Высокоточная штамповка металла для компонентов электромобилей: материалы, допуски и требования к качеству.

Электрический   Автомобили состоят из сотен крошечных металлических компонентов, которые обеспечивают передачу энергии, осуществляют электронные соединения и выдерживают экстремальные температуры и механические нагрузки в течение многих лет. Большинство из них — это прецизионные детали , изготовленные методом штамповки из металла, такие как клеммы и зарядные разъемы, производимые в больших объемах, легко достигающих миллионов единиц в год. Даже малейшее отклонение в точности небольшой детали, передающей энергию, или контактной точки может привести к падению напряжения, локальному или общему перегреву или нарушению внутреннего соединения в аккумуляторном блоке. Современная автомобильная штамповка соответствует требованиям ISO/IATF 16949.

Многие поставщики деталей для электромобилей предъявляют строгие допуски, достигающие ±0,001 дюйма, к основным контактным поверхностям. В этой статье описывается выбор подходящих материалов, установление целевых показателей допусков, контроль качества и другие ключевые элементы, на которые необходимо обращать внимание при закупке штампованных деталей для проектов электромобилей.

Компоненты батареи и электрические контакты

Аккумуляторные батареи, пожалуй, являются одной из самых сложных в изготовлении деталей для электромобилей. Разъемы ячеек, клеммные контакты, пружины контактов — все это находится внутри герметичного корпуса батареи, где температура и механические нагрузки продолжают расти на протяжении всего срока службы автомобиля. Незакрепленная или окисленная деталь внутри батареи может вызвать локальный нагрев или выход автомобиля из строя, поэтому допуски и выбор материала здесь имеют большее значение, чем почти в любой другой части автомобиля.

Медные клеммы и их роль

Медные клеммы служат проводниками электричества от одного компонента к другому, например, к элементам питания, модулям и даже к жгуту проводов автомобиля.

С использованием чистой меди и медных сплавов, таких как C110.0,C5191,C7025,C18160,C18150 Потери энергии незначительны. Их проводимость может даже приближаться к 100% IACS, что обеспечивает низкое тепловыделение при работе с большими электрическими нагрузками. Толщина клемм обычно составляет от 0,2 до 1,5 мм, а штампованные кромки должны быть без заусенцев, поэтому шероховатая кромка только увеличит сопротивление тока и, следовательно, повысит его температуру на границе раздела с материалом.

Гальваническое покрытие обеспечивает защитный слой:

• Лужение значительно помогает в борьбе с обычной коррозией, поскольку слой коррозии предотвращает дальнейшую коррозию и обеспечивает очень гладкую пайку.
• Поверхности с серебряным покрытием обеспечивают сверхнизкое сопротивление контактов, именно поэтому они используются в мощных клеммах, подобных этой.
• Детали с никелированным покрытием устойчивы к коррозии в местах с относительно высокой температурой внутри корпуса, что делает их пригодными для длительного использования на открытом воздухе.

Электрические контакты и конструкция пружин

Электрическое соединение, обеспечиваемое пружинными контактами, является важным аспектом для успешного и долговечного устройства. Штампованные пружинные контакты получили свое название из-за сходства с осколками пуль, а сами пули, как известно, сохраняют свою форму после бесчисленного количества циклов вставки и извлечения. Именно поэтому бериллиевая медь и фосфористая бронза считаются лучшими материалами для этого применения, поскольку они способны сохранять свои пружинящие свойства после непрерывных операций изгиба.

Неисправный пружинный контакт приводит к прерывистому соединению. В действительности это означает, что индикаторы на приборной панели будут периодически включаться и выключаться, или зарядка будет происходить некорректно, что будет замечено позже и вызовет много проблем.

Шины   и разъемы для зарядки

Использование шин для передачи больших токов между аккумуляторными батареями, инвертором и двигателем довольно распространено. Штампованные шины, в отличие от жгута проводов, обеспечивают фиксированный путь с очень низким сопротивлением, который может пропускать более высокие токи на гораздо меньшей площади.

Большинство шин для электромобилей изготавливаются из медного или алюминиевого листа толщиной от 1 до 4 мм. После штамповки им придают нужную форму, чтобы они идеально соответствовали компоновке аккумуляторного блока.

К разъему для зарядки предъявляются различные требования к его проводке.

Иногда разъем для быстрой зарядки постоянным током может передавать мощность более 350 кВт через контакты размером с кончик карандаша; только тогда становится ясно, что для предотвращения искрения или перегрева во время зарядки необходимо использовать клемму из меди или штампованного металла с чистой поверхностью и очень точной посадкой внутри разъема.

Среди деталей, которые Fortuna Metals производит для зарядных устройств, есть медные клеммы, предназначенные для программ создания электромобилей, которые компания должна обрабатывать с высокой точностью, поскольку циклы подключения и отключения продолжаются.

Основные характеристики шин, которые необходимо проверить.

Для утверждения проекта шинопровода не забудьте запросить у поставщика следующие технические характеристики:

Убедитесь, что текущая мощность основана не только на среднем уровне использования; следует также учитывать фактические условия эксплуатации.

• Толщина покрытия контактных поверхностей, обычно измеряемая в микронах.
• Равномерность распределения давления по всей длине шины, поскольку изогнутый участок приведет к различному контактному давлению.
• Изоляционное покрытие образуется, когда часть шины приближается к другим проводящим частям.

Выбор материалов с учетом проводимости и коррозионной стойкости.

Возможно, вы слышали, что материалы, используемые для различных компонентов электромобилей, подвергаются воздействию химических веществ, содержащихся в батареях, дорожной соли и охлаждающей жидкости, не говоря уже о постоянных колебаниях, возникающих при движении этих автомобилей.

Поэтому при выборе материалов необходимо учитывать не только прочность и коррозионную стойкость в течение длительного времени, но и проводимость. Любой компонент, вышедший из строя раньше времени, влечет за собой огромные расходы на гарантийную замену, а в случае компонентов, связанных с безопасностью, может представлять угрозу для жизни.

Медь   Проводник обладает наилучшей электропроводностью, но его необходимо покрыть защитным слоем или покрытием, чтобы защитить от влаги внутри аккумуляторного блока. Алюминий обладает меньшей электропроводностью, но значительно легче — это преимущество ценится в электромобилях, где вес батареи напрямую влияет на запас хода. Конструкционные кронштейны из нержавеющей стали, содержащие аккумуляторные модули, часто встречаются, поскольку ключевыми факторами являются механическая прочность и устойчивость к коррозии, а не электропроводность.

Постоянство размеров в производстве

Автомобили для совместного использования должны служить довольно долго, и, конечно же, одновременно ведется производство аккумуляторов, поэтому необходима стабильность в отношении производимых деталей. Другими словами, поставщик должен гарантировать, что допуски для детали номер один и детали номер миллион остаются одинаковыми. Стабильность размеров достигается за счет контроля износа штампов, технического обслуживания прессов и контроля качества в процессе производства. При проверке поставщика следует учитывать эти виды деятельности.

• Диаграммы контроля процесса следует использовать только для критических размеров.
• Для контроля качества каждой произведенной партии используйте координатно-измерительную машину.
• Обслуживание штампов следует проводить, ориентируясь на количество ходов, а не только на визуальный осмотр.
• Поставщики аккумуляторных модулей должны предоставлять отчеты о первичной проверке всех вновь разработанных инструментов после этапа отбора проб и до начала серийного производства.

Поставщик, не осуществляющий подобный контроль, может поставлять детали, соответствующие техническим требованиям в первый день, но постепенно отклоняющиеся от них к шестому месяцу, что приводит к проблемам на сборочной линии, проявляющимся далеко от штамповочного пресса.

Кронштейны и элементы несущей конструкции

Не все штампованные детали в электромобиле проводят ток. Кронштейны используются в основном для поддержки аккумуляторных модулей, жгутов проводов и линий охлаждения внутри автомобиля на протяжении всего срока его эксплуатации. Эти детали постоянно подвергаются вибрациям от дорожного покрытия и изменениям температуры из-за близости аккумуляторных батарей. Поэтому сопротивление усталости материала так же важно, как и его прочность. В кронштейнах довольно часто используются как нержавеющая сталь, так и углеродистая сталь с покрытием; их выбор обычно основан на ограничениях по весу и потенциальной коррозии в месте установки.

Наиболее важные требования к качеству

IATF 16949 — это набор стандартов качества, используемых поставщиками в цепочке поставок автомобильных комплектующих или запчастей. Поставщики, аккредитованные по системам экологического менеджмента IATF 16949, ISO 9001 и ISO 14001, прошли несколько аудитов, включающих контроль процессов, отслеживаемость и постоянное совершенствование. Fortuna Компания Metals сертифицирована по стандартам IATF 16949: 2016, ISO 9001: 2015 и ISO 14001: 2015. Это сертифицированная компания по штамповке, использующая более 80 штамповочных прессов для операций штамповки с усилием от 25 до 300 тонн и более 40 станков с ЧПУ для других работ.

Помимо сертификации, вот список важных моментов, касающихся поставщиков, на которые стоит обратить внимание:

• Прослеживаемость материалов по заводскому сертификату для каждого рулона или бухты.
• Соблюдение экологических норм и отчетность, включая CBAM для деталей, поставляемых в ЕС.
• Возможно, вам не придется так долго ждать, если потребуется регулировка штампа; поэтому возможность проектирования и ремонта оснастки на месте может оказаться крайне важной.
• Если компонент электромобиля экспортируется из нескольких стран, а затем собирается на этапе окончательной сборки, то, вероятно, потребуется компания с опытом международного экспорта.

Заключительные мысли

Детали   Для изготовления таких чувствительных изделий для электромобилей обычно требуется использование высокоточного метода штамповки металла. Поддержание стабильной проводимости, коррозионной стойкости и размеров огромного количества компонентов в течение длительного времени — очень сложная, но крайне необходимая задача для любого завода по штамповке металла. Сотрудничество с поставщиком, обладающим соответствующими автомобильными сертификатами, собственными производственными мощностями и солидным опытом работы с такими продуктами, как медные клеммы, шины и зарядные разъемы, безусловно, обеспечит более прочную основу для вашей программы разработки проекта, начиная с этапа прототипирования и заканчивая полномасштабным производством.

Хотите, чтобы штампованные детали вашего автомобиля выдерживали нагрузки, характерные для электромобилей? Посетите наш сайт. dgmetalstamping.com Чтобы узнать, что мы можем предложить в области аккумуляторных элементов, зарядных портов и соединительных компонентов, позвоните нашим инженерам сегодня, чтобы получить индивидуальное предложение.

Часто задаваемые вопросы

1. Какой допуск обычно требуется для штампованных деталей электромобилей?

К наиболее важным деталям, таким как контактные площадки, предъявляются гораздо более жесткие допуски — от ±0,001 до ±0,003 дюйма. К деталям, используемым в обычной промышленности, такие жесткие допуски обычно не предъявляются!

2. Почему медь используется для клемм и шин электромобилей?

Для поддержания очень низкого сопротивления при высоких токовых нагрузках следует использовать медь со 100% проводимостью.

3. Какими сертификатами должен обладать поставщик запчастей для электромобилей?

Сертификация IATF 16949:2016, а также сертификаты ISO 9001:2015 и ISO 14001:2015 для систем управления качеством и экологического менеджмента.

4. Какова типичная толщина шин, используемых в аккумуляторных батареях электромобилей?

Большинство из них имеют толщину от 1 мм до 4 мм и варьируются в зависимости от того, сколько места вы можете выделить, а также от того, какую токовую нагрузку будет испытывать компонент.

5. Почему размерная однородность имеет большее значение в производстве электромобилей?

Поскольку производство электромобилей занимает очень много времени, а комплектующие требуются в очень больших объемах, даже незначительные отклонения, накапливающиеся со временем, могут привести к проблемам при сборке и серьезным проблемам безопасности в долгосрочной перспективе.