La fusione di veicoli elettrici incorpora metodi all'avanguardia come la giga-fusione per realizzare parti automobilistiche complesse e leggere. I veicoli elettrici stanno dominando il mercato automobilistico globale. Secondo Market Watch, le vendite di auto ev passeranno da 1 milione a 1,6 milioni nel 2023. Una tecnologia come la fusione di veicoli elettrici con la tecnica del giga casting offre un'alternativa sostenibile alle auto a benzina.

Punti di forza:

1.       Processo di fusione EV

2.       Processo di fusione dei veicoli elettrici

3.       Materiali per fusioni EV

4.       Nuove leghe e compositi nella pressofusione EV

Processi di fusione EV

La fusione di veicoli elettrici è un processo completo che prevede fasi critiche per la produzione di componenti efficienti e di alta qualità. Offre vantaggi e limiti distinti per la modellazione di diversi componenti. Analizziamo i processi chiave coinvolti nella fusione di veicoli elettrici, tra cui la progettazione, la preparazione dei materiali, i vari metodi di fusione e le procedure successive alla fusione.

1.     Progettazione e creazione di stampi

La fusione di veicoli elettrici comprende la fase fondamentale della progettazione e della creazione di stampi. In questo processo, il software di progettazione assistita da computer viene adattato per creare progetti precisi e intricati dei componenti EV richiesti. Questi progetti sono in grado di resistere alle alte pressioni e alle temperature che la fusione comporta. Dopo la loro creazione, vengono utilizzati per creare stampi in acciaio o in altri materiali durevoli.

2.     Preparazione del materiale

La fase di preparazione del materiale è essenziale per ottenere risultati di alta qualità nella fusione. Questa fase prevede la selezione e la preparazione delle leghe metalliche, come l'alluminio. L'alluminio è il materiale più comunemente utilizzato nella fusione di veicoli elettrici per le sue proprietà di leggerezza e resistenza. I produttori fondono le leghe in forni a una temperatura specifica e le preparano per il processo di fusione.

3.     Metodi di fusione

I componenti EV possono essere prodotti adattando diversi metodi di fusione, ciascuno con i suoi vantaggi e applicazioni specifiche.

                                I.            Pressofusione ad alta pressione

                              II.            Colata a gravità

                            III.            Altre tecniche di fusione

       I.            Pressofusione ad alta pressione

Panoramica del processo

Nell'approccio della pressofusione ad alta pressione, il metallo fuso viene iniettato in una cavità dello stampo sotto estrema pressione. Questo metodo è in grado di produrre componenti con un'eccellente finitura superficiale e precisione dimensionale. 

Vantaggi per i veicoli elettrici

Questo processo è vantaggioso per i veicoli elettrici, in quanto produce pezzi grandi e complessi in un unico pezzo. Contribuisce a ridurre il numero di giunzioni e saldature necessarie. Migliora l'integrità strutturale dei componenti e ne riduce il peso. Ciò migliora l'efficacia e l'autonomia del veicolo.

Applicazioni nei veicoli elettrici

Il produttore di veicoli elettrici preferisce il processo di pressofusione ad alta pressione (HPDC). Questo metodo consente di creare fusioni di grandi dimensioni in un unico pezzo. Viene utilizzato in particolare per realizzare vari componenti di veicoli elettrici, come alloggiamenti per batterie, alloggiamenti per motori e parti strutturali.

     II.            Colata a gravità

Panoramica del processo

I produttori utilizzano la tecnica della colata per gravità per versare il metallo fuso in uno stampo mentre viene trascinato gravitazionalmente in posizione. È un metodo più semplice della pressofusione ad alta pressione. Questa tecnica richiede un controllo preciso del processo di colata per migliorare la qualità dei getti.

Vantaggi per i veicoli elettrici

È utile per creare pezzi di grandi dimensioni e con pareti spesse che richiedono un'integrità strutturale superiore. Può produrre piccole produzioni o componenti specializzati in modo economico.

Applicazioni nei veicoli elettrici

Questa procedura viene utilizzata per la produzione di blocchi motore, parti di sospensioni e altri elementi strutturali che richiedono un'elevata resistenza e durata.

  III.            Altre tecniche di fusione

Colata in sabbia

Uno stampo viene creato da una miscela di sabbia per versare il metallo fuso nella cavità del colata in sabbia di alluminio metodo. È adatto alla produzione di componenti complessi e di grandi dimensioni con dettagli intricati.

Colata a iniezione

Si tratta di un'efficace strategia di fusione che può essere impiegata per produrre pezzi di dimensioni perfette con migliori finiture superficiali, chiamata anche fusione a cera persa. Questa tecnica prevede la creazione di uno stampo in cera del pezzo ricoperto da un guscio di ceramica e la successiva fusione della cera per ottenere uno stampo.

4.     Raffreddamento e solidificazione

Questa fase comprende il raffreddamento e la solidificazione del metallo dopo che è stato iniettato nello stampo ancora fuso. La velocità di raffreddamento può avere un impatto diretto sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche dei componenti finali. Pertanto, la tecnica di raffreddamento controllato aiuta a ottenere la resistenza e la durata desiderate.

5.     Rimozione e pulizia

Dopo il processo di raffreddamento e solidificazione, il getto viene rimosso dallo stampo rompendo lo stampo con una miscela di sabbia o aprendo lo stampo nel caso di HPDC.

6.     Finitura e ispezione

Durante il processo di finitura e ispezione vengono eseguite ulteriori lavorazioni, lucidature e l'applicazione di qualsiasi rivestimento necessario. Questa fase aiuta il produttore a creare componenti con finiture superficiali e dimensioni precise. La fase di ispezione assicura che il prodotto sia conforme agli standard di qualità richiesti.

Vantaggi dei getti EV

Le tecniche di pressofusione offrono diversi vantaggi per plasmare il futuro dei veicoli elettrici, soprattutto quando si affrontano questioni come il peso, il design e i costi. Scopriamo questi vantaggi:

Riduzione del peso e miglioramento dell'autonomia di guida

Il vantaggio principale per i veicoli elettrici è la riduzione del peso. La scelta di materiali leggeri, come l'alluminio nella pressofusione ad alta pressione (HPDC), riduce il peso complessivo dei veicoli. I veicoli leggeri hanno una maggiore efficienza e una migliore autonomia di guida.

Flessibilità di progettazione e geometrie complesse

La fusione di veicoli elettrici può produrre geometrie eccezionalmente complesse e offrire flessibilità di progettazione, eliminando la necessità di metodi di produzione tradizionali. Aiuta a ottimizzare le parti per le prestazioni, includendo caratteristiche come i canali di raffreddamento intricati e le strutture di supporto integrate.

Economicità e scalabilità

I processi HPDC e di colata per gravità sono economicamente vantaggiosi e scalabili. Tuttavia, i costi iniziali per la creazione di stampi e attrezzature possono essere elevati. Il costo unitario diminuisce significativamente con l'aumento dei volumi di produzione. Questa scalabilità contribuisce a rendere i veicoli elettrici più convenienti e accessibili a un mercato più ampio.

Integrità strutturale e durata migliorate

Le fusioni di veicoli elettrici migliorano l'integrità strutturale e la durata dei veicoli ai fini della sicurezza e della longevità. Questo metodo impedisce ai componenti di formare tensioni interne, garantendo eccellenti proprietà meccaniche. Ciò può essere necessario per le parti esposte a carichi e sollecitazioni elevati, come le sospensioni e gli alloggiamenti delle batterie.

Vantaggi della gestione termica

La gestione termica è un altro vantaggio effettivo dei getti EV. I componenti realizzati con processi di fusione possono includere soluzioni di raffreddamento integrate. La fusione aiuta a gestire il calore in modo più efficiente e migliora le prestazioni complessive e la sicurezza del veicolo.

Materiali utilizzati nelle fusioni EV

La scelta appropriata del materiale di fusione fa una grande differenza nei risultati ottenuti. Scegliendo i materiali giusti, il produttore può creare veicoli leggeri con prestazioni migliori. Scopriamo le opzioni disponibili che possono essere utilizzate per la fusione di veicoli elettrici.

Leghe di alluminio

Le leghe di alluminio offrono caratteristiche eccellenti come lavorabilità, bassa densità, durata, resistenza alla ruggine e buona formabilità. Questo materiale è significativamente leggero e possiede una resistenza adeguata per vari componenti EV, offrendo al contempo una buona formabilità. La sua superiore caratteristica di resistenza alla corrosione aumenta la longevità dei componenti EV esposti alle condizioni ambientali.

Leghe di alluminio specifiche

Leghe di alluminio specifiche come A356, A6061 e 7050 sono caratterizzate da un'elevata resistenza, fusibilità e buona resistenza alla corrosione, che le rendono la scelta preferita per la fusione. Queste leghe sono utilizzate per soddisfare i requisiti di resistenza e durata di componenti come gli alloggiamenti dei motori, le applicazioni ad alta sollecitazione e gli alloggiamenti delle batterie.

Leghe di magnesio

Le leghe di magnesio come l'AZ81D offrono proprietà di leggerezza e facilità di fusione. Questi materiali sono adatti per i componenti che richiedono una riduzione del peso, come i telai delle batterie e le parti strutturali. L'avanzamento delle tecnologie di rivestimento ne ha reso possibile l'utilizzo, nonostante la minore resistenza alla corrosione.

Leghe di zinco

Lo zinco può essere utilizzato per la produzione di pezzi piccoli e complessi che richiedono un'eccellente stabilità dimensionale. Queste leghe possono essere combinate con alluminio e magnesio, consentendo al produttore di ottimizzare le prestazioni di ciascun componente. Garantire l'equilibrio tra peso, resistenza e durata nei veicoli elettrici.

Colata multimateriale

La fusione multimateriale prevede la combinazione di leghe diverse in un unico componente. Questa tecnica può migliorare le prestazioni, come la gestione termica e l'integrità strutturale, e contribuire a ridurre il peso. È vantaggiosa per la creazione di pezzi complessi che necessitano di proprietà diverse in diverse sezioni.

Applicazioni dei getti EV

●        Alloggiamenti motore

●        Vassoi per batterie

●        Casi di trasmissione

●        Dissipatori di calore

●        Inverter

Alloggiamenti motore

Le parti dell'alloggiamento del motore proteggono i motori elettrici da danni esterni, garantendo al contempo una corretta gestione termica. In particolare, l'alluminio e il magnesio sono utilizzati per creare questo componente grazie alla loro leggerezza, resistenza e alle eccellenti proprietà di dissipazione del calore.

Vassoi per batterie

I vassoi della batteria fissano e trattengono le celle della batteria dei veicoli elettrici e possono essere prodotti con materiali leggeri come l'alluminio. Queste leghe riducono il peso complessivo del veicolo e migliorano l'autonomia di guida. Inoltre, questi vassoi sono progettati per essere resistenti e anticorrosione, garantendo la longevità dei componenti.

Casi di trasmissione

Le scatole di trasmissione dei veicoli elettrici sono i componenti responsabili del trasferimento della potenza dal motore alle ruote. I materiali in alluminio sono una scelta adeguata per la realizzazione di questa applicazione. Perché ha un'elevata resistenza e la capacità di sopportare le sollecitazioni meccaniche della trasmissione di potenza.

Dissipatori di calore

i componenti elettronici dei veicoli elettrici generano un calore eccessivo che può essere gestito utilizzando dissipatori di calore. L'alluminio è in grado di soddisfare le esigenze di conducibilità termica di queste applicazioni. Contribuisce a mantenere la temperatura operativa ottimale e riduce le possibilità di surriscaldamento.

Inverter

I produttori utilizzano applicazioni di inverter per convertire la corrente continua del veicolo in corrente alternata. Producono queste parti con alluminio per renderle efficaci per la dissipazione del calore e per proteggere i componenti elettronici sensibili.

Sfide e limiti delle fusioni EV

Per affrontare le numerose sfide, l'incorporazione dei veicoli elettrici richiede continue innovazioni nella scienza dei materiali, nella tecnologia di fusione e nell'assemblaggio. Scoprite alcune delle sfide e dei limiti dei veicoli elettrici.

●        Proprietà del materiale

●        Porosità e difetti di fusione

●        Giunzione e assemblaggio

Proprietà del materiale

Le proprietà dei materiali svolgono un ruolo fondamentale nei risultati ottenuti. Esse presentano caratteristiche intrinseche e non sempre forniscono la resistenza e la durata richieste per determinate applicazioni. La scelta del materiale per la fusione EV deve bilanciare la riduzione del peso con le prestazioni meccaniche, il che può essere un compromesso complicato.

Porosità e difetti di fusione

La porosità e i numerosi difetti di fusione sono un problema cruciale nella produzione della pressofusione. La porosità o la presenza di piccole sacche d'aria può verificarsi durante il processo di fusione del metallo.

Questo difetto può indebolire l'integrità strutturale dei componenti e derivare da vari fattori. Ad esempio, una gestione errata della tecnica di colata, una progettazione inadeguata dello stampo o la contaminazione. Questa sfida richiede un rigoroso controllo del processo e metodi avanzati di ispezione della qualità.

Giunzione e assemblaggio

La giunzione e l'assemblaggio rappresentano un'altra sfida cruciale per i componenti fusi nei veicoli elettrici. I metodi di saldatura e fissaggio tradizionali sono preferiti per materiali leggeri come l'alluminio e il magnesio.

Le differenze di espansione termica e le esigenze di allineamento preciso possono causare complicazioni nel processo di assemblaggio. Per eliminare questa sfida, è necessario ricorrere alla saldatura per attrito o all'incollaggio. In questo modo è possibile garantire la robustezza e l'affidabilità dei pezzi fusi.  

Il futuro della fusione EV

L'integrazione di tecnologie all'avanguardia e di leghe adeguate guiderà l'evoluzione dei getti per veicoli elettrici. Tuttavia, il suo futuro riserva un immenso potenziale per ulteriori progressi e scoperte:

●        Produzione additiva per stampi di colata

●        Simulazione e modellazione

●        Nuove leghe e compositi

Produzione additiva per stampi di colata

L'industria dei componenti per veicoli elettrici si sta rivoluzionando grazie alla produzione additiva o alla stampa 3D. Questa tecnologia riduce i tempi e i costi, offrendo una rapida prototipazione e personalizzazione di progetti complessi.

 Inoltre, questa produzione migliora l'efficienza complessiva e la qualità dei pezzi, consentendo geometrie di stampo più intricate e precise.

Nuove leghe e compositi nella pressofusione EV

Leghe di alluminio

-         A380

-         6061

Proprietà delle leghe di alluminio per le pressofusioni EV

-         Densità: Circa 2,7 g/cm³

-         Punto di fusione: 660°C (1220°F)

-         Modulo di Young: 69 GPa (10.000 ksi)

-         Resistenza alla trazione: 90-690 MPa (13-100 ksi)

-         Resistenza allo snervamento: 50-600 MPa (7-87 ksi)

-         Allungamento a rottura: 1-40%

-         Conduttività termica: 150-200 W/m-K

Leghe di magnesio

-         AZ91D

-         AM60

Proprietà delle leghe di magnesio per la pressofusione EV

-         Densità: Circa 1,74 g/cm³

-         Punto di fusione: 650°C (1202°F)

-         Modulo di Young: 45 GPa (6.500 ksi)

-         Resistenza alla trazione: 150-340 MPa (22-49 ksi)

-         Resistenza allo snervamento: 65-230 MPa (9-33 ksi)

-         Allungamento a rottura: 2-10%

-         Conduttività termica: 60-90 W/m-K

Leghe di zinco

-         Zamak 3

-         Zamak 5

Proprietà delle leghe di zinco per pressofusioni EV

-         Densità: Circa 6,6-6,7 g/cm³

-         Punto di fusione: 420°C (788°F)

-         Modulo di Young: 83 GPa (12.000 ksi)

-         Resistenza alla trazione: 250-400 MPa (36-58 ksi)

-         Resistenza allo snervamento: 150-300 MPa (22-43 ksi)

-         Allungamento a rottura: 1-10%

-         Conduttività termica: 110-120 W/m-K

Conclusione:

I produttori di veicoli elettrici sono alla costante ricerca di nuovi modi per incorporare i pezzi fusi ev.  Aludiecasting offre una vasta gamma di tecniche di fusione EV. Utilizziamo leghe di alluminio leggere per produrre parti personalizzate come alloggiamenti per motori e vassoi per batterie.