Електромобілі: Новий фронт дії для лиття під тиском

Зростання електромобілів та перетворення лиття під тиском

Як зростання електромобілів змінює вимоги до виробництва

Швидке зростання продажів електромобілів по всьому світу створило тиск на виробництва, що зайняті в діапазоні лиття під тиском, і змусило їх повністю переглянути підхід до виробництва. Традиційні двигуни внутрішнього згоряння використовували близько 30–40 окремих деталей тільки для блоку циліндрів, але тепер електромобілі потребують значно менше частин, які при цьому набагато більші за розміром. Виробники поспішають придбати надвеликі ливарні машини з високим тиском, здатні розвивати зусилля понад 6000 тонн. Ці промислові гіганти можуть виготовляти великі лотки акумуляторів і корпуси двигунів відразу повністю, а не по окремих частинах. Для багатьох підприємств оновлення обладнання більше не є вибором, якщо вони хочуть залишатися конкурентоспроможними на новому ринковому ринку.

Компоненти електромобілів (EV) як сегмент високого зростання в литті під тиском

Виробництво компонентів для електромобілів тепер очолює зростання у вакуумному литті, і, за оцінками, світовий ринок може досягти приблизно 24,1 млрд доларів США до 2030 року згідно з дослідженням Automotive Parts Die Casting Report. Подивіться, що відбувається з алюмінієвими литими акумуляторними блоками — вони становлять приблизно 23 відсотки всіх нових електромобільних компонентів, які зараз проектують. Чому? Тому що вони добре впораються з тепловідведенням і при цьому зберігають міцність під навантаженням — це просто не можна ігнорувати виробникам, створюючи безпечніші, довговічніші транспортні засоби для споживачів, які хочуть як продуктивності, так і надійності.

Перехід від двигунів внутрішнього згоряння до лиття електричних трансмісій

Сучасні електромобілі використовують на 60% менше компонентів трансмісії, ніж автомобілі з двигунами внутрішнього згоряння, а лиття дозволяє створювати інтегровані конструкції, які скорочують час складання на 45%. Там, де двигуни потребували чавунних блоків з лиття в піщаних формах, сьогодні переважають спеціалізовані застосування лиття для електромобілів у критичних системах, таких як:

• Порівняно легкі статори двигунів із вбудованими каналами охолодження
• Контейнери для акумуляторів, оптимізовані для зіткнень, що замінюють 70+ штампувань із сталі
• Узагальнені компоненти шасі, що підвищують крутильну жорсткість на 30%

Гігакастування: Переосмислення конструктивного дизайну та ефективності виробництва електромобілів

Інтеграція частин електромобілів через лиття під тиском у великих обсягах

Технологія гіганського лиття змінює спосіб виробництва електромобілів, по суті об'єднуючи сотні окремих штампованих та зварених деталей в один великий алюмінієвий відлив. Великі автовиробники вже використовують ці масивні литі задні підлоги, довжина яких перевищує 2,5 метра. Порівняно з традиційними автомобілями з двигунами внутрішнього згоряння, цей підхід скорочує кількість деталей приблизно на 85%. За даними недавнього дослідження PwC (2023 рік), ці об'єднані конструкції збільшують жорсткість кузова приблизно на 23%, а також звільняють простір на виробничих лініях на 40%. Спільні групи в індустрії, такі як MeGiCast, продемонстрували ще більше переваг. Їхні випробування показали, що поєднання традиційних технологій лиття з особливими матеріалами-підсилювачами дозволяє зменшити вагу передніх модулів приблизно на 18%. Саме ці інновації зараз суттєво змінюють автомобільне виробництво.

Дослідження випадку: Впровадження у виробництво електромобілів у великих обсягах

Один з провідних виробників електромобілів оптимізував виробничий процес, впровадивши масивні машини для лиття під тиском вагою 9000 тонн, щоб виготовляти каркаси шасі за одну операцію. Що раніше вимагало сотні деталей, тепер зводиться лише до двох основних виливків для батарейних відсіків. Час складання значно скоротився — з приблизно години і пів до ледве півтори хвилини на автомобіль. Новий метод зберігає високу точність, забезпечуючи відхилення розмірів у частки міліметра навіть для довгих рамних балок завдовжки 8 метрів. Це допомагає вирішити складні питання теплового розширення, властиві акумуляторам на основі літію. Рівень браку також значно знизився — до приблизно 0,9%, завдяки системам переробки, інтегрованим безпосередньо з гігантськими ливарними установами. Цілком вражаючі результати для тих, хто цікавиться сучасними технологіями виробництва електромобілів.

Лиття під високим тиском дозволяє виготовляти складні компоненти

Сучасні системи лиття під високим тиском (HPDC) можуть впорскувати розплавлений алюміній у вакуумні форми зі швидкістю близько 120 метрів на секунду, що дозволяє виготовляти стінки корпусів акумуляторів товщиною менше 2,5 міліметра. Досягнута точність дозволяє виробникам виготовляти цілі моторні відсіки за одну операцію лиття. До таких компонентів належать різноманітні елементи, як-от вбудовані канали охолодження, монтажні точки для різного обладнання та конструктивні елементи, призначені для витримування зіткнень. Раніше ці самі функції потребували не менше 14 окремих частин, які збиралися окремо. Щодо матеріалів, то популярністю користуються також просунуті сплави, як-от AlSi10MnMg. Вони мають вражаючу межу міцності близько 250 МПа і при цьому важать лише половину від їхніх сталевих аналогів. Це зменшення ваги безпосередньо впливає на електромобілі, допомагаючи їм подолати більшу відстань між зарядками. Виробники також впроваджують технологію миттєвого виявлення дефектів за допомогою рентгенівської томографії. Це підтримує рівень відмов компонентів на рівні лише 0,03%, що стає все важливішим, оскільки компанії нарощують виробництво цих великих литих конструктивних деталей.

Зменшення ваги та інноваційні матеріали у виливних електричних автомобільних компонентах

Полегшені компоненти в електромобілях та їх вплив на дальність

Зменшення ваги автомобіля досі є однією з основних цілей при створенні електромобілів. Це підтверджується і статистикою — дослідження показують, що втрата всього лише 10% від загальної ваги означає приблизно на 6 і навіть до 8 відсотків більший запас ходу до наступної підзарядки (як встановило дослідження Ponemon у 2023 році). Виробники замінюють звичайні сталеві деталі на виливані з алюмінієвого сплаву версії для таких елементів, як корпуси акумуляторів та інші конструктивні частини. Це дозволяє зменшити загальну вагу приблизно на 40%, не жертвуючи безпекою при зіткненнях. Більш легкі автомобілі означають, що виробники можуть використовувати менші батареї, щоб подолати ту саму відстань. І ось що цікаво: менші батареї економлять кошти відразу, але також підвищують ефективність роботи всього автомобіля в цілому, роблячи електромобілі більш вигідним варіантом у довгостроковій перспективі попри всі технології, що використовуються.

Підвищення ефективності використання матеріалів за допомогою алюмінієвих і магнієвих сплавів для лиття під тиском

Перехід на алюмінієві та магнієві сплави вирішує дві ключові проблеми у виробництві електромобілів:

• Лиття алюмінію під тиском забезпечує використання матеріалу на рівні 90% порівняно з 70% при обробці сталі
• Магнієві сплави зменшують вагу компонентів ще на 35% порівняно з алюмінієм, зберігаючи структурну цілісність

Ці матеріали також підтримують циклічні виробничі процеси, при цьому понад 85% алюмінію в сучасних електромобілях походить з вторинних джерел (Міжнародний інститут алюмінію, 2023). Висока теплопровідність цих сплавів — до 160 Вт/мК для алюмінію — одночасно покращує відвід тепла в батареях та силовій електроніці.

Сучасні сплави, які підвищують міцність до вагового співвідношення в корпусах акумуляторів та двигунів для електромобілів

Сучасні алюмінієво-кремнієві сплави, доступні на ринку, можуть досягати межі міцності понад 310 МПа, що приблизно відповідає показникам сталевих деталей, але при цьому мають вагу, що становить приблизно 40% від ваги сталі. Для електромобілів це означає, що виробники можуть виготовлювати монолітні корпуси акумуляторів, які витримують зусилля від ударів, що досягають приблизно 10 ГПа. Це насправді у три рази краще, ніж було можливо у першого покоління електромобілів. Щодо застосування у двигунів, існують спеціальні гіперефтектичні алюмінієві сплави, що містять від 18 до 22% кремнію. Ці матеріали мають стійкість до зношування, порівнянну з чавуном, що робить можливим вбудовування каналів охолодження безпосередньо в литі опори ротора під час виробництва, замість необхідності додавання їх пізніше.

Точність, стійкість та інтелектуальне виробництво у литті під тиском для електромобілів

Корпуси двигунів та акумуляторні відсіки для електромобілів, виготовлені методом лиття під тиском, що вимагають високої точності

Сьогодні електромобілі потребують компонентів, виготовлених із неймовірною точністю, особливо коли мова йде про такі деталі, як корпуси двигунів і батарейні блоки. Процес лиття під тиском дозволяє досягти таких суворих допусків, приблизно 0,1 мм, що в сучасних умовах є майже необхідним для складання всіх цих високовольтних елементів без зазорів чи невідповідностей. Що забезпечує цю можливість? Це спеціальна технологія вакуумування, яку застосовують під час лиття, щоб зменшити утворення повітряних бульбашок в алюмінію, які інакше зменшуватимуть міцність готового продукту. Великі автовиробники почали впроваджувати системи безперервного моніторингу по всіх своїх заводах. Ці мережі сенсорів допомагають забезпечити узгодженість кожної окремої деталі навіть під час виробництва десятків тисяч одиниць одночасно, хоча деякі менші виробництва досі мають проблеми з досягненням такого рівня контролю.

Температурні проблеми в литих батарейних корпусах

Корпус для акумуляторів електромобілів потребує дуже складних охолоджувальних каналів, тому що вони виділяють багато тепла під час швидкого заряджання, іноді понад 150 ват на кілограм. Останні дослідження в галузі матеріалів показали, що певні модифікації алюмінієво-кремнієвих сплавів можуть підвищити ефективність відведення тепла на приблизно 18 відсотків порівняно з тими, що зазвичай використовуються у литті під тиском. Таке покращення суттєво впливає на підтримання температури акумуляторів у межах норми, забезпечуючи показники нижче 45 градусів Цельсія навіть у складних умовах експлуатації. Крім того, нові матеріали мають ще одну перевагу — вони зменшують вагу компонентів на 22 відсотки порівняно зі сталевими аналогами, що є дуже привабливим для виробників, які прагнуть зменшити масу своїх транспортних засобів без втрати продуктивності.

Стійкість та переробка в литті під тиском для досягнення екологічних цілей електромобілів

Автомобільна галузь лиття під тиском досягла 92% рівня використання матеріалів завдяки оптимізованим системам лиття та симуляціям цифрових копій. Сплави алюмінію домінують у виробництві компонентів для електромобілів через їхню здатність необмежено перероблятися — переробка алюмінієвого лому, що утворюється під час лиття, скорочує енергоспоживання виробництва на 95% порівняно з виробництвом первинного алюмінію.

Замкнене перероблення алюмінієвих сплавів для лиття під тиском у виробництві електромобілів

Великі литтєві цехи тепер мають власні центри переробки, які повторно обробляють 98% виробничого лому протягом 72 годин. Цей замкнений підхід скорочує витрати на матеріали на 40%, одночасно виконуючи суворі екологічні вимоги OEM-виробників. Дослідження 2023 року показало, що впровадження технологій сепарації сплавів дозволяє багаторазове повторне використання алюмінію без погіршення механічних властивостей у критичних конструктивних компонентах електромобілів.

Автоматизація та Індустрія 4.0: Рушій майбутнього лиття під тиском для електромобілів

Інтеграція технологій Індустрії 4.0 революціонізує процеси лиття під тиском для електромобілів, що дозволяє виробникам виконувати суворі вимоги до якості та обсягів. Сучасні автоматизовані системи тепер досягають рівня дефектів нижче 0,8% у процесах лиття під високим тиском.

Розумні литтєві цехи, що використовують моніторинг у реальному часі для зменшення дефектів

Сучасні виробничі потужності лиття під тиском використовують системи моніторингу, увімкнені в Інтернет речей, які одночасно відстежують понад 15 параметрів процесу, від температури розплавленого металу до швидкості вливання. Цей підхід, заснований на аналізі даних, знизив рівень браку на 42% у виробництві компонентів для електромобілів з 2022 року, особливо у ключових частинах, таких як корпуси двигунів і батарейні лотки.

Прогностичне обслуговування та контроль якості, керований штучним інтелектом, у процесах лиття великих деталей

Алгоритми штучного інтелекту тепер аналізують історичні виробничі дані, щоб передбачити відмови обладнання за 72 години з точністю 89%. Системи візуального контролю, засновані на машинному навчанні, виявляють мікропористі дефекти в гігакомпонентах на 40% швидше, ніж людські інспектори, що є важливим для забезпечення структурної цілісності моноблоків шасі електромобілів.

Інтеграція автоматизації для задоволення потреб масового виробництва електромобілів

Інтеграція роботизованих робочих місць збільшила обсяги виробництва на 35% на провідних ливарних підприємствах, а автоматизовані системи досягли тривалості циклу менше ніж 90 секунд для складних корпусів акумуляторів. Цей ріст автоматизації підтримує потребу галузі щомісяця виготовляти 2,5 мільйона литих компонентів, призначених для електромобілів, до 2026 року.

ЧаП

Що таке гігаливання у виробництві електромобілів?

Гігакастинг - це процес, при якому великі частини конструкції електромобіля відливаються за одну операцію за допомогою машин лиття під високим тиском. Цей підхід дозволяє об'єднати кілька деталей в одну, зменшити кількість частин та підвищити ефективність виробництва і міцність конструкції.

Яким чином лиття під тиском сприяє сталому розвитку електромобілів?

Лиття під тиском сприяє сталому розвитку завдяки використанню вторсированих матеріалів, таких як алюміній, досягненню високого рівня використання матеріалів і реалізації процесів замкненого циклу переробки, які значно зменшують енергоспоживання і витрати на виробництво.

Чому важливо зменшення ваги для електромобілів?

Зменшення ваги є важливим для підвищення запасу ходу електромобіля. Зменшення ваги транспортного засобу дозволяє використовувати менші акумулятори для подолання тієї ж відстані, що призводить до зменшення витрат і підвищення енергоефективності.

Які досягнення були зроблені у матеріалах для лиття під тиском електромобілів?

Досягнення включають використання алюмінієво-кремнієвих сплавів із високою міцністю на розрив і малою вагою, магнієвих сплавів для додаткового зменшення ваги та матеріалів із покращеними властивостями відводу тепла для ефективного теплового управління в батарейних системах.