Turnarea vehiculelor electrice încorporează metode de ultimă oră, cum ar fi giga turnarea, pentru a produce piese auto complexe și ușoare. Vehiculele electrice domină piața mondială a automobilelor. Potrivit Market Watch, vânzările de mașini ev au crescut de la 1 milion la 1,6 milioane în 2023. Tehnologia precum turnarea vehiculelor electrice cu tehnica giga casting oferă o alternativă durabilă la mașinile pe benzină.

Principalele concluzii:

1.       Procesul de turnare EV

2.       Procesul de turnare a vehiculelor electrice

3.       Materiale de turnare EV

4.       Aliaje și compozite noi în turnarea sub presiune EV

Procese de turnare EV

Turnarea vehiculelor electrice este un proces cuprinzător care implică etape critice pentru a produce piese eficiente și de înaltă calitate. Acesta oferă avantaje și limitări distincte pentru modelarea diferitelor componente. Să analizăm procesele-cheie implicate în turnarea vehiculelor electrice, inclusiv proiectarea, pregătirea materialelor, diferitele metode de turnare și procedurile ulterioare turnării.

1.     Proiectare și creare de matrițe

Turnarea vehiculelor electrice include etapa fundamentală de proiectare și creare a matrițelor. În acest proces, software-ul de proiectare asistată de calculator este adaptat pentru a crea modele precise și complexe ale componentelor necesare ale vehiculelor electrice. Aceste modele sunt capabile să reziste presiunilor și temperaturilor ridicate implicate în turnare. Acestea sunt utilizate pentru a crea matrițe din oțel sau din alte materiale durabile, după crearea lor.

2.     Pregătirea materialului

Etapa de pregătire a materialului este esențială pentru obținerea unor rezultate de înaltă calitate în turnare. Această etapă implică selectarea și pregătirea aliajelor metalice, cum ar fi aluminiul. Aluminiul este cel este utilizat în mod obișnuit în turnarea vehiculelor electrice datorită proprietăților sale ușoare și de rezistență. Producătorii topesc aliajele în cuptoare la o temperatură specifică și le pregătesc pentru procesul de turnare.

3.     Metode de turnare

Componentele EV pot fi produse prin adaptarea mai multor metode de turnare, fiecare cu avantajele și aplicațiile sale specifice.

                                I.            Turnare sub presiune de înaltă presiune (High-Pressure Die Casting)

                              II.            Gravity Casting

                            III.            Alte tehnici de turnare

       I.            Turnare sub presiune de înaltă presiune (High-Pressure Die Casting)

Prezentare generală a procesului

În abordarea turnării sub presiune de înaltă presiune, metalul topit este injectat într-o cavitate a matriței sub presiune extremă. Această metodă poate produce componente cu o finisare excelentă a suprafeței și o precizie dimensională. 

Beneficii pentru vehiculele electrice

Acest proces este benefic pentru vehiculele electrice, producând piese mari și complexe într-o singură bucată. Ajută la reducerea numărului de îmbinări și suduri necesare. Îmbunătățește integritatea structurală a componentelor și reduce greutatea acestora. Acest lucru îmbunătățește eficacitatea și autonomia vehiculului.

Aplicații în vehiculele electrice

Producătorul de vehicule electrice preferă procesul de turnare sub presiune înaltă (HPDC). Această metodă le permite să creeze piese turnate mari, dintr-o singură piesă. Este utilizată în special pentru a realiza diverse piese pentru vehicule electrice, cum ar fi carcasele bateriilor, carcasele motoarelor și piesele structurale.

     II.            Gravity Casting

Prezentare generală a procesului

Producătorii folosesc tehnica de turnare prin gravitație pentru a turna metal topit într-o matriță în timp ce acesta este atras gravitațional în poziție. Este o metodă mai simplă decât turnarea sub presiune înaltă. Această tehnică necesită un control precis asupra procesului de turnare pentru a îmbunătăți calitatea pieselor turnate.

Beneficii pentru vehiculele electrice

Este benefic pentru crearea de piese mari, cu pereți groși, care necesită o integritate structurală superioară. Poate produce producții mai mici sau componente specializate în mod rentabil.

Aplicații în vehiculele electrice

Această procedură este utilizată pentru fabricarea blocurilor motor, a pieselor de suspensie și a altor elemente structurale care necesită rezistență și durabilitate ridicate.

  III.            Alte tehnici de turnare

Sand Casting

O matriță este creată dintr-un amestec de nisip pentru a turna metalul topit în cavitatea din aluminiu turnat în nisip Metoda. Este potrivită pentru producerea de componente complexe, mari, cu detalii complicate.

Turnare de investiții

Este o strategie eficientă de turnare care poate fi utilizată pentru a produce piese în dimensiuni perfecte cu finisaje de suprafață mai bune, numită și turnare cu ceară pierdută. Această tehnică include crearea unei matrițe din ceară a piesei acoperită cu un înveliș ceramic și apoi topirea cerii pentru a realiza o matriță.

4.     Răcirea și solidificarea

Această etapă include răcirea și solidificarea metalului după ce acesta este injectat în matriță în timp ce este încă topit. Viteza de răcire poate avea un impact direct asupra microstructurii și proprietăților mecanice ale componentelor finale. Prin urmare, tehnica de răcire controlată ajută la obținerea rezistenței și durabilității dorite.

5.     Îndepărtare și curățare

După procesul de răcire și solidificare, piesa turnată este scoasă din matriță prin spargerea matriței realizate cu un amestec de nisip sau prin deschiderea matriței în cazul HPDC. aceasta implică în continuare etapa de curățare, în care se îndepărtează materialele reziduale din matriță, strălucirea sau straturile de oxid.

6.     Finisare și inspecție

Prelucrarea suplimentară, lustruirea și aplicarea oricărei acoperiri necesare sunt efectuate în timpul procesului de finisare și inspecție. Această fază ajută producătorul să creeze componente cu finisaje de suprafață și dimensiuni exacte. Etapa de inspecție asigură că produsul finit îndeplinește standardele de calitate necesare.

Beneficiile pieselor turnate EV

Tehnicile de turnare sub presiune oferă mai multe avantaje pentru modelarea viitorului vehiculelor electrice, în special atunci când sunt abordate aspecte precum greutatea, designul și costul. Haideți să descoperim aceste avantaje:

Reducerea greutății și autonomie îmbunătățită

Principalul său beneficiu pentru vehiculele electrice este reducerea greutății. Selectarea materialelor ușoare, cum ar fi aluminiul în HPDC (turnare sub presiune înaltă) reduce greutatea totală a vehiculelor. Vehiculele ușoare au o eficiență mai mare și o autonomie îmbunătățită.

Flexibilitate de proiectare și geometrii complexe

Turnarea vehiculelor electrice poate produce geometrii complexe excepționale și oferă flexibilitate în proiectare, eliminând necesitatea metodelor tradiționale de fabricație. Aceasta ajută la optimizarea pieselor pentru performanță, incluzând caracteristici precum canale de răcire complexe și structuri de suport integrate.

Rentabilitate și scalabilitate

Procesele HPDC și de turnare prin gravitație sunt rentabile și scalabile. Cu toate acestea, costurile inițiale de instalare pentru crearea matrițelor și echipamente pot fi ridicate. Costul per unitate scade semnificativ odată cu creșterea volumelor de producție. Această scalabilitate contribuie la realizarea unor vehicule electrice mai accesibile și mai accesibile pentru o piață mai largă.

Integritate structurală și durabilitate îmbunătățite

Piesele turnate pentru vehicule electrice sporesc integritatea structurală și durabilitatea vehiculelor în scopuri de siguranță și longevitate. Această metodă împiedică formarea de tensiuni interne la componente, asigurând proprietăți mecanice excelente. Acest lucru poate fi necesar pentru piesele expuse la sarcini și tensiuni ridicate, cum ar fi suspensiile și carcasele bateriilor.

Beneficiile managementului termic

Managementul termic este un alt beneficiu eficient al pieselor turnate EV. Componentele realizate prin procese de turnare pot include soluții integrate de răcire. Turnarea ajută la gestionarea mai eficientă a căldurii și îmbunătățește performanța generală și siguranța vehiculului.

Materiale utilizate în piesele turnate EV

Selecția adecvată a materialului de turnare face o diferență majoră în rezultatele obținute. Producătorul poate crea cu succes vehicule ușoare cu performanțe îmbunătățite prin alegerea materialelor potrivite. Să descoperim opțiunile disponibile care pot fi utilizate pentru turnarea EV.

Aliaje de aluminiu

Aliajele de aluminiu oferă caracteristici excelente, cum ar fi prelucrabilitatea, densitatea redusă, durabilitatea, rezistența la rugină și formabilitatea bună. Acest material este foarte ușor și are o rezistență adecvată pentru diverse componente EV, oferind în același timp o bună formabilitate. Caracteristica sa superioară de rezistență la coroziune demonstrează longevitatea pieselor EV expuse la condițiile de mediu.

Aliaje de aluminiu specifice

Aliajele specifice de aluminiu, cum ar fi A356, A6061 și 7050, au rezistență ridicată, turnabilitate și rezistență bună la coroziune, ceea ce le face alegerea preferată pentru turnare. Aceste aliaje sunt utilizate pentru a îndeplini cerințele de rezistență și durabilitate ale pieselor precum carcasele motoarelor, aplicațiile de înaltă rezistență și carcasele bateriilor.

Aliaje de magneziu

Aliajele de magneziu precum AZ81D oferă proprietăți ușoare și ușor de turnat. Aceste materiale sunt potrivite pentru componentele care necesită economie de greutate, cum ar fi cadrele bateriilor și piesele structurale. Progresul în tehnologiile de acoperire are viabilitatea acestora, în ciuda rezistenței lor mai scăzute la coroziune.

Aliaje de zinc

Materialul zinc poate fi utilizat pentru fabricarea pieselor mici și complicate care necesită o stabilitate dimensională excelentă. Aceste aliaje pot fi combinate cu aluminiu și magneziu, permițând producătorului să optimizeze performanța fiecărei componente. Asigurarea echilibrului dintre greutate, rezistență și durabilitate în EV-uri.

Turnare multi-material

Turnarea multi-material implică combinații de aliaje diferite într-o singură componentă. Această tehnică poate îmbunătăți caracteristicile de performanță precum managementul termic și integritatea structurală și poate contribui la reducerea greutății. Este benefică pentru crearea de piese complexe care necesită proprietăți variate în mai multe secțiuni.

Aplicații ale pieselor turnate EV

●        Carcasele motorului

●        Tăvi pentru baterii

●        Carcase de transmisie

●        Spălători de căldură

●        Invertoare

Carcasele motorului

Componentele carcasei motorului protejează motoarele electrice de deteriorările externe, asigurând în același timp un management termic adecvat. În special, aluminiul și magneziul sunt utilizate pentru a crea această componentă datorită greutății lor reduse, rezistenței și proprietăților excelente de disipare a căldurii.

Tăvi pentru baterii

Suporturile pentru baterii fixează și mențin celulele bateriei vehiculelor electrice și pot fi produse din materiale ușoare precum aluminiul. Aceste aliaje reduc greutatea totală a vehiculului și îmbunătățesc autonomia. În plus, aceste tăvi sunt proiectate pentru a fi puternice și anti-coroziune, asigurând longevitatea pieselor.

Carcase de transmisie

Carcasele de transmisie din vehiculele electrice servesc drept componente responsabile pentru transferul puterii de la motor la roți. Materialele din aluminiu sunt o alegere potrivită pentru crearea acestei aplicații. Deoarece are o rezistență ridicată și capacitatea de a rezista solicitărilor mecanice ale transmisiei de putere.

Spălători de căldură

componentele electronice din vehiculele electrice generează căldură excesivă care poate fi gestionată prin utilizarea radiatoarelor. Aluminiul poate satisface nevoile acestor aplicații pentru o conductivitate termică superioară. Acesta ajută la menținerea temperaturii optime de funcționare și reduce șansele de supraîncălzire.

Invertoare

Producătorii utilizează aplicații de invertor pentru a converti curentul continuu al vehiculului în curent alternativ. Ei produc aceste piese cu aluminiu pentru a le face eficiente pentru disiparea căldurii și pentru a le proteja împotriva componentelor electronice sensibile.

Provocări și limitări ale pieselor turnate EV

Pentru a face față mai multor provocări, încorporarea vehiculelor electrice necesită inovații continue în știința materialelor, tehnologia de turnare și asamblare. Descoperiți câteva dintre provocările descurajatoare și limitările EV.

●        Proprietăți materiale

●        Porozitate și defecte de turnare

●        Îmbinare și asamblare

Proprietăți materiale

Proprietățile materialelor joacă un rol esențial în rezultatele obținute. Acestea prezintă caracteristici inerente și pot să nu ofere întotdeauna rezistența și durabilitatea necesare pentru anumite aplicații. Selectarea materialului pentru turnarea EV trebuie să echilibreze reducerea greutății cu performanțele mecanice, ceea ce poate fi un compromis complicat.

Porozitate și defecte de turnare

Porozitatea și numeroasele defecte de turnare sunt preocupări cruciale în producția de turnare sub presiune. Porozitatea sau prezența unor mici pungi de aer poate apărea în timpul procesului de turnare a metalului.

Acest defect poate slăbi integritatea structurală a componentelor și provine din diferiți factori. Cum ar fi gestionarea greșită a tehnicii de turnare, proiectarea inadecvată a matriței sau contaminarea. Această provocare necesită un control riguros al procesului și metode avansate de inspecție a calității.

Îmbinare și asamblare

Îmbinarea și asamblarea indică o altă provocare crucială a componentelor turnate în vehiculele electrice. Metodele tradiționale de sudare și fixare sunt preferate pentru materialele ușoare precum aluminiul și magneziul.

Diferențele de dilatare termică și necesitățile de aliniere precisă pot cauza complicații în procesul de asamblare. Pentru a elimina această provocare, este necesară sudarea prin frecare sau lipirea adezivă. Acest lucru poate asigura capacitatea puternică și fiabilitatea pieselor turnate.  

Viitorul turnării EV

Integrarea tehnologiilor de ultimă oră și a aliajelor adecvate va conduce la evoluția pieselor turnate pentru vehicule electrice. Cu toate acestea, viitorul său deține un potențial imens pentru noi progrese și descoperiri:

●        Fabricarea aditivă pentru matrițe de turnare

●        Simulare și modelare

●        Aliaje și compozite noi

Fabricarea aditivă pentru matrițe de turnare

Industria componentelor vehiculelor electrice se revoluționează prin fabricarea aditivă sau printarea 3D. Această tehnologie reduce timpii de execuție și costurile, oferind prototipuri rapide și personalizarea modelelor complexe.

 În plus, această producție îmbunătățește eficiența și calitatea generală a pieselor, permițând geometrii mai complexe și mai precise ale matrițelor.

Aliaje și compozite noi în turnarea sub presiune EV

Aliaje de aluminiu

-         A380

-         6061

Proprietăți ale aliajelor de aluminiu pentru piese turnate sub presiune EV

-         Densitate: Aproximativ 2,7 g/cm³

-         Punct de topire: 660°C (1220°F)

-         Modulul lui Young: 69 GPa (10,000 ksi)

-         Rezistența la tracțiune: 90-690 MPa (13-100 ksi)

-         Rezistența la rupere: 50-600 MPa (7-87 ksi)

-         Elongație la rupere: 1-40%

-         Conductivitate termică: 150-200 W/m-K

Aliaje de magneziu

-         AZ91D

-         AM60

Proprietăți ale aliajelor de magneziu pentru piese turnate sub presiune EV

-         Densitate: Aproximativ 1,74 g/cm³

-         Punct de topire: 650°C (1202°F)

-         Modulul lui Young: 45 GPa (6,500 ksi)

-         Rezistența la tracțiune: 150-340 MPa (22-49 ksi)

-         Rezistența la rupere: 65-230 MPa (9-33 ksi)

-         Elongație la rupere: 2-10%

-         Conductivitate termică: 60-90 W/m-K

Aliaje de zinc

-         Zamak 3

-         Zamak 5

Proprietăți ale aliajelor de zinc pentru piese turnate sub presiune EV

-         Densitate: Aproximativ 6,6-6,7 g/cm³

-         Punct de topire: 420°C (788°F)

-         Modulul lui Young: 83 GPa (12,000 ksi)

-         Rezistența la tracțiune: 250-400 MPa (36-58 ksi)

-         Rezistența la curgere: 150-300 MPa (22-43 ksi)

-         Elongație la rupere: 1-10%

-         Conductivitate termică: 110-120 W/m-K

Concluzie:

Producătorii de vehicule electrice caută în mod constant noi modalități de a încorpora piese turnate ev.  Aludiecasting oferă o gamă variată de tehnici de turnare EV. Folosim aliaje ușoare de aluminiu pentru a produce piese personalizate, cum ar fi carcase de motor și tăvi de baterii.