Støbning af elektriske køretøjer omfatter banebrydende metoder som giga-støbning til fremstilling af komplekse, lette bildele. Elbiler dominerer det globale bilmarked. Ifølge Market Watch steg salget af ev-biler fra 1 million til 1,6 millioner i 2023. Teknologi som støbning af elektriske køretøjer med giga-støbningsteknik tilbyder et bæredygtigt alternativ til benzindrevne biler.

Det vigtigste at tage med:

1.       EV-støbeproces

2.       Støbeproces for elektriske køretøjer

3.       Materialer til EV-støbegods

4.       Nye legeringer og kompositter i EV Die Casting

EV-støbeprocesser

Støbning af elektriske køretøjer er en omfattende proces, der involverer kritiske trin for at producere effektive dele af høj kvalitet. Det giver forskellige fordele og begrænsninger i udformningen af forskellige komponenter. Lad os se på de vigtigste processer, der er involveret i støbning af elbiler, herunder design, materialeforberedelse, forskellige støbemetoder og procedurer efter støbning.

1.     Design og fremstilling af forme

Støbning af elbiler omfatter det grundlæggende trin med at designe og skabe støbeforme. I denne proces tilpasses computerstøttet designsoftware til at skabe præcise og indviklede designs af de nødvendige elbilkomponenter. Disse designs er i stand til at modstå de høje tryk og temperaturer, der er involveret i støbning. De bruges til at skabe forme af stål eller andre holdbare materialer, når de er skabt.

2.     Forberedelse af materiale

Materialeforberedelsen er afgørende for at opnå resultater af høj kvalitet ved støbning. Dette trin indebærer udvælgelse og forberedelse af metallegeringer, som f.eks. aluminium. Aluminium bruges ofte til støbning af elektriske køretøjer på grund af dets letvægts- og styrkeegenskaber. Producenterne smelter legeringerne i ovne til en bestemt temperatur og forbereder dem til støbeprocessen.

3.     Metoder til støbning

EV-komponenter kan produceres ved hjælp af forskellige støbemetoder, som hver især har deres specifikke fordele og anvendelsesmuligheder.

                                I.            Trykstøbning under højt tryk

                              II.            Støbning ved hjælp af tyngdekraft

                            III.            Andre støbeteknikker

       I.            Trykstøbning under højt tryk

Oversigt over processen

Ved højtryksstøbning sprøjtes det smeltede metal ind i et formhulrum under ekstremt tryk. Denne metode kan med stor ekspertise fremstille komponenter med fremragende overfladefinish og dimensionsnøjagtighed. 

Fordele for elektriske køretøjer

Denne proces er gavnlig for elektriske køretøjer, der producerer store, komplekse dele i et enkelt stykke. Den hjælper med at reducere antallet af samlinger og svejsninger. Det forbedrer komponenternes strukturelle integritet og reducerer deres vægt. Det forbedrer køretøjets effektivitet og rækkevidde.

Anvendelser i elektriske køretøjer

Producenten af elektriske køretøjer foretrækker højtryksstøbningsprocessen (HPDC). Denne metode giver dem mulighed for at skabe store støbninger i ét stykke. Den bruges specifikt til at fremstille forskellige dele til elbiler, f.eks. batterihus, motorhus og konstruktionsdele.

     II.            Støbning ved hjælp af tyngdekraft

Oversigt over processen

Producenter bruger tyngdekraftsstøbning til at hælde smeltet metal i en form, mens det trækkes på plads af tyngdekraften. Det er en enklere metode end højtryksstøbning. Denne teknik kræver præcis kontrol over støbeprocessen for at forbedre støbningens kvalitet.

Fordele for elektriske køretøjer

Det er en fordel at skabe store, tykvæggede dele, der kræver overlegen strukturel integritet. Den kan producere mindre produktioner eller specialiserede komponenter på en omkostningseffektiv måde.

Anvendelser i elektriske køretøjer

Denne procedure bruges til at fremstille motorblokke, ophængningsdele og andre strukturelle elementer, hvor der er brug for høj styrke og holdbarhed.

  III.            Andre støbeteknikker

Sandstøbning

En form skabes af en sandblanding for at hælde smeltet metal ind i hulrummet i Sandstøbning af aluminium metode. Den er velegnet til fremstilling af komplekse, store komponenter med indviklede detaljer.

Investeringsstøbning

Det er en effektiv støbestrategi, der kan bruges til at producere dele i perfekte dimensioner med bedre overfladefinish, også kaldet tabt voksstøbning. Denne teknik indebærer, at man laver en voksform af emnet dækket af en keramisk skal og derefter smelter voksen for at lave en form.

4.     Afkøling og størkning

Dette trin omfatter afkøling og størkning af metal, efter at det er sprøjtet ind i formen, mens det stadig er smeltet. Afkølingshastigheden kan have direkte indflydelse på de endelige komponenters mikrostruktur og mekaniske egenskaber. Derfor hjælper den kontrollerede køleteknik med at opnå den ønskede styrke og holdbarhed.

5.     Fjernelse og rengøring

Efter afkølings- og størkningsprocessen fjernes støbningen fra formen ved at bryde formen, der er lavet med en sandblanding, eller åbne formen i tilfælde af HPDC. det involverer yderligere rengøringstrinnet, hvor resterende formmaterialer, flash eller oxidlag fjernes.

6.     Efterbehandling og inspektion

Yderligere bearbejdning, polering og påføring af eventuel nødvendig belægning sker under efterbehandlings- og inspektionsprocessen. Denne fase hjælper producenten med at skabe komponenter med overfladefinish og nøjagtige dimensioner. Inspektionstrinnet sikrer, at outputtet lever op til den krævede kvalitetsstandard.

Fordele ved EV-støbegods

Trykstøbningsteknikker giver flere fordele i forbindelse med udformningen af fremtidens elbiler, især når det drejer sig om spørgsmål som vægt, design og omkostninger. Lad os se nærmere på disse fordele:

Vægtreduktion og forbedret rækkevidde

Den primære fordel for elektriske køretøjer er vægtreduktion. Valg af letvægtsmaterialer som f.eks. aluminium i HPDC (højtryksstøbning) reducerer køretøjernes samlede vægt. Letvægtskøretøjer har større effektivitet og forbedret rækkevidde.

Designfleksibilitet og komplekse geometrier

Støbning af elektriske køretøjer kan producere usædvanligt komplekse geometrier og give designfleksibilitet, hvilket eliminerer behovet for traditionelle fremstillingsmetoder. Det hjælper med at optimere delene til ydeevne, herunder funktioner som indviklede kølekanaler og integrerede støttestrukturer.

Omkostningseffektivitet og skalerbarhed

HPDC- og gravitationsstøbningsprocesser er både omkostningseffektive og skalerbare. Men de indledende omkostninger til oprettelse af støbeform og udstyr kan være høje. Omkostningerne pr. enhed falder betydeligt med øgede produktionsmængder. Denne skalerbarhed hjælper med at gøre elektriske køretøjer mere overkommelige og tilgængelige for et bredere marked.

Forbedret strukturel integritet og holdbarhed

Støbegods til elektriske køretøjer forbedrer køretøjernes strukturelle integritet og holdbarhed af hensyn til sikkerhed og lang levetid. Denne metode forhindrer komponenterne i at danne indre spændinger og sikrer fremragende mekaniske egenskaber. Det kan være nødvendigt for dele, der udsættes for store belastninger og spændinger, som f.eks. ophæng og batterihus.

Fordele ved termisk styring

Varmestyring er en anden effektiv fordel ved EV-støbegods. Komponenter fremstillet gennem støbeprocesser kan omfatte integrerede køleløsninger. Støbning hjælper med at styre varmen mere effektivt og forbedrer køretøjets samlede ydeevne og sikkerhed.

Materialer brugt i EV-støbegods

Det rette valg af støbemateriale gør en stor forskel for resultatet. Producenten kan med succes skabe letvægtskøretøjer med forbedret ydeevne ved at vælge de rigtige materialer. Lad os se på de tilgængelige muligheder, der kan anvendes til støbning af elbiler.

Aluminiumslegeringer

Aluminiumslegeringer har fremragende egenskaber som bearbejdelighed, lav massefylde, holdbarhed, modstandsdygtighed over for rust og god formbarhed. Dette materiale er meget let og har tilstrækkelig styrke til forskellige elbilkomponenter, samtidig med at det har en god formbarhed. Dets overlegne korrosionsbestandighed giver lang levetid for elbilsdele, der udsættes for miljømæssige forhold.

Specifikke aluminiumslegeringer

Specifikke aluminiumlegeringer som A356, A6061 og 7050 har høj styrke, støbbarhed og god korrosionsbestandighed, hvilket gør dem til det foretrukne valg til støbning. Disse legeringer bruges til at opfylde kravene til styrke og holdbarhed i dele som motorhuse, højbelastningsapplikationer og batterikabinetter.

Magnesiumlegeringer

Magnesiumlegeringer som AZ81D er lette og nemme at støbe. Disse materialer er velegnede til komponenter, der kræver vægtbesparelser, som f.eks. batterirammer og konstruktionsdele. Fremskridt inden for belægningsteknologier har gjort dem levedygtige på trods af deres lavere korrosionsbestandighed.

Zinklegeringer

Zinkmateriale kan bruges til fremstilling af små, komplicerede dele, der kræver fremragende dimensionsstabilitet. Disse legeringer kan kombineres med aluminium og magnesium, så producenten kan optimere hver komponents ydeevne. Sikring af balancen mellem vægt, styrke og holdbarhed i elbiler.

Støbning af flere materialer

Støbning af flere materialer indebærer kombinationer af forskellige legeringer i en enkelt komponent. Denne teknik kan forbedre egenskaber som termisk styring og strukturel integritet og hjælpe med at reducere vægten. Det er en fordel at skabe komplekse dele, der har brug for forskellige egenskaber på tværs af flere sektioner.

Anvendelser af EV-støbegods

●        Motorhuse

●        Batteribakker

●        Transmissionskasser

●        Kølelegemer

●        Invertere

Motorhuse

Motorhusene beskytter elmotorerne mod ydre skader, samtidig med at de sikrer korrekt varmestyring. Især aluminium og magnesium bruges til at skabe denne komponent på grund af deres lette vægt, styrke og fremragende varmeafledningsegenskaber.

Batteribakker

Batteribakker sikrer og holder battericellerne i elektriske køretøjer og kan produceres af letvægtsmaterialer som aluminium. Disse legeringer reducerer køretøjets samlede vægt og forbedrer rækkevidden. Derudover er disse bakker designet til at være stærke og korrosionsbeskyttende, hvilket sikrer en lang levetid for delene.

Transmissionskasser

Transmissionshuse i elektriske køretøjer fungerer som de komponenter, der er ansvarlige for at overføre kraften fra motoren til hjulene. Aluminiumsmaterialer er et passende valg til at skabe denne applikation. Fordi det har høj styrke og evnen til at modstå de mekaniske belastninger ved kraftoverførsel.

Kølelegemer

De elektroniske komponenter i elbiler genererer meget varme, som kan håndteres ved hjælp af kølelegemer. Aluminium kan opfylde disse applikationers behov for overlegen varmeledningsevne. Det hjælper med at opretholde den optimale driftstemperatur og reducerer risikoen for overophedning.

Invertere

Producenterne bruger invertere til at konvertere køretøjets jævnstrøm til vekselstrøm. De producerer disse dele med aluminium for at gøre dem effektive til varmeafledning og beskytte mod følsomme elektroniske komponenter.

Udfordringer og begrænsninger ved støbning af elbiler

For at løse de mange udfordringer kræver indbygning af elbiler løbende innovation inden for materialevidenskab, støbeteknologi og montering. Opdag nogle af de skræmmende udfordringer og begrænsninger ved elbiler.

●        Materialeegenskaber

●        Porøsitet og støbefejl

●        Sammenføjning og montering

Materialeegenskaber

Materialeegenskaber spiller en afgørende rolle for resultaterne. De har iboende egenskaber og giver måske ikke altid den nødvendige styrke og holdbarhed til visse anvendelser. Valget af materiale til EV-støbning skal afbalancere vægtreduktion med mekanisk ydeevne, hvilket kan være en kompliceret afvejning.

Porøsitet og støbefejl

Porøsitet og mange støbningsfejl er afgørende problemer i trykstøbning. Porøsitet eller tilstedeværelsen af små luftlommer kan forekomme under støbeprocessen af metal.

Denne defekt kan svække komponenternes strukturelle integritet og skyldes forskellige faktorer. F.eks. dårlig styring af støbningsteknikken, utilstrækkeligt formdesign eller forurening. Denne udfordring kræver streng proceskontrol og avancerede kvalitetsinspektionsmetoder.

Sammenføjning og montering

Sammenføjning og montering er en anden afgørende udfordring for støbte komponenter i elektriske køretøjer. Traditionelle svejse- og fastgørelsesmetoder foretrækkes til letvægtsmaterialer som aluminium og magnesium.

Forskellene i varmeudvidelse og behovet for præcis justering kan skabe komplikationer i samleprocessen. For at eliminere denne udfordring er det nødvendigt med friktionsomrøringssvejsning eller limning. Det kan sikre de støbte deles stærke evne og pålidelighed.  

Fremtiden for støbning af elbiler

Integrationen af banebrydende teknologier og egnede legeringer vil drive udviklingen af støbegods til elektriske køretøjer. Men fremtiden rummer et enormt potentiale for yderligere fremskridt og gennembrud:

●        Additiv fremstilling til støbeforme

●        Simulering og modellering

●        Nye legeringer og kompositter

Additiv fremstilling til støbeforme

Industrien for elektriske køretøjskomponenter er ved at blive revolutioneret af additiv fremstilling eller 3D-print. Denne teknologi reducerer leveringstider og omkostninger og giver mulighed for hurtig fremstilling af prototyper og tilpasning af komplekse designs.

 Derudover forbedrer denne fremstilling den samlede effektivitet og kvalitet af emnerne ved at muliggøre mere indviklede og præcise formgeometrier.

Nye legeringer og kompositter i EV Die Casting

Aluminiumslegeringer

-         A380

-         6061

Egenskaber ved aluminiumslegeringer til EV-støbegods

-         Tæthed: Cirka 2,7 g/cm³

-         Smeltepunkt: 660°C (1220°F)

-         Youngs modul: 69 GPa (10.000 ksi)

-         Trækstyrke: 90-690 MPa (13-100 ksi)

-         Udbyttestyrke: 50-600 MPa (7-87 ksi)

-         Forlængelse ved brud: 1-40%

-         Termisk ledningsevne: 150-200 W/m-K

Magnesiumlegeringer

-         AZ91D

-         AM60

Egenskaber ved magnesiumlegeringer til EV-trykstøbning

-         Massefylde: Cirka 1,74 g/cm³

-         Smeltepunkt: 650°C (1202°F)

-         Youngs modul: 45 GPa (6.500 ksi)

-         Trækstyrke: 150-340 MPa (22-49 ksi)

-         Udbyttestyrke: 65-230 MPa (9-33 ksi)

-         Forlængelse ved brud: 2-10%

-         Termisk ledningsevne: 60-90 W/m-K

Zinklegeringer

-         Zamak 3

-         Zamak 5

Egenskaber ved zinklegeringer til EV-trykstøbning

-         Massefylde: Cirka 6,6-6,7 g/cm³

-         Smeltepunkt: 420°C (788°F)

-         Youngs modul: 83 GPa (12.000 ksi)

-         Trækstyrke: 250-400 MPa (36-58 ksi)

-         Udbyttestyrke: 150-300 MPa (22-43 ksi)

-         Forlængelse ved brud: 1-10%

-         Varmeledningsevne: 110-120 W/m-K

Konklusion:

Producenter af elbiler søger hele tiden nye måder at inkorporere ev-støbte dele på.  Aludiecasting tilbyder en bred vifte af EV-støbningsteknikker. Vi bruger letvægtsaluminiumlegeringer til at fremstille specialdele som motorhuse og batteribakker.