Elektriskā automašīna: Kokas liešanas jaunais fronte

Elektrisko transportlīdzekļu pieaugums un precīzās liesmas pārveidošanās

Kā elektrisko automobiļu pieaugums maina ražošanas prasības

Straujā elektrisko automobiļu pārdošanas pieauguma dēļ visā pasaulē liešanas uzņēmumiem ir jāpārstrukturē visa ražošanas pieeja. Tradicionāliem automobiļu dzinējiem vien blokam bija vajadzīgi 30 līdz 40 atsevišķas detaļas, taču tagad elektriskajiem automobiļiem nepieciešams ievērojami mazāk detaļu, kas tomēr ir daudz lielākas izmērā. Ražotāji centīgi cenšas iegūt šīs milzīgās augstspiediena liešanas mašīnas, kas spēj nodrošināt vairāk nekā 6000 tonnu lielu spēku. Šīs industriālās mašīnas vienā reizē var izgatavot milzīgas akumulatoru kastes un dzinēju korpusus uzreiz kopumā, nevis pa gabaliņiem. Daudziem uzņēmumiem iekārtu modernizēšana vairs nav izvēles jautājums, ja vien tie vēlas palikt konkurētspējīgi šajā jaunajā tirgus vidē.

Elektrisko transportlīdzekļu (ET) komponentes kā augsta izaugsmes segmenta liešana

Elektromobilus ražošana tagad ir vadošā pozīcijā pie metināšanas ražojuma pieauguma, un, pamatojoties uz Automotive Parts Die Casting Report datiem, aprēķini liecina, ka pasaules tirgus līdz 2030. gadam varētu sasniegt aptuveni 24,1 miljardu dolāru. Paskatīsimies, kas notiek ar akumulatoru korpusiem, kas izgatavoti no alumīnija liešanas ar dieļļu. Šie veido aptuveni 23 procentus no visām jaunajām elektromobilu detaļām, kas šobrīd ir izstrādātas. Kāpēc? Jo tie labi apmainās ar siltumu, tomēr saglabājot savu spēku stresa apstākļos, ko ražotāji nevar ignorēt, veidojot drošākus, ilgāk turpmākus transportlīdzekļus patērētājiem, kuri vēlas gan veiktspēju, gan uzticamību.

Izmaiņas no iekšdedzes dzinējiem uz elektriskajiem dzinējiem ar izlietni

Moderniem elektromobīļiem ir 60% mazāk dzinēja sastāvdaļu nekā degvielas uzpildes transportlīdzekļiem, un izlietnes ar dieļļu palīdzību ir iespējams integrēt konstrukcijas, kas samazinās montāžas laiku par 45%. Ja motoriem bija nepieciešami smiltisildīti dzelzs bloki, tad elektromotoru specifiskās liešanas iekārtas tagad dominē tādās kritiskās sistēmās kā:

• Lāčplēša motora statori ar iekšējiem dzesēšanas kanāliem
• Rīcības optimizētas bateriju konteineri, kas aizstāj 70+ tērauda iespiedumus
• Vienotas šasijas sastāvdaļas, kas uz 30% uzlabo torcijas styro stāvokli

Gigacasting: EV strukturālās izstrādes un ražošanas efektivitātes pārveidošana

Elektromagnētisko iekārtu daļu integrācija, izmantojot plašu mērogā ražotu izlietni

Gigacasting tehnika maina elektromobiļu izgatavošanas veidu, pamatā apvienojot simtiem atsevišķu iespiestās un sašķidrinātas detaļu vienā lielajā alumīnija gabalā. Lielākās automobiļu kompānijas jau ražo šos milzīgo pakaļējo apakšveļa izlietnes, kas stiepjas uz 2,5 metru garumu. Salīdzinot ar vecās klases iekšdedzes motoru transportlīdzekļiem, šī pieeja samazina detaļu daudzumu par aptuveni 85%. Saskaņā ar nesenem pētījumu no PwC 2023. gadā, šīs konsolidētās struktūras patiesībā padara korpusu stingru par aptuveni 23%, un tās atbrīvo telpu montāžas līnijās par aptuveni 40%. Grupas, kas sadarbojas nozarē, piemēram, MeGiCast, ir parādījušas vēl lielāku labumu. To testēšanas rezultāti liecina, ka tradicionālo liešanas metožu kombinācija ar speciāliem stiprinājuma materiāliem var ietaupīt aptuveni 18% priekšējo moduļu svara. Šāda veida inovācijas šobrīd patiešām pārsteidz automobiļu ražošanā.

Prasības pētījums: izmantošana lielo apjoma elektromobilu ražošanā

Viens no lielākajām elektrisko automobiļu ražotnēm ir optimizējusi ražošanas procesu, ieviešot milzīgas 9000 tonnu lielas matricas liešanas mašīnas, lai izgatavotu viendabas šasijas platformas. Kur agrāk tika izmantotas simtiem detaļu, tagad izmanto tikai divas galvenās liešanas operācijas bateriju korpusiem. Montāžas laiks arī ir ievērojami samazinājies – no aptuveni vienas stundas un puses līdz pat vienai minūtei un pusei uz vienu automobili. Jaunā metode saglabā lielisku precizitāti, uzturot izmērus precīzi līdz daļām no milimetra pat garajām 8 metrus garajām šasijas sijām. Tas palīdz risināt sarežģītās siltuma izplešanās problēmas, kas rodas kopā ar litija jonu baterijām. Arī atkritumu līmenis ir ievērojami samazinājies, sasniedzot aptuveni 0,9%, pateicoties pārstrādes sistēmām, kas tieši sadarbojas ar milzīgajām liešanas iekārtām. Diezgan iespaidīgs sasniegums tiem, kas vēlas izprast, kā patiesībā tiek būvēti elektriskie automobiļi mūsdienās.

Augstspiediena matricas liešana ļauj izgatavot sarežģītas konstrukcijas

Mūsdienu augstspiediena liešanas sistēmas (HPDC) var ievietot kausētu alumīniju vakuumā noslēgtās formās ar ātrumu ap 120 metri sekundē, kas ļauj izgatavot baterijas korpusa sienas, kas ir plānākas par 2,5 milimetriem. Sniegtā precizitāte ļauj ražotājiem vienā liešanas operācijā izgatavot visu motora nodalījumu. Šādās detaļās tiek iekļauti dažādi elementi, piemēram, dzesēšanas kanāli, montāžas punkti dažādai aparatūrai un konstrukcijas komponenti, kas paredzēti, lai izturētu sadursmes. Agrāk šiem pašiem elementiem būtu vajadzējis vismaz 14 atsevišķi saliktas daļas. Attiecībā uz materiāliem arī progresīvas sakausējumi, piemēram, AlSi10MnMg, guvst lielu uzmanību. Tie nodrošina ievērojamu stiepes izturību — ap 250 MPa —, turklāt to svars ir tikai puse no tērauda analoģiem. Šāda veida svara samazinājums tieši ietekmē elektriskos transportlīdzekļus, palīdzot tiem veikt garāku attālumu vienā uzlādē. Ražotāji arī izmanto rentgena tomogrāfijas tehnoloģiju reāllaikā, lai noteiktu defektus. Tādējādi komponentu atteices līmenis tiek samazināts līdz pat 0,03%, kas kļūst parviennozīmīgi svarīgu, palielinot šo lielo strukturālo liešanas detaļu ražošanu.

Viegliešanas un materiālu inovācijas elektromobīļu detaļu presēšanā

Viegldetaļas elektromobiļos un to ietekme uz nobrauktu attālumu

Šobrīd elektromobiļu izstrādes galvenais mērķis joprojām ir samazināt transportlīdzekļu svaru. To apstiprina arī skaitļi - pētījumi liecina, ka tikai 10% samazinājums no kopējā svara nozīmē aptuveni 6-8% vairāk attāluma pirms nepieciešamības pēc uzlādes (Ponemon to atklāja savā pētījumā no 2023. gada). Ražotāji mainās no vecajiem tērauda gabaliem uz alumīnija versijām, piemēram, bateriju kārbas un citiem konstrukcionālajiem elementiem. Šis slēgts samazina kopējo svaru par 40% bez apdraudējuma drošībai. Līgākas automašīnas ļauj ražotājiem izkļūt ar mazākām baterijām, lai paveiktu to pašu attālumu. Un šeit tas kļūst interesanti: mazākas baterijas iepriekš ietaupīja naudu, bet arī uzlaboja to, cik efektīvi visa automašīna strādā kopā, padarot EV ar laiku par labākiem piedāvājumiem, neskatoties uz visu iesaistīto tehnoloģiju.

Materiāla efektivitāte pieaug, izmantojot alumīnija un magnija liešanas sakausējumus

Pāreja uz alumīnija un magnija sakausējumiem risina divas galvenās problēmas EV ražošanā:

• Alumīnija zāģēšana nodrošina 90% materiālu izmantošanas līmeni salīdzinājumā ar 70% tērauda izstrādājumiem
• Magnija sakausējumi samazina komponentu svaru par papildu 35% salīdzinājumā ar alumīniju, saglabājot strukturālo izturību

Šie materiāli arī atbalsta cikliskas ražošanas prakses, no kurām modernajos EVs vairāk nekā 85% alumīnija nāk no atkārtoti pārstrādātiem avotiem (Starptautiskā alumīnija institūts, 2023). Šo sakausējumu augsta termiskā vadītspēja — līdz 160 W/mK alumīnijam — vienlaikus uzlabo siltuma izkliedi bateriju sistēmās un jaudas elektronikā.

Uzlaboti sakausējumi, kas palielina stipruma attiecību pret svaru bateriju korpusos un elektromotoru korpusos EV transportlīdzekļiem

Jauni uz tirgus pieejami alumīnija-silīcija sakausējumi šobrīd sasniedz līdz 310 MPa stiprumu stiepē, kas ir aptuveni tāds pats kā tērauda detaļām, taču ar aptuveni 40% mazāku svaru. Elektromobiļiem tas nozīmē, ka ražotāji var izgatavot vienas gabala baterijas korpusus, kas iztur trieciena spēkus līdz pat 10 GPa. Tas patiesībā ir trīs reizes labāk nekā pirmās paaudzes elektriskajos automobiļos senāk. Attiecībā uz elektromotoru korpusu pielietojumu, ir īpaši hipereitektiski alumīnija sakausējumi ar 18 līdz 22% silīcija saturu. Šie materiāli nodilumizturīgi tikpat labi kā tradicionālais čuguns, kas padara iespējamu dzesēšanas kanālu izveidi jau liešanas procesā, nevis to pievienošanu vēlāk.

Precizitāte, ilgtspēja un viedra ražošana elektromobiļu matricas liešanā

Matricas lieti elektromotoru korpusi un baterijas iekāpas ar augstām precizitātes prasībām

Elektriskajām mašīnām šodien ir nepieciešamas detaļas, kas izgatavotas ar lielisku precizitāti, īpaši attiecībā uz lietām kā motoru korpusi un bateriju kastes. Matricas izgatavošanas process var sasniegt šos ciešos parametrus ap 0,1 mm, kas ir gandrīz nepieciešami, lai saliktu visas šīs augstsprieguma detaļas bez spraugām vai nesakritībām. Kas ļauj to paveikt? Nu, tam tiek izmantota šī sarežģītā vakuumtehnika, ko veic liešanas laikā, lai samazinātu gaisa kabatas alumīnijā, kas citādi vājinātu gala produktu. Lielie automobiļu ražotāji ir sākuši ieviest šādas reāllaika uzraudzības sistēmas visās savās rūpnīcās. Šī sensoru tīkla palīdzība nodrošina katra komponenta viendabīgumu pat tad, ja vienlaikus tiek ražoti desmitiem tūkstošu vienību, lai gan dažām mazākām operācijām joprojām grūti sasniegt šādu kontroles līmeni.

Siltuma vadības problēmas matricas bateriju korpusos

Elektromobīļu bateriju korpusiem ir nepieciešamas ļoti sarežģītas dzesēšanas sistēmas, jo ātras lādēšanas laikā tās rada ļoti daudz siltuma, reizēm vairāk nekā 150 vati uz kilogramu. Pēdējā laikā veiktie pētījumi par materiāliem ir parādījuši, ka noteiktu alumīnija-silīcija sakausējumu modifikācijas var palielināt siltuma pārnesi caur tiem par aptuveni 18 procentiem salīdzinājumā ar parastajiem materiāliem, ko izmanto zāģēšanā. Šāda veida uzlabojums lielā mērā palīdz uzturēt baterijas temperatūru kontroli, nepārsniedzot 45 grādus pēc Celsija pat tad, kad sistēmai ir smags darbības režīms. Turklāt ir vēl viena priekšrocība — šie jaunie materiāli samazina detaļu svaru par aptuveni 22 procentiem salīdzinājumā ar tērauda izstrādājumiem, kas ir diezgan ievērojami ražotājiem, kuri cenšas atvieglot savus transportlīdzekļus, nezaudējot to veiktspēju.

Noturība un pārstrādājamība zāģēšanā, atbalstot elektromobīļu ekoloģiskos mērķus

Automobiļu kokilizlēšanas nozarē 92% materiālu izmantošanas līmenis ir sasniegts, optimizējot kanālu sistēmas un izmantojot ciparkopijas simulācijas. Alumīnija sakausējumi dominē EV sastāvdaļu ražošanā to bezgalīgās pārstrādājamības dēļ – pārstrādāta alumīnija kokilizlēšanas atkritumu ražošanas enerģijas patēriņš tiek samazināts par 95% salīdzinājumā ar primārā alumīnija ražošanu.

Alumīnija kokilizlēšanas sakausējumu noslēgtā ciklā pārstrāde EV ražošanā

Lielākās lietuvēnes tagad darbojas uz vietas esošos pārstrādes centros, kas pārstrādā 98% no ražošanas atkritumiem 72 stundu laikā. Šāds noslēgta cikla pieeja samazina materiālu izmaksas par 40%, vienlaikus nodrošinot stingras OEM ilgtspējas mērķus. 2023. gada pētījums parādīja, ka sakausējumu atdalīšanas tehnoloģiju ieviešana ļauj alumīniju atkārtoti izmantot bez mehānisko īpašību pasliktināšanās kritiskās EV strukturālajās sastāvdaļās.

Automatizācija un Industry 4.0: Veicināt nākotnes kokilizlēšanu elektriskajiem transportlīdzekļiem

Industrijas 4.0 tehnoloģiju integrācija revolucionizē elektromobiļu izgatavošanas procesus ar liešanu, ļaujot ražotājiem nodrošināt stingras kvalitātes un apjoma prasības. Pateicoties modernām automatizācijas sistēmām, augstspiediena liešanas operācijās defektu līmenis tagad ir zemāks par 0,8%

Gudrie lietņi, izmantojot reāllaika uzraudzību, lai samazinātu defektus

Mūsdienu matricu liešanas iekārtās tiek izmantotas IoT tehnoloģijas, kas vienlaikus uzrauga vairāk nekā 15 procesa mainīgos lielumus, sākot no metāla temperatūras līdz ievadīšanas ātrumam. Šāds datu balstīts pieeja kopš 2022. gada ir samazinājusi atbildei līmeni par 42% EV komponentu ražošanā, jo īpaši kritiskos komponentos, piemēram, motoru korpusos un bateriju uzlikās.

Prognozējošā apkope un mākslīgā intelekta balstīta kvalitātes kontrole gigantiskās liešanas procesā

AI algoritmi tagad analizē vēsturiskus ražošanas datus, lai paredzētu iekārtu atteices 72 stundas iepriekš ar 89% precizitāti. Mašīnmācīšanās balstītas redzes sistēmas 40% ātrāk nekā cilvēki atklāj mikroporainības defektus gigalieta elementos, kas ir kritiski svarīgi, lai uzturētu strukturālo integritāti viendabas EV šasijās.

Automatizācijas integrācija, lai apmierinātu liela apjoma EV ražošanas pieprasījumu

Robota šūnu integrācija ir palielinājusi ražošanas ātrumu par 35% vadošajās matricas liešanas plantācijās, automātiskās šūnās sasniedzot cikla laiku zem 90 sekundēm sarežģītiem akumulatoru korpusiem. Šī automatizācijas pieaugums atbalsta nozares vajadzību līdz 2026. gadam mēnesī ražot 2,5 miljonus EV specifisku liešanas komponentu.

Bieži uzdotie jautājumi

Kas ir gigaliešana elektrisko transportlīdzekļu ražošanā?

Gigliešana ir process, kura laikā lielas elektriskās automašīnas struktūras daļas tiek izlietas vienā gabalā, izmantojot augstspiediena matricas liešanas mašīnas. Šāds pieeja integrē vairākas detaļas vienā, samazinot detaļu skaitu un palielinot ražošanas efektivitāti un struktūras izturību.

Kā matricas liešana veicina elektrisko automašīnu ilgtspēju?

Matricas liešana veicina ilgtspēju, izmantojot pārstrādājamos materiālus, piemēram, alumīniju, sasniedzot augstu materiālu izmantošanas pakāpi un ieviešot slēgtā ciklā notiekošus pārstrādes procesus, kas ievērojami samazina ražošanas enerģijas patēriņu un izmaksas.

Kāpēc elektriskajām automašīnām ir svarīga viegluma samazināšana?

Viegla konstrukcija ir svarīga, lai uzlabotu elektrisko automašīnu darbības rādiusu. Automobiļa svara samazināšana nozīmē, ka vienādai attālumam var izmantot mazākas baterijas, kas rezultātā rada izmaksu ietaupījumus un uzlabo enerģijas efektivitāti.

Kādi materiālu uzlabojumi ir panākti EV matricas liešanai?

Pasniedzieni ietver aluminija-silīcija sakausējumu lietošanu ar augstu izturību pret stiepšanu un zemu svaru, magnija sakausējumus papildu svara samazināšanai un materiālus ar uzlabotām siltuma izkliedes īpašībām labākai siltuma vadībai bateriju sistēmās.