Beim Gießen von Elektrofahrzeugen kommen modernste Verfahren wie Giga-Casting zum Einsatz, um komplexe, leichte Automobilteile herzustellen. Elektrofahrzeuge dominieren den globalen Automobilmarkt. Laut Market Watch wird der Absatz von Elektroautos von 1 Million auf 1,6 Millionen im Jahr 2023 ansteigen. Technologien wie das Gießen von Elektrofahrzeugen mit der Giga-Casting-Technik bieten eine nachhaltige Alternative zu benzingetriebenen Autos.

Wichtigste Erkenntnisse:

1.       EV-Gießverfahren

2.       Gießverfahren für Elektrofahrzeuge

3.       EV-Gusswerkstoffe

4.       Neue Legierungen und Verbundwerkstoffe im EV-Druckguss

EV-Gießverfahren

Das Gießen von Elektrofahrzeugen ist ein umfassender Prozess, der entscheidende Schritte zur Herstellung hochwertiger, effizienter Teile umfasst. Es bietet unterschiedliche Vorteile und Einschränkungen für die Formgebung verschiedener Komponenten. Sehen wir uns die wichtigsten Prozesse beim Gießen von Elektrofahrzeugen an, einschließlich Konstruktion, Materialvorbereitung, verschiedene Gießverfahren und Verfahren nach dem Gießen.

1.     Design und Formenbau

Der Guss von Elektrofahrzeugen umfasst den grundlegenden Schritt des Entwurfs und der Herstellung von Gussformen. In diesem Prozess wird computergestützte Konstruktionssoftware eingesetzt, um präzise und komplizierte Entwürfe der benötigten Fahrzeugkomponenten zu erstellen. Diese Entwürfe sind in der Lage, dem hohen Druck und den hohen Temperaturen standzuhalten, die beim Gießen auftreten. Nach ihrer Herstellung werden sie zur Herstellung von Gussformen aus Stahl oder anderen dauerhaften Materialien verwendet.

2.     Vorbereitung des Materials

Der Schritt der Materialvorbereitung ist für die Erzielung hochwertiger Ergebnisse beim Gießen von entscheidender Bedeutung. In dieser Phase geht es um die Auswahl und Vorbereitung von Metalllegierungen, wie Aluminium. Aluminium wird aufgrund seines geringen Gewichts und seiner Festigkeitseigenschaften häufig für den Guss von Elektrofahrzeugen verwendet. Die Hersteller schmelzen die Legierungen in Öfen auf eine bestimmte Temperatur und bereiten sie für das Gießverfahren vor.

3.     Gießverfahren

EV-Komponenten können mit verschiedenen Gießverfahren hergestellt werden, von denen jedes seine spezifischen Vorteile und Anwendungen hat.

                                I.            Druckgießen

                              II.            Schwerkraftgießen

                            III.            Andere Gießtechniken

       I.            Druckgießen

Prozess-Übersicht

Beim Druckgussverfahren wird das geschmolzene Metall unter extremem Druck in einen Formhohlraum gespritzt. Mit diesem Verfahren lassen sich Bauteile mit hervorragender Oberflächengüte und Maßgenauigkeit fachgerecht herstellen. 

Vorteile für Elektrofahrzeuge

Dieses Verfahren ist für Elektrofahrzeuge von Vorteil, da große, komplexe Teile in einem Stück gefertigt werden. Es trägt dazu bei, die Anzahl der erforderlichen Verbindungen und Schweißnähte zu verringern. Es verbessert die strukturelle Integrität der Komponenten und verringert ihr Gewicht. Das verbessert die Effizienz und die Reichweite des Fahrzeugs.

Anwendungen in Elektrofahrzeugen

Der Hersteller von Elektrofahrzeugen bevorzugt das Hochdruck-Druckgussverfahren (HPDC). Mit diesem Verfahren können sie große, einteilige Gussteile herstellen. Es wird speziell für die Herstellung verschiedener Teile von Elektrofahrzeugen verwendet, wie Batteriegehäuse, Motorgehäuse und Strukturteile.

     II.            Schwerkraftgießen

Prozess-Übersicht

Beim Schwerkraftgießen gießen die Hersteller das geschmolzene Metall in eine Form, während es durch die Schwerkraft an seinen Platz gezogen wird. Dies ist eine einfachere Methode als das Druckgussverfahren. Diese Technik erfordert eine genaue Kontrolle des Gießprozesses, um die Qualität der Gussteile zu verbessern.

Vorteile für Elektrofahrzeuge

Sie ist vorteilhaft für die Herstellung großer, dickwandiger Teile, die eine hohe strukturelle Integrität erfordern. Kleinere Produktionen oder spezielle Komponenten können kostengünstig hergestellt werden.

Anwendungen in Elektrofahrzeugen

Dieses Verfahren wird zur Herstellung von Motorblöcken, Aufhängungsteilen und anderen Strukturelementen verwendet, bei denen eine hohe Festigkeit und Haltbarkeit erforderlich ist.

  III.            Andere Gießtechniken

Sandgießen

Aus einem Sandgemisch wird eine Form hergestellt, in die das geschmolzene Metall in den Hohlraum des Bauteils gegossen wird. Aluminium-Sandguss Verfahren. Es eignet sich für die Herstellung komplexer, großer Bauteile mit komplizierten Details.

Feinguss

Es handelt sich um eine wirksame Gießstrategie, die zur Herstellung von Teilen mit perfekten Abmessungen und besserer Oberflächengüte eingesetzt werden kann und auch als Wachsausschmelzverfahren bezeichnet wird. Bei dieser Technik wird eine Wachsform des Teils erstellt, die mit einer Keramikschale überzogen wird, und das Wachs wird dann geschmolzen, um eine Form herzustellen.

4.     Abkühlung und Erstarrung

Dieser Schritt umfasst die Abkühlung und Erstarrung des Metalls, nachdem es in die Form gespritzt wurde, während es noch geschmolzen ist. Die Abkühlungsgeschwindigkeit kann sich direkt auf das Mikrogefüge und die mechanischen Eigenschaften der fertigen Bauteile auswirken. Daher trägt die Technik der kontrollierten Abkühlung dazu bei, die gewünschte Festigkeit und Haltbarkeit zu erreichen.

5.     Beseitigung und Reinigung

Nach dem Abkühlungs- und Erstarrungsprozess wird das Gussteil aus der Form entnommen, indem die mit einem Sandgemisch hergestellte Form gebrochen oder im Falle von HPDC die Form geöffnet wird.

6.     Endbearbeitung und Inspektion

Die weitere Bearbeitung, das Polieren und das Aufbringen der erforderlichen Beschichtung erfolgen während des Endbearbeitungs- und Prüfprozesses. Diese Phase hilft dem Hersteller bei der Herstellung von Bauteilen mit Oberflächengüte und genauen Abmessungen. Der Prüfschritt stellt sicher, dass das Ergebnis den erforderlichen Qualitätsstandard erfüllt.

Vorteile von EV Castings

Die Druckgusstechnik bietet mehrere Vorteile für die Gestaltung der Zukunft von Elektrofahrzeugen, insbesondere wenn es um Fragen wie Gewicht, Design und Kosten geht. Lassen Sie uns diese Vorteile entdecken:

Gewichtsreduzierung und verbesserter Fahrbereich

Sein Hauptvorteil für Elektrofahrzeuge ist die Gewichtsreduzierung. Durch die Auswahl leichter Materialien wie Aluminium im HPDC-Verfahren (High-Pressure-Die-Casting) wird das Gesamtgewicht der Fahrzeuge reduziert. Leichte Fahrzeuge haben eine höhere Effizienz und eine größere Reichweite.

Designflexibilität und komplexe Geometrien

Das Gießen von Elektrofahrzeugen ermöglicht die Herstellung außergewöhnlich komplexer Geometrien und bietet Designflexibilität, so dass herkömmliche Fertigungsmethoden überflüssig werden. Es hilft bei der Optimierung der Teile für die Leistung, einschließlich Funktionen wie komplizierte Kühlkanäle und integrierte Stützstrukturen.

Kosteneffizienz und Skalierbarkeit

HPDC- und Schwerkraftgießverfahren sind sowohl kosteneffizient als auch skalierbar. Allerdings können die anfänglichen Kosten für die Herstellung der Form und die Ausrüstung hoch sein. Mit steigendem Produktionsvolumen sinken die Kosten pro Stück erheblich. Diese Skalierbarkeit trägt dazu bei, dass Elektrofahrzeuge erschwinglicher und für einen breiteren Markt zugänglich werden.

Verbesserte strukturelle Integrität und Langlebigkeit

Gussteile für Elektrofahrzeuge verbessern die strukturelle Integrität und Haltbarkeit der Fahrzeuge im Hinblick auf Sicherheit und Langlebigkeit. Dieses Verfahren verhindert, dass die Bauteile innere Spannungen bilden, und gewährleistet so hervorragende mechanische Eigenschaften. Dies kann für Teile erforderlich sein, die hohen Belastungen und Spannungen ausgesetzt sind, wie z. B. Aufhängungen und Batteriegehäuse.

Thermomanagement Vorteile

Wärmemanagement ist ein weiterer effektiver Vorteil von EV-Gussteilen. Durch Gussverfahren hergestellte Komponenten können integrierte Kühllösungen enthalten. Gussteile helfen, die Wärme effizienter zu verwalten und verbessern die Gesamtleistung und Sicherheit des Fahrzeugs.

In EV-Gussteilen verwendete Materialien

Die richtige Auswahl des Gussmaterials macht einen großen Unterschied bei den Ergebnissen aus. Durch die Wahl der richtigen Werkstoffe kann der Hersteller erfolgreich leichte Fahrzeuge mit verbesserter Leistung herstellen. Entdecken wir die verfügbaren Optionen, die für den EV-Guss verwendet werden können.

Aluminium-Legierungen

Aluminiumlegierungen bieten hervorragende Eigenschaften wie Bearbeitbarkeit, geringe Dichte, Haltbarkeit, Rostbeständigkeit und gute Formbarkeit. Dieses Material ist sehr leicht und besitzt eine ausreichende Festigkeit für verschiedene EV-Komponenten bei guter Formbarkeit. Seine überragende Korrosionsbeständigkeit trägt zur Langlebigkeit von EV-Teilen bei, die den Umweltbedingungen ausgesetzt sind.

Spezifische Aluminium-Legierungen

Bestimmte Aluminiumlegierungen wie A356, A6061 und 7050 zeichnen sich durch hohe Festigkeit, Gießbarkeit und gute Korrosionsbeständigkeit aus und sind daher die bevorzugte Wahl für das Gießen. Diese Legierungen werden verwendet, um die Anforderungen an Festigkeit und Haltbarkeit von Teilen wie Motorgehäusen, hochbelasteten Anwendungen und Batteriegehäusen zu erfüllen.

Magnesium-Legierungen

Magnesiumlegierungen wie AZ81D sind leicht und lassen sich gut gießen. Diese Werkstoffe eignen sich für Komponenten, bei denen Gewichtseinsparungen erforderlich sind, z. B. für Batterierahmen und Strukturteile. Die Fortschritte bei den Beschichtungstechnologien machen sie trotz ihrer geringeren Korrosionsbeständigkeit brauchbar.

Zink-Legierungen

Zinkmaterial kann für die Herstellung kleiner, komplizierter Teile verwendet werden, die eine ausgezeichnete Dimensionsstabilität erfordern. Diese Legierungen können mit Aluminium und Magnesium kombiniert werden, so dass der Hersteller die Leistung der einzelnen Komponenten optimieren kann. Gewährleistung eines ausgewogenen Verhältnisses zwischen Gewicht, Festigkeit und Haltbarkeit in Elektrofahrzeugen.

Multi-Material-Guss

Beim Multimaterialguss werden verschiedene Legierungen in einem einzigen Bauteil kombiniert. Diese Technik kann Leistungsmerkmale wie Wärmemanagement und strukturelle Integrität verbessern und zur Gewichtsreduzierung beitragen. Es ist vorteilhaft für die Herstellung komplexer Teile, die über mehrere Abschnitte hinweg unterschiedliche Eigenschaften aufweisen müssen.

Anwendungen von EV-Gussteilen

●        Motorgehäuse

●        Batterieablagen

●        Getriebegehäuse

●        Wärmesenken

●        Wechselrichter

Motorgehäuse

Motorgehäuseteile schützen die Elektromotoren vor äußeren Schäden und sorgen gleichzeitig für ein angemessenes Wärmemanagement. Insbesondere Aluminium und Magnesium werden aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer Festigkeit und ihrer ausgezeichneten Wärmeableitungseigenschaften zur Herstellung dieses Bauteils verwendet.

Batterieablagen

Batterieträger sichern und halten die Batteriezellen von Elektrofahrzeugen und können aus leichten Materialien wie Aluminium hergestellt werden. Diese Legierungen verringern das Gesamtgewicht des Fahrzeugs und verbessern die Reichweite. Darüber hinaus sind diese Bleche so konstruiert, dass sie stabil und korrosionsbeständig sind, um die Langlebigkeit der Teile zu gewährleisten.

Getriebegehäuse

Getriebegehäuse in Elektrofahrzeugen sind die Komponenten, die für die Übertragung der Kraft vom Motor auf die Räder verantwortlich sind. Aluminiumwerkstoffe sind eine geeignete Wahl für die Realisierung dieser Anwendung. Denn es hat eine hohe Festigkeit und die Fähigkeit, den mechanischen Belastungen der Kraftübertragung standzuhalten.

Wärmesenken

Die elektronischen Komponenten in Elektrofahrzeugen erzeugen übermäßige Wärme, die durch den Einsatz von Kühlkörpern bewältigt werden kann. Aluminium erfüllt bei diesen Anwendungen die Anforderungen an eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit. Es trägt dazu bei, die optimale Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten und die Gefahr einer Überhitzung zu verringern.

Wechselrichter

Die Hersteller verwenden Wechselrichteranwendungen, um den Gleichstrom des Fahrzeugs in Wechselstrom umzuwandeln. Sie stellen diese Teile aus Aluminium her, um sie effektiv für die Wärmeableitung und zum Schutz der empfindlichen elektronischen Komponenten zu machen.

Herausforderungen und Grenzen von EV-Gussteilen

Um die verschiedenen Herausforderungen zu bewältigen, erfordert die Integration von E-Fahrzeugen kontinuierliche Innovationen in der Materialwissenschaft, Gusstechnologie und Montage. Entdecken Sie einige der gewaltigen Herausforderungen und Grenzen von E-Fahrzeugen.

●        Materialeigenschaften

●        Porosität und Gussmängel

●        Fügen und Montieren

Materialeigenschaften

Die Materialeigenschaften spielen eine entscheidende Rolle für die Ergebnisse. Sie stellen inhärente Merkmale dar und bieten möglicherweise nicht immer die erforderliche Festigkeit und Haltbarkeit für bestimmte Anwendungen. Bei der Auswahl des Materials für EV-Guss muss ein Gleichgewicht zwischen Gewichtsreduzierung und mechanischer Leistung gefunden werden, was ein komplizierter Kompromiss sein kann.

Porosität und Gussmängel

Porosität und zahlreiche Gussfehler sind bei der Herstellung von Druckgussteilen von entscheidender Bedeutung. Die Porosität oder das Vorhandensein winziger Lufteinschlüsse kann während des Gießens von Metall auftreten.

Dieser Fehler kann die strukturelle Integrität der Bauteile schwächen und durch verschiedene Faktoren verursacht werden. Dazu gehören Fehler in der Gießtechnik, eine unzureichende Formgestaltung oder Verunreinigungen. Diese Herausforderung erfordert eine strenge Prozesskontrolle und fortschrittliche Qualitätsprüfungsmethoden.

Fügen und Montieren

Fügen und Montieren sind eine weitere entscheidende Herausforderung für Gusskomponenten in Elektrofahrzeugen. Herkömmliche Schweiß- und Befestigungsmethoden werden für leichte Materialien wie Aluminium und Magnesium bevorzugt.

Die Unterschiede in der Wärmeausdehnung und die erforderliche präzise Ausrichtung können zu Komplikationen bei der Montage führen. Um diese Herausforderung zu beseitigen, ist das Rührreibschweißen oder Kleben erforderlich. Dies kann die Belastbarkeit und Zuverlässigkeit der Gussteile gewährleisten.  

Die Zukunft von EV Casting

Die Integration von Spitzentechnologien und geeigneten Legierungen wird die Entwicklung von Gussteilen für Elektrofahrzeuge vorantreiben. Die Zukunft birgt jedoch ein immenses Potenzial für weitere Fortschritte und Durchbrüche:

●        Additive Fertigung für Gussformen

●        Simulation und Modellierung

●        Neue Legierungen und Verbundwerkstoffe

Additive Fertigung für Gussformen

Die Industrie für elektrische Fahrzeugkomponenten wird durch die additive Fertigung oder den 3D-Druck revolutioniert. Diese Technologie verkürzt die Vorlaufzeiten und Kosten und ermöglicht die schnelle Herstellung von Prototypen und die individuelle Anpassung komplexer Designs.

 Darüber hinaus steigert diese Fertigung die Gesamteffizienz und Qualität der Teile, da sie kompliziertere und präzisere Formengeometrien ermöglicht.

Neue Legierungen und Verbundwerkstoffe im EV-Druckguss

Aluminium-Legierungen

-         A380

-         6061

Eigenschaften von Aluminiumlegierungen für EV-Druckgussteile

-         Dichte: Ungefähr 2,7 g/cm³

-         Schmelzpunkt: 660°C (1220°F)

-         Elastizitätsmodul: 69 GPa (10.000 ksi)

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

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

-         Dehnung beim Bruch: 1-40%

-         Wärmeleitfähigkeit: 150-200 W/m-K

Magnesium-Legierungen

-         AZ91D

-         AM60

Eigenschaften von Magnesiumlegierungen für EV-Druckgussteile

-         Dichte: Ungefähr 1,74 g/cm³

-         Schmelzpunkt: 650°C (1202°F)

-         Elastizitätsmodul: 45 GPa (6.500 ksi)

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

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

-         Bruchdehnung: 2-10%

-         Wärmeleitfähigkeit: 60-90 W/m-K

Zink-Legierungen

-         Zamak 3

-         Zamak 5

Eigenschaften von Zinklegierungen für EV-Druckgussteile

-         Dichte: Ungefähr 6,6-6,7 g/cm³

-         Schmelzpunkt: 420°C (788°F)

-         Elastizitätsmodul: 83 GPa (12.000 ksi)

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

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

-         Dehnung beim Bruch: 1-10%

-         Wärmeleitfähigkeit: 110-120 W/m-K

Schlussfolgerung:

Die Hersteller von Elektrofahrzeugen sind ständig auf der Suche nach neuen Möglichkeiten, Gussteile von ev einzusetzen.  Aludiecasting bietet eine breite Palette von EV-Gießtechniken an. Wir verwenden leichte Aluminiumlegierungen zur Herstellung von kundenspezifischen Teilen wie Motorgehäusen und Batterieablagen.