Iesmidzināšanas mašīnas e-mobilitātei — HV komponentu ražošana 2025

Ievads iesmidzināšanas mašīnās e-mobilitātei

Globālais elektromobiļu tirgus spiež ražotājus pilnībā pārveidot iesmidzināšanas šūnas. Iesmidzināšanas mašīnām, kas apstrādā bateriju komponentus, augstsprieguma (HV) savienotājus un BMS korpusus, jānodrošina augstākā precizitāte, procesa tīrība un pilna kvalitātes izsekojamība. Ar ražošanas apjomiem miljonos un OEM prasībām pēc ISO 21434, Automotive SPICE vai PPAP Level 4, kļūdas iespēja ir minimāla. Šis raksts parādīs, kā izveidot līniju, kas integrē pilnībā elektriskās un hibrīda iesmidzināšanas mašīnas, viedās veidnes un MES izsekojamību.

TEDESolutions sadarbojas ar elektroauto (EV) ražotājiem, lai ieviestu automatizētas šūnas HV savienotājiem, bateriju moduļiem un pret tīrību jutīgiem komponentiem. Šis ceļvedis palīdzēs saprast galvenās mašīnu funkcijas, kritiskos elektrodrošības parametrus un to, kā iestatīt inline kvalitātes kontroli.

Pieaugošās prasības attiecas arī uz ilgtspēju. Flotes īpašnieki pieprasa oglekļa pēdas nospieduma deklarācijas (carbon footprint declarations), tāpēc iesmidzināšanas mašīnām jānodrošina enerģijas rekuperācija un integrācija ar multivides pārvaldības sistēmām. Praksē tas nozīmē servopiedziņu izmantošanu ar reģeneratīvo bremzēšanas enerģijas atgūšanu, CO₂ emisiju monitoringu uz ciklu un saziņu ar ESG platformām. Bez šiem datiem daudzi ražotāji nespēs sasniegt homologāciju ES un ASV tirgos.

Vēl viens faktors ir EV programmu izstrādes laika saīsināšana (SOP). Rūpnīcām ir nepieciešamas modulāras šūnas, kuras var pārvietot uz citu valsti tikai dažu nedēļu laikā. Tāpēc jaunās paaudzes iesmidzināšanas šūnas tiek būvētas uz standarta bāzes rāmjiem, un iesmidzināšanas mašīnas kopā ar automatizāciju ir paredzētas ātrai pārejai uz citām detaļu referencēm.

Kas ir e-mobilitātes iesmidzināšanas mašīna?

E-mobilitātes iesmidzināšanas mašīna ir iekārta, kas konfigurēta darbam ar tehniskiem materiāliem (PBT, PA6/PA66, PPS, LCP), ko izmanto HV savienotājos, izolatoros un bateriju moduļos. Process ietver precīzu granulu plastificēšanu un turēšanas spiediena uzturēšanu veidnēs ar iebūvētiem temperatūras un virsmas vadītspējas sensoriem. Nepieciešama aizsardzība pret pārspriegumu un piesārņojuma monitorings atbilstoši UL 94 V-0 un IEC 60664 standartiem.

Modernās sistēmas izmanto gliemeža ātruma slēgtā loka vadību, aktīvās karstā kanāla sprauslas un SPC moduļus, kas apkopo datus no vairāk nekā 20 signāliem vienā ciklā. Tas ļauj iesmidzināšanas mašīnām nodrošināt izmēru atkārtojamību ±0,01 mm plānsienu savienotājiem un minimizēt sprieguma plaisāšanas risku bateriju darbības laikā.

E-mobilitātei veltītajām mašīnām ir arī uzlabotas operatora saskarnes. HMI panelī tiek attēloti cikla enerģijas kartējumi, robotu integrācijas statuss un kvalitātes brīdinājumi no vīzijas sistēmas. Operatori ar vienu klikšķi var piekļūt konkrētas detaļas dokumentācijai, kas ievērojami paātrina auditus. Šie risinājumi ir saderīgi ar OEM kiberdrošības prasībām, ieskaitot tīkla segmentāciju un digitālo receptūru parakstīšanu.

Arvien populārākas kļūst iesmidzināšanas mašīnas ar integrētām tīrtelpām (ISO 7). Visa veidnes zona ir noslēgta ar lamināro gaisa plūsmu un daļiņu kontroli, izslēdzot piesārņojumu uz HV izolatoriem. Modulārais dizains ļauj paplašināt tīrtelpu ar papildu montāžas stacijām, nepārtraucot ražošanu.

HV komponentu ražošanas attīstības vēsture

Pirmie augstsprieguma komponenti hibrīdautomobiļiem tika ražoti uz parastām hidrauliskajām iesmidzināšanas mašīnām. No 2005. līdz 2010. gadam prototipu projekti koncentrējās uz materiālu termisko izturību. Revolūcija notika pēc BEV platformu parādīšanās 2013. gadā. OEM sāka pieprasīt partiju izsekojamību un tīrības monitoringue, izraisot pāreju uz pilnībā elektriskajām iesmidzināšanas mašīnām ar veidnes zonas iekapsulēšanu.

Starp 2016. un 2020. gadu EV līnijas piedzīvoja transformāciju: integrācija ar MES/MOM, automātiska vara ieliktņu ieskrūvēšana un kobotu izmantošana blīvējumu uzklāšanai. Šodien mēs redzam ceturtās paaudzes risinājumus, kur hibrīda iesmidzināšanas mašīnas apvieno hidraulikas spēku (saspiešanai) ar servopiedziņām (iesmidzināšanai), lai samazinātu cikla laiku zem 20 sekundēm. Lielās gigafabrikas izstrādā šūnas ar redundanci, lai nodrošinātu drošu HV savienotāju piegādi.

Tuvākajos gados sagaidāma plaša digitālo dvīņu ieviešana. EV ražotāji testēs materiālu maiņu vai jaunu savienotāju ģeometriju virtuālās vidēs, nepārtraucot ražošanu. Tederic un TEDESolutions jau ievieš modeļus, kas analizē dzesēšanas temperatūras ietekmi uz kontaktu pretestību un prognozē veidņu atteices.

E-mobilitātes iesmidzināšanas vēsture ir arī datu drošības standartizācijas vēsture. Pēc kiberuzbrukumiem vairākās gigafabrikās 2021. gadā OEM noteica obligātu OT tīklu segmentāciju. Iesmidzināšanas mašīnām tagad ir jāatbalsta TLS šifrēšana un uz sertifikātiem balstīta autentifikācija, kas fundamentāli mainīja mašīnbūvētāju pieeju kontroles programmatūrai.

Iesmidzināšanas mašīnu veidi e-mobilitātē

Piedziņas tehnoloģijas izvēle ir atkarīga no pielietojuma. Hidrauliskās iesmidzināšanas mašīnas ir izcilas darbam ar biezsienu strukturālajiem kompozītmateriāliem, kam nepieciešams ļoty liels saspiešanas spēks. Pilnībā elektriskās mašīnas dominē savienotāju un plānsienu detaļu ražošanā, piedāvājot kustību atkārtojamību un tīru darba vidi. Hibrīda mašīnas nodrošina līdzsvaru — izmantojot servopiedziņas iesmidzināšanai un hidrauliku saspiešanai, lai apstrādātu lielākus lējumus, saglabājot precizitāti.

Tikpat svarīgi ir aprīkot mašīnas ar izsekojamības sistēmām: kapacitatīvie sensori vara ieliktņu klātbūtnei, vīzijas kameras veidnē un integrācija ar OCV (Open Circuit Voltage) drošības sistēmām. Tas padara ražošanas šūnu par daļu no lielākas EV rūpnīcas ekosistēmas.

Divu iesmidzināšanas mezglu mašīnas kļūst arvien populārākas, ļaujot veikt divu materiālu iesmidzināšanu vienā ciklā bez grozāmgalda. Bateriju pielietojumiem tas apvieno PBT izolāciju ar TPE blīvējumu un samazina montāžas operācijas. Lietotāji novērtē neatkarīgu abu gliemežu vadību, kas palielina elastību maza apjoma EV modeļiem.

Vēl viena tendence ir mašīnu pielāgošana vakuuma vai inertas gāzes videi. Pret oksidēšanos jutīgiem HV komponentiem slāpekļa kameras ieskauj veidni. Pilnībā elektriskās iesmidzināšanas mašīnas integrē vakuuma vārstu vadību un gāzes rekuperācijas sistēmas, lai uzturētu nemainīgus apstākļus neatkarīgi no apkārtējās temperatūras.

*/}

Bateriju moduļu ražošanas līnijas

Moduļu komponentus (rāmji, vāki) ražo uz hibrīda iesmidzināšanas mašīnām ar 650–900 tonnu saspiešanas spēku. Materiāli, kas stiegroti ar stikla vai oglekļa šķiedru, palielina prasības pret sajaukšanu un gliemeža nodilumizturību. Šūnās bieži ietilpst divu materiālu iesmidzināšana — piemēram, PP+GF struktūra plus TPE blīvējums. Mašīnām ir grozāmgaldi un servopiedziņas sprauslas, lai veiktu 2K iesmidzināšanu vienā ciklā.

Kritiska ir termiskās deformācijas kontrole. MES sistēma uzrauga veidnes lieces caur FBG sensoriem, datiem nonākot SPC modulī tendenču analīzei. Tas ļauj laicīgi pamanīt plakanuma problēmas moduļa un šūnas savienojuma vietās.

Ražotāji tiecas samazināt bateriju svaru, arvien vairāk izmantojot poliamīda un oglekļa šķiedras kompozītmateriālus. Šie abrazīvie materiāli prasa aizsargātus cilindrus un sprauslas, tāpēc iesmidzināšanas mašīnai jābūt ar rūdītiem čaulām un sprauslām. Būtiskas ir arī veidnes atgāzēšanas sistēmas gaisa un gaistošo vielu izvadīšanai, novēršot porainību. Grozāmgalda vadība ir sinhronizēta ar robotu, kas ievieto dzesēšanas ieliktņus un iestrādātos blīvējumus.

BMS korpusi un jaudas elektronika

BMS un invertoru korpusiem nepieciešamas plānas sienas, EMC ekranēšana un darba temperatūra līdz 125 °C. Pilnībā elektriskās iesmidzināšanas mašīnas ar 120–220 tonnu spēku šeit piedāvā augstāko precizitāti. Veidnēs ietilpst alumīnija ieliktņu pārklāšana, kam nepieciešama 6 asu robota integrācija un ieliktņu temperatūras kontrole pirms saspiešanas (pirometrs). Dažos dizainos izmanto divu plātņu iesmidzināšanas mašīnas lielākam atvēršanas gājienam, lai ievietotu sensorus un ekranētus kabeļus.

Programmatūras pakotnes ar IPC-2221 receptūrām bibliotēkām un automātisku PPAP ziņojumu ģenerēšanu kļūst par standartu. Tas samazina jaunu komponentu kvalifikācijas laiku kvalitātes inženieriem.

EMC ekranēšanai arī kļūst nozīmīga loma. Vairāk projektos tiek izmantoti vadošie pārklājumi, kas uzklāti veidnē vai pēc procesa. Iesmidzināšanas mašīnai jāsadarbojas ar plazmas izsmidzināšanas moduļiem un jānodrošina precīza detaļas pozicionēšana. Kvalitātes pārbaudes ietver virsmas pretestības mērījumus un ESD izlādes noturības testus.

Uzbūve un galvenie komponenti

E-mobilitātes ražošanas šūna ietver ne tikai iesmidzināšanas mašīnu. Būtiskas sastāvdaļas ir: veidnes ar temperatūras sensoriem kritiskajos dobumos, karstā kanāla sistēmas ar sekvenciālām sprauslām, automatizācija ieliktņu padevei, izsekojamības sistēmas, detaļu izņemšanas roboti un HV testa stacijas. Visa sistēma ir savienota caur OT/IT, lai nosūtītu procesa datus analītikas platformai.

Tīrības uzturēšana ir kritiskas — ražošanas zona ir noslēgta ar laminārās plūsmas aizsargiem, un H14 klases HEPA filtri attīra gaisu ap veidni. Tiek uzstādīti arī GOS (VOC) sensori un daļiņu skaitītāji, lai dokumentētu virsmas tīrību katrai partijai.

Neatņemama dizaina sastāvdaļa ir veidņu pārvaldības sistēma (Tool Management). Tā reģistrē ciklus, temperatūru, trauksmes un servisa vēsturi. Tas ļauj apkopes plānotājiem sekot veidņu slodzei un plānot kapitālos remontus, nepārtraucot ražošanu. Ja nepieciešams, veidni var pārvietot uz citu rūpnīcu, saglabājot visus iestatījumus un dokumentāciju.

HV iesmidzināšanas vienība

Iesmidzināšanas vienībai jāspēj apstrādāt šķiedrām bagātus materiālus un vadošas piedevas. Tā ietver bimetāla gliemežus, sildīšanas zonas ar jaudu 12–16 kW un servopiedziņu, kas nodrošina paātrinājumu līdz 800 mm/s². Temperatūras kontrole katrā zonā ir ar ±1 °C pielaidi, lai minimizētu materiāla degradāciju un ieslēgumus savienotājos. Sekvenciālās sprauslas tiek vadītas ar adatu vārstiem, kas sinhronizē atvēršanu ar gliemeža pozīciju.

Reāllaika viskozitātes sensori kļūst arvien izplatītāki. Viskozimetra dati nonāk AI algoritmos, kas automātiski korelē parametrus ar novirzēm savienotāju elektriskajos mērījumos. Ja viskozitāte pārsniedz slieksni, sistēma aptur partiju un ziņo maiņas vadītājam.

E-mobilitātes iesmidzināšanas vienība ietver arī automātiskas tīrīšanas sistēmas. Pēc katras materiāla maiņas tīrīšanas cikls pārbauda krāsu un vadītspēju, atliekas novirzot uz slēgtu konteineru ar partijas numuru. Tas minimizē risku sajaukt materiālus, kas varētu vājināt izolāciju.

Saspiešanas mezgls un veidne

Saspiešanas vienībai EV līnijās jāiztur dinamiskas temperatūras izmaiņas. Hibrīda mašīnas izmanto augstas plūsmas hidrauliku vienmērīgam turēšanas spiedienam, savukārt elektriskajām versijām ir kolonnu servopiedziņas. Izšķiroša ir kolonnu lieces kompensācija — lineārie sensori reāllaikā uzrauga saspiešanas spēka sadalījumu un pielāgo turēšanas spiedienu, lai novērstu noplūdes.

HV savienotāju veidnēs ietilpst vara ieliktņi, spiediena sensori dobumos, analogie temperatūras signāli un inspekcijas kameras. Datu savienotāji iet caur IP67 moduļiem vieglai veidnes apkopei ārpus mašīnas. Sistēma integrējas ar instrumentu pārvaldību, lai uzraudzītu ciklu skaitu un plānotu preventīvo apkopi.

Dzesēšanas sistēmas ir arī kritiskas. Konformāli 3D drukāti kanāli nogādā dzesēšanas šķidrumu tieši uz HV izolatora karstajiem punktiem. Veidnes kontrolieris analizē reālllaika temperatūras un pielāgo plūsmu caur proporcionālajiem vārstiem. Tas nodrošina stingras izmēru pielaides un dielektrisko stabilitāti.

Galvenie tehniskie parametri

1. Saspiešanas spēks (t)

Izvēlas, pamatojoties uz detaļas projicēto laukumu un iesmidzināšanas spiedienu līdz 2000 bar. Savienotājiem nepieciešams 180–250 t, moduļiem līdz 900 t. Seal stabilitātei ieteicama 10–15% rezerve.

2. Iesmidzināšanas ātrums (mm/s)

Kritisks plānsienu detaļām. Modernas mašīnas sasniedz 400–600 mm/s, lai aizpildītu mikrokanālus un minimizētu salaiduma šuves.

3. Temperatūras kontrole (°C)

Cilindra zonas 260–320 °C, sprauslas 280–330 °C. ±1 °C stabilitāte novērš polimēru noārdīšanos un dielektrisko caursiti.

4. Turēšanas spiediens (bar)

Uzrauga reāllaikā, īpaši TPE detaļām. Turēšanas spiediena saglabāšana >70% no nominālā līdz kristalizācijas beigām samazina saraušanos.

5. Procesa monitorings

Nepieciešami dobumu spiediena sensori (Kistler), temperatūras, gliemeža pozīcijas un ieliktņu ID sensori. Dati tiek glabāti MES sistēmā, kas ģenerē PPAP ziņojumus.

6. Enerģija uz ciklu (kWh)

Elektriskās mašīnas sasniedz 0,35–0,5 kWh uz ciklu savienotājiem. Hibrīdi ar mainīga tilpuma sūkņiem patērē par 15% vairāk, bet nodrošina lielāku saspiešanas spēku.

7. Automatizācija

E-mobilitātes šūnām nepieciešami izņemšanas roboti (3 asu vai 6 asu), 2D/3D vīzijas sistēmas, HV testa stacijas (1500 V hipot) un DPM lāzera marķēšana.

8. Procesa stabilitāte

Cp un Cpk rādītājiem jāpārsniedz 1,67 kritiskajiem izolācijas izmēriem. SPC sistēmas automātiski aptur līniju, kad tendences tuvojas kontroles robežām. Dati tiek arhivēti un kopīgoti ar OEM klientiem kvalitātes portālos.

9. Datu drošība

Iesmidzināšanas mašīnām jāatbalsta receptūru šifrēšana, RFID operatoru pieteikšanās un parametru maiņas izsekošana ar elektronisko parakstu. Partnerībai ar auto OEM arvien biežāk tiek prasīta atbilstība TISAX Level 3.

Pielietojuma jomas e-mobilitātē

Vilkmes baterijas

HV savienotāju, LV124 zemsprieguma spraudņu, izolācijas starpliku un moduļu korpusu ražošana. Nepieciešami UL 94 V-0 materiāli, TÜV testi un ±0,05 mm pielaides.

Uzlādes stacijas un iebūvētie lādētāji

Iesmidzināšanas mašīnas ražo CCS ligzdas, invertoru korpusus un dzesēšanas moduļus. Būtiska ir UV un ķīmiskā izturība, kā arī IP55 testi.

Enerģijas pārvaldības sistēmas

BMS korpusi, strāvas transformatoru komponenti un HV kārbu izolācijas elementi. Atslēga ir EMC atbilstība un vara ieliktņu integrācija.

Autobusu un smago transportlīdzekļu segments

Biezas blīves, strukturālie elementi un bateriju kronšteini. Nepieciešams liels saspiešanas spēks un termiskās deformācijas kontrole.

Mikromobilitāte

Savienotāji e-skrejriteņiem un e-velosipēdiem, kur prioritāte ir zemas detaļu izmaksas un kompaktas mašīnas līdz 150 t.

Enerģijas uzglabāšanas sistēmas (ESS)

Šis segments aug tikpat ātri kā autoindustrija. Iesmidzināšanas mašīnas ražo izolatorus, kopnes un dzesēšanas elementus stacionārajām krātuvēm. Prasības ietver UL 9540A ugunsizturību un darbību tropu klimatos, padarot līnijas mitruma kontroli par standartu.

Kā izvēlēties iesmidzināšanas mašīnu e-mobilitātei?

1. Detaļas analīze

• Projicētais laukums, plūsmas garums, materiāla tips un dielektriskās prasības.
• Noteikt saspiešanas spēku + rezervi.
• Definēt dobumu skaitu un karstā kanāla stratēģiju.

2. Kopējās izmaksas

• Salīdzināt TCO elektriskajām pret hibrīda mašīnām.
• Iekļaut veidņu izmaksas ar sensoriem un automatizāciju.
• Analizēt enerģijas patēriņu un siltuma rekuperācijas potenciālu.

3. Automatizācijas arhitektūra

• OPC UA, MQTT saderība un IEC 62443 kiberdrošība.
• Atbalsts Automotive SPICE receptūrām un MES/MOM integrācija.
• Mērogojamība procesa AI paplašināšanai.

4. Standarti un validācija

• ISO 9001, IATF 16949, PPAP, OEM auditi.
• IEC 60664 elektrodrošība, UL 94.
• Vienas detaļas izsekojamība.

5. Tehnoloģiskais partneris

• 24/7 serviss un detaļu pieejamība gigafabrikām.
• Atbalsts Moldflow simulācijām un PPAP validācijai.
• Pieredze ar ieliktņu uzstādīšanas automatizāciju šūnās.

6. Mērogojamība

• Iespēja paplašināt šūnu ar papildu robotiem vai testa stacijām bez kontrolieru maiņas.
• Dzesēšanas un jaudas rezerves nākotnes uzlabojumiem.
• Standartizētas saskarnes ātrākai mašīnu pārvietošanai starp rūpnīcām.

Apkope un uzturēšana

Uzturēšanas pārvaldība e-mobilitātes šūnās prasa apvienot prognozējamo analītiku ar stingrām kvalitātes procedūrām. Iesmidzināšanas mašīnas ir aprīkotas ar vibrācijas, temperatūras un gliemeža nodiluma sensoriem, kas nosūta datus CMMS sistēmai. Tendenču analīzeļauj plānot hidraulisko vārstu nomaiņu, HEPA filtru maiņu vai spiediena sensoru kalibrēšanu, pirms rodas sūdzības.

Darba zonas tīrība tiek pārbaudīta katrā maiņas maiņā, veicot iknedēļas hipot testus un detaļu virsmas pretestības mērījumus. Veidnēm tiek veikta pārbaude ik pēc 50 tūkst. cikliem: dzesēšanas kanālu tīrīšana, vadotņu eļļošana un vārstu adatu pārbaude. Automatizācijai nepieciešami regulāri kiberdrošības atjauninājumi, un izsekojamības sistēma arhivē datus vismaz 15 gadus saskaņā ar OEM prasībām.

Būtiska ir stāvokļa uzraudzības apkopes (Condition-Based Maintenance) programmas ieviešana. Operatori ar mobilo lietotni reģistrē vizuālus un skaņas defektus, un algoritmi analizē korelācijas starp simptomiem un atteicēm. Šāda pieeja var samazināt plānotās dīkstāves līdz pat 30%. Apkopes komandas sadarbojas arī ar materiālu piegādātājiem — dati no žāvētājiem un padevējiem palīdz noteikt mitruma novirzes, pirms tās ietekmē savienotāju izolācijas īpašības.

Kopsavilkums

E-mobilitātes komponentu iesmidzināšana apvieno visaugstākās kvalitātes prasības ar intensīvu laika un izmaksu spiedienu. Atslēga ir pareizi konfigurēta iesmidzināšanas mašīna — pilnībā elektriskā vai hibrīda — integrēta ar viedām veidnēm, izsekojamības sistēmām un plašu automatizāciju. Detaļu analīze, parametru izvēle, IT integrācija un konsekventa uzturēšanas pārvaldība nosaka to, vai rūpnīca piegādā miljoniem HV savienotāju bez sūdzībām. TEDESolutions atbalsta ražotājus visā ražošanas šūnas dzīves ciklā: no audita un palaišanas līdz prognozējamai apkopei, nodrošinot e-mobilitātes līniju konkurētspēju nākamajām elektroauto paaudzēm.

Hv Connectors

[Content pending translation from Polish source]