电池是电动汽车的核心部件，其性能决定了电动汽车的续航、能耗、使用寿命等技术指标。 电池模组中的电池托盘是主要部件，具有承载、保护、冷却等功能。 模块化电池组布置在电池托盘内，通过电池托盘固定在车辆发动机上，如图1所示。由于安装在车身顶部，工作环境恶劣，因此电池托盘需要具有防石击、穿刺功能，防止电池模组损坏。 电池托盘是电动汽车重要的安全结构。 下面介绍电动汽车用铝合金电池托盘的成型工艺及模具设计。

图1 铝合金电池托盘

1 工艺分析及模具设计

1.1 空白分析

大众娱乐电动汽车用铝合金电池托盘如图2所示，外观规格为××136mm，基本壁厚为4mm，毛坯质量约为15.5kg，加工后毛坯质量约为12.5公斤。 材质为A356-T6，伸长硬度≥，屈服硬度≥，伸长率≥6%，布氏强度≥75~90HBS，必须满足气密性和IP67&IP69K要求。

图2 铝合金电池托盘

1.3 铸造系统

针对坯料又大又薄的情况，需要设计多型腔。 同时，为了保证铝液的顺利灌装，灌装通道在窗口处降低，需要通过后处理将其去除。 在铸造系统的早期设计中，设计了两种工艺方案电动车电池铝托盘设计，并对每种方案进行了比较。 如图3所示，方案一设置了9个腔体，减少了窗口处的焊接通道； 方案2布置6个型腔，型腔从待成型坯料的侧面浇注。 CAE仿真分析如图4和图5所示。借助仿真结果对磨具结构进行优化，尽可能避免磨具设计对毛坯质量的不利影响。可能，增加了毛坯缺陷形成的概率，缩短了毛坯开发周期[3]。

大众娱乐图3 低压铸造两种工艺方案对比

图4 灌装时空气温度场对比

大众娱乐图5 熔化后缩孔缺陷对比

结合各种激励因素的分析，铸造系统选择了第二种方案。 针对第二种方案的缺点，在模具设计中对铸造系统和加热系统进行了优化。 如图6所示，溢流冒口减少，有利于铝液充填，减少或防止成形毛坯缺陷的形成。

图6 优化后的铸造系统

1.4冷却系统

在坯料的受力部位和热性能要求较高的区域必须设置合理的冷却或氮化，以防止缩孔或热裂纹。 坯料基本壁厚为4mm，磨具本身的散热会影响熔化。 其重要部位设有冷却系统，如图7所示。充型完成后，通水冷却，具体冷却时间需要在浇注现场调整，以保证从浇注到浇注的熔炼顺序。保证型腔端部到型腔端部的熔接，使型腔和冒口在端部熔化，达到脱碳的效果。 壁厚较厚的零件采用镶件、风冷的形式。 这些方法在实际铸造过程中有较好的疗效，可以防止缩孔的形成。

图7 冷却系统

1.5排气系统

由于低压铸造金属的工件是封闭的，它不像型腔那样具有良好的透气性，也不会像通常的重力铸造中那样通过冒口等排气。 低压铸造型腔的排气会影响铝液的充型过程和坯料的成形质量。 低压铸造模具可通过分型面、推杆等处的间隙、排气槽和排气塞进行排气[4]。

排气系统中的排气规格设计应有利于排气而不使物料溢出。 合理的排气系统可以避免坯料充填不足、表面疏松、强度低等缺陷。 在铸造过程中，铝液的最终填充区域，如上模的边架和冒口等，需要配备排气装置。 针对低压铸造实际过程中铝液容易流入排气塞缝隙，造成开模时将气塞拔出的情况，经多次采用三种方法尝试与改进：方法一采用粉末冶金焙烧式气塞电动车电池铝托盘设计大众娱乐，如图8(a)所示，缺点是成本较高； 第二种方法采用缝隙式排气塞，间隙为0.1mm，如图8(b)所示，缺点是涂覆材料后排气缝易堵塞； 方法3采用线切割排气塞，排气塞间隙为0.15~0.2mm，如图8(c)所示。 缺点是加工效率低、制造成本高。 需要根据坯料的实际面积选择不同的排气塞。 一般铸钢工件采用烤烧式和线切割式，砂芯头采用缝式。

大众娱乐图83 适用于低压铸造的排气塞类型

大众娱乐针对毛坯体积大、壁薄、高度低的特点，在磨具的上模部分安装了加热系统。 如图9所示，火焰的方向面向毛坯的底面和侧面，毛坯的底面和侧面受到加热。 加热，根据现场铸造情况，调整加热时间和火焰大小，控制上模部分温度在320~350℃，保证铝液流动性在合理范围内，使铝液充满工件和冒口。 在实际使用中，加热系统可以有效保证铝液的流动性。

图9 加热系统

2 磨具结构及工作原理

根据低压铸造工艺，结合毛坯特点和设备结构，为保证成形毛坯留在上模内，采用前、后、左、右抽芯结构设计在上模上。 毛坯成型熔化后，首先打开上下模具。 之后，向四个方向拉动型芯，最后由上模导壁将成型坯料推出。 磨具结构如图10所示。

图10 磨具结构