镁合金电池箱产品开发及真空压铸工艺优化

摘要

汽车轻量化对于电动汽车的续航性能、控制稳定性以及安全性能都大有裨益，电池模块是电动汽车的能量来源，电池箱起着承重和保护电池模块的作用，因此，对于电池箱轻量化的研究是轻量化与安全性兼顾的一项工程。电池箱的轻量化主要通过两个方法来实现：一是使用新型轻量化材料；二是对电池箱结构进行优化设计。镁合金是最轻的工程应用结构材料，但在电池箱上规模应用还存在结构再设计、成型工艺优化等技术难题。　　为了实现镁合金在电池箱上的高性能、低成本规模应用，本课题进行了电池箱的镁合金材料替代结构再设计，通过仿真分析，研究了“颠簸＋急刹车”和“颠簸＋急转弯”两种极限工况下电池箱的静强度和静刚度特性。针对镁合金电池箱结构特点，结合数值模拟，进行了真空压铸工艺的优化设计，确定了最优真空压铸工艺参数，并进行了工程验证和样件试制。本文在以下方面取得了一些研究成果：　　① 镁合金电池箱在“颠簸＋急刹车”和“颠簸＋急转弯”两种极限工况下，产生应力集中的区域均在加强肋与箱体侧壁连接的位置，优化后的镁合金电池箱在静力学性能上能够满足要求。在静强度方面，两种工况下的最大等效应力分别为124.83MPa和114.69MPa；静刚度方面，两种工况下的最大变形量为2.32mm和1.87mm；　　② 镁合金电池箱质量为14.06kg，钢制电池箱质量为38.23kg，减重63.2%，轻量化效果明显；　　③ 通过分析电池箱结构特点及镁合金材料成型工艺性，完成了浇注系统、排溢系统等相关参数的计算和设计,并通过数值仿真获得了最佳真空压铸工艺参数：真空度为5×104Pa，快压射速度为3.2m/s，浇注温度和模具预热温度分别为680℃和220℃。　　④ 根据工艺设计完成了模具的设计制作，并进行了样件试制，压铸件性能良好。

目录

1 绪论

1.1 引言

1.2国内外研究现状

1.2.1 电池箱材料应用

1.2.2 电池箱制备工艺

1.3 镁合金压铸

1.3.1 压铸镁合金介绍

1.3.2 镁合金压铸技术

1.4.1 CAE技术介绍

1.4.2 CAE在汽车行业中的作用

1.5 研究意义

1.6.1 研究目的

1.6.2 研究内容

1.6.3 技术路线

2 电池箱结构设计及静力分析

2.1 有限元方法基本概述

2.1.1 有限元基本流程

2.1.2 静力学基本理论

2.2 电池箱压铸件设计

2.2.1 压铸件结构设计

2.2.2 压铸件工艺设计

2.3.1 网格划分

2.3.2 材料参数设置

2.3.3 载荷及边界条件

2.3.4 仿真结果分析

2.4 结构优化及分析

2.4.1 电池箱优化再设计

2.4.2 强度校核

2.5 本章小结

3 电池箱真空压铸工艺设计

3.1电池箱压铸件参数

3.2 压铸机的选用

3.2.1 确定比压

3.2.2 确定锁模力

3.2.3 核定投影面积

3.3 浇注系统和排溢系统

3.3.1 分型面的确定

3.3.2 内浇口的设计

3.3.3 横浇道的设计

3.3.4 直浇道的设计

3.3.5 排溢系统的设计

3.3.6 建立几何模型

3.4 工艺参数设定

3.5 本章小结

4 数值模拟分析及优化

4.1 数值模拟理论及软件

4.1.1 压铸CAE的理论基础

4.1.2 Anycasting软件介绍

4.2.1 充型过程分析

4.2.2 凝固过程分析

4.2.3 压铸件试制

4.3 工艺方案优化

4.4 优化后数值模拟

4.4.1 优化后充型过程分析

4.4.2 优化后凝固过程分析

4.4.3 优化方案压铸生产结果

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B.学位论文数据集

致谢