Liejimo mašinos e-mobility sektoriui – HV komponentų gamyba 2025

Įvadas į e-mobilumui skirtas liejimo mašinas

Globali elektromobilių rinka verčia gamintojus perprojektuoti visus liejimo lizdus. Liejimo mašinos , skirtos baterijų komponentams, aukštos įtampos jungtims ir BMS korpusams, turi derinti aukščiausią tikslumą, proceso švarą ir visą kokybės sekimo kelią. Esant milijoniniams gamybos apimčių mastams ir OEM reikalavimams dėl ISO 21434, Automotive SPICE ar PPAP 4 m3 lygio, klaidų tolerancija yra minimali. Šiame straipsnyje parodome, kaip suprojektuoti liniją, kuri sujungia elektrines ir hibridines liejimo mašinas , išmanias formas ir MES sistemą, užtikrinančią traceability.

TEDESolutions bendradarbiauja su EV gamintojais diegiant automatizuotus lizdus aukštos įtampos jungtims, baterijų moduliams ir švarai jautriems elementams. Dėka šio vadovo suprasite, kokias savybes turėtų turėti mašina, kurie parametrai yra kritiški elektros saugumui ir kaip paruošti kokybės kontrolės sistemą vietoje (inline).

Vis didesni reikalavimai keliami ir tvarumui. Flotų savininkai reikalauja deklaruoti anglies pėdsaką, todėl liejimo mašinos turėtų pasiūlyti energijos rekuperaciją ir integraciją su medijų valdymo sistemomis. Praktikoje tai reiškia stabdžių energijos atgavimo servo pavarų naudojimą, CO₂ emisijos stebėjimą ciklo metu ir komunikaciją su ESG platformomis. Be šių duomenų daugelis gamintojų negaus homologacijos ES ir JAV rinkose.

Papildomas veiksnys yra EV programos įvedimo į rinką (SOP) laiko trumpinimas. Gamyklos reikalauja modulinių lizdų, kuriuos galima būtų perkelti į kitą šalį per kelias savaites. Todėl naujoji liejimo lizdų karta kuriamama ant standartinių pagrindų rėmų, o automatika ir liejimo mašinos yra paruoštos greitam perkonfigūravimui kitoms detalėms.

Kas yra e-mobilumui skirta liejimo mašina?

E-mobilumui skirta liejimo mašina yra liejimo mašina, sukonfigūruota darbui su techniniais polimerais (PBT, PA6/PA66, PPS, LCP), naudojamais aukštos įtampos jungtyse, izoliatoriuose ir baterijų moduliuose. Procesas apima granulių plastifikavimą, greitą iniekciją ir spaudimą tiksliose formose su integruotais temperatūros ir paviršiaus laidumo jutikliais. Reikalingos įtampos smūgių apsaugos sistemos ir taršos monitoringas, kad būtų patenkinti UL 94 V-0 ir IEC 60664 standartai.

Šiuolaikinės sistemos naudoja uždarą spiralės greičio reguliavimo kilpą, aktyvias karštas antgalius ir SPC modulius, kurie renka duomenis iš 20+ signalų kiekvieno ciklo metu. Dėka to liejimo mašinos užtikrina matmenų pakartojamumą ±0,01 mm plonoms jungtims ir minimalizuoja įtempimo plyšių riziką baterijos eksploatacijos fazėje.

Mašinos, skirtos e-mobilumui, taip pat aprūpintos pažangiais operatoriaus sąsajomis. HMI panelė pateikia ciklo energijos žemėlapį, robotų integracijos statusą ir kokybės įspėjimus iš vaizdo sistemų. Operatorius vienu paspaudimu gali pereiti prie konkrečios detalės numerio kontrolinės dokumentacijos, kas žymiai pagreitina auditus. Šie sprendimai yra suderinami su OEM kibernetiniu saugumu, įskaitant tinklo segmentaciją ir skaitmeninį receptūrų pasirašymą.

Vis populiaresnės tampa liejimo mašinos su integruota švaraus ISO 7 zona. Visa formos zona yra laminarinio pūtimo ir dalelių kontrolės apsaugoje, kas pašalina nusėdančius nešvarumus ant HV izoliatorių. Modulinė konstrukcija leidžia išplėsti zoną papildomomis montavimo stotimis nepertraukiant darbo.

HV komponentų liejimo istorija

Pirmieji aukštos įtampos komponentai hibridiniams automobiliams buvo gaminami ant klasikinių hidraulinių liejimo mašinų . 2005–2010 m. dominavo prototipiniai projektai, kur pagrindinis reikalavimas buvo medžiagos atsparumas temperatūrai. Revoliucija įvyko po to, kai 2013 m. buvo pristatytos BEV platformos. OEM pradėjo reikalauti partijų sekimo ir švaros monitoringo, kas privertė pereiti prie elektrinių liejimo mašinų su hermetizuota formos zona.

Tarp 2016 ir 2020 m. EV linijos patyrė transformaciją: integraciją su MES/MOM, automatinį varžtelių įsukimą, kolaboratyvinius robotus montuojančius FIPG tarpiklius. Šiuo metu stebime ketvirtąją sprendimų kartą, kai hibridinės liejimo mašinos sujungia hidraulikos energiją (uždarymas) su servo pavaromis (iniekcija), kad ciklo laikas būtų trumpesnis nei 18 s. Be to, didelės gigafabrikos projektuoja lizdus su redundancija, kad užtikrintų HV jungčių tiekimo patikimumą.

Artimiausiais metais tikimasi skaitmeninių dvynių lizdų paplitimo. Dėka proceso modeliavimo virtualioje aplinkoje, EV gamintojai galės testuoti medžiagų pakeitimus ar naujas jungčių geometrijas ne stabdydami gamybos. Tederic ir TEDESolutions jau šiandien diegia modelius, kurie analizuoja aušinimo temperatūros poveikį kontaktų varžai ir prognozuoja formos gedimus.

E-mobilumo liejimo istorija taip pat yra duomenų saugumo standartizavimo istorija. Po kibernetinių incidentų keliuose gigafabrikuose 2021 m. OEM įvedė OT tinklo segmentacijos prievolę. Liejimo mašinos dabar turi palaikyti TLS šifravimą ir autentifikavimą pagal sertifikatus, kas radikaliai pakeitė mašinų gamintojų požiūrį į valdymo programinę įrangą.

Liejimo mašinos e-mobilumui

Technologijos pasirinkimas priklauso nuo paskirties. Hidraulinės liejimo mašinos pasiteisina gaminant storasienius kompozitinius struktūrinius elementus, kur reikalinga labai didelė uždarymo jėga. Elektrinės mašinos dominuoja jungčių ir plonasienių detalių gamyboje, nes pasižymi judesių pakartojamumu ir švaria darbine zona. Hibridai yra kompromisas – jie naudoja servo pavaras įpurškimui, o hidrauliką uždarymui, kas leidžia apdoroti didesnius srautus išlaikant tikslumą.

Taip pat svarbu papildomai įrengti mašinas traceability sistemomis: jutikliais vario įdėklų buvimui tikrinti, vaizdo kameromis formoje bei integracija su saugumo sistemomis OCV (Open Circuit Voltage). Dėl to lizdas tampa didesnės EV fabrikų ekosistemos dalimi.

Taip pat populiarėja dviejų agregatų liejimo mašinos , kurios leidžia įpurškti du medžiagų tipus per vieną ciklą nenaudojant besisukančio stalo. Gaminant baterijas tai leidžia sujungti PBT izoliaciją su TPE elastomerine sandarinimo medžiaga ir sumažinti montavimo operacijų skaičių. Vartotojai vertina nepriklausomą dviejų sraigtų valdymą, kuris padidina lankstumą gaminant mažas EV modelių serijas.

Kitas tendencijas – mašinų pritaikymas darbui vakuuminėje aplinkoje arba su inertinėmis dujomis. Jautriems oksidacijai HV komponentams aplink formą įrengiamos azoto kapsulės. Elektrinės liejimo mašinos integruoja vakuominių vožtuvų valdymą ir dujų atgavimo sistemas, todėl galima palaikyti pastovias sąlygas nepriklausomai nuo išorės temperatūros.

Liejimo mašinos HV jungtims

Elektrinės liejimo mašinos 180–350 tonų apdoroja daugumą HV jungčių. Didelis įpurškimo dinamiškumas (virš 400 mm/s) leidžia užpildyti mikrorieves, užtikrinančias IP6K9K sandarumą. Specialios sekvenčinės antgalės karštuose kanaluose leidžia lygiai tiekti medžiagą kaskadiniu būdu. Kartu su liejimo mašina dirba SCARA robotas, kuris įdeda varinius įdėklus ir FKM sandariklius, o kontrolinė sistema įrašo kiekvieną dalį į traceability duomenų bazę.

Privalumai:

• Sraigto judesio tikslumas – minimalizuoja mikrotrūkius izoliacijoje.
• Proceso švara – jokio aliejaus formos zonoje atitinka elektros švaros normas.
• Mažas triukšmas – leidžia įrengti lizdus šalia baterijų montavimo linijų.

Iššūkiai:

• Aukštos CAPEX išlaidos – vieneto mašinos ir formos kaina daug kartų didesnė nei tradiciniuose lizduose.
• Temperatūros valdymas – plonos sienelės reikalauja greitai reaguojančios termoreguliacijos.
• IT integracija – būtina OPC UA ir kibernetinio saugumo parama.

Verta atkreipti dėmesį į suderinamumą su HV testavimo sistemomis. Vis dažniau lizdas papildomas hipot stotimi, kuri kiekvieną jungtį patikrina 1500 V įtampa. Liejimo mašina turi pateikti ciklo duomenis testavimo valdikliui, kad rezultatas būtų susietas su formos ir lizdo numeriu. Be tokios integracijos sunku praeiti OEM auditą.

Baterijų modulių linijos

Modulių elementus (rėmus, dangčius) gamina hibridinės liejimo mašinos su 650–900 tonų uždarymo jėga. Stiklo arba anglies pluoštu sustiprintos medžiagos didina reikalavimus maišymui ir sraigto atsparumui. Lizduose dažnai naudojamas dviejų medžiagų įpurškimas – pvz., PP+GF struktūra ir TPE sandarinimas. Mašinos aprūpintos besisukančiais stalais ir servo valdomomis svyruojančiomis antgalėmis, kad būtų galima apdoroti 2K įpurškimą per vieną ciklą.

Svarbus elementas – šiluminės deformacijos kontrolė. MES sistema stebi formos lenkimą pagal FBG jutiklius, o duomenys patenka į SPC modulį tendencijų analizei. Dėl to galima anksti nustatyti problemas, susijusias su modulio plokštuminiu prigludimu prie elementų.

Gamintojai siekia sumažinti baterijų svorį, todėl vis dažniau naudoja poliamido ir anglies pluošto pagrindu pagamintus kompozitus. Šios medžiagos yra abrazyvinės, todėl liejimo mašina turi turėti apsaugotas tūteles ir antgalius. Papildomai reikalingos formos degazavimo sistemos, kurios pašalina orą ir lakius komponentus, siekiant išvengti porėtumo. Besisukančio stalo valdymas sinchronizuojamas su robotu, kuris padeda aušinimo įdėklus ir FIPG sandariklius.

BMS dėžutės ir galios elektronika

BMS ir inverterių dėžutėms reikalingos plonos sienos, EMC ekranavimas ir atsparumas aukštai temperatūrai 125 °C. Elektrinės liejimo mašinos 120–220 tonų čia pasiūlo aukščiausią tikslumą. Formose atliekamas aliuminių įdėklų įliejimas, todėl būtina integracija su 6 ašių robotu ir įdėklo temperatūros kontrolė prieš uždarant (infraraudonųjų spindulių fotometras). Kai kuriuose projektuose naudojamos dviplokštės liejimo mašinos , kad būtų gautas didesnis tarpas jutiklių instaliacijai ir ekranuotų kabelių montavimui.

Standartu tampa programinės įrangos paketai su IPC-2221 receptų bibliotekomis ir automatiniu PPAP ataskaitų generavimu. Dėl to kokybės inžinieriai sutrumpina naujų komponentų kvalifikacijos laiką.

Papildomai didėja EMI ekranavimo svarba. Vis daugiau projektuose naudojamos laidžios dangos, kurios dengiamos formoje (in-mold coating) arba po proceso. Liejimo mašina turi bendradarbiauti su plazminio purškimo moduliais ir užtikrinti tikslų elemento padėties nustatymą. Kokybės kontrolė apima paviršiaus varžos matavimus ir ESD išlydžių atsparumo testus.

Konstrukcija ir pagrindiniai elementai

e-mobilumo lizdo konfigūracija apima daugiau nei tik liejimo mašiną . Būtini elementai: forma su temperatūros jutikliais kritiniuose lizduose, karštų kanalų sistema su segregacinėmis antgalėmis, automatizacija įdėklų padavimui, traceability (sekamumo) sistemos, dalis imantys robotai bei aukštos įtampos testavimo stotys. Viskas sujungta į OT/IT tinklą, kad proceso duomenys patektų į analitinę platformą.

Labai svarbus švaros išlaikymas – lizdas uždengtas laminarinio pūtimo gaubtais, o H14 klasės HEPA filtrai valo orą aplink formą. Papildomai montuojami VOC jutikliai ir dalelių skaičiuoklė, kad kiekviena partija turėtų dokumentuotą paviršiaus švarą.

Neatsiejama konstrukcijos dalis yra formų valdymo sistema (Tool Management). Ji registruoja ciklus, temperatūras, perspėjimus ir aptarnavimo istoriją. Dėl to gamybos planuotojas mato kiekvienos formos apkrovimą ir gali suplanuoti remontą nepertraukiant gamybos. Prireikus lizdą galima perkelti į kitą gamyklą, išsaugant visus nustatymus ir dokumentaciją.

Aukštos įtampos injekcijos vienetas

Injekcijos vienetas turi susitvarkyti su pluoštu papildytomis medžiagomis ir laidžiais priedais. Todėl naudojami bimetaliniai sraigtai, 12–16 kW galios kaitinimo zonos ir servo pavara, užtikrinanti pagreitį iki 800 mm/s². Temperatūros kontrolė kiekvienoje zonoje turi ±1 °C toleranciją, kuri minimalizuoja medžiagos degradaciją ir intarpus jungtyse. Sekvencinės antgalės valdomos adatažiedžių vožtuvais, kurie sinchronizuoja atidarymą su sraigto padėtimi.

Vis dažniau montuojami realaus laiko klampumo jutikliai. Viskozimetro duomenys patenka į AI algoritmus, kurie automatiškai koreliuoja parametrus su nuokrypiais jungčių elektros matavimuose. Jei klampumas viršija slenkstį, sistema sustabdo partijos gamybą ir informuoja pamainos vadovą.

e-mobilumo injekcijos vienetas taip pat turi automatinių valymo sistemų. Po kiekvienos medžiagos kaitos atliekamas purge ciklas su spalvos ir laidumo kontrole, o atliekos patenka į uždarą indą su partijos numeriu. Šis sprendimas minimalizuoja medžiagų sumaišymo riziką, kuri galėtų sukelti izoliacijos problemų.

Uždarymo vienetas ir forma

Uždarymo vienetas EV linijose turi būti atsparus dinamiškiems temperatūros pokyčiams. Hibridinės mašinos naudoja didelio srauto hidrauliką tolygiam spaudimui, o elektrinės versijos turi kolonų servo pavarą. Labai svarbi nuosėdų kompensacija – linijiniai jutikliai realiu laiku stebi uždarymo jėgos pasiskirstymą ir koreguoja spaudimą, kad būtų išvengta nuotėkių sandarikliuose.

Aukštos įtampos jungčių formose yra variniai įdėklai, slėgio jutikliai lizduose, analoginiai temperatūros signalai ir inspekcinės kameros. Duomenų jungtys išvedamos per IP67 modulius, kad būtų lengva aptarnauti formą ne lizde. Viskas bendradarbiauja su įrankių valdymo sistema, kuri seka ciklų skaičių ir planuoja profilaktinius remontus.

Taip pat didelę reikšmę turi aušinimo sistema. 3D spausdinti konformaliniai kanalai leidžia tiekti aušinimo terpę būtent ten, kur HV izoliatoriuose atsiranda karščio taškai. Formos valdiklis analizuoja temperatūras realiu laiku ir reguliuoja srautą per proporcingus vožtuvus. Dėl to palaikomas siauras matmenų tolerancijų diapazonas ir stabili dielektrinė dalių savybė.

Kluczowe parametry techniczne

1. Siła zamykania (t)

Dobierana na podstawie projekcji powierzchni części oraz ciśnienia liejimas do 2000 bar. Konektory wymagają 180–250 t, moduły nawet 900 t. Zaleca się bufor 10–15% dla stabilności uszczelnienia.

2. Prędkość liejimas (mm/s)

Krytyczna przy cienkich ściankach. Nowoczesne maszyny osiągają 400–600 mm/s, co umożliwia wypełnienie mikrokanalików i ogranicza linie łączenia.

3. Kontrola temperatury (°C)

Strefy cylindra 260–320 °C, dysze 280–330 °C. Stabilność ±1 °C chroni przed degradacją polimerów i przebiciami dielektrycznymi.

4. Ciśnienie docisku (bar)

Monitorowane w czasie rzeczywistym, szczególnie przy elementach TPE. Utrzymanie docisku >70% wartości nominalnej do zakończenia ruchu krystalizacji zmniejsza skurcz.

5. Śledzenie procesu

Wymaga czujników ciśnienia w gnieździe (Kistler), temperatury, położenia ślimaka oraz identyfikacji wsuwek. Dane zapisywane są w systemie MES, który generuje raporty PPAP.

6. Energia na cykl (kWh)

Elektryczne maszyny utrzymują 0,35–0,5 kWh/cykl przy konektorach. Hybrydy z napędem pompę zmiennowydajną zużywają o 15% więcej, ale oferują większą siłę zamykania.

7. automatizavimas

Gniazda e-mobility wymagają robotów odbiorczych (3-osiowych lub 6-osiowych), systemów wizyjnych 2D/3D, stacji testów HV (hipot 1500 V) oraz znakowania laserowego DPM.

8. Stabilność procesu

Wskaźniki Cp, Cpk powinny utrzymywać się powyżej 1,67 dla krytycznych wymiarów izolacyjnych. System SPC automatycznie zatrzymuje linię, gdy trend zbliża się do limitów kontrolnych. Dane są archiwizowane i udostępniane klientom OEM przez portale jakości.

9. Bezpieczeństwo danych

liejimo mašinos muszą obsługiwać szyfrowanie receptur, logowanie operatorów poprzez karty RFID oraz śledzenie zmian parametrów z podpisem elektronicznym. Spełnianie wymogów TISAX poziomu 3 jest coraz częściej warunkiem współpracy z koncernami motoryzacyjnymi.

Zastosowania w e-mobility

Baterie trakcyjne

gamyba konektorów HV, wtyków niskonapięciowych LV124, przekładek izolacyjnych i korpusów modułów. Wymaga materiałów UL 94 V-0, testów TüV i dokładności ±0,05 mm.

Stacje ładowania i ładowarki pokładowe

liejimo mašinos produkują gniazda CCS, obudowy falowników oraz moduły chłodzące. Liczy się odporność na UV i chemikalia oraz testy IP55.

Systemy zarządzania energią

Obudowy BMS, komponenty przekładników prądowych, elementy izolacji w skrzynkach HV. Kluczowe są parametry EMC i integracja insertów miedzianych.

Segment autobusów i heavy-duty

Grube uszczelki, elementy strukturalne i wsporniki baterii. Potrzebna wysoka siła zamykania i kontrola odkształceń termicznych.

Mikromobilność

Konektory do hulajnóg i rowerów elektrycznych, gdzie liczy się niski koszt części i kompaktowe maszyny poniżej 150 t.

Systemy magazynowania energii (ESS)

Segment ten rozwija się równie dynamicznie jak automotive. liejimo mašinos produkują izolatory, szyny zbiorcze i elementy aušinimo dla magazynów stacjonarnych. Wymagania obejmują odporność ogniową UL 9540A oraz możliwość pracy w klimacie tropikalnym, więc kontrola wilgotności w linii staje się standardem.

Kaip pasirinkti liejimo mašiną e-mobilumui?

1. Komponento analizė

• Projekcijos plotas, tekėjimo ilgis, medžiagos rūšis ir dielektriniai reikalavimai.
• Uždarymo jėgos ir buferio nustatymas.
• Lizdų skaičiaus ir karštų kanalų strategijos nustatymas.

2. Visos išlaidos

• TCO palyginimas: elektrinė vs. hibridinė liejimo mašina.
• Formos su jutikliais ir automatizavimo kaštų įvertinimas.
• Energijos suvartojimo ir šilumos atgavimo galimybių analizė.

3. Automatikos architektūra

• Suderamumas su OPC UA, MQTT ir IEC 62443 kibernetiniu saugumu.
• Automotive SPICE receptūrų palaikymas, integracija su MES/MOM.
• Procesinės dirbtinio intelekto galimybės išplėtimui.

4. Normos ir validacijos

• ISO 9001, IATF 16949, PPAP, OEM auditai.
• Elektros saugumas pagal IEC 60664, UL 94.
• Traceability (sekamumas) vieno komponento lygmeniu.

5. Technologinis partneris

• 24/7 aptarnavimas ir dalių prieinamumas gigafabrikuose.
• Pagalba Moldflow simuliacijose ir PPAP validacijos procese.
• Patirtis automatizuojant lizdus su įdėklų įsukimu.

6. Mastelis

• Lizdo išplėtimo papildomais robotais ar testavimo stotimis galimybė nekeičiant valdiklio.
• Perteklinis aušinimo ir maitinimo rezervas būsimiems atnaujinimams.
• Sąsajų standartizavimas, kad mašinas būtų galima greitai perkelti tarp fabrikų.

Priežiūra ir eksploatacija

E-mobilumo lizdų eksploatacija reikalauja prognozavimo ir griežtų kokybės procedūrų derinio. Liejimo mašinos yra aprūpintos vibracijos, temperatūros ir sraigės nusidėvėjimo jutikliais, kurie perduoda duomenis į CMMS sistemą. Tendencijų analizė leidžia planuoti hidraulinių vožtuvų, HEPA filtrų ar slėgio jutiklių kalibravimo keitimą dar prieš atsirandant pretenzijoms.

Kartą per pamainą atliekama darbo zonos švaros kontrolė, kartą per savaitę – aukštos įtampos testai ir paviršinės varžos matavimai. Formos patikrinamos kas 50 tūkst. ciklų: aušinimo kanalų valymas, vadovių tepimas, vožtuvų ašmenų kontrolė. Automatizavimą reikia reguliariai atnaujinti kibernetinio saugumo atžvilgiu, o traceability sistema duomenis archyvuoja mažiausiai 15 l metus pagal OEM reikalavimus.

Verta įdiegti Condition Based Maintenance programą. Operatoriai mobiliąje aplikacijoje registruoja vizualinius ir garsinius defektus, o algoritmai analizuoja sąsajas tarp simptomų ir gedimų. Dėl to galima sutrumpinti planuotus prastovas net 30%. Eksploatacija taip pat bendradarbiauja su medžiagų tiekėjais – duomenys iš džiovyklių ir padavėjų padeda aptikti drėgnio anomalijas, prieš joms paveikiant jungčių izoliacines savybes.

Apibendrinimas

E-mobilumo komponentų liejimas suderina aukščiausius kokybės reikalavimus su milžinišku laiko ir kaštų spaudimu. Raktas yra teisingai sukonfigūruota liejimo mašina – elektrinė arba hibridinė – dirbanti kartu su intelektualia forma, traceability sistemomis ir išplėtine automatizacija. Komponento analizė, parametrų parinkimas, IT integracija ir nuosekli eksploatacija nulemia, ar fabrikas pristatys milijonus aukštos įtampos jungčių be pretenzijų. TEDESolutions palaiko gamintojus visame lizdų gyvavimo cikle: nuo audito, paleidimo iki prognozinės priežiūros, kad e-mobilumo linijos išliktų konkurencingos ateities elektromobilių kartoms.