ينطوي عليها الصب. ويتم استخدامها لإنشاء قوالب مصنوعة من الفولاذ أو مواد متينة أخرى، بعد إنشائها.
2. إعداد المواد
تعد خطوة تحضير المواد ضرورية لتحقيق نتائج عالية الجودة في الصب. تتضمن هذه المرحلة اختيار وتحضير السبائك المعدنية، مثل الألومنيوم. ويُستخدم الألومنيوم بشكل شائع في صب المركبات الكهربائية نظراً لخصائصه الخفيفة الوزن والقوة. يقوم المصنعون بصهر السبائك في أفران إلى درجة حرارة محددة وتجهيزها لعملية الصب.
3. طرق الصب
يمكن إنتاج مكونات المركبات الكهربائية من خلال تكييف العديد من طرق الصب، ولكل منها مزاياها وتطبيقاتها الخاصة.
I. الصب بالقالب عالي الضغط
ثانياً. صب الجاذبية
ثالثاً. تقنيات الصب الأخرى
I. الصب بالقالب عالي الضغط
نظرة عامة على العملية
في طريقة الصب بالقالب بالضغط العالي، يتم حقن المعدن المنصهر في تجويف القالب تحت ضغط شديد. يمكن لهذه الطريقة أن تنتج مكونات ذات تشطيب سطحي ممتاز ودقة أبعاد ممتازة.
فوائد السيارات الكهربائية
This process is beneficial for electric vehicles, producing large, complex parts in a single piece. It helps reduce the number of joints and welds required. It enhances the structural integrity of components and reduces their weight. That improves the vehicle’s efficacy and range.
التطبيقات في السيارات الكهربائية
تفضل الشركة المصنعة للسيارات الكهربائية عملية الصب بالقالب عالي الضغط (HPDC). تسمح لهم هذه الطريقة بإنشاء مصبوبات كبيرة من قطعة واحدة. وهي تُستخدم خصيصًا لصنع أجزاء مختلفة من السيارات الكهربائية، مثل أغطية البطاريات وأغطية المحركات والأجزاء الهيكلية.
ثانياً. صب الجاذبية
نظرة عامة على العملية
ويستخدم المصنعون تقنية الصب بالجاذبية لصب المعدن المنصهر في قالب بينما يتم سحبه بالجاذبية إلى مكانه. وهي طريقة أبسط من الصب بالقالب بالضغط العالي. تتطلب هذه التقنية تحكماً دقيقاً في عملية الصب لتحسين جودة المسبوكات.
فوائد السيارات الكهربائية
وهي مفيدة لإنشاء أجزاء كبيرة سميكة الجدران تتطلب سلامة هيكلية فائقة. ويمكنه إنتاج إنتاجات أصغر أو مكونات متخصصة بفعالية من حيث التكلفة.
التطبيقات في السيارات الكهربائية
يُستخدم هذا الإجراء لتصنيع كتل المحركات، وأجزاء التعليق، والعناصر الهيكلية الأخرى التي تتطلب قوة ومتانة عالية.
ثالثاً. تقنيات الصب الأخرى
الصب بالرمل
يتم إنشاء قالب من خليط من الرمل لصب المعدن المنصهر في التجويف في صب الألومنيوم بالرمل الطريقة. وهي مناسبة لإنتاج مكونات معقدة وكبيرة ذات تفاصيل معقدة.
الصب الاستثماري
إنها استراتيجية صب فعّالة يمكن استخدامها لإنتاج أجزاء بأبعاد مثالية مع تشطيبات سطحية أفضل، وتسمى أيضًا الصب بالشمع المفقود. تتضمن هذه التقنية إنشاء قالب من الشمع للجزء المغطى بقشرة من السيراميك ثم إذابة الشمع لصنع قالب.
4. التبريد والتصلب
تتضمن هذه الخطوة تبريد المعدن وتصلبه بعد حقنه في القالب وهو لا يزال منصهرًا. قد يؤثر معدل التبريد بشكل مباشر على البنية المجهرية والخصائص الميكانيكية للمكونات النهائية. لذلك، تساعد تقنية التحكم في التبريد على تحقيق القوة والمتانة المطلوبة.
5. الإزالة والتنظيف
بعد عملية التبريد والتصلب، تتم إزالة الصب من القالب عن طريق كسر القالب المصنوع من خليط الرمل أو فتح القالب في حالة HPDC، كما تتضمن خطوة التنظيف، حيث تتم إزالة مواد القالب المتبقية أو الوميض أو طبقات الأكسيد.
6. التشطيب والفحص
يتم إجراء المزيد من التصنيع الآلي والتلميع وتطبيق أي طلاء ضروري أثناء عملية التشطيب والفحص. تساعد هذه المرحلة الشركة المصنعة على إنشاء مكونات ذات تشطيبات سطحية وأبعاد دقيقة. وتضمن خطوة الفحص استيفاء الناتج لمعايير الجودة المطلوبة.
فوائد المسبوكات الكهربائية
توفر تقنيات الصب بالقالب العديد من المزايا لتشكيل مستقبل السيارات الكهربائية، خاصةً عند التعامل مع قضايا مثل الوزن والتصميم والتكلفة. دعنا نكتشف هذه المزايا:
تقليل الوزن وتحسين مدى القيادة
وتتمثل فائدته الأساسية للسيارات الكهربائية في تقليل الوزن. حيث تقلل اختيارات المواد خفيفة الوزن، مثل الألومنيوم في HPDC (الصب بالقالب عالي الضغط) من الوزن الإجمالي للمركبات. وتتمتع المركبات خفيفة الوزن بكفاءة أكبر ونطاق قيادة محسّن.
مرونة التصميم والأشكال الهندسية المعقدة
يمكن لسبك السيارات الكهربائية إنتاج أشكال هندسية معقدة استثنائية وتوفير مرونة في التصميم، مما يلغي الحاجة إلى طرق التصنيع التقليدية. ويساعد في تحسين الأجزاء من حيث الأداء، بما في ذلك ميزات مثل قنوات التبريد المعقدة وهياكل الدعم المتكاملة.
فعالية التكلفة وقابلية التوسع
تعتبر عمليات الصب بالجاذبية وعمليات الصب بالجاذبية فعالة من حيث التكلفة وقابلة للتطوير. ومع ذلك، يمكن أن تكون تكاليف الإعداد الأولي لإنشاء القوالب والمعدات مرتفعة. تنخفض تكلفة الوحدة الواحدة بشكل كبير مع زيادة أحجام الإنتاج. وتساعد قابلية التوسع هذه على جعل السيارات الكهربائية ميسورة التكلفة ومتاحة لسوق أوسع.
تعزيز السلامة الهيكلية والمتانة الهيكلية
تعمل مصبوبات السيارات الكهربائية على تعزيز السلامة الهيكلية والمتانة للمركبات لأغراض السلامة وطول العمر الافتراضي. تمنع هذه الطريقة المكونات من تشكيل ضغوط داخلية، مما يضمن خصائص ميكانيكية ممتازة. وقد يكون ذلك ضرورياً للأجزاء المعرضة لأحمال وضغوط عالية، مثل أنظمة التعليق وأغطية البطاريات.
فوائد الإدارة الحرارية
الإدارة الحرارية هي فائدة فعالة أخرى للمسبوكات الكهربائية. يمكن أن تتضمن المكونات المصنوعة من خلال عمليات الصب حلول تبريد متكاملة. يساعد الصب على إدارة الحرارة بكفاءة أكبر ويحسن الأداء العام للسيارة وسلامتها.
المواد المستخدمة في مصبوبات السيارات الكهربائية
The appropriate selection of casting material makes a major difference in the output results. The manufacturer can successfully create lightweight vehicles with improved performance by choosing the right materials. Let’s discover the available options that can be employed for EV casting.
سبائك الألومنيوم
توفر سبائك الألومنيوم ميزات ممتازة مثل قابلية التشغيل الآلي والكثافة المنخفضة والمتانة ومقاومة الصدأ وقابلية التشكيل الجيدة. وتتميز هذه المادة بخفة وزنها بشكل كبير وتمتلك قوة كافية لمختلف مكونات السيارات الكهربائية مع توفير قابلية تشكيل جيدة. وتُظهر ميزة المقاومة الفائقة للتآكل طول عمر أجزاء السيارات الكهربائية المعرضة للظروف البيئية.
سبائك ألومنيوم محددة
تتميز سبائك الألومنيوم المحددة مثل A356 وA6061 و7050 بالقوة العالية وقابلية الصب والمقاومة الجيدة للتآكل، مما يجعلها الخيار المفضل للصب. تُستخدم هذه السبائك لتلبية متطلبات القوة والمتانة للأجزاء مثل علب المحركات، والتطبيقات عالية الإجهاد، ومرفقات البطاريات.
سبائك المغنيسيوم
توفر سبائك المغنيسيوم مثل AZ81D خصائص خفيفة الوزن وسهولة الصب. هذه المواد مناسبة للمكونات التي تتطلب توفيرًا في الوزن، مثل إطارات البطاريات والأجزاء الهيكلية. كما أن التقدم في تقنيات الطلاء لها جدواها، على الرغم من انخفاض مقاومتها للتآكل.
سبائك الزنك
Zinc material can be used for manufacturing small, intricate parts that require excellent dimensional stability. These alloys can be combined with aluminum and magnesium, allowing the manufacturer to optimize each component’s performance. Ensuring the balance of weight, strength, and durability in EVs.
صب متعدد المواد
يتضمن الصب متعدد المواد تركيبات من سبائك مختلفة داخل مكون واحد. يمكن لهذه التقنية تحسين ميزات الأداء مثل الإدارة الحرارية والسلامة الهيكلية والمساعدة في تقليل الوزن. وهي مفيدة لإنشاء الأجزاء المعقدة التي تحتاج إلى خصائص مختلفة عبر عدة أقسام.
تطبيقات المسبوكات الكهربائية
● علب المحرك
● صواني البطاريات
● حالات الإرسال
● المشتتات الحرارية
● العاكسات
علب المحرك
تعمل أجزاء مبيت المحرك على حماية المحركات الكهربائية من التلف الخارجي مع ضمان الإدارة الحرارية المناسبة. ويُستخدم الألومنيوم والمغنيسيوم على وجه الخصوص في صناعة هذا المكون بسبب خفة وزنهما وقوتهما وخصائصهما الممتازة في تبديد الحرارة.
صواني البطاريات
تعمل صواني البطاريات على تأمين خلايا البطارية في السيارات الكهربائية وتثبيتها ويمكن إنتاجها من مواد خفيفة الوزن مثل الألومنيوم. تعمل هذه السبائك على تقليل الوزن الإجمالي للسيارة وتحسين مدى القيادة. بالإضافة إلى ذلك، صُممت هذه الصواني لتكون قوية ومضادة للتآكل، مما يضمن طول عمر الأجزاء.
حالات الإرسال
تعمل علب ناقل الحركة في السيارات الكهربائية كمكونات مسؤولة عن نقل الطاقة من المحرك إلى العجلات. وتُعد مواد الألومنيوم خيارًا مناسبًا لإنشاء هذا التطبيق. لأنه يتمتع بقوة عالية وقدرة على تحمل الضغوط الميكانيكية لنقل الطاقة.
المشتتات الحرارية
the electronic components in electric vehicles generate excessive heat that can be managed by utilizing heat sinks. Aluminum can meet these applications’ needs for superior thermal conductivity. It helps maintain the optimal operating temperature and reduces the chances of overheating.
العاكسات
يستخدم المصنعون تطبيقات العاكس لتحويل التيار المباشر للسيارة إلى تيار متناوب. وتنتج هذه الأجزاء من الألمنيوم لجعلها فعالة في تبديد الحرارة وحماية المكونات الإلكترونية الحساسة.
تحديات ومحدودية مصبوبات السيارات الكهربائية
ولمواجهة التحديات المتعددة، يتطلب دمج المركبات الكهربائية ابتكارات مستمرة في علوم المواد وتكنولوجيا الصب والتجميع. اكتشف بعض التحديات والقيود الشاقة للمركبات الكهربائية.
● خواص المواد
● المسامية وعيوب الصب والعيوب المصبوبة
● الانضمام والتجميع
خواص المواد
تلعب خصائص المواد دورًا حيويًا في نتائج المخرجات. فهي تشكل خصائص متأصلة وقد لا توفر دائمًا القوة والمتانة المطلوبة لتطبيقات معينة. ويحتاج اختيار المواد المستخدمة في صب المركبات الكهربائية إلى الموازنة بين خفض الوزن والأداء الميكانيكي، وهو ما قد يكون مفاضلة معقدة.
المسامية وعيوب الصب والعيوب المصبوبة
تُعد المسامية وعيوب الصب العديدة من الشواغل الحاسمة في تصنيع الصب بالقالب. يمكن أن تحدث المسامية أو وجود جيوب هوائية صغيرة أثناء عملية صب المعدن.
يمكن أن يضعف هذا العيب السلامة الهيكلية للمكونات وينشأ من عوامل مختلفة. مثل سوء الإدارة في تقنية الصب أو عدم كفاية تصميم القالب أو التلوث. يتطلب هذا التحدي مراقبة صارمة للعملية وطرق فحص الجودة المتقدمة.
الانضمام والتجميع
يشير الربط والتجميع إلى تحدٍ حاسم آخر للمكونات المصبوبة في السيارات الكهربائية. ويفضل استخدام طرق اللحام والتثبيت التقليدية للمواد خفيفة الوزن مثل الألومنيوم والمغنيسيوم.
يمكن أن تتسبب الاختلافات في التمدد الحراري واحتياجات المحاذاة الدقيقة في حدوث تعقيدات في عملية التجميع. وللقضاء على هذا التحدي، يلزم إجراء لحام التحريك الاحتكاكي أو الربط اللاصق. يمكن أن يضمن ذلك القدرة القوية والموثوقية للأجزاء المصبوبة.
مستقبل صب السيارات الكهربائية
سيؤدي تكامل التقنيات المتطورة والسبائك المناسبة إلى تطور مصبوبات السيارات الكهربائية. ومع ذلك، فإن مستقبلها يحمل إمكانات هائلة لتحقيق المزيد من التطورات والإنجازات:
● التصنيع الإضافي لقوالب الصب
● المحاكاة والنمذجة
● السبائك والمركبات الجديدة
التصنيع الإضافي لقوالب الصب
تشهد صناعة مكونات المركبات الكهربائية ثورة في مجال تصنيع المركبات الكهربائية عن طريق التصنيع الإضافي أو الطباعة ثلاثية الأبعاد. تقلل هذه التقنية من المهل الزمنية والتكاليف، وتوفر نماذج أولية سريعة وتخصيص التصميمات المعقدة.
بالإضافة إلى ذلك، يعمل هذا التصنيع على تحسين الكفاءة والجودة الإجمالية للأجزاء من خلال إتاحة أشكال هندسية أكثر تعقيدًا ودقة للقالب.
السبائك والمركبات الجديدة في صب القوالب الكهربائية
سبائك الألومنيوم
- A380
- 6061
خواص سبائك الألومنيوم لمسبوكات القوالب الكهربائية
- الكثافة: 2.7 جم/سم مكعب تقريباً
- درجة الانصهار: 660 درجة مئوية (1220 درجة فهرنهايت)
- Young’s Modulus: 69 GPa (10,000 ksi)
- قوة الشد: 90-690 ميجا باسكال (13-100 كسي)
- قوة الخضوع: 50-600 ميجا باسكال (7-87 كسي)
- الاستطالة عند الكسر: 1-40%
- الموصلية الحرارية: 150-200 واط/م كلفن
سبائك المغنيسيوم
- AZ91D
- AM60
خواص سبائك المغنيسيوم لمسبوكات القوالب الكهربائية
- الكثافة: 1.74 جم/سم مكعب تقريباً
- درجة الانصهار: 650 درجة مئوية (1202 درجة فهرنهايت)
- Young’s Modulus: 45 GPa (6,500 ksi)
- قوة الشد: 150-340 ميجا باسكال (22-49 كيلو باسكال)
- قوة الخضوع: 65-230 ميجا باسكال (9-33 كسي)
- الاستطالة عند الكسر: 2-10%
- الموصلية الحرارية: 60-90 واط/م-كلفن
سبائك الزنك
- زماك 3
- زماك 5
خواص سبائك الزنك لمسبوكات القوالب الكهربائية
- الكثافة: 6.6-6.7 جم/سم مكعب تقريباً
- درجة الانصهار: 420 درجة مئوية (788 درجة فهرنهايت)
- Young’s Modulus: 83 GPa (12,000 ksi)
- قوة الشد: 250-400 ميجا باسكال (36-58 كيلو باسكال)
- قوة الخضوع: 150-300 ميجا باسكال (22-43 كسي)
- الاستطالة عند الكسر: 1-10%
- الموصلية الحرارية: 110-120 واط/م كلفن
الخلاصة:
يبحث مصنعو السيارات الكهربائية باستمرار عن طرق جديدة لدمج أجزاء المسبوكات المتطورة. الأوديكاستينج نقدم مجموعة متنوعة من تقنيات صب المركبات الكهربائية. نحن نستخدم سبائك الألومنيوم خفيفة الوزن لتصنيع أجزاء مخصصة مثل علب المحرك وصواني البطاريات.