Odlewanie pojazdów elektrycznych wykorzystuje najnowocześniejsze metody, takie jak odlewanie giga, do produkcji złożonych, lekkich części samochodowych. Pojazdy elektryczne dominują na globalnym rynku motoryzacyjnym. Według Market Watch sprzedaż samochodów ev wzrosła z 1 miliona do 1,6 miliona w 2023 roku. Technologia taka jak odlewanie pojazdów elektrycznych za pomocą techniki giga odlewania stanowi zrównoważoną alternatywę dla samochodów napędzanych benzyną.

Kluczowe wnioski:

1.       Proces odlewania EV

2.       Proces odlewania pojazdów elektrycznych

3.       Materiały odlewów EV

4.       Nowe stopy i kompozyty w odlewnictwie ciśnieniowym EV

Procesy odlewania EV

Odlewanie pojazdów elektrycznych to kompleksowy proces obejmujący krytyczne etapy produkcji wysokiej jakości, wydajnych części. Oferuje on wyraźne zalety i ograniczenia w kształtowaniu różnych komponentów. Przyjrzyjmy się kluczowym procesom związanym z odlewaniem pojazdów elektrycznych, w tym projektowaniu, przygotowaniu materiałów, różnym metodom odlewania i procedurom po odlewaniu.

1.     Projektowanie i tworzenie form

Odlewanie pojazdów elektrycznych obejmuje podstawowy etap projektowania i tworzenia form. W tym procesie oprogramowanie do projektowania wspomaganego komputerowo jest dostosowywane do tworzenia precyzyjnych i skomplikowanych projektów wymaganych komponentów pojazdów elektrycznych. Projekty te są w stanie wytrzymać wysokie ciśnienia i temperatury związane z odlewaniem. Są one wykorzystywane do tworzenia form wykonanych ze stali lub innych trwałych materiałów.

2.     Przygotowanie materiału

Etap przygotowania materiału jest niezbędny do osiągnięcia wysokiej jakości rezultatów odlewania. Etap ten obejmuje wybór i przygotowanie stopów metali, takich jak aluminium. Aluminium jest powszechnie stosowane w odlewnictwie pojazdów elektrycznych ze względu na swoją lekkość i wytrzymałość. Producenci topią stopy w piecach do określonej temperatury i przygotowują je do procesu odlewania.

3.     Metody odlewania

Komponenty EV mogą być produkowane poprzez dostosowanie kilku metod odlewania, z których każda ma swoje specyficzne zalety i zastosowania.

                                I.            Odlewanie ciśnieniowe pod wysokim ciśnieniem

                              II.            Odlewanie grawitacyjne

                            III.            Inne techniki odlewania

       I.            Odlewanie ciśnieniowe pod wysokim ciśnieniem

Przegląd procesu

W metodzie wysokociśnieniowego odlewania ciśnieniowego stopiony metal jest wtryskiwany do gniazda formy pod ekstremalnym ciśnieniem. Metoda ta umożliwia fachowe wytwarzanie komponentów o doskonałym wykończeniu powierzchni i dokładności wymiarowej. 

Korzyści dla pojazdów elektrycznych

Proces ten jest korzystny dla pojazdów elektrycznych, produkujących duże, złożone części w jednym kawałku. Pomaga zmniejszyć liczbę wymaganych połączeń i spawów. Zwiększa integralność strukturalną komponentów i zmniejsza ich wagę. Poprawia to wydajność i zasięg pojazdu.

Zastosowania w pojazdach elektrycznych

Producent pojazdów elektrycznych preferuje proces odlewania wysokociśnieniowego (HPDC). Metoda ta pozwala na tworzenie dużych, jednoczęściowych odlewów. Jest ona szczególnie wykorzystywana do produkcji różnych części pojazdów elektrycznych, takich jak obudowy akumulatorów, obudowy silników i części konstrukcyjne.

     II.            Odlewanie grawitacyjne

Przegląd procesu

Producenci wykorzystują technikę odlewania grawitacyjnego do wlewania stopionego metalu do formy, podczas gdy jest on grawitacyjnie wciągany na miejsce. Jest to prostsza metoda niż odlewanie ciśnieniowe. Technika ta wymaga precyzyjnej kontroli nad procesem odlewania w celu poprawy jakości odlewów.

Korzyści dla pojazdów elektrycznych

Jest to korzystne przy tworzeniu dużych, grubościennych części, które wymagają doskonałej integralności strukturalnej. Może produkować mniejsze produkcje lub specjalistyczne komponenty w opłacalny sposób.

Zastosowania w pojazdach elektrycznych

Procedura ta jest stosowana do produkcji bloków silnika, części zawieszenia i innych elementów konstrukcyjnych, w których wymagana jest wysoka wytrzymałość i trwałość.

  III.            Inne techniki odlewania

Odlewanie w piasku

Forma jest tworzona z mieszanki piasku w celu wlania stopionego metalu do wgłębienia w matrycy. aluminiowy odlew piaskowy metoda. Nadaje się do produkcji złożonych, dużych komponentów o skomplikowanych szczegółach.

Odlewanie inwestycyjne

Jest to skuteczna strategia odlewania, która może być stosowana do produkcji części w idealnych wymiarach z lepszym wykończeniem powierzchni, zwana również odlewaniem metodą traconego wosku. Technika ta obejmuje tworzenie woskowej formy części pokrytej ceramiczną powłoką, a następnie topienie wosku w celu wykonania formy.

4.     Chłodzenie i krzepnięcie

Etap ten obejmuje chłodzenie i krzepnięcie metalu po jego wtryśnięciu do formy w stanie stopionym. Szybkość chłodzenia może mieć bezpośredni wpływ na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne końcowych komponentów. Dlatego technika kontrolowanego chłodzenia pomaga osiągnąć pożądaną wytrzymałość i trwałość.

5.     Usuwanie i czyszczenie

Po procesie chłodzenia i krzepnięcia, odlew jest usuwany z formy poprzez rozbicie formy wykonanej z mieszanki piasku lub otwarcie formy w przypadku HPDC. Obejmuje to również etap czyszczenia, w którym usuwane są pozostałości materiałów formy, wypływki lub warstwy tlenków.

6.     Wykończenie i kontrola

Dodatkowa obróbka, polerowanie i nakładanie wszelkich niezbędnych powłok są wykonywane podczas procesu wykańczania i kontroli. Etap ten pomaga producentowi tworzyć komponenty z wykończeniem powierzchni i dokładnymi wymiarami. Etap kontroli zapewnia, że produkt wyjściowy spełnia wymagane standardy jakości.

Zalety odlewów EV

Techniki odlewania ciśnieniowego zapewniają szereg korzyści w kształtowaniu przyszłości pojazdów elektrycznych, zwłaszcza w przypadku takich kwestii jak waga, konstrukcja i koszty. Odkryjmy te korzyści:

Redukcja wagi i zwiększony zasięg

Jego główną zaletą dla pojazdów elektrycznych jest redukcja masy. Wybór lekkich materiałów, takich jak aluminium w HPDC (wysokociśnieniowe odlewanie ciśnieniowe), zmniejsza całkowitą masę pojazdów. Lekkie pojazdy charakteryzują się większą wydajnością i lepszym zasięgiem.

Elastyczność projektowania i złożone geometrie

Odlewanie pojazdów elektrycznych może wytwarzać wyjątkowo złożone geometrie i oferować elastyczność projektowania, eliminując potrzebę stosowania tradycyjnych metod produkcji. Pomaga to w optymalizacji części pod kątem wydajności, w tym funkcji takich jak skomplikowane kanały chłodzące i zintegrowane struktury wsporcze.

Opłacalność i skalowalność

Procesy HPDC i odlewania grawitacyjnego są zarówno opłacalne, jak i skalowalne. Jednak początkowe koszty tworzenia form i wyposażenia mogą być wysokie. Koszt jednostkowy znacznie spada wraz ze wzrostem wielkości produkcji. Ta skalowalność pomaga uczynić pojazdy elektryczne bardziej przystępnymi cenowo i dostępnymi dla szerszego rynku.

Zwiększona integralność strukturalna i trwałość

Odlewy do pojazdów elektrycznych zwiększają integralność strukturalną i trwałość pojazdów dla celów bezpieczeństwa i długowieczności. Metoda ta zapobiega powstawaniu wewnętrznych naprężeń w komponentach, zapewniając doskonałe właściwości mechaniczne. Może to być konieczne w przypadku części narażonych na duże obciążenia i naprężenia, takich jak zawieszenia i obudowy akumulatorów.

Korzyści z zarządzania temperaturą

Zarządzanie termiczne to kolejna skuteczna zaleta odlewów EV. Komponenty wykonane w procesie odlewania mogą zawierać zintegrowane rozwiązania chłodzące. Odlewy pomagają efektywniej zarządzać ciepłem i poprawiają ogólną wydajność i bezpieczeństwo pojazdu.

Materiały stosowane w odlewach EV

Odpowiedni dobór materiału odlewniczego ma znaczący wpływ na wyniki końcowe. Producent może z powodzeniem tworzyć lekkie pojazdy o lepszych osiągach, wybierając odpowiednie materiały. Zapoznajmy się z dostępnymi opcjami, które można wykorzystać do odlewania pojazdów elektrycznych.

Stopy aluminium

Stopy aluminium oferują doskonałe właściwości, takie jak skrawalność, niska gęstość, trwałość, odporność na rdzę i dobra formowalność. Materiał ten jest znacznie lżejszy i ma odpowiednią wytrzymałość dla różnych komponentów EV, oferując jednocześnie dobrą formowalność. Jego doskonała odporność na korozję zapewnia długowieczność części pojazdów elektrycznych narażonych na działanie warunków środowiskowych.

Określone stopy aluminium

Określone stopy aluminium, takie jak A356, A6061 i 7050, charakteryzują się wysoką wytrzymałością, podatnością na odlewanie i dobrą odpornością na korozję, co czyni je preferowanym wyborem do odlewania. Stopy te są stosowane w celu spełnienia wymagań dotyczących wytrzymałości i trwałości części, takich jak obudowy silników, aplikacje narażone na duże obciążenia i obudowy akumulatorów.

Stopy magnezu

Stopy magnezu takie jak AZ81D oferują lekkość i łatwość odlewania. Materiały te są odpowiednie dla komponentów wymagających zmniejszenia masy, takich jak ramy akumulatorów i części konstrukcyjne. Postęp w technologiach powlekania ma swoje zalety, pomimo niższej odporności na korozję.

Stopy cynku

Cynk może być wykorzystywany do produkcji małych, skomplikowanych części, które wymagają doskonałej stabilności wymiarowej. Stopy te można łączyć z aluminium i magnezem, co pozwala producentowi zoptymalizować wydajność każdego komponentu. Zapewnienie równowagi między wagą, wytrzymałością i trwałością w pojazdach elektrycznych.

Odlewanie wielomateriałowe

Odlewanie wielomateriałowe obejmuje kombinacje różnych stopów w ramach jednego komponentu. Technika ta może poprawić cechy wydajnościowe, takie jak zarządzanie termiczne i integralność strukturalna, a także pomóc zmniejszyć wagę. Jest to korzystne przy tworzeniu złożonych części, które wymagają różnych właściwości w kilku sekcjach.

Zastosowania odlewów EV

●        Obudowy silników

●        Pojemniki na baterie

●        Skrzynie biegów

●        Radiatory

●        Falowniki

Obudowy silników

Części obudowy silnika chronią silniki elektryczne przed uszkodzeniami zewnętrznymi, zapewniając jednocześnie odpowiednie zarządzanie temperaturą. W szczególności aluminium i magnez są wykorzystywane do tworzenia tego komponentu ze względu na ich niewielką wagę, wytrzymałość i doskonałe właściwości rozpraszania ciepła.

Pojemniki na baterie

Zasobniki akumulatorów zabezpieczają i utrzymują ogniwa akumulatorów pojazdów elektrycznych i mogą być produkowane z lekkich materiałów, takich jak aluminium. Stopy te zmniejszają całkowitą masę pojazdu i poprawiają zasięg jazdy. Ponadto tace te są zaprojektowane tak, aby były mocne i antykorozyjne, zapewniając długowieczność części.

Skrzynie biegów

Skrzynie biegów w pojazdach elektrycznych służą jako elementy odpowiedzialne za przenoszenie mocy z silnika na koła. Materiały aluminiowe są odpowiednim wyborem do tego zastosowania. Ma ono bowiem wysoką wytrzymałość i zdolność do wytrzymywania naprężeń mechanicznych związanych z przenoszeniem mocy.

Radiatory

Komponenty elektroniczne w pojazdach elektrycznych generują nadmierne ciepło, którym można zarządzać za pomocą radiatorów. Aluminium może zaspokoić potrzeby tych aplikacji w zakresie doskonałej przewodności cieplnej. Pomaga utrzymać optymalną temperaturę pracy i zmniejsza ryzyko przegrzania.

Falowniki

Producenci stosują inwertery do konwersji prądu stałego pojazdu na prąd zmienny. Produkują te części z aluminium, aby skutecznie rozpraszały ciepło i chroniły wrażliwe elementy elektroniczne.

Wyzwania i ograniczenia odlewów EV

Aby sprostać kilku wyzwaniom, włączenie pojazdów elektrycznych wymaga ciągłych innowacji w dziedzinie materiałoznawstwa, technologii odlewania i montażu. Poznaj niektóre z wyzwań i ograniczeń związanych z pojazdami elektrycznymi.

●        Właściwości materiału

●        Porowatość i wady odlewnicze

●        Łączenie i montaż

Właściwości materiału

Właściwości materiału odgrywają istotną rolę w wynikach wyjściowych. Stanowią one nieodłączne cechy i nie zawsze mogą zapewniać wymaganą wytrzymałość i trwałość w niektórych zastosowaniach. Wybór materiału do odlewania EV musi równoważyć redukcję masy z wydajnością mechaniczną, co może być skomplikowanym kompromisem.

Porowatość i wady odlewnicze

Porowatość i liczne wady odlewnicze są kluczowymi problemami w produkcji odlewów ciśnieniowych. Porowatość lub obecność drobnych kieszeni powietrznych może wystąpić podczas procesu odlewania metalu.

Wada ta może osłabić integralność strukturalną komponentów i wynikać z różnych czynników. Takich jak niewłaściwe zarządzanie techniką odlewania, nieodpowiednia konstrukcja formy lub zanieczyszczenie. Wyzwanie to wymaga rygorystycznej kontroli procesu i zaawansowanych metod kontroli jakości.

Łączenie i montaż

Łączenie i montaż to kolejne kluczowe wyzwanie związane z odlewanymi komponentami w pojazdach elektrycznych. Tradycyjne metody spawania i mocowania są preferowane w przypadku lekkich materiałów, takich jak aluminium i magnez.

Różnice w rozszerzalności cieplnej i potrzeby precyzyjnego wyrównania mogą powodować komplikacje w procesie montażu. Aby wyeliminować to wyzwanie, wymagane jest zgrzewanie tarciowe lub klejenie. Zapewnia to wytrzymałość i niezawodność odlewanych części.  

Przyszłość odlewów elektrycznych

Integracja najnowocześniejszych technologii i odpowiednich stopów będzie napędzać ewolucję odlewów pojazdów elektrycznych. Przyszłość ma jednak ogromny potencjał dla dalszych postępów i przełomów:

●        Produkcja addytywna form odlewniczych

●        Symulacja i modelowanie

●        Nowe stopy i kompozyty

Produkcja addytywna form odlewniczych

Branża komponentów do pojazdów elektrycznych rewolucjonizuje się dzięki produkcji addytywnej lub drukowi 3D. Technologia ta skraca czas realizacji i obniża koszty, oferując szybkie prototypowanie i dostosowywanie złożonych projektów.

 Ponadto produkcja ta zwiększa ogólną wydajność i jakość części, umożliwiając bardziej skomplikowane i precyzyjne geometrie form.

Nowe stopy i kompozyty w odlewnictwie ciśnieniowym EV

Stopy aluminium

-         A380

-         6061

Właściwości stopów aluminium do odlewów ciśnieniowych EV

-         Gęstość: Około 2,7 g/cm³

-         Temperatura topnienia: 660°C (1220°F)

-         Moduł Younga: 69 GPa (10 000 ksi)

-         Wytrzymałość na rozciąganie: 90-690 MPa (13-100 ksi)

-         Granica plastyczności: 50-600 MPa (7-87 ksi)

-         Wydłużenie przy zerwaniu: 1-40%

-         Przewodność cieplna: 150-200 W/m-K

Stopy magnezu

-         AZ91D

-         AM60

Właściwości stopów magnezu dla odlewów ciśnieniowych EV

-         Gęstość: Około 1,74 g/cm³

-         Temperatura topnienia: 650°C (1202°F)

-         Moduł Younga: 45 GPa (6500 ksi)

-         Wytrzymałość na rozciąganie: 150-340 MPa (22-49 ksi)

-         Granica plastyczności: 65-230 MPa (9-33 ksi)

-         Wydłużenie przy zerwaniu: 2-10%

-         Przewodność cieplna: 60-90 W/m-K

Stopy cynku

-         Zamak 3

-         Zamak 5

Właściwości stopów cynku dla odlewów ciśnieniowych EV

-         Gęstość: Około 6,6-6,7 g/cm³

-         Temperatura topnienia: 420°C (788°F)

-         Moduł Younga: 83 GPa (12 000 ksi)

-         Wytrzymałość na rozciąganie: 250-400 MPa (36-58 ksi)

-         Granica plastyczności: 150-300 MPa (22-43 ksi)

-         Wydłużenie przy zerwaniu: 1-10%

-         Przewodność cieplna: 110-120 W/m-K

Wnioski:

Producenci pojazdów elektrycznych nieustannie poszukują nowych sposobów na zastosowanie części odlewanych ev.  Aludiecasting oferuje zróżnicowany zakres technik odlewania EV. Używamy lekkich stopów aluminium do produkcji niestandardowych części, takich jak obudowy silników i tace akumulatorów.