환경 보호에 대한 인식이 높아지고 전 세계적으로 신에너지 개발 및 홍보가 확대됨에 따라 에너지 자동차의 보급 및 적용이 시급해졌습니다. 이와 동시에 자동차 소재의 경량화, 알루미늄 합금의 안전한 적용, 표면 품질, 치수 및 기계적 특성에 대한 요구가 점점 더 높아지고 있습니다. 차량 중량이 1.6톤인 전기차를 예로 들면, 알루미늄 합금 소재는 약 450kg으로 전체 중량의 약 30%를 차지합니다. 압출 생산 공정에서 발생하는 표면 결함, 특히 내외부 표면의 조대립 문제는 알루미늄 프로파일의 생산 과정에 심각한 영향을 미치고 응용 분야 개발의 걸림돌이 됩니다.
압출 프로파일의 경우, 압출 다이의 설계 및 제작이 매우 중요하므로 EV 알루미늄 프로파일용 다이 연구 개발이 필수적입니다. 과학적이고 합리적인 다이 솔루션을 제시함으로써 EV 알루미늄 프로파일의 적격률과 압출 생산성을 더욱 향상시켜 시장 수요를 충족할 수 있습니다.
1 제품 표준
(1) 부품 및 구성품의 재료, 표면 처리 및 방식 처리 등은 ETS-01-007 “알루미늄 합금 프로파일 부품에 대한 기술 요구 사항” 및 ETS-01-006 “양극 산화 표면 처리에 대한 기술 요구 사항”의 관련 규정을 준수해야 합니다.
(2) 표면처리 : 양극산화처리, 표면에 거친 입자가 없어야 함.
(3) 부품 표면에 균열, 주름 등의 결함이 없어야 하며, 산화 후 오염이 없어야 한다.
(4) 해당 제품의 금지물질은 Q/JL J160001-2017 “자동차 부품 및 소재의 금지 및 제한물질에 대한 요건”의 요건을 충족합니다.
(5) 기계적 성능 요구 사항 : 인장 강도 ≥ 210 MPa, 항복 강도 ≥ 180 MPa, 파단 후 신장 A50 ≥ 8%.
(6) 신에너지자동차용 알루미늄 합금 조성에 대한 요구사항은 표 1과 같다.
2 압출 다이 구조 최적화 및 비교 분석 대규모 정전 발생
(1) 기존 솔루션 1: 즉, 그림 2와 같이 전면 압출 다이 설계를 개선합니다. 기존 설계 아이디어에 따르면 그림의 화살표와 같이 중간 립 위치와 설하 배수 위치를 가공하고, 상하 배수는 한쪽으로 20°이며 배수 높이 H15mm를 사용하여 립 부분에 용융 알루미늄을 공급합니다. 설하 빈 나이프는 직각으로 이송되고 용융 알루미늄은 모서리에 남아 알루미늄 슬래그로 인해 사각 지대가 발생하기 쉽습니다. 생산 후 산화 검사를 통해 표면이 거친 입자 문제가 발생하기 매우 쉽다는 것이 확인되었습니다.
기존 금형 제조 공정에 대한 사전 최적화는 다음과 같습니다.
가. 이 금형을 바탕으로 갈비뼈에 알루미늄 공급량을 늘리기 위해 급이 방식을 적용해 보았다.
b. 원래 깊이를 기준으로 혀밑 빈 칼날 깊이를 깊게 합니다. 즉, 원래 15mm에 5mm를 더합니다.
c. 설하 빈 블레이드의 폭은 원래 14mm를 기준으로 2mm 더 넓어졌습니다. 최적화 후 실제 모습은 그림 3에 나와 있습니다.
검증 결과, 위 세 가지 예비 개선 후에도 산화 처리 후 프로파일에 조대립 결함이 여전히 존재하며, 개선이 충분히 이루어지지 않은 것으로 나타났습니다. 이는 예비 개선 계획이 여전히 전기자동차용 알루미늄 합금 소재의 생산 요건을 충족하지 못함을 시사합니다.
(2) 새로운 방안 2는 예비 최적화를 기반으로 제안되었습니다.새로운 방안 2의 금형 설계는 그림 4에 나와 있습니다.개선된 자동차 부품 금형은 "금속 유동성 원리"와 "최소 저항의 법칙"에 따라 "오픈 백홀" 설계 방안을 채택했습니다.리브 위치는 직접적인 충격에 역할을 하며 마찰 저항을 줄입니다.공급 표면은 "포트 커버 모양"으로 설계되고 브리지 위치는 진폭형으로 가공되어 마찰 저항을 줄이고 융착을 개선하며 압출 압력을 낮추는 것이 목적입니다.브리지는 가능한 한 많이 가라앉아 브리지 바닥에 거친 입자가 생기는 문제를 방지하고 브리지 바닥의 텅 아래의 빈 나이프 폭은 ≤3mm입니다.작업 벨트와 하부 다이 작업 벨트 사이의 단차는 ≤1.0mm입니다.상부 다이 텅 아래의 빈 나이프는 매끄럽고 균일하게 전환되어 흐름 장벽이 생기지 않으며 성형 구멍은 가능한 한 직접 펀칭됩니다. 중간 내측 리브에서 두 헤드 사이의 작업 벨트는 가능한 한 짧게 설계되었으며, 일반적으로 벽 두께의 1.5~2배 정도입니다. 배수 홈은 캐비티로 유입되는 충분한 금속 알루미늄 수를 충족할 수 있도록 매끄럽게 연결되며, 완전히 용융된 상태를 유지하고, 어느 곳에도 사각지대가 생기지 않도록 합니다(상부 다이 뒤의 빈 나이프는 2~2.5mm를 초과하지 않아야 함). 개선 전후의 압출 다이 구조 비교는 그림 5에 나와 있습니다.
(3) 가공 세부 사항 개선에 유의하십시오. 브리지 위치를 매끄럽게 연마하고 연결하며, 상하 금형 작업 벨트를 평평하게 하여 변형 저항을 줄이고, 금속 유동을 개선하여 불균일한 변형을 줄입니다. 이를 통해 거친 입자 및 용접과 같은 문제를 효과적으로 억제하여 리브 배출 위치와 브리지 루트 속도가 다른 부품과 동기화되도록 하고, 알루미늄 프로파일 표면의 거친 입자 용접과 같은 표면 문제를 합리적이고 과학적으로 억제할 수 있습니다. 금형 배수 개선 전후의 비교는 그림 6과 같습니다.
3 압출 공정
EV용 6063-T6 알루미늄 합금의 경우, 분할 다이의 압출비는 20-80으로 계산되었으며, 1800톤 기계에서 이 알루미늄 소재의 압출비는 23으로 기계의 생산 성능 요건을 충족합니다. 압출 공정은 표 2에 제시되어 있습니다.
표 2 신형 EV 배터리 팩 장착용 빔용 알루미늄 프로파일 압출 생산 공정
압출 시 다음 사항에 주의하세요.
(1) 금형을 동일한 용광로에서 가열하는 것은 금지되어 있습니다. 그렇지 않으면 금형 온도가 불균일해지고 결정화가 쉽게 발생합니다.
(2) 압출공정 중 비정상정지가 발생한 경우 정지시간은 3분을 초과해서는 아니 되며, 초과할 경우 금형을 제거하여야 한다.
(3) 탈형 후 가열을 위해 용광로에 다시 넣고 바로 압출하는 것은 금지됩니다.
4. 곰팡이 보수 대책 및 효과
수십 건의 곰팡이 수리와 시험용 곰팡이 개선을 거쳐 다음과 같은 합리적인 곰팡이 수리 계획이 제안됩니다.
(1) 원래 금형에 대한 첫 번째 수정 및 조정을 수행합니다.
① 브릿지는 최대한 가라앉도록 하고, 브릿지 바닥의 너비는 ≤3mm가 되도록 한다.
② 헤드의 작업벨트와 하부 금형의 작업벨트의 단차는 ≤1.0mm이어야 합니다.
③ 흐름 차단을 남기지 마십시오.
④ 내측 늑골의 두 수컷 머리 사이의 작업대는 가능한 한 짧아야 하며, 배수 홈의 전환은 매끄럽고 가능한 한 크고 매끄러워야 합니다.
⑤ 하부 금형의 작업벨트는 가능한 한 짧아야 합니다.
⑥ 어느 곳에도 사각지대가 없어야 합니다.(뒷면의 빈 칼날은 2mm를 넘지 않아야 합니다.)
⑦ 내부 공동에 거친 입자가 있는 상부 금형을 수리하고 하부 금형의 작업 벨트를 줄이고 유동 블록을 평평하게 하거나 유동 블록이 없는 하부 금형의 작업 벨트를 짧게 합니다.
(2) 상기 금형의 추가적인 금형 개량 및 개선을 바탕으로 다음과 같은 금형 개량을 실시한다.
① 두 남성 헤드의 사각지대를 제거합니다.
② 흐름 차단재를 긁어냅니다.
③ 헤드와 하부 다이 작업 구역의 높이 차이를 줄입니다.
④ 하부 금형 작업 영역을 단축합니다.
(3) 금형을 수리하고 개량한 후, 완제품의 표면 품질은 이상적인 상태에 도달하여 표면이 밝고 거친 입자가 없어 전기자동차용 알루미늄 프로파일 표면에 존재하는 거친 입자, 용접 등의 결함 문제를 효과적으로 해결합니다.
(4) 압출량이 기존 5톤/일에서 15톤/일로 증가하여 생산효율이 대폭 향상되었습니다.
5 결론
원래 금형을 반복적으로 최적화하고 개선함으로써, 전기자동차용 알루미늄 프로파일 표면의 거친 입자와 용접과 관련된 주요 문제가 완전히 해결되었습니다.
(1) 기존 금형의 약점인 중간 리브 위치선을 합리적으로 최적화했습니다. 두 헤드의 사각지대를 제거하고, 유동 블록을 평평하게 만들고, 헤드와 하부 금형 작업 영역 사이의 높이 차이를 줄이고, 하부 금형 작업 영역을 단축함으로써 이 유형의 자동차에 사용되는 6063 알루미늄 합금의 표면 결함(조립 및 용접 등)을 성공적으로 극복했습니다.
(2) 압출량이 5톤/일에서 15톤/일로 증가하여 생산효율이 크게 향상되었습니다.
(3) 이러한 성공적인 압출 다이 설계 및 제조 사례는 유사한 프로파일 생산에 대표적이고 참고할 만한 가치가 있으며 홍보할 가치가 있습니다.
게시 시간: 2024년 11월 16일
