本发明涉及新能源、
动力电池和铝材加工技术领域，尤其涉及一种动力电池铝壳冷挤压技术与拉伸技术相结合的新式工艺的加工方法。
背景技术：
目前动力电池铝壳的生产都是采用冲压拉伸成形方法，用一般冲床，将铝卷冲裁下料后经多工位拉伸（通常需7-15工位）、多次回火去除应力。生产工艺复杂、流程长，耗能多，生产效率低，制造成本高，操作安全系数低，用工多且劳动强度大。
因此，需要提供一种新的技术方案来解决上述问题。
目前在新能源动力电池铝壳的制造过程中，冲压拉伸技术是动力电池铝壳生产的唯一一种可行工艺方法；有一些工厂尝试过采用冷挤压直接成型，但是冷挤压产品在尺寸公差方面，外观与安全方面都一直未能达到合格的水平。冷挤压的产品尺寸不稳定，而且壁厚还做不到0.6mm以下，壁厚0.6mm的量产无法达到，另外底部厚度也不能到达尺寸要求，外观方面产品表面凹坑点过多，唯一的优点是产品的材料利用率在85%~90%，而冲压拉伸产品的材料利用率在61%左右，目前动力电池壳冲压拉伸产品的利润已经没有空间，加工方法也简化，降本已无余地，产品单价已经接近产品的材料成本，唯一的方法就是改变工艺方法，提高材料的利润率,技术革新，降低成本，提高效率。
技术实现要素：
为了克服现有技术当中存在的缺陷和不足，为满足技术改进要求并能大幅降低成本，以解决现有动力电池铝壳技术瓶颈。本发明提出了一种新型的动力电池铝壳新式工艺的加工方法，其先用冷挤压技术加工到半成品，再用拉伸技术进行多步高精度拉伸，最后旋切方法去除产品口部多余部分，本工艺方法在拉伸模具上也进行了优化，减掉了圆片下料模，减掉了大椭圆成型模，减掉了中椭圆成型模，减掉了小椭圆成型模，在模具成本上降低了，同时可以将400吨的拉伸设备改成250吨的拉伸设备，生产速度与效率也可以提高。
其具体采用以下技术方案：
一种动力电池铝壳采用新式工艺的加工方法，其特征在于：采用铝块作为原材料，包括以下步骤：
步骤s1：所述铝块通过挤压设备加工成粗级铝壳；
步骤s2：在拉伸设备上进行第一次变薄拉伸，用于修正铝壳冷挤压时导致铝壳走料不均，同时调整铝壳四周壁厚尺寸，强化铝壳的延展性；
步骤s3：进行第二次变薄拉伸，用于定型铝壳的关键尺寸，达到预设的拉伸高度，形成铝壳半成品；
步骤s4：通过旋切去除铝壳口部多余部分。
优选地，在步骤s1中，原材料铝块通过人工或振动盘自动上料，通过冷挤压设备与模具的成型到粗胚铝壳，再由人工或传送带输送到拉伸设备上；
在步骤s2中，经过拉伸模具粗拉成型，通过机械手夹住铝壳移动到后工位；
在步骤s3中，经过拉伸模具精拉成型，再通过机械手夹住铝壳移动到切口工位；
在步骤s4中，由旋切模具去除铝壳口部多余部分，从而达到铝壳的成型尺寸。
优选地，在步骤s2和步骤s3中，粗拉与精拉模具上下模具都带有冷却循环水路系统，由水冷设备通过高压水管将冷却液运送到模具水孔中，拉伸模具的冷却管路连通水冷机，以在进行拉伸动作时提供循环冷却水。
优选地，步骤s1中，冷挤压设备采用四柱高速液压机或采用冲床进行挤压加工；步骤s2和步骤s3中，拉伸设备采用冲床或四柱液压机进行多次拉伸；步骤s4的切口工序采用旋切技术在拉伸设备上同步完成或单独配置一台四面分边切口设备完成。
优选地，在步骤s1中，采用钨钢模具将铝块一次性冷挤压成粗胚铝壳；冷挤压前将制作的铝块表面加上润滑剂；所述润滑剂为硬酯酸锌，采用搅拌设备，将轻质硬酯酸锌粉剂搅拌涂抹于铝块上，轻质硬酯酸锌粉剂事先于38-48℃的烘箱内存放备用，轻质硬酯酸锌粉剂的用量为铝坯的0.07-0.09%，搅拌涂抹分两次进行，第一次：无轻质硬酯酸锌粉，铝坯搅拌10-16分钟，以去除表面较为粗糙的毛刺，搅拌结束后将铝屑杂质清理干净；第二次：按剂量比例放入轻质硬酯酸锌粉剂，搅拌涂抹8-14分钟。
优选地，在步骤s2之前，喷涂润滑拉伸油在铝壳表面与拉伸模具型腔上；在步骤s3之前，再次对铝壳表面进行喷涂润滑拉伸油。
优选地，还包括步骤s5：通过人工或自动化设备把铝壳装置在清洗篮中由传送带送到全自动清洗设备中清洗，完成后进入烘烤隧道烘干处理。
优选地，还包括步骤s6：由传送带把成品送到全检车间，进行全尺寸检测，外观检测，最后包装入箱。
本发明及其优选方案的关键在于先将传统的冷挤压技术把原材料制作成半成品铝壳，再将半成品铝壳通过现有的拉伸技术，进行多步修正，到达预定的尺寸成品，再通过冷却系统把模具温度控制好，配合喷油润滑系统，使产品在成本方面，设备投入方面，以及质量与效率方面发生了切底的改变，大大的降低设备投入成本，人工加工成本，以及原料投入成本，对于动力电池铝壳行业将会是一次工业革命。
其对现有冲压拉伸技术进行优化设计与冷挤压技术相结合的新式工艺方法，取长补短，提高了材料的利用率，降低了产品成本,降低了开模成本，降低了设备投入成本，从而大大提高了生产效率；此工艺减少了四道拉伸工位的模具，模具成本相应减少了大概20万元左右，同时减少了模具的加工时间，减少了模具的装配时间，减少了模具的调试时间，相应的加快了客户的交样时间；同时减少了相关的配套周边设备：有重型料架，整平机，伺服送料机，这些差不多每台机床减少了10万元投入；另外原来的专用拉伸冲床是400吨偏心齿轮机，大概需要240多万元/台，现工艺改变后只要200至250吨曲轴机就完全可以拉伸了，这个大概只需要80多万元/台，对于小型号产品的拉伸机床规格甚至更小；这在设备投入方面减少三分之二，同时生产车间场地面积也会减少四分之一，设备的耗电量也会相应减少二分之一，而且模具的工位相应的简化，在模具结构也会更简单，模具的冷却方面也会更好布局;本工艺在原材料方面大有改良：现有铝卷是由铝材厂将原料通过：熔炼-精炼-铸扎-退火-冷轧-形成母卷-分切铝卷；现铝块是由铝材厂将原料通过：熔炼-精炼-铸扎-退火-铝块；由此原材料的加工成本降低。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1是本发明实施例工艺流程示意图。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：
如图1所示，本实施例提供了一种新能源动力电池铝壳加工工艺，该加工工艺包括提供前工序的冷挤压加工技术，以及后工序的多工位拉伸加工技术，还有末端的旋切加工技术；本实施例是根据铝壳产品的体积定制成型铝块，铝块通过挤压设备加工成粗级铝壳，然后在拉伸设备上进行第一次变薄拉伸，此道拉伸是修正铝壳冷挤压时导致铝壳走料不均，同时调整铝壳四周壁厚尺寸，强化铝壳的延展性，然后通过机械手移动产品到精拉工位，再进行第二次变薄拉伸，这次拉伸是进一步定型铝壳的关键尺寸，这一次拉伸动作后达到预设的拉伸高度，形成铝壳半成品，然后通过机械手移动产品到旋切工位，通过旋切去除铝壳口部多余部分，本发明铝壳的新式加工工艺能够有效的提高铝壳生产效率，降低铝壳加工成本。
本实施例的原材料铝块通过人工或振动盘自动上料，铝块通过冷挤压设备与模具的成型到粗胚铝壳，再由人工或传送带输送到拉伸设备上，经过拉伸模具粗拉成型，通过机械手夹住铝壳移动到后工位，再经过拉伸模具精拉成型，再通过机械手夹住铝壳移动到切口工位，由旋切模具去除铝壳口部多余部分，从而达到铝壳的成型尺寸。
本实施例的粗拉与精拉模具上下模具都设计有冷却循环水路系统，采用的冷却水可添加防冻冷却液，按1:10的比例配置，由水冷设备通过高压水管把零度左右的冷却液运送到模具水孔中，拉伸模具的冷却管路连通的水冷机，以在进行后序拉伸动作时提供循环冷却水。从而到达快速降温，基本完全可以把模具温度控制在25度以下，因此铝壳的生产速度可以更快，产品品质也会更加保持稳定；另外现有技术拉伸工序有7-10道工位完成，现在此工艺只要2道工位就可完成，减少了模具调试时间，减少了工位之间的品质问题，减少了半成品的不良率。
本实施例要求提供前工位冷挤压设备和后工位拉伸设备。本实施例中，前工位冷挤压设备采用四柱高速液压机，液压机具体吨位根据产品加工的大小定制；如果产品尺寸较小，在行程与吨位满足的情况下也可以直接采用冲床进行挤压加工；后工位拉伸设备也可以采用冲床或四柱液压机进行多次拉伸，切口工序可以直接采用旋切技术在拉伸设备上同步完成，还可以单独在旁边配置一台四面分边切口设备；冲床压力机是通过电动机驱动飞轮，并通过离合器带动曲柄连杆机构以使滑块和凸模上下运动，其具有冲压速度快、工作效率高的特点；而四柱液压机则是通过电机带动油泵，以此产生推动油缸的压力板，从而带动凸模上下运动，其具有稳定性及精密度高的特点；两款设备都可以用于动力电池铝壳的挤压与拉伸。
本发明的整套工艺设计合理，既能保证产品尺寸精度稳定，又能降低产品成本。本实施例采用钨钢模具将铝块一次性冷挤压成粗胚铝壳，其金属晶粒组织致密韧性好，抗拉性强，铝壳延展性好，挤压成形产品再经过多步拉伸，尺寸精度更加均匀一致，连续批量生产过程中也会更加稳定。挤压模具的上模一般采用高速钢或钨钢，及性能更好的材料等，并设计脱模斜度和工作带。下模一般采用钨钢镶套，如yg8、yg15、yg20等。挤压模具的制作工艺一般均需经过磨床加工、慢走丝加工、淬火、镶套加工，深冷处理，表面抛光处理等过程，具体流程因各零部件的用途不同而有所区别。挤压机根据动力电池铝壳冷挤压成形所需的挤压力，选择吨位最合适的冷挤压压力机或冷挤压冲床；该工艺冷挤压前需将制作的铝块表面加上润滑剂，润滑剂是硬酯酸锌，采用搅拌设备，将轻质硬酯酸锌粉剂搅拌涂抹于铝块上，轻质硬酯酸锌粉剂事先于38-48℃的烘箱内存放备用，轻质硬酯酸锌粉剂的用量为铝坯的0.07-0.09%，搅拌涂抹分两次进行，第一次：无轻质硬酯酸锌粉，铝坯搅拌10-16分钟，以去除表面较为粗糙的毛刺，搅拌结束后将铝屑杂质清理干净；第二次：按剂量比例放入轻质硬酯酸锌粉剂，搅拌涂抹8-14分钟；在此步骤中使用轻质硬酯酸锌粉搅拌涂抹的作用是：1.改善铝块的结垢析出现象，有利于去除铝块表面的毛刺及杂质；2.优化铝坯的延伸性能，有利于铝块被冷挤压成形时的塑性变形；3.增强铝坯的润滑性，有利于挤压成形产品的脱模脱料；
本实施例的冷挤压生产效率高，本实施例生产动力电池铝壳的速度一般在每分钟15-30只，而且产品越小速度会越快；
本实施例将冷挤压出来的毛坯铝壳通过人工或机械手，先送到第一拉伸工位，然后喷涂润滑拉伸油在铝壳表面与拉伸模具型腔上面，按照拉伸顺序依次在第一次拉伸模具中对毛坯铝壳进行拉伸，拉伸到预定高度后，经过卸料装置进行脱料，然后在机械手传递下，进入第二次拉伸模具中，再次对铝壳表面进行喷涂润滑拉伸油，然后对毛坯铝壳进行精确拉伸，最后达到预设拉伸高度，形成半成品铝壳；此工艺的铝壳拉伸设备比传统拉伸方式的拉伸设备外型要小，设备吨位也要小，由传统的7-15步拉伸缩短到2步拉伸，设备的工作台面也缩短一半以上，模具的总量也相应减少一半多，拉伸速度可加快到40-50次/分钟，小产品可以更快，比传统的拉伸设备速度提高了2倍以上，同时，拉伸模具采用了进行快速降温的冷却装置，冷却装置包括对拉伸凸模与拉伸凹模进行降温，抑制了模具发热的难题，从而提升了拉伸速度；本实施例拉伸模具的冷却管路连通的水冷机，以在进行后序拉伸动作时提供循环冷却水，模具在运行过程中，其产品经过不断拉伸变薄，模具与产品之间将不可避免的产生挤压摩擦，从而产生热量。若产生的摩擦热不及时的消除，该热量将影响拉伸产品的加工精度，导致产品变形，尺寸不稳定，降低动力电池铝壳产品的质量。为此，本发明技术方案在后序拉伸设备的每一拉伸工序中设计有冷却装置，该冷却装置包括可提供循环冷却水的水冷机，该水冷机通过输水软管将冷却水经冲头的冷却管路，输送至冲头内，以将冲头所产生的热量吸收；吸收热量后的冷却水经输水管，回流至水冷机内，由水冷机对其进行降温以获得冷却水；如此循环，可实现对冲头的及时降温，从而提高了铝壳产品的质量，加快了拉伸速度。
本实施例在最后一次后序拉伸动作后，还包括将铝壳产品通过人工或机械手转移至剪切工位，以对铝壳产品进行旋切处理。经前序拉伸加工获得的铝壳产品，其口部会有毛刺，不够平整，需对其进行剪切处理，以获得最终的铝壳成品。
本实施例铝壳切口后，经过人工或自动化设备把铝壳装置在清洗篮中由传送带送到全自动清洗设备中清洗；将篮子放置在物料架上，由机械手运送到第一步甩油工位，此处是将铝壳表面油污清理掉；然后由机械手将篮子运送到第二步药水清洗，水温控制在65度左右，打开超声波，清洗三分钟，这样依次进入第三步药水清洗，清洗三分钟，第四步药水清洗，清洗三分钟，然后再经过四次漂洗过水，最后进入第九步甩水，完成后进入烘烤隧道烘干处理。
铝壳成品烘干处理完后，经过人工或机械手卸料后，由传送带把成品送到全检车间，进行全尺寸检测，外观检测，最后包装入箱。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的动力电池铝壳新式工艺的加工方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。
技术特征：
1.一种动力电池铝壳采用新式工艺的加工方法，其特征在于：采用铝块作为原材料，包括以下步骤：
步骤s1：所述铝块通过挤压设备加工成粗级铝壳；
步骤s2：在拉伸设备上进行第一次变薄拉伸，用于修正铝壳冷挤压时导致铝壳走料不均，同时调整铝壳四周壁厚尺寸，强化铝壳的延展性；
步骤s3：进行第二次变薄拉伸，用于定型铝壳的关键尺寸，达到预设的拉伸高度，形成铝壳半成品；
步骤s4：通过旋切去除铝壳口部多余部分。
2.根据权利要求1所述的动力电池铝壳采用新式工艺的加工方法，其特征在于：在步骤s1中，原材料铝块通过人工或振动盘自动上料，通过冷挤压设备与模具的成型到粗胚铝壳，再由人工或传送带输送到拉伸设备上；
在步骤s2中，经过拉伸模具粗拉成型，通过机械手夹住铝壳移动到后工位；
在步骤s3中，经过拉伸模具精拉成型，再通过机械手夹住铝壳移动到切口工位；
在步骤s4中，由旋切模具去除铝壳口部多余部分，从而达到铝壳的成型尺寸。
3.根据权利要求1所述的动力电池铝壳采用新式工艺的加工方法，其特征在于：在步骤s2和步骤s3中，粗拉与精拉模具上下模具都带有冷却循环水路系统，由水冷设备通过高压水管将冷却液运送到模具水孔中，拉伸模具的冷却管路连通水冷机，以在进行拉伸动作时提供循环冷却水。
4.根据权利要求1所述的动力电池铝壳采用新式工艺的加工方法，其特征在于：步骤s1中，冷挤压设备采用四柱高速液压机或采用冲床进行挤压加工；步骤s2和步骤s3中，拉伸设备采用冲床或四柱液压机进行多次拉伸；步骤s4的切口工序采用旋切技术在拉伸设备上同步完成或单独配置一台四面分边切口设备完成。
5.根据权利要求1所述的动力电池铝壳采用新式工艺的加工方法，其特征在于：在步骤s1中，采用钨钢模具将铝块一次性冷挤压成粗胚铝壳；冷挤压前将制作的铝块表面加上润滑剂；所述润滑剂为硬酯酸锌，采用搅拌设备，将轻质硬酯酸锌粉剂搅拌涂抹于铝块上，轻质硬酯酸锌粉剂事先于38-48℃的烘箱内存放备用，轻质硬酯酸锌粉剂的用量为铝坯的0.07-0.09%，搅拌涂抹分两次进行，第一次：无轻质硬酯酸锌粉，铝坯搅拌10-16分钟，以去除表面较为粗糙的毛刺，搅拌结束后将铝屑杂质清理干净；第二次：按剂量比例放入轻质硬酯酸锌粉剂，搅拌涂抹8-14分钟。
6.根据权利要求2所述的动力电池铝壳采用新式工艺的加工方法，其特征在于：在步骤s2之前，喷涂润滑拉伸油在铝壳表面与拉伸模具型腔上；在步骤s3之前，再次对铝壳表面进行喷涂润滑拉伸油。
7.根据权利要求1所述的动力电池铝壳采用新式工艺的加工方法，其特征在于：还包括步骤s5：通过人工或自动化设备把铝壳装置在清洗篮中由传送带送到全自动清洗设备中清洗，完成后进入烘烤隧道烘干处理。
8.根据权利要求1所述的动力电池铝壳采用新式工艺的加工方法，其特征在于：还包括步骤s6：由传送带把成品送到全检车间，进行全尺寸检测，外观检测，最后包装入箱。
技术总结
本发明提出一种动力电池铝壳新式工艺的加工方法，其特征在于：采用铝块作为原材料，包括以下步骤：步骤S1：所述铝块通过挤压设备加工成粗级铝壳；步骤S2：在拉伸设备上进行第一次变薄拉伸，用于修正铝壳冷挤压时导致铝壳走料不均，同时调整铝壳四周壁厚尺寸，强化铝壳的延展性；步骤S3：进行第二次变薄拉伸，用于定型铝壳的关键尺寸，达到预设的拉伸高度，形成铝壳半成品；步骤S4：通过旋切去除铝壳口部多余部分。使产品在成本方面，设备投入方面，以及质量与效率方面发生了切底的改变，大大的降低设备投入成本，人工加工成本，以及原料投入成本。
技术研发人员：王晖;康天成
受保护的技术使用者：宁德聚能动力电源系统技术有限公司
技术研发日：2021.03.09
技术公布日：2021.06.18
声明：
“动力电池铝壳采用新式工艺的加工方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：宁德聚能动力电源系统技术有限公司
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2024年05月17日 ~ 19日 
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