التشكيل الدقيق للمعادن لمكونات المركبات الكهربائية: المواد، والتفاوتات، ومتطلبات الجودة

كهربائي   تتكون المركبات من مئات المكونات المعدنية الدقيقة التي تُسهّل نقل الطاقة، وتُؤمّن التوصيلات الإلكترونية، وتتحمل درجات الحرارة القصوى والإجهاد الميكانيكي لسنوات. معظم هذه المكونات عبارة عن أجزاء معدنية دقيقة مصنّعة بتقنية التشكيل بالضغط ، مثل أطراف التوصيل وموصلات الشحن، وتُصنّع بكميات كبيرة تصل إلى ملايين الوحدات سنويًا. قد يؤدي أي خلل بسيط في محاذاة قضيب نقل الطاقة أو نقطة التلامس إلى انخفاض الجهد، أو تبديد حرارة موضعي أو عام، أو عطل في التوصيلات الداخلية لحزمة البطارية. تتوافق عمليات التشكيل بالضغط المستخدمة في صناعة السيارات حاليًا مع متطلبات معيار ISO/IATF 16949.

يحرص العديد من موردي المركبات الكهربائية على تطبيق معايير دقيقة للغاية تصل إلى ±0.001 بوصة على أسطح التلامس الرئيسية. تتناول هذه المقالة اختيار المواد المناسبة، وتحديد معايير التفاوت المسموح بها، وفحوصات الجودة، وغيرها من العناصر الأساسية التي يجب مراعاتها عند شراء الأجزاء المصبوبة لمشاريع المركبات الكهربائية.

مكونات البطارية والوصلات الكهربائية

تُعدّ حزم البطاريات، ربما، من أصعب الأجزاء التي يجب ضبطها بدقة في السيارات الكهربائية. فموصلات الخلايا، وأطراف التوصيل، ونوابض التلامس، كلها موجودة داخل غلاف بطارية محكم الإغلاق، حيث تستمر درجة الحرارة والإجهاد الميكانيكي في الارتفاع طوال عمر السيارة. ويمكن أن يتسبب أي جزء مفكوك أو متأكسد داخل البطارية في ارتفاع درجة الحرارة الموضعي أو تعطل السيارة، لذا فإن دقة التصنيع واختيار المواد المستخدمة في هذه المرحلة أكثر أهمية من أي مكان آخر تقريبًا في السيارة.

أطراف النحاس ودورها

تعمل أطراف النحاس كمسارات للكهرباء من مكون إلى آخر، مثل الخلايا والوحدات وحتى وصولاً إلى أسلاك السيارة.

باستخدام النحاس النقي وسبائك النحاس مثل C1100,C5191,C7025,C18160,C18150 لا يوجد فقد كبير للطاقة. بل إنّ معدلات توصيلها الكهربائي قد تصل إلى 100% من معيار IACS، مما يسمح بتوليد حرارة منخفضة تحت ضغط الأحمال الكهربائية العالية. يتراوح سمك الأطراف عادةً بين 0.2 مم و1.5 مم، بينما يُفترض أن تكون الحواف المصبوبة خالية من النتوءات، لذا فإنّ الحافة الخشنة ستزيد من مقاومة التيار وبالتالي من درجة حرارته عند نقطة التلامس مع المادة.

تُوفر عملية الطلاء طبقة واقية:

• يساعد الطلاء بالقصدير كثيراً عندما يتعلق الأمر بالتآكل العادي، حيث تمنع طبقة التآكل المزيد من التآكل بالإضافة إلى السماح بلحام سلس للغاية.
• تؤدي الأسطح المطلية بالفضة إلى نقاط تلامس ذات مقاومة منخفضة للغاية، وهذا هو السبب بالضبط في استخدامها في المحطات الطرفية عالية الطاقة مثل هذه.
• الأجزاء المطلية بالنيكل مقاومة للتآكل في الأماكن التي تكون فيها درجة الحرارة مرتفعة نسبيًا داخل العبوة، مما يجعلها مناسبة للتعرض الخارجي طويل الأمد.

تصميم الموصلات الكهربائية والزنبرك

يُعدّ التوصيل الكهربائي الذي تُؤمّنه نقاط التلامس الزنبركية عنصرًا هامًا لنجاح الجهاز ومتانته. سُمّيت نقاط التلامس الزنبركية المُشكّلة بهذا الاسم لتشابهها مع شظايا الرصاص، ومن المعروف أن الرصاص نفسه يحافظ على شكله بعد عدد لا يُحصى من عمليات الإدخال والإخراج. ولذلك، يُعتبر نحاس البريليوم وبرونز الفوسفور أفضل المواد لهذا التطبيق، لقدرتهما على الحفاظ على خصائصهما الزنبركية بعد عمليات الثني المتكررة.

يؤدي عطل في وصلة الزنبرك إلى انقطاع متقطع في التيار الكهربائي. وهذا يعني عمليًا أن مؤشرات لوحة القيادة ستنطفئ وتضيء بشكل متقطع، أو لن يتم الشحن بشكل صحيح، وهو ما سيُلاحظ لاحقًا وسيُسبب الكثير من المشاكل.

قضبان التوصيل   وموصلات الشحن

يُعد استخدام قضبان التوصيل لنقل كميات كبيرة من التيار بين وحدات البطارية والعاكس والمحرك أمرًا شائعًا. يوفر قضيب التوصيل المُشكّل، على عكس حزمة الأسلاك، مسارًا ثابتًا ذو مقاومة منخفضة للغاية، مما يسمح بنقل تيارات أعلى في مساحة أصغر بكثير.

تُصنع معظم قضبان التوصيل الكهربائية للسيارات الكهربائية من صفائح نحاسية أو ألومنيوم بسماكة تتراوح بين 1 و4 ملم. بعد عملية التشكيل بالضغط، يُعاد تشكيلها لتتوافق تمامًا مع تصميم البطارية.

يتطلب موصل الشحن متطلبات مختلفة فيما يتعلق بتوصيلاته الكهربائية.

في بعض الأحيان، قد ينقل موصل الشحن السريع بالتيار المستمر أكثر من 350 كيلو وات عبر دبابيس بحجم رأس قلم الرصاص؛ عندها فقط يمكنك أن ترى أنه من الضروري وجود طرف مصنوع من النحاس أو مادة معدنية مختومة، والتي سيتم استخدامها في الموصل، مع سطح نهائي نظيف وملاءمة دقيقة للغاية من الداخل لتجنب أي شرارة أو ارتفاع درجة الحرارة أثناء جلسة الشحن هذه.

من بين الأجزاء التي تنتجها شركة Fortuna Metals لشحن المسدسات هي أطراف النحاس المصنوعة لبرامج مركبات الطاقة الجديدة، والتي يتعين على الشركة تحملها بدقة عالية مع استمرار دورات التوصيل والفصل لدينا .

المواصفات الرئيسية التي يجب التحقق منها في قضبان التوصيل

عندما ترغب في المضي قدماً في الموافقة على تصميم قضيب التوصيل، يجب ألا تنسى طلب المواصفات التالية من المورد:

تأكد من أن السعة الحالية لا تعتمد فقط على متوسط ​​الاستخدام؛ بل يجب أيضًا مراعاة ظروف التشغيل الفعلية.

• سُمك طبقة الطلاء لأسطح التلامس، ويُقاس عادةً بالميكرون
• يؤدي التوزيع المتساوي للضغط على طول قضيب التوصيل، كقطعة مثنية، إلى اختلاف ضغوط التلامس.
• طلاء عازل عندما يقترب جزء من قضيب التوصيل من أجزاء موصلة أخرى

اختيار المواد لتحقيق الموصلية ومقاومة التآكل

ربما سمعت أن المواد المستخدمة في مكونات السيارات الكهربائية المختلفة تتعرض للمواد الكيميائية الخاصة بالبطاريات، وملح الطرق، وسائل التبريد، ناهيك عن الحركة المستمرة الناتجة عن الاهتزازات التي تصاحب قيادة هذه السيارات.

لذا، يجب أن تشمل خيارات المواد اعتبارات التوصيل الكهربائي، بالإضافة إلى كونها قوية ومقاومة للتآكل على المدى الطويل. أي عطل في أحد المكونات قبل أوانه يُعدّ مكلفًا للغاية من حيث استبدال الضمان، بل وقد يُشكّل خطرًا على الحياة إذا كان العطل متعلقًا بمكونات السلامة.

نحاس   يتمتع الموصل بأفضل توصيل كهربائي، لكن يجب طلاؤه أو تغطيته لحمايته من الرطوبة داخل حزمة البطارية. أما الألومنيوم فهو أقل توصيلًا لكنه أخف وزنًا بكثير، وهي ميزة مهمة في المركبات الكهربائية حيث يؤثر وزن البطارية بشكل مباشر على مدى القيادة. غالبًا ما تُرى دعامات هيكلية مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ تحتوي على وحدات البطارية، لأن المتانة الميكانيكية ومقاومة الصدأ هما العاملان الرئيسيان وليس التوصيل الكهربائي.

اتساق الأبعاد في التصنيع

يجب أن تدوم مركبات مشاركة الركوب لفترات طويلة، وبالتزامن مع ذلك، يتم إنتاج البطاريات، مما يستلزم اتساقًا في جودة الأجزاء المُصنّعة. بعبارة أخرى، يجب على المورّد التأكد من ثبات هامش الخطأ المسموح به للجزء الأول والجزء رقم مليون. يعتمد اتساق الأبعاد على التحكم في تآكل القوالب، وصيانة المكابس، والفحص أثناء عملية التصنيع. عند اختيار المورّد، ينبغي مراعاة هذه الجوانب.

• استخدم مخططات مراقبة العمليات للأبعاد الحرجة فقط
• استخدم آلة قياس الإحداثيات لإجراء فحوصات الجودة على كل دفعة منتجة
• ينبغي إجراء صيانة القوالب بناءً على عدد الضربات وليس على الفحص البصري فقط.
• ينبغي على موردي وحدات البطاريات تقديم تقارير فحص أولية لجميع الأدوات المطورة حديثًا بعد مرحلة أخذ العينات وقبل الإنتاج بكميات كبيرة.

قد يقوم مورد يفتقر إلى مثل هذه الفحوصات بتسليم أجزاء تلبي المواصفات في اليوم الأول ولكنها تنحرف تدريجياً عن المواصفات بحلول الشهر السادس، مما يؤدي إلى مشاكل في خط التجميع تظهر بعيداً عن مكبس التشكيل.

الأقواس وأجزاء الدعم الهيكلي

لا تحمل جميع الأجزاء المصبوبة في السيارة الكهربائية تيارًا كهربائيًا. تُستخدم الأقواس بشكل أساسي لدعم وحدات البطارية، وأسلاك التوصيل، وخطوط التبريد داخل السيارة طوال فترة استخدامها. تتعرض هذه الأجزاء لاهتزازات مستمرة من الطريق وتغيرات في درجة الحرارة نتيجة قربها من حزم البطاريات. لذلك، تُعد مقاومة إجهاد المواد بنفس أهمية قوتها. يُستخدم كل من الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ الكربوني المطلي بكثرة في تطبيقات الأقواس؛ ويعتمد اختيارهما عادةً على قيود الوزن واحتمالية تعرض موقع التركيب للتآكل.

أهم متطلبات الجودة

معيار IATF 16949 هو مجموعة من معايير الجودة التي يستخدمها الموردون في سلسلة توريد السيارات أو قطع الغيار. الموردون المعتمدون لأنظمة إدارة البيئة IATF 16949 وISO 9001 وISO 14001 اجتازوا عدة عمليات تدقيق شملت مراقبة العمليات، والتتبع، والتحسين المستمر. شركة Fortuna Metals حاصلة على شهادات IATF 16949: 2016 وISO 9001: 2015 وISO 14001: 2015. وهي شركة معتمدة في مجال التشكيل بالضغط، وتعتمد على أكثر من 80 مكبسًا للتشكيل بالضغط تتراوح قوتها بين 25 و300 طن، بالإضافة إلى أكثر من 40 آلة CNC لأعمال أخرى.

بالإضافة إلى الشهادات، إليك قائمة بالأمور المتعلقة بالموردين والتي يجدر معرفتها:

• إمكانية تتبع المواد من شهادة المصنع لكل بكرة أو لفة
• الامتثال البيئي وإعداد التقارير، بما في ذلك CBAM للأجزاء المشحونة إلى الاتحاد الأوروبي
• قد لا تحتاج إلى الانتظار لفترة طويلة إذا تطلب القالب تعديلًا؛ لذلك، قد تكون القدرة على إجراء تصميم الأدوات وإصلاحها في الموقع أمرًا ضروريًا.
• إذا تم تصدير أحد مكونات السيارة الكهربائية من عدة دول ثم تجميعها في عملية التجميع النهائية، فمن المحتمل أن تحتاج إلى شركة ذات خبرة في التصدير الدولي.

الخاتمة

أجزاء   تتطلب صناعة السيارات الكهربائية عادةً استخدام طريقة ختم المعادن عالية الدقة لإنتاج منتجات حساسة كهذه. ويُعدّ الحفاظ على ثبات الموصلية ومقاومة التآكل والخصائص البُعدية عبر عدد كبير من المكونات على مدى فترة طويلة مهمة بالغة الصعوبة، ولكنها ضرورية لأي مصنع لختم المعادن. إن التعاون مع مورد حاصل على شهادات معتمدة في مجال السيارات، ويمتلك أدوات تصنيع داخلية، وله تاريخ حافل في إنتاج منتجات مثل أطراف النحاس وقضبان التوصيل وموصلات الشحن، سيمنح برنامج تطوير مشروعك أساسًا متينًا من مرحلة النموذج الأولي وحتى الإنتاج الكامل.

هل ترغب في أن تتحمل قطع غيار سيارتك المصنعة بتقنية الختم تطبيقات السيارات الكهربائية؟ تفضل بزيارة dgmetalstamping.com للاطلاع على ما يمكننا تقديمه من خلايا البطاريات ومنافذ الشحن ومكونات التوصيل البيني، أو اتصل بمهندسينا للحصول على عرض أسعار مخصص اليوم.

الأسئلة الشائعة

1. ما هو التفاوت المسموح به عادةً في الأجزاء المختومة من المركبات الكهربائية؟

تُصنع الأجزاء الأكثر أهمية، مثل الموصلات، بدقة متناهية تتراوح بين ±0.001 و ±0.003 بوصة. أما قطع الغيار الصناعية العامة فلا تكون عادةً بهذه الدقة!

2. لماذا يُستخدم النحاس في محطات توصيل السيارات الكهربائية وقضبان التوصيل؟

للحفاظ على مقاومة منخفضة للغاية أثناء أحمال التيار العالي، فإن النحاس ذو الموصلية 100٪ هو الحل الأمثل.

3. ما هي الشهادة التي يجب أن يحملها مورد قطع غيار السيارات الكهربائية؟

شهادة IATF 16949:2016، بالإضافة إلى شهادتي ISO 9001:2015 وISO 14001:2015 لأنظمة إدارة الجودة والإدارة البيئية

4. ما هو سمك قضبان التوصيل النموذجية المستخدمة في حزم بطاريات السيارات الكهربائية؟

معظمها يتراوح سمكها من 1 مم إلى 4 مم وتختلف حسب مقدار المساحة التي يمكنك توفيرها وأيضًا مقدار الحمل الحالي الذي سيتحمله المكون.

5. لماذا يُعدّ التناسق البُعدي أكثر أهمية في إنتاج السيارات الكهربائية؟

نظراً لأن دورات إنتاج السيارات الكهربائية طويلة جداً وتتطلب قطع غيار بكميات كبيرة جداً، فإن حتى الاختلافات الطفيفة التي تتراكم بمرور الوقت قد تؤدي إلى مشاكل في التجميع ومشاكل خطيرة تتعلق بالسلامة على المدى الطويل.