Co wyróżnia formy odlewnicze nowych pojazdów energetycznych i w jaki sposób napędzają one produkcję pojazdów elektrycznych?

Szybka globalna ekspansja nowych pojazdów energetycznych umieściła formy odlewnicze w centrum jednego z najbardziej wymagających wyzwań technologicznych w produkcji. Formy do odlewania ciśnieniowego nowych pojazdów energetycznych to specjalnie zaprojektowane systemy narzędzi zaprojektowane do wytwarzania dużych, złożonych, lekkich elementów konstrukcyjnych z aluminium i magnezu, których konwencjonalne formy samochodowe nie są w stanie niezawodnie dostarczyć w wymaganej skali, precyzji lub spójności cyklu. Od obudów akumulatorów i obudów silników po zintegrowane ramy konstrukcyjne produkowane w procesie gigacastingu – formy te definiują zarówno górną granicę jakości, jak i ekonomikę produkcji nowoczesnej produkcji pojazdów elektrycznych.

W tym przewodniku zbadano, co odróżnia formy odlewnicze NEV od konwencjonalnych narzędzi motoryzacyjnych, konkretne produkowane przez nie komponenty, materiały i zasady inżynieryjne rządzące ich konstrukcją, wyzwania, które czynią je wymagającymi technicznie, a także trendy kształtujące ich ewolucję w miarę ciągłego wzrostu wielkości produkcji pojazdów elektrycznych na całym świecie.

Dlaczego nowe pojazdy energetyczne stwarzają wyjątkowe wymagania dotyczące form odlewniczych?

Pojazdy z silnikiem spalinowym i pojazdy nowej generacji mają wiele wspólnych metod produkcji strukturalnej, ale specyficzne wymagania dotyczące elektrycznych układów napędowych, systemów akumulatorów i lekkich platform sprawiają, że formy odlewnicze ciśnieniowe wchodzą na znacznie bardziej wymagający obszar niż tradycyjne narzędzia samochodowe.

Podstawowa różnica zaczyna się od złożoności i rozmiaru części. Elementy konstrukcyjne NEV są zazwyczaj większe, mają cieńsze ścianki i są bardziej złożone geometrycznie niż równoważne elementy ICE. Półka na akumulator w średniej wielkości sedanie elektrycznym może mieć ponad metr długości i grubość ścianek od 2,5 do 4 milimetrów oraz bardzo złożoną geometrię wewnętrzną obejmującą kanały chłodzące, występy montażowe i zintegrowane żebra usztywniające. Konsekwentne wytwarzanie tej części w formie odlewniczej wymaga precyzji inżynieryjnej, która przewyższa większość tradycyjnych zastosowań w odlewnictwie motoryzacyjnym.

Redukcja masy ciała to kolejny czynnik. Ponieważ masa akumulatora już zwiększa NEV o 300–600 kilogramów w porównaniu z równoważnym pojazdem z silnikiem ICE, każdy kilogram zaoszczędzony w konstrukcji pojazdu bezpośrednio zwiększa zasięg. Odlewanie ciśnieniowe aluminium pozwala, aby elementy konstrukcyjne były od 30 do 50% lżejsze niż równoważne wytłoczki stalowe co czyni ją dominującą metodą produkcji części konstrukcyjnych NEV. To ciśnienie ciężaru popycha projektantów form w kierunku cieńszych ścianek i bardziej złożonych geometrii, które wymagają niezwykle precyzyjnej konstrukcji form, aby zapewnić spójne wypełnienie bez wad.

Wyzwanie dotyczące integracji zarządzania ciepłem

Wiele elementów konstrukcyjnych NEV integruje funkcje zarządzania temperaturą bezpośrednio w konstrukcji odlewanej. Półki na akumulatory często zawierają odlane kanały chłodzące, które zapewniają cyrkulację cieczy w celu regulacji temperatury akumulatora podczas ładowania i pracy. Obudowy silników zawierają płaszcze chłodzące. Te zintegrowane właściwości termiczne wymagają form z niezwykle precyzyjnymi systemami rdzeni, które mogą zachować dokładność wymiarową w milionach cykli odlewania bez przesuwania się, wypaczania lub erozji rdzenia w sposób, który mógłby zagrozić integralności uszczelnienia kanałów chłodziwa.

Konsekwencje wadliwego kanału chłodziwa w komorze akumulatora są znacznie poważniejsze niż kosmetyczna wada odlewu dekoracyjnej części samochodowej. Wyciek płynu chłodzącego do pakietu akumulatorów stwarza katastrofalne ryzyko dla bezpieczeństwa, co oznacza, że ​​wymagania dotyczące tolerancji i standardy jakości dla tych zintegrowanych elementów termicznych są znacznie surowsze niż w przypadku większości konwencjonalnych odlewów samochodowych.

Kluczowe komponenty NEV produkowane w formach odlewniczych

Nowe formy do odlewania ciśnieniowego pojazdów energetycznych produkuje szeroką gamę komponentów konstrukcyjnych, układu napędowego i systemów zarządzania temperaturą. Zrozumienie konkretnych produkowanych części i ich wymagań funkcjonalnych zapewnia kontekst do zrozumienia, dlaczego wyzwania związane z inżynierią form są tak istotne.

Obudowy i tace akumulatorów

Obudowa akumulatora jest prawdopodobnie najbardziej krytycznym i wymagającym zastosowaniem w procesie odlewania ciśnieniowego NEV. Musi zapewniać sztywność strukturalną, aby chronić ogniwa przed uderzeniami i odkształceniami, zawierać precyzyjną geometrię kanału chłodzącego do zarządzania temperaturą, utrzymywać dokładność wymiarową na wszystkich powierzchniach montażowych i uszczelniających ogniwa, a wszystko to osiągnąć w części, która może ważyć od 15 do 40 kilogramów i mierzyć ponad metr w najdłuższym wymiarze.

Formy do półek akumulatorowych należą do największych i najbardziej złożonych narzędzi do odlewania ciśnieniowego w produkcji. Działają na maszynach do odlewania ciśnieniowego o sile zwarcia od 3500 do 6000 ton i wymagają niezwykle wyrafinowanych systemów prowadnic i bramek, aby zapewnić pełne, równomierne wypełnienie złożonych geometrii wewnętrznych przy wysokich prędkościach wtrysku potrzebnych do wypełnienia cienkich ścianek przed zestaleniem aluminium.

Obudowy silników elektrycznych

Obudowy silników elektrycznych do pojazdów NEV to zazwyczaj cylindryczne lub prawie cylindryczne odlewy aluminiowe, które muszą zapewniać precyzyjną geometrię otworu do montażu łożysk, zintegrować płaszcz wodny do chłodzenia silnika i utrzymywać wąskie tolerancje na wszystkich współpracujących powierzchniach, na których silnik jest montowany z elementami skrzyni biegów i falownika. Tolerancje kołowości i walcowości otworów obudowy silnika mają kluczowe znaczenie dla trwałości łożysk i wydajności silnika, co wymaga konstrukcji form, które kontrolują odkształcenia termiczne podczas odlewania i po nim z wyjątkową precyzją.

Obudowy do falowników i energoelektroniki

Obudowy falowników chronią i chłodzą elektronikę mocy, która przekształca moc akumulatora prądu stałego na prąd silnika prądu przemiennego. Komponenty te wymagają doskonałych właściwości ekranowania elektromagnetycznego, precyzyjnej kontroli wymiarów przy montażu komponentów elektronicznych oraz zintegrowanych konstrukcji radiatorów lub kanałów chłodzących, aby zarządzać znacznym ciepłem wytwarzanym przez elektronikę mocy przy wysokim poziomie prądu. Formy do odlewania ciśnieniowego obudów falowników muszą wytwarzać bardzo cienkie, stabilne wymiarowo ścianki o złożonych cechach wewnętrznych i gładkich powierzchniach wewnętrznych, które nie zatrzymują ciepła.

Zintegrowane komponenty strukturalne za pośrednictwem Gigacastingu

Najbardziej rewolucyjnym osiągnięciem w odlewaniu ciśnieniowym NEV jest gigacasting, produkcja bardzo dużych zintegrowanych elementów konstrukcyjnych, które zastępują zespoły wykonane wcześniej z dziesiątek pojedynczych wytłoczek i odlewów zespawanych ze sobą. Tesla była pionierem tego podejścia dzięki odlewowi tylnego podwozia i rozszerzyła je na zintegrowane konstrukcje przednie i tylne. Te jednoczęściowe odlewy mogą zastąpić zespoły składające się z 70 do 100 pojedynczych części, zmniejszenie nakładu pracy montażowej nawet o 40% i ciężaru konstrukcji o 10 do 20% w porównaniu z równoważnymi zespołami spawanymi.

Formy do gigantycznego odlewania to największe narzędzia do odlewania ciśnieniowego, jakie kiedykolwiek zbudowano do produkcji samochodów. Pracują na maszynach o sile zwarcia od 6 000 do 16 000 ton i muszą wytwarzać części o przewidywanej powierzchni przekraczającej 1,5 metra kwadratowego. Złożoność inżynieryjna tych narzędzi pod względem wlewu, odpowietrzania, chłodzenia i wyrzucania jest niespotykana w historii narzędzi motoryzacyjnych.

Materiały na formy i ich rola w wydajności odlewów ciśnieniowych NEV

Wybór materiałów na formy jest jedną z najważniejszych decyzji przy projektowaniu narzędzi do odlewania ciśnieniowego NEV. Materiały na formy muszą wytrzymywać ekstremalne naprężenia termiczne i mechaniczne występujące przy wysokociśnieniowym odlewaniu ciśnieniowym aluminium, zachowując jednocześnie stabilność wymiarową i integralność powierzchni w seriach produkcyjnych, które mogą sięgać setek tysięcy cykli.

Stal narzędziowa do pracy na gorąco: podstawa konstrukcji form NEV

Stale narzędziowe do pracy na gorąco są standardowym materiałem na wnęki i rdzenie form do odlewania ciśnieniowego. Do najczęściej stosowanych gatunków w odlewach ciśnieniowych NEV należą:

• H13 (1,2344): Wzorcowa stal do pracy na gorąco do odlewania ciśnieniowego aluminium. H13 zapewnia doskonałe połączenie twardości na gorąco, odporności na zmęczenie cieplne i wytrzymałości. Stosowany jest do wkładek, rdzeni i prowadnic wnękowych w większości narzędzi do odlewania ciśnieniowego NEV.
• H11 (1,2343): Wyższa udarność niż H13 przy nieco niższej twardości na gorąco. Preferowany do większych przekrojów form, gdzie odporność na szok termiczny jest ważniejsza od twardości powierzchni.
• Warianty Premium H13 (SKD61, 8407 Supreme, Dievar): Zastrzeżone gatunki stali od głównych producentów stali narzędziowej, które zapewniają lepszą izotropię, czystość i odporność na zmęczenie cieplne w porównaniu ze standardowym H13. Są one coraz częściej stosowane w przypadku komponentów NEV o dużej cykli, w których wydłużona trwałość narzędzia ma kluczowe znaczenie dla ekonomiki produkcji.
• Stale maraging: Stosowany do specyficznych elementów form poddawanych dużym naprężeniom, takich jak cienkie rdzenie i sworznie, gdzie wymagane jest połączenie bardzo wysokiej wytrzymałości i dobrej wytrzymałości. Droższe niż H13, ale zapewniają dłuższą żywotność w wymagających lokalizacjach.

Obróbka powierzchni wydłużająca żywotność formy

Ekstremalne cykle termiczne występujące podczas odlewania ciśnieniowego aluminium powodują postępującą degradację powierzchni poprzez kontrolę cieplną, erozję i lutowanie. Obróbka powierzchniowa gniazda formy i powierzchni rdzenia znacznie wydłuża żywotność narzędzia i utrzymuje jakość powierzchni:

• Azotowanie: Dyfunduje azot do powierzchniowej warstwy stali, tworząc twardą obudowę odporną na erozję i sprawdzanie ciepła. W formach odlewniczych NEV stosuje się azotowanie gazowe i azotowanie plazmowe, przy czym azotowanie plazmowe zapewnia bardziej precyzyjną kontrolę głębokości obudowy.
• Powłoki PVD: Powłoki poprzez fizyczne osadzanie z fazy gazowej, takie jak TiAlN, CrN i AlCrN, zapewniają twarde warstwy powierzchniowe o niskim współczynniku tarcia, które są odporne na lutowanie i erozję aluminium. Powłoki PVD są szczególnie skuteczne w obszarach bram i strefach przepływu o dużej prędkości, gdzie erozja jest najcięższa.
• Powłoki natryskowe HVOF: Powłoki z węglika wolframu lub podobnych twardych materiałów natryskiwane z dużą szybkością paliwem tlenowym są nakładane w określonych strefach narażonych na duże zużycie, aby zapewnić wyjątkową odporność na erozję w obszarach, w których konwencjonalna obróbka powierzchni jest niewystarczająca.

Krytyczne wyzwania inżynieryjne w zakresie projektowania form odlewniczych NEV

Projektowanie form do odlewania ciśnieniowego nowych pojazdów energetycznych wiąże się z rozwiązaniem szeregu wzajemnie powiązanych wyzwań, którymi należy się zająć jednocześnie w ramach projektu formy. Awaria w którymkolwiek obszarze prowadzi do problemów z jakością, skrócenia trwałości narzędzia lub nieefektywności produkcji.

Zarządzanie termiczne samej formy

Forma do odlewania ciśnieniowego elementu konstrukcyjnego NEV podlega cyklom termicznym od około 200 do 250 stopni Celsjusza na powierzchni wnęki podczas wtryskiwania metalu do 180 do 200 stopni Celsjusza podczas chłodzenia, powtarzając się przy każdym cyklu odlewania. W ciągu setek tysięcy cykli zmęczenie cieplne jest główną przyczyną kontroli cieplnej i degradacji powierzchni wnęki.

Konformalne kanały chłodzące, obrobione maszynowo lub wytwarzane addytywnie, aby dopasowywały się do konturu powierzchni wnęki przy stałej odległości od siebie, są obecnie standardem w wysokowydajnych formach odlewniczych NEV. Konformalne kanały chłodzące zapewniają znacznie bardziej wydajne i równomierne odprowadzanie ciepła niż konwencjonalne obwody chłodzące z prostym nawierceniem. Badania wykazały, że chłodzenie konforemne może skrócić czas cykli o 15 do 30% i zmniejszyć różnicę temperatur na powierzchni wnęki o 40 do 60% w porównaniu z konwencjonalnym chłodzeniem, które bezpośrednio zmniejsza uszkodzenia spowodowane zmęczeniem cieplnym i wydłuża żywotność formy.

Produkcja przyrostowa, w szczególności selektywne stapianie laserowe proszku stali narzędziowej, umożliwiła produkcję złożonych wkładek chłodzących konforemnych z geometrią kanałów wewnętrznych, których nie można wyprodukować za pomocą konwencjonalnej obróbki. Technologia ta stała się ważnym czynnikiem umożliwiającym wysokowydajne chłodzenie form odlewniczych NEV.

Projekt systemu wlewów i prowadnic

System wlewowy kontroluje sposób, w jaki stopione aluminium wchodzi do gniazda formy, a jego konstrukcja ma ogromny wpływ na jakość części, poziom porowatości i zdolność wypełniania cienkich, złożonych sekcji bez zimnych zamknięć i błędnych przebiegów. Elementy konstrukcyjne NEV o grubości ścianek od 2,5 do 3,5 milimetra i dużych powierzchniach wystających stanowią ogromne wyzwanie w projektowaniu wlewów, ponieważ aluminium musi wypełnić całą wnękę, zanim zacznie krzepnąć.

Prędkość bramki, powierzchnia bramki i lokalizacja bramki muszą być optymalizowane jednocześnie. Zbyt duża prędkość bramy powoduje turbulencje, które porywają powietrze i warstwy tlenkowe, powodując porowatość. Zbyt mała prędkość prowadzi do przedwczesnego zestalenia i zimnych zamknięć. Typowe prędkości bramek do odlewania ciśnieniowego aluminium wynoszą od 30 do 50 metrów na sekundę , a osiągnięcie tego w przypadku dużej, złożonej geometrii części wymaga dokładnej symulacji obliczeniowej dynamiki płynów podczas projektowania formy, aby sprawdzić, czy czoło przepływu zachowuje się zgodnie z zamierzeniami.

Systemy próżniowe i odpowietrzające

Powietrze i gaz uwięzione we wnęce formy podczas wtryskiwania metalu są głównym źródłem porowatości odlewów ciśnieniowych aluminium. W przypadku elementów konstrukcyjnych NEV, gdzie porowatość zagraża zarówno integralności mechanicznej, jak i szczelności ciśnieniowej zintegrowanych kanałów chłodziwa, kontrola uwięzionego gazu ma kluczowe znaczenie.

Systemy odlewania ciśnieniowego próżniowego, które opróżniają wnękę formy do ciśnienia poniżej 50 milibarów przed wtryskiem i w jego trakcie, są standardową praktyką w przypadku elementów konstrukcyjnych NEV o wysokiej integralności. Systemy te wymagają precyzyjnie obrobionych kanałów próżniowych, szybko działających zaworów próżniowych i systemów uszczelniania form, które utrzymują integralność próżni na linii podziału oraz wokół wszystkich styków suwaka i rdzenia przez cały cykl wtrysku. Konstrukcja formy musi umożliwiać poprowadzenie obwodu próżniowego bez naruszania integralności strukturalnej lub pokrycia obwodu chłodzącego.

Projekt systemu wyrzutowego dla dużych, skomplikowanych części

Wyrzucanie dużego, cienkościennego odlewu konstrukcyjnego NEV z formy bez zniekształceń i uszkodzeń powierzchni wymaga starannie zaprojektowanego systemu wyrzucania z kołkami wypychaczy rozmieszczonymi w celu równomiernego przyłożenia siły na powierzchnię części. Nierówna siła wyrzutu na dużym, stosunkowo elastycznym odlewie powoduje lokalne odkształcenia, które mogą przekraczać tolerancje wymiarowe lub powodować koncentrację naprężeń, które zmniejszają trwałość zmęczeniową podczas pracy.

W przypadku części gigacast inżynieria systemów wyrzutowych jest szczególnie wymagająca. Odlew tylnego podwozia pojazdu elektrycznego może ważyć od 50 do 70 kilogramów i mieć rozpiętość ponad 1,4 metra. Równomierne wyrzucanie tej części, przenoszenie jej do systemu manipulacyjnego i powtarzanie tego co 80 do 120 sekund w setkach tysięcy cykli produkcyjnych wymaga zaprojektowania systemu wyrzutu o wyjątkowej precyzji i niezawodności.

Porównanie wymagań dotyczących form odlewniczych NEV dla różnych typów komponentów

Różne komponenty NEV stawiają różne wymagania formom odlewniczym. Poniższe porównanie ilustruje różnice w kluczowych parametrach specyfikacji formy w głównych zastosowaniach odlewania NEV:

Rola symulacji w rozwoju form odlewniczych NEV

Symulacja komputerowa stała się niezbędna w rozwoju form odlewniczych NEV. Złożoność elementów konstrukcyjnych NEV oraz koszt budowy i modyfikacji dużych narzędzi do odlewania ciśnieniowego sprawiają, że fizyczne opracowywanie metodą prób i błędów jest zbyt drogie. Symulacja pozwala inżynierom identyfikować i rozwiązywać problemy w domenie wirtualnej, zanim jakikolwiek metal lub stal zostanie wycięty.

Symulacja napełniania form

Symulacja obliczeniowej dynamiki płynów podczas wypełniania formy przewiduje, w jaki sposób stopione aluminium będzie przepływać przez system wlewowy i wlew do gniazda formy. Identyfikuje potencjalne zimne miejsca, w których spotykają się dwa fronty przepływu w niskiej temperaturze, przewiduje uwięzienie powietrza i strefy ryzyka porowatości oraz umożliwia optymalizację położenia zasuwy i geometrii wlewu przed skonstruowaniem narzędzia. Nowoczesne oprogramowanie do symulacji napełniania, takie jak Magmasoft, ProCAST i Altair Inspire Cast, może modelować całe zdarzenie napełniania w ciągu kilku minut i przewidywać rozkład porowatości z dużą dokładnością, jeśli warunki brzegowe są prawidłowo określone.

Symulacja termiczna i strukturalna formy

Analiza elementów skończonych konstrukcji formy przewiduje gradienty termiczne, rozkład naprężeń termicznych i ugięcie mechaniczne pod wpływem sił zaciskania i wtrysku. W przypadku dużych narzędzi do odlewania ciśnieniowego NEV ugięcie formy pod ekstremalnymi siłami zwarcia maszyn o dużym tonażu może być na tyle duże, że wpływa na uszczelnienie linii podziału i dokładność wymiarową części odlewanej, jeśli nie zostanie uwzględnione w projekcie formy.

Symulacja zmęczenia cieplnego oparta na cyklicznych modelach obciążenia termicznego przewiduje, które strefy formy są najbardziej podatne na kontrolę cieplną, umożliwiając inżynierom określenie ulepszonego chłodzenia, ulepszonego gatunku stali lub ochronnych powłok powierzchniowych w obszarach najwyższego ryzyka przed rozpoczęciem produkcji. Wykazano, że projektowanie form oparte na symulacji zmniejsza liczbę fizycznych iteracji próbnych wymaganych przed zatwierdzeniem produkcji o 40 do 60% w zastosowaniach związanych z odlewaniem NEV o dużej złożoności, co zapewnia znaczną oszczędność czasu i kosztów.

Przewidywanie krzepnięcia i zniekształceń

Gdy odlew krzepnie i ochładza się od temperatury odlewu do temperatury pokojowej, różnicowy skurcz termiczny powoduje odkształcenie części w stosunku do geometrii odlewu. W przypadku dużych elementów konstrukcyjnych NEV z wąskimi tolerancjami wymiarowymi otworów łożysk, powierzchni uszczelniających i powierzchni montażowych, przewidywanie odkształceń jest niezbędne. Symulacja procesu krzepnięcia i chłodzenia umożliwia wcześniejszą kompensację wymiarów wnęki formy, tak aby końcowa schłodzona część zachowała wymiary nominalne pomimo odkształceń występujących podczas chłodzenia.

Kontrola jakości i standardy testowania elementów odlewanych ciśnieniowo NEV

Bezpieczeństwo i wydajność elementów konstrukcyjnych NEV wymagają rygorystycznej kontroli jakości w całym procesie odlewania i gotowych części. Konstrukcja formy do odlewania ciśnieniowego bezpośrednio wpływa na łatwość monitorowania i kontrolowania jakości podczas produkcji.

Monitorowanie i kontrola procesu

Nowoczesne komory odlewnicze NEV zawierają rozbudowane systemy monitorowania procesu, które śledzą parametry procesu przy każdym wstrzyknięciu i sygnalizują odchylenia, które mogą wskazywać na problemy z jakością. Kluczowe monitorowane parametry obejmują:

• Profile ciśnienia i prędkości wtrysku w fazach napełniania i intensyfikacji.
• Temperatura formy w wielu miejscach na powierzchni wnęki w celu wykrycia zmian wydajności obwodu chłodzącego.
• Poziom próżni osiągany przed wtryskiem w systemach próżniowego odlewania ciśnieniowego.
• Profile siły otwarcia formy i siły wyrzutu, które mogą wskazywać na sklejanie się części lub tworzenie się wypływek.
• Masa śrutu i grubość ciastka jako wskaźniki konsystencji wypełnienia metalicznego.

Badania nieniszczące odlewów NEV

Odlewy konstrukcyjne NEV o wysokiej wartości poddawane są testom nieniszczącym w celu sprawdzenia jakości wewnętrznej bez niszczenia części. Podstawowe stosowane metody NDT to:

• Badanie rentgenowskie i tomografia komputerowa (CT): Ujawnia wewnętrzną porowatość, skurcz i wtrącenia. Skanowanie CT zapewnia trójwymiarowe mapy porowatości, które można ocenić pod kątem kryteriów akceptacji i wykorzystać do sprawdzenia przewidywań symulacji odlewania. W przypadku półki na akumulator i elementów obudowy silnika podczas zatwierdzania produkcji zwykle wymagane jest skanowanie CT próbek.
• Próba ciśnieniowa: Półki akumulatorowe, obudowy silników i inne komponenty ze zintegrowanymi kanałami płynowymi poddawane są testom ciśnieniowym za pomocą powietrza lub helu w celu sprawdzenia integralności uszczelnienia. Testowanie szczelności helem pozwala wykryć wycieki o wielkości zaledwie 10 do potęgi minus 6 milibarów na litr na sekundę, co stanowi poziom czułości wymagany w przypadku elementów obwodu chłodziwa akumulatora.
• Kontrola współrzędnościowej maszyny pomiarowej (CMM): Krytyczne cechy wymiarowe otworów łożysk, powierzchni uszczelniających i interfejsów montażowych są weryfikowane pod kątem tolerancji GD i T za pomocą sond CMM lub skanowania światłem strukturalnym.

Trendy kształtujące przyszłość technologii form odlewniczych NEV

Przemysł NEV rozwija się tak szybko, że technologia form odlewniczych jest stale rozwijana w kierunku nowych możliwości. Kilka trendów aktywnie zmienia wygląd form komponentów NEV i sposób ich opracowywania.

Ekspansja gigacastingu na platformy pojazdów

Po komercyjnej walidacji gigacastingu komponentów konstrukcyjnych przez Teslę wielu chińskich, europejskich i koreańskich producentów samochodów opracowuje lub wdraża programy gigacastingu. BYD, Nio, Li Auto, Volvo i Toyota ogłosiły lub wdrożyły programy odlewów konstrukcyjnych na dużą skalę. Przewiduje się, że światowy rynek maszyn do odlewania ciśnieniowego o sile zwarcia powyżej 6000 ton będzie rósł o ponad 25% rocznie do 2028 r. ponieważ programy te są skalowane do wielkości produkcji.

Ta ekspansja napędza popyt na producentów form, którzy są w stanie zaprojektować i wyprodukować największe i najbardziej złożone narzędzia do odlewania ciśnieniowego, jakie kiedykolwiek zbudowano do produkcji samochodów, i koncentruje najbardziej zaawansowany rozwój technologii form w sektorze NEV.

Integracja wytwarzania przyrostowego w produkcji form

Produkcja przyrostowa jest w coraz większym stopniu integrowana z produkcją form odlewniczych NEV w celu produkcji konformalnych wkładek chłodzących i złożonych komponentów rdzenia. Selektywne stapianie laserowe proszku stali narzędziowej H13 pozwala uzyskać geometrię kanałów chłodzących niemożliwą do osiągnięcia za pomocą konwencjonalnego wiercenia, a hybrydowe podejścia do produkcji, łączące obróbkę addytywną i subtraktywną, stają się standardową praktyką w przypadku wysokowydajnych wkładek do form w zastosowaniach NEV.

Technologia cyfrowych bliźniaków do zarządzania cyklem życia formy

Cyfrowe bliźniacze modele form do odlewania ciśnieniowego, łączące dane projektowe z informacjami z monitorowania produkcji w czasie rzeczywistym, są wdrażane przez wiodących producentów samochodów i odlewników w celu przewidywania wymagań konserwacyjnych, optymalizacji parametrów procesu i śledzenia degradacji formy w cyklu życia produkcyjnego. Cyfrowy bliźniak formy, który integruje dane z licznika wtrysków, monitorowanie termiczne i wyniki kontroli wymiarowej, może przewidzieć, kiedy konieczna będzie renowacja gniazda, zanim pojawią się problemy z jakością w produkcji, redukując nieplanowane przestoje i powstawanie złomu.

Opracowanie nowego stopu do zastosowań odlewniczych NEV

Rozwój stopów przebiega równolegle z technologią form, aby umożliwić stopy odlewnicze niewymagające obróbki cieplnej, które osiągną właściwości mechaniczne, które wcześniej wymagały obróbki cieplnej T5 lub T6 po odlewaniu. Stopy te, takie jak materiał Tesli na bazie Silafont-36 stosowany w częściach gigacast, upraszczają proces produkcyjny i zmniejszają zużycie energii, ale stawiają nowe wymagania w zakresie kontroli temperatury formy w celu osiągnięcia wymaganej mikrostruktury podczas krzepnięcia w formie. Stopy niewymagające obróbki cieplnej wymagają precyzji zarządzania temperaturą formy, która jest znacznie bardziej wymagająca niż w przypadku konwencjonalnego odlewania stopów , co napędza dalszy rozwój systemów chłodzenia konformalnego i kontroli temperatury formy w czasie rzeczywistym.

W miarę jak wolumen produkcji pojazdów NEV będzie kontynuował swoją globalną trajektorię wzrostu, a architektury pojazdów będą ewoluować w kierunku większej integracji strukturalnej i niższych celów, możliwości inżynieryjne wbudowane w formy do odlewania ciśnieniowego nowych pojazdów energetycznych pozostaną fundamentalną różnicą między producentami, którzy mogą osiągnąć cele w zakresie kosztów i jakości, a tymi, którzy nie mogą tego osiągnąć. Oprzyrządowanie nie jest widoczne w gotowym pojeździe, ale stanowi podstawę, na której budowany jest każdy element konstrukcyjny NEV.