Gieten van elektrische voertuigen maakt gebruik van geavanceerde methoden zoals gigagieten om complexe, lichtgewicht auto-onderdelen te maken. Elektrische voertuigen domineren de wereldwijde automarkt. Volgens Market Watch stijgt de verkoop van ev-auto's van 1 miljoen naar 1,6 miljoen in 2023. Technologie zoals het gieten van elektrische voertuigen met de giga-giettechniek biedt een duurzaam alternatief voor auto's die op benzine rijden.

Belangrijkste opmerkingen:

1.       EV-gietproces

2.       Gietproces elektrische voertuigen

3.       EV gietwerk materialen

4.       Nieuwe legeringen en composieten voor EV spuitgieten

EV-gietprocessen

Het gieten van elektrische voertuigen is een uitgebreid proces met kritieke stappen om hoogwaardige, efficiënte onderdelen te maken. Het biedt verschillende voordelen en beperkingen voor het vormen van verschillende onderdelen. Laten we eens kijken naar de belangrijkste processen die betrokken zijn bij het gieten van EV's, inclusief ontwerp, voorbereiding van het materiaal, verschillende gietmethoden en procedures na het gieten.

1.     Ontwerp en vormgeving

Het gieten van elektrische voertuigen omvat de basisstap van het ontwerpen en maken van mallen. In dit proces wordt computerondersteunde ontwerpsoftware gebruikt om nauwkeurige en ingewikkelde ontwerpen te maken van de benodigde EV-onderdelen. Deze ontwerpen zijn bestand tegen de hoge druk en temperaturen die bij het gieten komen kijken. Ze worden gebruikt om mallen te maken van staal of andere duurzame materialen.

2.     Materiaalvoorbereiding

De voorbereiding van het materiaal is essentieel voor het bereiken van hoogwaardige resultaten bij het gieten. Deze stap omvat de selectie en voorbereiding van metaallegeringen, zoals aluminium. Aluminium wordt vaak gebruikt bij het gieten van elektrische voertuigen vanwege zijn lichtgewicht en sterkte-eigenschappen. De fabrikanten smelten de legeringen in ovens tot een specifieke temperatuur en bereiden ze voor op het gietproces.

3.     Gietmethoden

EV-onderdelen kunnen geproduceerd worden door verschillende gietmethodes toe te passen, elk met hun specifieke voordelen en toepassingen.

                                I.            Spuitgieten onder hoge druk

                              II.            Zwaartekracht Gieten

                            III.            Andere giettechnieken

       I.            Spuitgieten onder hoge druk

Procesoverzicht

Bij het hogedrukgieten wordt het gesmolten metaal onder extreme druk in een vormholte gespoten. Deze methode kan vakkundig onderdelen produceren met een uitstekende oppervlakteafwerking en maatnauwkeurigheid. 

Voordelen voor elektrische voertuigen

Dit proces is gunstig voor elektrische voertuigen, omdat het grote, complexe onderdelen uit één stuk produceert. Het helpt het aantal benodigde verbindingen en lassen te verminderen. Het verbetert de structurele integriteit van onderdelen en vermindert hun gewicht. Dat verbetert de efficiëntie en de actieradius van het voertuig.

Toepassingen in elektrische voertuigen

De fabrikant van elektrische voertuigen geeft de voorkeur aan het hogedrukgietproces (HPDC). Met deze methode kunnen ze grote gietstukken uit één stuk maken. Het wordt specifiek gebruikt om verschillende onderdelen voor elektrische voertuigen te maken, zoals behuizingen voor accu's, motoren en structurele onderdelen.

     II.            Zwaartekracht Gieten

Procesoverzicht

Fabrikanten gebruiken de zwaartekrachtgiettechniek om gesmolten metaal in een mal te gieten terwijl het door de zwaartekracht op zijn plaats wordt getrokken. Dit is een eenvoudigere methode dan hogedrukgieten. Deze techniek vereist nauwkeurige controle over het gietproces om de kwaliteit van de gietstukken te verbeteren.

Voordelen voor elektrische voertuigen

Het is gunstig voor het maken van grote, dikwandige onderdelen die een superieure structurele integriteit vereisen. Het kan kleinere producties of gespecialiseerde onderdelen kosteneffectief produceren.

Toepassingen in elektrische voertuigen

Deze procedure wordt gebruikt om motorblokken, ophangingsonderdelen en andere structurele elementen te maken die sterk en duurzaam moeten zijn.

  III.            Andere giettechnieken

Zandgieten

Er wordt een mal gemaakt van een zandmengsel om gesmolten metaal in de holte in het aluminium zandgieten methode. Het is geschikt voor het produceren van complexe, grote onderdelen met ingewikkelde details.

Investeringsgieten

Het is een effectieve gietstrategie die kan worden gebruikt om onderdelen met perfecte afmetingen en een betere oppervlakteafwerking te produceren, ook wel verloren wasgieten genoemd. Deze techniek omvat het maken van een wassen mal van het onderdeel bedekt met een keramisch omhulsel en dan het smelten van de was om een mal te maken.

4.     Koelen en stollen

Deze stap omvat het afkoelen en stollen van metaal nadat het nog gesmolten in de mal is geïnjecteerd. De afkoelsnelheid kan een directe invloed hebben op de microstructuur en mechanische eigenschappen van de uiteindelijke componenten. Daarom helpt de techniek van gecontroleerd afkoelen om de gewenste sterkte en duurzaamheid te bereiken.

5.     Verwijderen en schoonmaken

Na het afkoelings- en stolproces wordt het gietstuk uit de mal gehaald door de mal te breken met een zandmengsel of door de mal te openen in het geval van HPDC. Verder vindt de reinigingsstap plaats, waarbij achtergebleven malmaterialen, flash of oxidelagen worden verwijderd.

6.     Afwerking en inspectie

Tijdens het afwerkings- en inspectieproces worden extra bewerkingen uitgevoerd, wordt er gepolijst en worden eventueel benodigde coatings aangebracht. Deze fase helpt de fabrikant bij het maken van componenten met oppervlakteafwerking en nauwkeurige afmetingen. De inspectiestap zorgt ervoor dat de output voldoet aan de vereiste kwaliteitsnorm.

Voordelen van EV-gietstukken

Spuitgiettechnieken bieden verschillende voordelen om de toekomst van elektrische voertuigen vorm te geven, vooral als het gaat om zaken als gewicht, ontwerp en kosten. Laten we deze voordelen ontdekken:

Gewichtsvermindering en verbeterd rijbereik

Het belangrijkste voordeel voor elektrische voertuigen is gewichtsvermindering. De selectie van lichtgewicht materialen, zoals aluminium in HPDC (hoge druk spuitgieten), vermindert het totale gewicht van voertuigen. Lichtgewicht voertuigen zijn efficiënter en hebben een groter rijbereik.

Ontwerpflexibiliteit en complexe geometrieën

Gieten van elektrische voertuigen kan uitzonderlijk complexe geometrieën produceren en ontwerpflexibiliteit bieden, waardoor traditionele productiemethoden overbodig worden. Het helpt bij het optimaliseren van de onderdelen voor prestaties, met inbegrip van functies zoals ingewikkelde koelkanalen en geïntegreerde ondersteunende structuren.

Kosteneffectiviteit en schaalbaarheid

HPDC- en zwaartekrachtgietprocessen zijn zowel kosteneffectief als schaalbaar. De initiële setupkosten voor het maken van mallen en apparatuur kunnen echter hoog zijn. De kosten per eenheid dalen aanzienlijk naarmate de productievolumes toenemen. Deze schaalbaarheid helpt om elektrische voertuigen betaalbaarder te maken en toegankelijk voor een bredere markt.

Verbeterde structurele integriteit en duurzaamheid

Afgietsels voor elektrische voertuigen verbeteren de structurele integriteit en duurzaamheid van de voertuigen met het oog op veiligheid en een lange levensduur. Deze methode voorkomt dat de onderdelen interne spanningen vormen, waardoor uitstekende mechanische eigenschappen worden gegarandeerd. Dat kan nodig zijn voor onderdelen die worden blootgesteld aan hoge belastingen en spanningen, zoals ophangingen en accubehuizingen.

Voordelen van thermisch beheer

Thermisch beheer is een ander effectief voordeel van EV-gietwerk. Onderdelen die gemaakt zijn via gietprocessen kunnen geïntegreerde koeloplossingen bevatten. Gietstukken helpen de warmte efficiënter te beheren en verbeteren de algemene prestaties en veiligheid van het voertuig.

Materialen gebruikt in EV-gietstukken

De juiste keuze van het gietmateriaal maakt een groot verschil in de uitvoerresultaten. Door de juiste materialen te kiezen, kan de fabrikant met succes lichtgewicht voertuigen maken met betere prestaties. Laten we eens kijken welke opties er zijn voor het gieten van EV's.

Aluminiumlegeringen

Aluminiumlegeringen bieden uitstekende eigenschappen zoals bewerkbaarheid, lage dichtheid, duurzaamheid, roestbestendigheid en goede vervormbaarheid. Dit materiaal is zeer licht en heeft voldoende sterkte voor verschillende EV-onderdelen, terwijl het goed vervormbaar is. De superieure corrosieweerstand zorgt voor een lange levensduur van EV-onderdelen die worden blootgesteld aan omgevingsfactoren.

Specifieke aluminiumlegeringen

Specifieke aluminiumlegeringen zoals A356, A6061 en 7050 hebben een hoge sterkte, gietbaarheid en goede corrosiebestendigheid, waardoor ze de voorkeur genieten bij het gieten. Deze legeringen worden gebruikt om te voldoen aan de sterkte- en duurzaamheidsvereisten van onderdelen zoals motorbehuizingen, toepassingen met hoge belasting en behuizingen voor batterijen.

Magnesium legeringen

Magnesiumlegeringen zoals AZ81D zijn licht van gewicht en gemakkelijk te gieten. Deze materialen zijn geschikt voor componenten die gewichtsbesparing vereisen, zoals batterijframes en structurele onderdelen. De vooruitgang in coatingtechnologieën heeft hun levensvatbaarheid vergroot, ondanks hun lagere corrosiebestendigheid.

Zinklegeringen

Zinkmateriaal kan worden gebruikt voor de productie van kleine, ingewikkelde onderdelen die een uitstekende maatvastheid vereisen. Deze legeringen kunnen worden gecombineerd met aluminium en magnesium, waardoor de fabrikant de prestaties van elk onderdeel kan optimaliseren. Zorgen voor de balans tussen gewicht, sterkte en duurzaamheid in EV's.

Gieten van meerdere materialen

Bij het gieten van meerdere materialen worden verschillende legeringen gecombineerd in één onderdeel. Deze techniek kan prestatiekenmerken zoals thermisch beheer en structurele integriteit verbeteren en gewicht helpen verminderen. Het is gunstig voor het maken van complexe onderdelen die verschillende eigenschappen nodig hebben over verschillende secties.

Toepassingen van EV-gietstukken

●        Motorbehuizingen

●        Batterijhouders

●        Transmissie Gevallen

●        Koellichamen

●        Omvormers

Motorbehuizingen

Motorbehuizingsonderdelen beschermen de elektromotoren tegen schade van buitenaf en zorgen tegelijkertijd voor een goed thermisch beheer. Met name aluminium en magnesium worden gebruikt om dit onderdeel te maken vanwege hun lichte gewicht, sterkte en uitstekende warmteafvoerende eigenschappen.

Batterijhouders

Accubakken beveiligen en houden de accucellen van elektrische voertuigen vast en kunnen worden gemaakt van lichtgewicht materialen zoals aluminium. Deze legeringen verminderen het totale voertuiggewicht en verbeteren het rijbereik. Bovendien zijn deze trays sterk en anticorrosief, zodat ze lang meegaan.

Transmissie Gevallen

Overbrengingskasten in elektrische voertuigen dienen als de onderdelen die verantwoordelijk zijn voor het overbrengen van de kracht van de motor naar de wielen. Aluminium materialen zijn een geschikte keuze voor deze toepassing. Aluminium heeft namelijk een hoge sterkte en is bestand tegen de mechanische spanningen van de krachtoverbrenging.

Koellichamen

De elektronische componenten in elektrische voertuigen genereren overmatige warmte die kan worden beheerd door gebruik te maken van koellichamen. Aluminium voldoet aan de behoefte van deze toepassingen aan superieure thermische geleidbaarheid. Het helpt de optimale bedrijfstemperatuur te behouden en vermindert de kans op oververhitting.

Omvormers

Fabrikanten gebruiken omvormertoepassingen om de gelijkstroom van het voertuig om te zetten in wisselstroom. Ze produceren deze onderdelen met aluminium om ze effectief te maken voor warmteafvoer en bescherming tegen gevoelige elektronische componenten.

Uitdagingen en beperkingen van EV-gietstukken

Om de verschillende uitdagingen aan te gaan, vereist de integratie van EV's voortdurende innovaties in materiaalkunde, giettechnologie en assemblage. Ontdek enkele van de ontmoedigende uitdagingen en beperkingen van EV.

●        Materiaaleigenschappen

●        Porositeit en gietdefecten

●        Samenvoegen en assembleren

Materiaaleigenschappen

Materiaaleigenschappen spelen een essentiële rol in de uitvoerresultaten. Ze hebben inherente eigenschappen en bieden niet altijd de vereiste sterkte en duurzaamheid voor bepaalde toepassingen. De materiaalkeuze voor EV-gieten moet een evenwicht vinden tussen gewichtsvermindering en mechanische prestaties, wat een ingewikkelde afweging kan zijn.

Porositeit en gietdefecten

Poreusheid en talrijke gietfouten zijn cruciale problemen bij de productie van spuitgietwerk. Poreusheid of de aanwezigheid van kleine luchtbellen kan optreden tijdens het gietproces van metaal.

Dit defect kan de structurele integriteit van de onderdelen verzwakken en het gevolg zijn van verschillende factoren. Zoals een verkeerde giettechniek, een ondeugdelijk matrijsontwerp of vervuiling. Deze uitdaging vereist een strenge procescontrole en geavanceerde kwaliteitsinspectiemethoden.

Samenvoegen en assembleren

Verbinding en assemblage geven een andere cruciale uitdaging aan van gegoten onderdelen in elektrische voertuigen. Traditionele las- en bevestigingsmethoden hebben de voorkeur voor lichtgewicht materialen zoals aluminium en magnesium.

De verschillen in thermische uitzetting en de behoefte aan nauwkeurige uitlijning kunnen complicaties veroorzaken in het assemblageproces. Om deze uitdaging te elimineren, is wrijvingsroerlassen of lijmverbindingen nodig. Dat kan de sterkte en betrouwbaarheid van de gegoten onderdelen garanderen.  

De toekomst van EV-gieten

De integratie van geavanceerde technologieën en geschikte legeringen zal de evolutie van gietstukken voor elektrische voertuigen aandrijven. De toekomst biedt echter een enorm potentieel voor verdere vooruitgang en doorbraken:

●        Additive Manufacturing voor gietmallen

●        Simulatie en modellering

●        Nieuwe legeringen en composieten

Additive Manufacturing voor gietmallen

De industrie van elektrische voertuigonderdelen ondergaat een revolutie via additive manufacturing of 3D-printen. Deze technologie vermindert doorlooptijden en kosten en biedt snelle prototyping en aanpassing van complexe ontwerpen.

 Bovendien verbetert deze productie de algehele efficiëntie en kwaliteit van de onderdelen door meer ingewikkelde en nauwkeurige matrijsgeometrieën mogelijk te maken.

Nieuwe legeringen en composieten voor EV spuitgieten

Aluminiumlegeringen

-         A380

-         6061

Eigenschappen van aluminiumlegeringen voor EV-gietstukken

-         Dichtheid: Ongeveer 2,7 g/cm³

-         Smeltpunt: 660°C (1220°F)

-         Young's Modulus: 69 GPa (10.000 ksi)

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

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

-         Rek bij breuk: 1-40%

-         Warmtegeleidingsvermogen: 150-200 W/m-K

Magnesium legeringen

-         AZ91D

-         AM60

Eigenschappen van magnesiumlegeringen voor EV-gietstukken

-         Dichtheid: Ongeveer 1,74 g/cm³

-         Smeltpunt: 650°C (1202°F)

-         Young's Modulus: 45 GPa (6.500 ksi)

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

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

-         Rek bij breuk: 2-10%

-         Warmtegeleidingsvermogen: 60-90 W/m-K

Zinklegeringen

-         Zamak 3

-         Zamak 5

Eigenschappen van zinklegeringen voor EV-gietstukken

-         Dichtheid: Ongeveer 6,6-6,7 g/cm³

-         Smeltpunt: 420°C (788°F)

-         Young's Modulus: 83 GPa (12.000 ksi)

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

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

-         Rek bij breuk: 1-10%

-         Warmtegeleidingsvermogen: 110-120 W/m-K

Conclusie:

Fabrikanten van elektrische voertuigen zijn voortdurend op zoek naar nieuwe manieren om onderdelen uit ev-gietwerk te gebruiken.  Aludiecasting biedt een breed scala aan EV-giettechnieken. We gebruiken lichtgewicht aluminiumlegeringen om onderdelen op maat te maken, zoals motorhuizen en accubakken.