Odlévání elektromobilů využívá nejmodernější metody, jako je giga lití, k výrobě složitých a lehkých automobilových dílů. Elektromobily dominují světovému automobilovému trhu. Podle společnosti Market Watch vzrostl prodej ev. automobilů z 1 milionu na 1,6 milionu v roce 2023. Technologie, jako je odlévání elektromobilů technikou giga lití, nabízí udržitelnou alternativu k automobilům na benzinový pohon.

Klíčové poznatky:

1.       Proces EV Casting

2.       Proces odlévání elektrických vozidel

3.       Materiály odlitků EV

4.       Nové slitiny a kompozity při tlakovém lití elektromobilů

Procesy odlévání EV

Odlévání elektrických vozidel je komplexní proces zahrnující kritické kroky k výrobě vysoce kvalitních a účinných dílů. Nabízí výrazné výhody a omezení pro tvarování různých součástí. Podívejme se na klíčové procesy spojené s odléváním elektrických vozidel, včetně návrhu, přípravy materiálu, různých metod odlévání a postupů po odlití.

1.     Design a tvorba forem

Odlitky pro elektrická vozidla zahrnují základní krok, kterým je návrh a vytvoření forem. Při tomto procesu se používá software pro počítačem podporované navrhování, který slouží k vytvoření přesných a složitých návrhů požadovaných součástí elektromobilů. Tyto konstrukce jsou schopny odolat vysokým tlakům a teplotám při odlévání. Po jejich vytvoření se využívají k vytvoření forem z oceli nebo jiných odolných materiálů.

2.     Příprava materiálu

Krok přípravy materiálu je zásadní pro dosažení kvalitních výsledků při odlévání. Tato fáze zahrnuje výběr a přípravu kovových slitin, jako je hliník. Hliník se běžně používá při odlévání elektrických vozidel díky své lehkosti a pevnostním vlastnostem. Výrobci taví slitiny v pecích na určitou teplotu a připravují je pro proces lití.

3.     Metody odlévání

Komponenty pro elektromobily lze vyrábět pomocí několika metod odlévání, z nichž každá má své specifické výhody a použití.

                                I.            Vysokotlaké tlakové lití

                              II.            Gravitační odlévání

                            III.            Další techniky odlévání

       I.            Vysokotlaké tlakové lití

Přehled procesů

Při vysokotlakém tlakovém lití se roztavený kov vstřikuje do dutiny formy pod extrémním tlakem. Touto metodou lze odborně vyrábět součásti s vynikající povrchovou úpravou a rozměrovou přesností. 

Výhody pro elektrická vozidla

Tento proces je výhodný pro elektromobily, které vyrábějí velké a složité díly z jednoho kusu. Pomáhá snížit počet potřebných spojů a svarů. Zvyšuje strukturální integritu součástí a snižuje jejich hmotnost. To zlepšuje účinnost a dojezd vozidla.

Aplikace v elektrických vozidlech

Výrobce elektromobilů upřednostňuje proces vysokotlakého lití (HPDC). Tato metoda mu umožňuje vytvářet velké odlitky z jednoho kusu. Konkrétně se používá k výrobě různých dílů elektrických vozidel, jako jsou kryty baterií, kryty motorů a konstrukční díly.

     II.            Gravitační odlévání

Přehled procesů

Výrobci používají techniku gravitačního lití, kdy se roztavený kov nalije do formy a gravitačně se vtáhne na místo. Jedná se o jednodušší metodu než vysokotlaké lití pod tlakem. Tato technika vyžaduje přesnou kontrolu procesu lití, aby se zlepšila kvalita odlitků.

Výhody pro elektrická vozidla

Je výhodný pro vytváření velkých silnostěnných dílů, které vyžadují vynikající strukturální integritu. Lze s ní hospodárně vyrábět menší produkce nebo specializované součásti.

Aplikace v elektrických vozidlech

Tento postup se používá při výrobě bloků motorů, dílů zavěšení a dalších konstrukčních prvků, u nichž je vyžadována vysoká pevnost a odolnost.

  III.            Další techniky odlévání

Odlévání do písku

Ze směsi písku se vytvoří forma, do které se nalije roztavený kov. lití hliníku do písku metoda. Je vhodná pro výrobu složitých, velkých součástí se složitými detaily.

Investiční odlévání

Jedná se o účinnou strategii odlévání, kterou lze použít k výrobě dílů dokonalých rozměrů s lepší povrchovou úpravou, nazývanou také lití do ztraceného vosku. Tato technika zahrnuje vytvoření voskové formy dílu pokryté keramickým pláštěm a následné roztavení vosku pro vytvoření formy.

4.     Chlazení a tuhnutí

Tento krok zahrnuje ochlazení a ztuhnutí kovu po jeho vstříknutí do formy ještě v roztaveném stavu. Rychlost chlazení může přímo ovlivnit mikrostrukturu a mechanické vlastnosti konečných součástí. Proto technika řízeného chlazení pomáhá dosáhnout požadované pevnosti a trvanlivosti.

5.     Odstranění a čištění

Po ochlazení a ztuhnutí je odlitek vyjmut z formy rozbitím formy z pískové směsi nebo otevřením formy v případě HPDC. dále zahrnuje krok čištění, při kterém jsou odstraněny zbytky materiálů formy, otřepy nebo vrstvy oxidů.

6.     Dokončovací práce a kontrola

Během dokončovacího a kontrolního procesu se provádí další obrábění, leštění a nanášení potřebných povlaků. Tato fáze pomáhá výrobci vytvářet součásti s povrchovou úpravou a přesnými rozměry. Kontrolní krok zajišťuje, že výstup splňuje požadovaný standard kvality.

Výhody odlitků EV

Techniky tlakového lití přinášejí několik výhod pro formování budoucnosti elektrických vozidel, zejména pokud jde o otázky, jako je hmotnost, design a náklady. Pojďme tyto výhody objevit:

Snížení hmotnosti a zlepšení dojezdu

Jeho hlavní výhodou pro elektromobily je snížení hmotnosti. Výběr lehkých materiálů, jako je hliník ve vysokotlakém tlakovém lití (HPDC), snižuje celkovou hmotnost vozidel. Lehká vozidla mají vyšší účinnost a lepší dojezd.

Flexibilita designu a složité geometrie

Odlitky pro elektromobily umožňují vyrábět výjimečně složité geometrie a nabízejí flexibilitu konstrukce, což eliminuje potřebu tradičních výrobních metod. Pomáhá při optimalizaci dílů z hlediska výkonu, včetně prvků, jako jsou složité chladicí kanály a integrované podpůrné struktury.

Nákladová efektivita a škálovatelnost

Procesy HPDC a gravitačního lití jsou nákladově efektivní a škálovatelné. Počáteční náklady na vytvoření formy a vybavení však mohou být vysoké. Náklady na jednotku výrazně klesají se zvyšujícím se objemem výroby. Tato škálovatelnost pomáhá učinit elektromobily cenově dostupnějšími a přístupnějšími pro širší trh.

Zvýšená konstrukční integrita a odolnost

Odlitky pro elektrická vozidla zvyšují konstrukční integritu a odolnost vozidel z důvodu bezpečnosti a dlouhé životnosti. Tato metoda zabraňuje vzniku vnitřních pnutí v součástech a zajišťuje vynikající mechanické vlastnosti. To může být nezbytné u dílů vystavených vysokému zatížení a namáhání, jako jsou závěsy a kryty baterií.

Výhody tepelného managementu

Další účinnou výhodou odlitků EV je tepelný management. Součásti vyrobené procesem odlévání mohou obsahovat integrovaná chladicí řešení. Odlitky pomáhají efektivněji hospodařit s teplem a zlepšují celkový výkon a bezpečnost vozidla.

Materiály používané v odlitcích EV

Vhodný výběr materiálu pro odlévání má zásadní vliv na výstupní výsledky. Výběrem správných materiálů může výrobce úspěšně vytvářet lehká vozidla s lepšími výkony. Objevme dostupné možnosti, které lze použít pro odlévání elektromobilů.

Slitiny hliníku

Slitiny hliníku mají vynikající vlastnosti, jako je obrobitelnost, nízká hustota, trvanlivost, odolnost proti korozi a dobrá tvarovatelnost. Tento materiál je výrazně lehký a má dostatečnou pevnost pro různé komponenty elektromobilů a zároveň nabízí dobrou tvarovatelnost. Jeho vynikající vlastnost odolnosti proti korozi vykazuje dlouhou životnost dílů EV vystavených okolním podmínkám.

Specifické slitiny hliníku

Specifické hliníkové slitiny, jako jsou A356, A6061 a 7050, mají vysokou pevnost, odlévatelnost a dobrou odolnost proti korozi, což z nich činí preferovanou volbu pro odlévání. Tyto slitiny se používají ke splnění požadavků na pevnost a trvanlivost dílů, jako jsou kryty motorů, vysoce namáhané aplikace a kryty baterií.

Slitiny hořčíku

Hořčíkové slitiny, jako je AZ81D, se vyznačují nízkou hmotností a snadným odléváním. Tyto materiály jsou vhodné pro komponenty vyžadující úsporu hmotnosti, jako jsou rámy baterií a konstrukční díly. Pokrok v technologiích povlakování má jejich životaschopnost, a to i přes jejich nižší odolnost proti korozi.

Slitiny zinku

Zinkový materiál lze použít pro výrobu malých, složitých dílů, které vyžadují vynikající rozměrovou stabilitu. Tyto slitiny lze kombinovat s hliníkem a hořčíkem, což výrobci umožňuje optimalizovat výkon každé součásti. Zajištění rovnováhy mezi hmotností, pevností a trvanlivostí v elektrických vozidlech.

Odlévání z více materiálů

Odlévání z více materiálů zahrnuje kombinace různých slitin v rámci jedné součásti. Tato technika může zlepšit výkonnostní vlastnosti, jako je tepelný management a strukturální integrita, a pomoci snížit hmotnost. Je výhodná pro vytváření složitých dílů, které potřebují různé vlastnosti v několika sekcích.

Použití odlitků EV

●        Pouzdra motorů

●        Zásobníky baterií

●        Převodové skříně

●        Chladiče

●        Měniče

Pouzdra motorů

Části krytu motoru chrání elektromotory před vnějším poškozením a zároveň zajišťují správné tepelné řízení. K výrobě této součásti se používá zejména hliník a hořčík, a to díky jejich nízké hmotnosti, pevnosti a vynikajícím vlastnostem při odvodu tepla.

Zásobníky baterií

Zásobníky baterií zajišťují a drží bateriové články elektrických vozidel a mohou být vyrobeny z lehkých materiálů, jako je hliník. Tyto slitiny snižují celkovou hmotnost vozidla a zlepšují dojezd. Kromě toho jsou tyto zásobníky navrženy tak, aby byly pevné a antikorozní, což zajišťuje dlouhou životnost dílů.

Převodové skříně

Převodové skříně v elektromobilech slouží jako součásti, které přenášejí výkon z motoru na kola. Hliníkové materiály jsou pro tuto aplikaci vhodnou volbou. Má totiž vysokou pevnost a schopnost odolávat mechanickému namáhání při přenosu výkonu.

Chladiče

elektronické komponenty v elektromobilech vytvářejí nadměrné teplo, které lze regulovat pomocí chladičů. Hliník může splnit požadavky těchto aplikací na vynikající tepelnou vodivost. Pomáhá udržovat optimální provozní teplotu a snižuje pravděpodobnost přehřátí.

Měniče

Výrobci používají měniče k přeměně stejnosměrného proudu vozidla na střídavý proud. Tyto díly vyrábějí z hliníku, aby účinně odváděly teplo a chránily citlivé elektronické součástky.

Výzvy a omezení odlitků EV

Aby bylo možné řešit několik výzev, vyžaduje začlenění elektrických vozidel neustálé inovace v oblasti vědy o materiálech, technologie odlévání a montáže. Objevte některé z náročných výzev a omezení elektromobilů.

●        Vlastnosti materiálu

●        Pórovitost a vady odlitků

●        Spojování a montáž

Vlastnosti materiálu

Vlastnosti materiálu hrají zásadní roli ve výstupních výsledcích. Představují vrozené vlastnosti a nemusí vždy poskytovat požadovanou pevnost a trvanlivost pro určité aplikace. Při výběru materiálu pro EV odlitky je třeba vyvážit snížení hmotnosti a mechanické vlastnosti, což může být složitý kompromis.

Pórovitost a vady odlitků

Pórovitost a četné vady odlitků jsou zásadními problémy při výrobě tlakových odlitků. Pórovitost nebo přítomnost drobných vzduchových kapes se může objevit během procesu lití kovu.

Tato vada může oslabit strukturální integritu součástí a vzniká v důsledku různých faktorů. Například špatné zvládnutí techniky odlévání, nevhodná konstrukce formy nebo kontaminace. Tento problém vyžaduje přísnou kontrolu procesu a pokročilé metody kontroly kvality.

Spojování a montáž

Spojování a montáž představují další zásadní problém litých součástí v elektrických vozidlech. U lehkých materiálů, jako je hliník a hořčík, se upřednostňují tradiční metody svařování a upevňování.

Rozdíly v tepelné roztažnosti a potřeby přesného zarovnání mohou způsobit komplikace v procesu montáže. K odstranění tohoto problému je nutné svařování třecím třením nebo lepení. To může zajistit pevnostní schopnost a spolehlivost litých dílů.  

Budoucnost odlévání elektromobilů

Integrace nejmodernějších technologií a vhodných slitin bude hnacím motorem vývoje odlitků pro elektromobily. Jeho budoucnost však skrývá obrovský potenciál pro další pokrok a průlom:

●        Aditivní výroba pro odlévací formy

●        Simulace a modelování

●        Nové slitiny a kompozity

Aditivní výroba pro odlévací formy

Odvětví elektrických komponentů pro vozidla prochází revolucí díky aditivní výrobě neboli 3D tisku. Tato technologie zkracuje dodací lhůty a náklady a nabízí rychlou výrobu prototypů a přizpůsobení složitých konstrukcí.

 Tato výroba navíc zvyšuje celkovou efektivitu a kvalitu dílů tím, že umožňuje složitější a přesnější geometrii forem.

Nové slitiny a kompozity při tlakovém lití elektromobilů

Slitiny hliníku

-         A380

-         6061

Vlastnosti hliníkových slitin pro EV tlakové odlitky

-         Hustota: Přibližně 2,7 g/cm³

-         Teplota tání: 660°C (1220°F)

-         Youngův modul: 69 GPa (10 000 ksi)

-         Pevnost v tahu: 90-690 MPa (13-100 ksi)

-         Mez kluzu: 50-600 MPa (7-87 ksi)

-         Prodloužení při přetržení: 1-40%

-         Tepelná vodivost: 150-200 W/m-K

Slitiny hořčíku

-         AZ91D

-         AM60

Vlastnosti hořčíkových slitin pro EV tlakové odlitky

-         Hustota: Hustota: přibližně 1,74 g/cm³

-         Bod tání: 650 °C (1202 °F)

-         Youngův modul: 45 GPa (6 500 ksi)

-         Pevnost v tahu: 150-340 MPa (22-49 ksi)

-         Mez kluzu: 65-230 MPa (9-33 ksi)

-         Prodloužení při přetržení: 2-10%

-         Tepelná vodivost: 60-90 W/m-K

Slitiny zinku

-         Zamak 3

-         Zamak 5

Vlastnosti zinkových slitin pro EV tlakové odlitky

-         Hustota: Přibližně 6,6-6,7 g/cm³

-         Teplota tání: 420°C (788°F)

-         Youngův modul: 83 GPa (12 000 ksi)

-         Pevnost v tahu: 250-400 MPa (36-58 ksi)

-         Mez kluzu: 150-300 MPa (22-43 ksi)

-         Prodloužení při přetržení: 1-10%

-         Tepelná vodivost: 110-120 W/m-K

Závěr:

Výrobci elektromobilů neustále hledají nové způsoby, jak do nich zabudovat odlitky z ev.  Aludiecasting nabízí rozmanitou škálu technik odlévání EV. K výrobě zakázkových dílů, jako jsou kryty motorů a zásobníky baterií, používáme lehké hliníkové slitiny.