Gjutning av elfordon omfattar avancerade metoder som giga-gjutning för att tillverka komplexa, lätta fordonsdelar. Elfordon dominerar den globala fordonsmarknaden. Enligt Market Watch ökade försäljningen av ev-bilar från 1 miljon till 1,6 miljoner år 2023. Teknik som gjutning av elfordon med giga-gjutningsteknik erbjuder ett hållbart alternativ till bensindrivna bilar.

Viktiga slutsatser:

1.       EV Gjutningsprocess

2.       Gjutningsprocess för elfordon

3.       Material för EV-gjutgods

4.       Nya legeringar och kompositer i EV Die Casting

Gjutningsprocesser för EV

Gjutning av elfordon är en omfattande process som omfattar kritiska steg för att producera högkvalitativa och effektiva delar. Den erbjuder tydliga fördelar och begränsningar för formning av olika komponenter. Låt oss titta på de viktigaste processerna som är involverade i EV-gjutning, inklusive design, materialberedning, olika gjutningsmetoder och procedurer efter gjutning.

1.     Design och formgivning

Gjutning av elfordon omfattar det grundläggande steget att designa och skapa formar. I denna process anpassas programvara för datorstödd design för att skapa exakta och invecklade mönster av de nödvändiga EV-komponenterna. Dessa konstruktioner kan motstå de höga tryck och temperaturer som är involverade i gjutningen. De används för att skapa formar av stål eller andra hållbara material efter att de har skapats.

2.     Förberedelse av material

Materialberedningssteget är viktigt för att uppnå högkvalitativa resultat vid gjutning. Detta steg innebär val och beredning av metallegeringar, som aluminium. Aluminium är det som vanligtvis används vid gjutning av elfordon på grund av dess lätta vikt och hållfasthetsegenskaper. Tillverkarna smälter legeringarna i ugnar till en specifik temperatur och förbereder dem för gjutningsprocessen.

3.     Gjutningsmetoder

EV-komponenter kan tillverkas med hjälp av flera olika gjutmetoder, var och en med sina specifika fördelar och användningsområden.

                                I.            Högtrycksgjutning

                              II.            Gjutning med gravitation

                            III.            Andra gjuttekniker

       I.            Högtrycksgjutning

Översikt över processen

Vid högtrycksgjutning sprutas den smälta metallen in i en formhålighet under extremt tryck. Med den här metoden kan man på ett skickligt sätt tillverka komponenter med utmärkt ytfinish och måttnoggrannhet. 

Fördelar för elfordon

Denna process är fördelaktig för elfordon, där stora, komplexa delar tillverkas i ett enda stycke. Den bidrar till att minska antalet fogar och svetsar som krävs. Det förbättrar komponenternas strukturella integritet och minskar deras vikt. Det förbättrar fordonets effektivitet och räckvidd.

Tillämpningar i elektriska fordon

Tillverkaren av elfordon föredrar högtrycksgjutning (HPDC). Denna metod gör det möjligt för dem att skapa stora gjutgods i ett stycke. Den används specifikt för att tillverka olika delar till elfordon, som batterihöljen, motorhöljen och konstruktionsdelar.

     II.            Gjutning med gravitation

Översikt över processen

Tillverkarna använder gravitationsgjutningstekniken för att hälla smält metall i en form medan den dras på plats med hjälp av gravitationen. Det är en enklare metod än högtrycksgjutning. Denna teknik kräver exakt kontroll över gjutningsprocessen för att förbättra gjutningens kvalitet.

Fördelar för elfordon

Det är fördelaktigt för att skapa stora, tjockväggiga delar som kräver överlägsen strukturell integritet. Den kan producera mindre produktioner eller specialiserade komponenter på ett kostnadseffektivt sätt.

Tillämpningar i elektriska fordon

Detta förfarande används för att tillverka motorblock, upphängningsdelar och andra strukturella element där hög hållfasthet och hållbarhet krävs.

  III.            Andra gjuttekniker

Sandgjutning

En gjutform skapas av en sandblandning för att hälla smält metall i hålrummet i sandgjutning av aluminium metod. Den lämpar sig för tillverkning av komplexa, stora komponenter med invecklade detaljer.

Investeringsgjutning

Det är en effektiv gjutstrategi som kan användas för att producera delar i perfekta dimensioner med bättre ytfinish, även kallad förlorad vaxgjutning. Denna teknik innefattar skapandet av en vaxform av delen täckt med ett keramiskt skal och sedan smälta vaxet för att göra en form.

4.     Kylning och stelning

Detta steg omfattar kylning och stelning av metall efter att den har sprutats in i formen medan den fortfarande är smält. Kylningshastigheten kan direkt påverka mikrostrukturen och de mekaniska egenskaperna hos de slutliga komponenterna. Därför hjälper tekniken för kontrollerad kylning till att uppnå önskad styrka och hållbarhet.

5.     Borttagning och rengöring

Efter kylnings- och stelningsprocessen avlägsnas gjutningen från formen genom att bryta formen gjord med en sandblandning eller öppna formen i fallet med HPDC. det innebär vidare rengöringssteget, där resterande formmaterial, flash eller oxidskikt avlägsnas.

6.     Efterbehandling och inspektion

Ytterligare bearbetning, polering och applicering av eventuell nödvändig beläggning görs under efterbearbetnings- och inspektionsprocessen. Denna fas hjälper tillverkaren att skapa komponenter med ytfinish och exakta mått. Inspektionssteget säkerställer att produktionen uppfyller den kvalitetsstandard som krävs.

Fördelar med EV-gjutgods

Gjutningstekniker ger flera fördelar när det gäller att forma framtiden för elfordon, särskilt när det gäller frågor som vikt, design och kostnad. Låt oss upptäcka dessa fördelar:

Viktminskning och förbättrad räckvidd

Den främsta fördelen för elfordon är viktminskningen. Valet av lättviktsmaterial, t.ex. aluminium i HPDC (högtrycksgjutning), minskar fordonens totala vikt. Lättviktsfordon har högre effektivitet och förbättrad räckvidd.

Designflexibilitet och komplexa geometrier

Gjutning av elfordon kan producera exceptionellt komplexa geometrier och erbjuda designflexibilitet, vilket eliminerar behovet av traditionella tillverkningsmetoder. Det hjälper till att optimera delarna för prestanda, inklusive funktioner som invecklade kylkanaler och integrerade stödstrukturer.

Kostnadseffektivitet och skalbarhet

HPDC- och gravitationsgjutningsprocesser är både kostnadseffektiva och skalbara. De initiala kostnaderna för att skapa formar och utrustning kan dock vara höga. Kostnaden per enhet minskar avsevärt med ökade produktionsvolymer. Denna skalbarhet bidrar till att göra elfordon mer prisvärda och tillgängliga för en bredare marknad.

Förbättrad strukturell integritet och hållbarhet

Gjutgods för elfordon förbättrar fordonens strukturella integritet och hållbarhet för säkerhets- och livslängdsändamål. Denna metod förhindrar att komponenterna bildar inre spänningar, vilket säkerställer utmärkta mekaniska egenskaper. Detta kan vara nödvändigt för delar som utsätts för höga belastningar och påfrestningar, t.ex. hjulupphängningar och batterihöljen.

Fördelar med termisk hantering

Värmehantering är en annan effektiv fördel med EV-gjutgods. Komponenter som tillverkas genom gjutningsprocesser kan inkludera integrerade kyllösningar. Gjutning hjälper till att hantera värme mer effektivt och förbättrar fordonets övergripande prestanda och säkerhet.

Material som används i EV-gjutgods

Ett lämpligt val av gjutmaterial gör stor skillnad för slutresultatet. Tillverkaren kan framgångsrikt skapa lätta fordon med förbättrad prestanda genom att välja rätt material. Låt oss upptäcka de tillgängliga alternativen som kan användas för EV-gjutning.

Aluminiumlegeringar

Aluminiumlegeringar har utmärkta egenskaper som maskinbearbetbarhet, låg densitet, hållbarhet, rostbeständighet och god formbarhet. Detta material är mycket lätt och har tillräcklig styrka för olika EV-komponenter samtidigt som det har god formbarhet. Dess överlägsna korrosionsbeständighet ger lång livslängd för EV-delar som utsätts för miljöförhållanden.

Specifika aluminiumlegeringar

Specifika aluminiumlegeringar som A356, A6061 och 7050 har hög hållfasthet, gjutbarhet och god korrosionsbeständighet, vilket gör dem till det föredragna valet för gjutning. Dessa legeringar används för att uppfylla kraven på styrka och hållbarhet hos delar som motorhus, applikationer med hög belastning och batterikapslingar.

Magnesiumlegeringar

Magnesiumlegeringar som AZ81D har låg vikt och är lätta att gjuta. Dessa material är lämpliga för komponenter som kräver viktbesparingar, t.ex. batteriramar och konstruktionsdelar. Framstegen inom beläggningsteknik har gjort dem användbara, trots deras lägre korrosionsbeständighet.

Zinklegeringar

Zinkmaterial kan användas för tillverkning av små, komplicerade delar som kräver utmärkt dimensionsstabilitet. Dessa legeringar kan kombineras med aluminium och magnesium, vilket gör det möjligt för tillverkaren att optimera varje komponents prestanda. Säkerställa balansen mellan vikt, styrka och hållbarhet i elbilar.

Gjutning av flera material

Multimaterialgjutning innebär att olika legeringar kombineras i en och samma komponent. Denna teknik kan förbättra prestandafunktioner som värmehantering och strukturell integritet och bidra till att minska vikten. Den är fördelaktig för att skapa komplexa delar som behöver varierande egenskaper över flera sektioner.

Användningsområden för EV-gjutgods

●        Motorhus

●        Batterifack

●        Höljen för växellådor

●        Värmesänkor

●        Inverterare

Motorhus

Motorhusdelar skyddar elmotorerna från yttre skador samtidigt som de säkerställer korrekt värmehantering. I synnerhet aluminium och magnesium används för att skapa denna komponent på grund av deras lätta vikt, styrka och utmärkta värmeavledningsegenskaper.

Batterifack

Batteritråg säkrar och håller battericellerna i elfordon och kan tillverkas av lättviktsmaterial som aluminium. Dessa legeringar minskar den totala fordonsvikten och förbättrar räckvidden. Dessutom är dessa brickor utformade för att vara starka och korrosionsskyddade, vilket säkerställer delarnas livslängd.

Höljen för växellådor

Transmissionskåpor i elfordon fungerar som de komponenter som ansvarar för att överföra kraften från motorn till hjulen. Aluminiummaterial är ett lämpligt val för att skapa denna applikation. Eftersom det har hög hållfasthet och förmågan att motstå de mekaniska påfrestningarna vid kraftöverföring.

Värmesänkor

de elektroniska komponenterna i elfordon genererar överdriven värme som kan hanteras med hjälp av kylflänsar. Aluminium kan tillgodose dessa applikationers behov av överlägsen värmeledningsförmåga. Det hjälper till att upprätthålla den optimala driftstemperaturen och minskar risken för överhettning.

Inverterare

Tillverkarna använder inverterarapplikationer för att omvandla fordonets likström till växelström. De tillverkar dessa delar med aluminium för att göra dem effektiva för värmeavledning och skyddande mot känsliga elektroniska komponenter.

Utmaningar och begränsningar med EV-gjutgods

För att hantera de många utmaningarna krävs ständiga innovationer inom materialvetenskap, gjutningsteknik och montering för att integrera elbilar. Upptäck några av de stora utmaningarna och begränsningarna med elbilar.

●        Materialegenskaper

●        Porositet och gjutdefekter

●        Sammanfogning och montering

Materialegenskaper

Materialegenskaperna spelar en viktig roll för resultatet. De har inneboende egenskaper och ger kanske inte alltid den styrka och hållbarhet som krävs för vissa tillämpningar. Valet av material för EV-gjutning måste balansera viktminskningen med den mekaniska prestandan, vilket kan vara en komplicerad avvägning.

Porositet och gjutdefekter

Porositet och många gjutdefekter är viktiga problem vid pressgjutningstillverkning. Porositet eller förekomsten av små luftfickor kan uppstå under gjutningsprocessen av metall.

Denna defekt kan försvaga komponenternas strukturella integritet och uppkomma av olika faktorer. Till exempel felaktig hantering av gjuttekniken, otillräcklig formkonstruktion eller kontaminering. Denna utmaning kräver sträng processkontroll och avancerade metoder för kvalitetsinspektion.

Sammanfogning och montering

Sammanfogning och montering är en annan viktig utmaning för gjutna komponenter i elfordon. Traditionella svets- och fästmetoder är att föredra för lättviktsmaterial som aluminium och magnesium.

Skillnaderna i värmeutvidgning och behovet av exakt inriktning kan orsaka komplikationer i monteringsprocessen. För att eliminera denna utmaning krävs friktionsomrörningssvetsning eller limbindning. Det kan säkerställa den starka förmågan och tillförlitligheten hos de gjutna delarna.  

Framtiden för EV-gjutning

Integrationen av spjutspetsteknik och lämpliga legeringar kommer att driva utvecklingen av gjutgods för elfordon. Framtiden har dock en enorm potential för ytterligare framsteg och genombrott:

●        Additiv tillverkning för gjutformar

●        Simulering och modellering

●        Nya legeringar och kompositer

Additiv tillverkning för gjutformar

Branschen för elektriska fordonskomponenter håller på att revolutioneras genom additiv tillverkning eller 3D-printing. Denna teknik minskar ledtiderna och kostnaderna och erbjuder snabb prototyptillverkning och anpassning av komplexa konstruktioner.

 Dessutom förbättrar denna tillverkning den totala effektiviteten och kvaliteten på detaljerna genom att möjliggöra mer komplicerade och exakta formgeometrier.

Nya legeringar och kompositer i EV Die Casting

Aluminiumlegeringar

-         A380

-         6061

Egenskaper hos aluminiumlegeringar för EV-druckgjutgods

-         Densitet: Cirka 2,7 g/cm³

-         Smältpunkt: 660°C (1220°F)

-         Youngs modul: 69 GPa (10.000 ksi)

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

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

-         Förlängning vid brytning: 1-40%

-         Termisk konduktivitet: 150-200 W/m-K

Magnesiumlegeringar

-         AZ91D

-         AM60

Egenskaper hos magnesiumlegeringar för EV-druckgjutgods

-         Densitet: Cirka 1,74 g/cm³

-         Smältpunkt: 650°C (1202°F)

-         Youngs modul: 45 GPa (6.500 ksi)

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

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

-         Töjning vid brott: 2-10%

-         Termisk konduktivitet: 60-90 W/m-K

Zinklegeringar

-         Zamak 3

-         Zamak 5

Egenskaper hos zinklegeringar för EV-druckgjutgods

-         Densitet: Cirka 6,6-6,7 g/cm³

-         Smältpunkt: 420°C (788°F)

-         Youngs modul: 83 GPa (12.000 ksi)

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

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

-         Töjning vid brott: 1-10%

-         Termisk konduktivitet: 110-120 W/m-K

Slutsats:

Tillverkare av elfordon söker ständigt nya sätt att införliva ev gjutna delar.  Aludiecasting erbjuder ett brett utbud av EV-gjutningstekniker. Vi använder lätta aluminiumlegeringar för att tillverka kundanpassade delar som motorhus och batteritråg.