Liejimo mašinos elektromobilumui – HV komponentų ir akumuliatorių gamyba 2025

Įvadas į e-Mobility revoliuciją

Elektromobilių gamyba yra viena griežčiausių pramonės šakų, kur kiekviena detalė tiesiogiai įtakoja keleivių saugumą (ISO 26262) ir sistemos efektyvumą. Liejimo mašinos, dirbančios šiame sektoriuje, privalo atitikti IATF 16949 kokybės valdymo standartus ir užtikrinti procesų stabilumą 24/7 režimu.

Kas yra e-mobility liejimo mašina?

E-mobility liejimo mašina – tai plastiko liejimo įranga, sukonfigūruota darbui su techninėmis medžiagomis (PBT, PA6/PA66, PPS, LCP), naudojamomis HV jungtyse, izoliatoriuose ir akumuliatorių moduliuose. Procesas apima granulių plastifikavimą, greitą įpurškimą ir išlaikymą preciziškose formose su integruotais temperatūros ir paviršiaus laidumo jutikliais. Būtinos viršįtampių apsaugos sistemos ir taršos monitoringas, kad būtų tenkinami UL 94 V-0 ir IEC 60664 standartai.

Modernios sistemos naudoja uždarą sraigto greičio reguliavimo kontūrą, aktyvias karštųjų kanalų antgalius ir SPC modulius, renkančius duomenis iš 20+ signalų kiekviename cikle. Tai užtikrina matmenų atkartojamumą ±0,01 mm plonasienėms jungtims ir sumažina įtempių plyšių riziką akumuliatorių eksploatacijos metu.

Tederic mašinos e-mobility sektoriui turi pažangias operatoriaus sąsajas. HMI ekranas rodo energijos žemėlapį, robotų integracijos būseną ir kokybės įspėjimus iš vaizdo sistemų. Operatorius vienu paspaudimu gali pasiekti konkrečios detalės kontrolės dokumentaciją, kas žymiai pagreitina auditus.

HV komponentų liejimo istorija

Pirmieji aukštos įtampos komponentai hibridiniams transporto priemonėms buvo gaminami klasikinėmis hidraulinėmis liejimo mašinomis. 2005–2010 m. dominavo prototipiniai projektai, kur svarbiausia buvo medžiagos atsparumas temperatūrai. Revoliucija įvyko 2013 m. įvedus BEV platformas. OEM gamintojai pradėjo reikalauti partijų sekimo ir švaros monitoringo, todėl buvo pereita prie elektrinių liejimo mašinų su hermetizuota formos zona.

2016–2020 m. EV linijos patyrė transformaciją: integracija su MES/MOM, automatinis varinių įdėklų įsukimas, kolaboratyvūs robotai FIPG sandariklių montavimui. Šiuo metu stebime ketvirtosios kartos sprendimus, kur hibridinės liejimo mašinos sujungia hidraulikos galią (uždarymui) su servopavaromis (įpurškimui), sutrumpinant ciklo laiką iki mažiau nei 20 s.

Artimiausiais metais tikimasi skaitmeninių dvynių paplitimo. Virtualios aplinkos proceso simuliacijos leis EV gamintojams testuoti medžiagų pakeitimus ar naujas jungčių geometrijas nestabdant gamybos. Tederic ir TEDESolutions jau diegia modelius, analizuojančius aušinimo temperatūros įtaką kontaktų varžai bei prognozuojančius formos gedimus.

Liejimo mašinų tipai e-mobility sektoriuje

Pavaros technologijos pasirinkimas priklauso nuo pritaikymo. Hidraulinės liejimo mašinos tinka storasienėms struktūrinėms kompozitų dalims, kur reikalinga labai didelė užspaudimo jėga. Elektrinės mašinos dominuoja jungčių ir plonasienių elementų gamyboje, nes užtikrina judesių atkartojamumą ir švarią darbo erdvę. Hibridai yra kompromisas – naudoja servopavaras įpurškimui ir hidrauliką uždarymui, leidžiant apdoroti didesnes detales išlaikant tikslumą.

Svarbu įrengti mašinas atsekamumo sistemomis: talpiniais jutikliais varinių įdėklų kontrolei, vaizdo kameromis formoje bei integracija su OCV (atviros grandinės įtampos) saugumo sistemomis. Taip liejimo lizdas tampa didesnio EV gamyklos ekosistemos dalimi.

Liejimo mašinos HV jungtims

Elektrinės liejimo mašinos 180–350 tonų aptarnauja daugumą HV jungčių. Didelis įpurškimo dinamiškumas (virš 400 mm/s) leidžia užpildyti mikrobriaunas, užtikrinančias IP6K9K sandarumą. Specialūs karštų kanalų nuosekliniai antgaliai leidžia tolygiai kaskadiškai maitinti. Kartu su mašina dirba SCARA robotas, įdedantis varinius įdėklus ir FKM sandariklius, o valdymo sistema registruoja kiekvieną detalę atsekamumo duomenų bazėje.

Privalumai:

• Sraigto judesio tikslumas – sumažina izoliacijos mikroplyšius.
• Proceso švarumas – alyvos nebuvimas formos zonoje atitinka elektrinės švaros standartus.
• Mažas triukšmas – leidžia montuoti lizdus prie akumuliatorių surinkimo linijų.

Iššūkiai:

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

Akumuliatorių modulių linijos

Modulių elementai (rėmai, dangčiai) gaminami hibridinėmis liejimo mašinomis su 650–900 tonų užspaudimo jėga. Stiklo ar anglies pluoštu armuotos medžiagos padidina reikalavimus maišymui ir sraigto atsparumui. Lizdai dažnai apima dviejų medžiagų liejimą – pvz., PP+GF struktūra ir TPE sandariklis. Mašinos aprūpintos sukamaisiais stalais ir servovaldomais svyruojančiais antgaliais 2K liejimui viename cikle.

Svarbus elementas yra šiluminių deformacijų kontrolė. MES sistema stebi formos įlinkius pagal FBG jutiklių duomenis, kurie perduodami į SPC modulį tendencijų analizei.

BMS korpusai ir galios elektronika

BMS įrenginių ir inverterių korpusams reikalingos plonos sienelės, EMC ekranavimas ir atsparumas 125 °C temperatūrai. Elektrinės liejimo mašinos 120–220 tonų čia siūlo aukščiausią tikslumą. Formos apima aliuminio įdėklų liejimą, todėl būtina 6 ašių roboto integracija ir įdėklo temperatūros kontrolė prieš uždarymą (infraraudonųjų spindulių termometras).

Konstrukcija ir pagrindiniai elementai

E-mobility lizdo konfigūracija apima daugiau nei tik liejimo mašiną. Būtini elementai: forma su temperatūros jutikliais kritiškose vietose, karštų kanalų sistema su segreguojančiais antgaliais, įdėklų padavimo automatizacija, atsekamumo sistemos, detalių paėmimo robotai ir HV testų stotys. Viskas sujungta į OT/IT tinklą, kad proceso duomenys patektų į analitinę platformą.

Kritiškai svarbu išlaikyti švarą – lizdas aprūpintas laminarinio srauto gaubtais, o HEPA H14 klasės filtrai valo orą aplink formą. Taip pat montuojami VOC jutikliai ir dalelių skaitikliai, kad kiekviena partija turėtų dokumentuotą paviršiaus švarumą.

Neatsiejama konstrukcijos dalis yra formų valdymo sistema (Tool Management). Ji registruoja ciklus, temperatūras, aliarmus ir aptarnavimo istoriją. Tai leidžia priežiūros planuotojui matyti kiekvienos formos apkrovą ir planuoti remontą nestabdant gamybos.

Įpurškimo mazgas

Įpurškimo mazgas turi susidoroti su pluoštu praturtintomis medžiagomis ir laidžiais priedais. Todėl naudojami bimetaliniai sraigtai, 12–16 kW galios kaitinimo zonos ir servopavara, užtikrinanti pagreitį iki 800 mm/s². Temperatūros kontrolė kiekvienoje zonoje turi ±1 °C toleranciją, kas sumažina medžiagos degradaciją ir inkliuzas jungtyse. Nuosekliniai antgaliai valdomi adatiniais vožtuvais, sinchronizuojančiais atidarymą su sraigto padėtimi.

Vis dažniau montuojami realaus laiko klampos jutikliai. Viskozimetro duomenys patenka į DI algoritmus, kurie automatiškai koreliuoja parametrus su jungčių elektrinių matavimų nuokrypiais. Jei klampa viršija slenkstį, sistema sustabdo partijos gamybą ir informuoja pamainos vadovą.

E-mobility įpurškimo mazgas taip pat turi automatinio valymo sistemas. Po kiekvieno medžiagos pakeitimo atliekamas valymo ciklas su spalvos ir laidumo kontrole, o atliekos patenka į uždarą konteinerį su partijos numeriu.

Uždarymo mazgas ir forma

Uždarymo mazgas EV linijose turi būti atsparus dinaminiams temperatūros pokyčiams. Hibridinės mašinos naudoja didelio srauto hidrauliką tolygiam suspaudimui, o elektrinės versijos turi servovaldomą koloninę sistemą. Kritiškai svarbi įlinkių kompensacija – linijiniai jutikliai stebi uždarymo jėgos pasiskirstymą realiu laiku ir koreguoja suspaudimą, kad būtų išvengta sandariklių nutekėjimų.

HV jungčių formos turi varinius įdėklus, slėgio jutiklius lizduose, analoginius temperatūros signalus ir inspekcines kameras. Duomenų jungtys išvedamos per IP67 modulius, kad būtų lengva aptarnauti formą už lizdo ribų. Viskas veikia kartu su įrankių valdymo sistema, stebinčia ciklų skaičių ir planuojančia prevencinius remontus.

Didelę reikšmę turi ir aušinimo sistema. 3D spausdinami konforminiai kanalai leidžia tiekti aušinimo skystį tiksliai ten, kur susidaro karštosios zonos HV izoliatoriuose. Formos valdiklis analizuoja temperatūras realiu laiku ir reguliuoja srautą proporciniais vožtuvais.

Pagrindiniai techniniai parametrai

1. Užspaudimo jėga (t)

Parenkama pagal detalės projekcijos plotą ir įpurškimo slėgį iki 2000 bar. Jungtims reikia 180–250 t, moduliams – net 900 t. Rekomenduojamas 10–15% rezervas sandarinimo stabilumui.

2. Įpurškimo greitis (mm/s)

Kritiškas plonasienėms detalėms. Modernios mašinos pasiekia 400–600 mm/s, kas leidžia užpildyti mikrokanalius ir sumažina sujungimo linijas.

3. Temperatūros kontrolė (°C)

Cilindro zonos 260–320 °C, antgaliai 280–330 °C. Stabilumas ±1 °C apsaugo nuo polimerų degradacijos ir dielektrinių pramušimų.

4. Išlaikymo slėgis (bar)

Stebimas realiu laiku, ypač TPE elementams. Išlaikymo slėgio palaikymas >70% nominalios vertės iki kristalizacijos pabaigos sumažina susitraukimą.

5. Proceso sekimas

Reikalauja slėgio jutiklių lizde (Kistler), temperatūros, sraigto padėties ir įdėklų identifikavimo. Duomenys įrašomi į MES sistemą, kuri generuoja PPAP ataskaitas.

6. Energija ciklui (kWh)

Elektrinės mašinos išlaiko 0,35–0,5 kWh/ciklui jungtims. Hibridai su kintamo našumo siurbliais suvartoja 15% daugiau, bet siūlo didesnę užspaudimo jėgą.

7. Automatizavimas

E-mobility lizdams reikia priėmimo robotų (3 arba 6 ašių), 2D/3D vaizdo sistemų, HV testų stočių (hipot 1500 V) ir lazerinio DPM žymėjimo.

8. Proceso stabilumas

Cp, Cpk rodikliai turėtų būti virš 1,67 kritiniams izoliaciniams matmenims. SPC sistema automatiškai sustabdo liniją, kai tendencija artėja prie kontrolės ribų. Duomenys archyvuojami ir teikiami OEM klientams per kokybės portalus.

9. Duomenų saugumas

Liejimo mašinos turi palaikyti receptūrų šifravimą, operatorių registravimą RFID kortelėmis ir parametrų pakeitimų sekimą su elektroniniu parašu. TISAX 3 lygio atitiktis vis dažniau tampa bendradarbiavimo su automobilių koncernais sąlyga.

Pritaikymai e-mobility sektoriuje

Traukos akumuliatoriai

HV jungčių, žemos įtampos LV124 kištukų, izoliacinių tarpiklių ir modulių korpusų gamyba. Reikalauja UL 94 V-0 medžiagų, TüV testų ir ±0,05 mm tikslumo.

Įkrovimo stotys ir borto įkrovikliai

Liejimo mašinos gamina CCS lizdus, inverterių korpusus ir aušinimo modulius. Svarbus atsparumas UV spinduliams ir chemikalams bei IP55 testai.

Energijos valdymo sistemos

BMS korpusai, srovės transformatorių komponentai, izoliacijos elementai HV dėžėse. Kritiniai yra EMC parametrai ir varinių įdėklų integracija.

Autobusų ir sunkiasvorių transporto priemonių segmentas

Storos tarpinės, struktūriniai elementai ir akumuliatorių laikikliai. Reikalinga didelė užspaudimo jėga ir šiluminių deformacijų kontrolė.

Mikromobilumas

Jungtys paspirtukams ir elektriniams dviračiams, kur svarbu maža detalių kaina ir kompaktiškos mašinos iki 150 t.

Energijos kaupimo sistemos (ESS)

Šis segmentas vystosi taip pat dinamiškai kaip automobilių pramonė. Liejimo mašinos gamina izoliatorius, surinkimo šynas ir aušinimo elementus stacionariems kaupikliams. Reikalavimai apima UL 9540A atsparumą ugniai ir galimybę dirbti tropiniame klimate, todėl drėgmės kontrolė linijoje tampa standartu.

Kaip pasirinkti liejimo mašiną?

1. Komponento analizė

• Projekcijos plotas, tekėjimo ilgis, medžiagos tipas ir dielektriniai reikalavimai.
• Užspaudimo jėgos nustatymas + rezervas.
• Lizdų skaičiaus ir karštų kanalų strategijos nustatymas.

2. Bendra savikaina (TCO)

• Elektrinės ir hibridinės liejimo mašinos TCO palyginimas.
• Formos su jutikliais ir automatizacijos kaštų įvertinimas.
• Energijos suvartojimo ir šilumos atgavimo galimybių analizė.

3. Automatikos architektūra

• Suderinamumas su OPC UA, MQTT ir IEC 62443 kibernetiniu saugumu.
• Automotive SPICE receptūrų palaikymas, integracija su MES/MOM.
• Galimybė plėsti procesų dirbtinį intelektą.

4. Standartai ir validacijos

• ISO 9001, IATF 16949, PPAP, OEM auditai.
• Elektrinis saugumas IEC 60664, UL 94.
• Atsekamumas iki atskiros detalės lygio.

5. Technologinis partneris

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

6. Mastelio keitimas

• Galimybė plėsti lizdą papildomais robotais ar testų stotimis nekeičiant valdiklio.
• Aušinimo ir maitinimo galios rezervas būsimoms modernizacijoms.
• Sąsajų standartizavimas greitesniam mašinų perkėlimui tarp gamyklų.

Priežiūra ir eksploatacija

E-mobility lizdų priežiūra reikalauja prognozavimo ir griežtų kokybės procedūrų derinio. Liejimo mašinos aprūpintos vibracijos, temperatūros ir sraigto nusidėvėjimo jutikliais, perduodančiais duomenis į CMMS sistemą. Tendencijų analizė leidžia planuoti hidraulinių vožtuvų keitimą, HEPA filtrų priežiūrą ar slėgio jutiklių kalibravimą dar prieš atsirandant reklamacijoms.

Kartą per pamainą atliekama darbo zonos švaros kontrolė, kartą per savaitę – hipot testai ir detalių paviršiaus varžos matavimai. Formos tikrinamos kas 50 tūkst. ciklų: aušinimo kanalų valymas, kreiptuvų tepimas, vožtuvų adatų kontrolė. Automatizavimą reikia reguliariai atnaujinti kibernetinio saugumo požiūriu, o atsekamumo sistema archyvuoja duomenis mažiausiai 15 metų pagal OEM reikalavimus.

Verta įdiegti būkle pagrįstos priežiūros (Condition Based Maintenance) programą. Operatoriai registruoja vizualinius ir garso defektus mobilioje programėlėje, o algoritmai analizuoja koreliacijas tarp simptomų ir gedimų. Tai leidžia sutrumpinti planuojamas prastovas net 30%. Priežiūros tarnyba taip pat bendradarbiauja su medžiagų tiekėjais – džiovintuvų ir tiekiklių duomenys padeda aptikti drėgmės anomalijas, kol jos nepaveikė jungčių izoliacinių parametrų.

Apibendrinimas

Elektromobilumo rinka diktuoja naujas taisykles plastikų apdirbėjams. Tik modernios, visiškai elektrinės ir hibridinės mašinos, tokios kaip Tederic NEO, gali užtikrinti IATF standartų laikymąsi ir ekonominį gamybos efektyvumą.

Dalyvaujate e-Mobility projektuose? Susisiekite su TEDESolutions ekspertais. Mes padėsime sukonfigūruoti liejimo liniją, kuri atitiks visus OEM (automobilių gamintojų) reikalavimus.

Taip pat rekomenduojame: DI kontrolė liejimo procese ir TCO analizė.