Avec la sensibilisation croissante à la protection de l'environnement, le développement et la promotion des nouvelles énergies à travers le monde ont rendu imminente la promotion et l'utilisation des véhicules à énergie. Parallèlement, les exigences en matière de développement de matériaux légers pour l'automobile, d'application sûre des alliages d'aluminium, ainsi que de qualité de surface, de taille et de propriétés mécaniques, sont de plus en plus strictes. Prenons l'exemple d'un véhicule électrique de 1,6 tonne : l'alliage d'aluminium pèse environ 450 kg, soit environ 30 %. Les défauts de surface apparaissant lors du processus d'extrusion, notamment les gros grains sur les surfaces internes et externes, compromettent sérieusement la production des profilés en aluminium et constituent un obstacle au développement de leurs applications.
Pour les profilés extrudés, la conception et la fabrication des matrices d'extrusion sont primordiales. La recherche et le développement de matrices pour profilés en aluminium EV sont donc essentiels. Proposer des solutions de matrices scientifiques et rationnelles permet d'améliorer encore le taux de qualification et la productivité d'extrusion des profilés en aluminium EV afin de répondre à la demande du marché.
1 Normes de produits
(1) Les matériaux, le traitement de surface et l'anticorrosion des pièces et composants doivent être conformes aux dispositions pertinentes des normes ETS-01-007 « Exigences techniques pour les pièces profilées en alliage d'aluminium » et ETS-01-006 « Exigences techniques pour le traitement de surface par oxydation anodique ».
(2) Traitement de surface : Oxydation anodique, la surface ne doit pas présenter de gros grains.
(3) La surface des pièces ne doit pas présenter de défauts tels que fissures et rides. Les pièces ne doivent pas être contaminées après oxydation.
(4) Les substances interdites du produit répondent aux exigences de la norme Q/JL J160001-2017 « Exigences relatives aux substances interdites et restreintes dans les pièces et matériaux automobiles ».
(5) Exigences de performance mécanique : résistance à la traction ≥ 210 MPa, limite d'élasticité ≥ 180 MPa, allongement après rupture A50 ≥ 8 %.
(6) Les exigences relatives à la composition des alliages d’aluminium pour les véhicules à énergie nouvelle sont présentées dans le tableau 1.
2 Optimisation et analyse comparative de la structure des filières d'extrusion Des coupures de courant à grande échelle se produisent
(1) Solution traditionnelle 1 : améliorer la conception de la filière d'extrusion frontale, comme illustré à la figure 2. Selon la conception conventionnelle, comme indiqué par la flèche, la nervure centrale et le drainage sublingual sont traités. Les drainages supérieur et inférieur sont à 20 ° d'un côté et la hauteur de drainage H15 mm est utilisée pour alimenter la nervure en aluminium fondu. Le couteau vide sublingual est transféré à angle droit, l'aluminium fondu restant dans l'angle, ce qui facilite la formation de zones mortes avec les scories d'aluminium. Après la production, l'oxydation vérifie que la surface est extrêmement sujette aux problèmes de gros grains.
Les optimisations préliminaires suivantes ont été apportées au processus de fabrication de moules traditionnel :
a. Sur la base de ce moule, nous avons essayé d'augmenter l'apport d'aluminium aux nervures par alimentation.
b. Sur la base de la profondeur d'origine, la profondeur du couteau vide sublingual est approfondie, c'est-à-dire que 5 mm sont ajoutés aux 15 mm d'origine ;
c. La largeur de la lame sublinguale vide est augmentée de 2 mm par rapport aux 14 mm d'origine. L'image réelle après optimisation est présentée à la figure 3.
Les résultats de la vérification montrent qu'après les trois améliorations préliminaires mentionnées ci-dessus, des défauts de gros grains persistent dans les profils après le traitement d'oxydation et n'ont pas été résolus de manière satisfaisante. Cela montre que le plan d'amélioration préliminaire ne répond toujours pas aux exigences de production des alliages d'aluminium pour véhicules électriques.
(2) Le nouveau schéma 2 a été proposé sur la base de l'optimisation préliminaire. La conception du moule selon ce nouveau schéma est illustrée à la figure 4. Conformément au principe de fluidité du métal et à la loi de moindre résistance, le moule amélioré pour pièces automobiles adopte la conception à trou arrière ouvert. La position des nervures joue un rôle dans l'impact direct et réduit la résistance au frottement ; la surface d'alimentation est conçue en forme de couvercle de pot et la position du pont est de type amplitude, l'objectif étant de réduire la résistance au frottement, d'améliorer la fusion et de réduire la pression d'extrusion ; le pont est enfoncé autant que possible afin d'éviter le problème de gros grains en bas, et la largeur du couteau vide sous la languette du bas du pont est ≤ 3 mm ; la différence de pas entre la courroie de travail et la courroie de travail inférieure est ≤ 1,0 mm ; le couteau vide sous la languette supérieure est lisse et uniforme, sans laisser de barrière d'écoulement, et le trou de formage est poinçonné aussi directement que possible ; La bande de travail entre les deux têtes au niveau de la nervure intérieure médiane est aussi courte que possible, généralement de 1,5 à 2 fois l'épaisseur de la paroi ; la rainure de drainage présente une transition douce pour répondre à l'exigence d'un écoulement suffisant de l'eau métal-aluminium dans la cavité, présentant un état de fusion complet et ne laissant aucune zone morte (le couteau vide derrière la matrice supérieure ne dépasse pas 2 à 2,5 mm). La comparaison de la structure de la matrice d'extrusion avant et après l'amélioration est présentée à la figure 5.
(3) L'amélioration des détails d'usinage est essentielle. La position du pont est polie et assemblée en douceur, les courroies de travail supérieures et inférieures des matrices sont plates, la résistance à la déformation est réduite et le flux de métal est amélioré pour réduire les déformations irrégulières. Cela permet de supprimer efficacement les problèmes tels que les gros grains et les soudures, garantissant ainsi la synchronisation de la position de décharge des nervures et de la vitesse de la racine du pont avec les autres pièces, et de supprimer de manière rationnelle et scientifique les problèmes de surface tels que les soudures à gros grains sur la surface du profilé en aluminium. La comparaison avant et après l'amélioration du drainage du moule est présentée à la figure 6.
3 Procédé d'extrusion
Pour l'alliage d'aluminium 6063-T6 destiné aux véhicules électriques, le rapport d'extrusion de la matrice divisée est de 20-80, et le rapport d'extrusion de cet aluminium dans la machine 1800t est de 23, ce qui répond aux exigences de performance de la machine. Le procédé d'extrusion est présenté dans le tableau 2.
Tableau 2 Processus de production par extrusion de profilés en aluminium pour le montage des poutres des nouveaux packs de batteries de véhicules électriques
Faites attention aux points suivants lors de l'extrusion :
(1) Il est interdit de chauffer les moules dans le même four, sinon la température du moule sera inégale et la cristallisation se produira facilement.
(2) Si un arrêt anormal se produit pendant le processus d'extrusion, le temps d'arrêt ne doit pas dépasser 3 minutes, sinon le moule doit être retiré.
(3) Il est interdit de retourner au four pour chauffer puis d'extruder directement après le démoulage.
4. Mesures de réparation des moisissures et leur efficacité
Après des dizaines de réparations de moisissures et d’essais d’améliorations de moisissures, le plan de réparation de moisissures raisonnable suivant est proposé.
(1) Effectuez la première correction et le premier ajustement du moule d'origine :
1 Essayez d'enfoncer le pont autant que possible, et la largeur du bas du pont doit être ≤ 3 mm ;
2. La différence de pas entre la courroie de travail de la tête et la courroie de travail du moule inférieur doit être ≤ 1,0 mm ;
③ Ne laissez pas de blocage de flux ;
④ La courroie de travail entre les deux têtes mâles au niveau des nervures intérieures doit être aussi courte que possible et la transition de la rainure de drainage doit être lisse, aussi large et lisse que possible ;
⑤ La courroie de travail du moule inférieur doit être aussi courte que possible ;
6. Aucune zone morte ne doit être laissée à aucun endroit (le couteau arrière vide ne doit pas dépasser 2 mm) ;
7. Réparez le moule supérieur avec des grains grossiers dans la cavité intérieure, réduisez la courroie de travail du moule inférieur et aplatissez le bloc d'écoulement, ou n'avez pas de bloc d'écoulement et raccourcissez la courroie de travail du moule inférieur.
(2) Sur la base de la modification et de l'amélioration supplémentaires du moule ci-dessus, les modifications de moule suivantes sont effectuées :
1. Éliminer les zones mortes des deux têtes mâles ;
2. Grattez le bloc d’écoulement ;
③ Réduire la différence de hauteur entre la tête et la zone de travail de la matrice inférieure ;
④ Raccourcir la zone de travail de la matrice inférieure.
(3) Une fois le moule réparé et amélioré, la qualité de surface du produit fini atteint un état idéal, avec une surface brillante et sans gros grains, ce qui résout efficacement les problèmes de gros grains, de soudure et d'autres défauts existant sur la surface des profilés en aluminium pour véhicules électriques.
(4) Le volume d'extrusion est passé de 5 t/j à 15 t/j, améliorant considérablement l'efficacité de la production.
5 Conclusion
En optimisant et en améliorant à plusieurs reprises le moule d'origine, un problème majeur lié au gros grain sur la surface et au soudage des profilés en aluminium pour véhicules électriques a été complètement résolu.
(1) Le point faible du moule d'origine, la ligne de positionnement de la nervure centrale, a été optimisé de manière rationnelle. En éliminant les zones mortes des deux têtes, en aplatissant le bloc d'écoulement, en réduisant la différence de hauteur entre la tête et la zone de travail inférieure de l'outil et en raccourcissant cette dernière, les défauts de surface de l'alliage d'aluminium 6063 utilisé dans ce type d'automobile, tels que les grains grossiers et les soudures, ont été corrigés avec succès.
(2) Le volume d’extrusion est passé de 5 t/j à 15 t/j, améliorant considérablement l’efficacité de la production.
(3) Ce cas réussi de conception et de fabrication de filières d'extrusion est représentatif et référencé dans la production de profils similaires et mérite d'être promu.
Date de publication : 16 novembre 2024
