張明旺，譚學(xué)鋼（零跑汽車(chē)有限公司）

【摘要】

從提高生產(chǎn)效率和降本兩方面出發(fā)，電池包上下箱體由傳統(tǒng)的鋁型材焊接轉(zhuǎn)換為鋼材沖壓件焊接。充分利用沖壓車(chē)間原有沖床產(chǎn)線(xiàn)及焊涂車(chē)間原有電氣化設(shè)備，通過(guò)廠(chǎng)內(nèi)物流提高生產(chǎn)效率。由于電池包箱體對(duì)氣密性的特殊要求，在整個(gè)電池包開(kāi)發(fā)過(guò)程中，對(duì)下殼體與上蓋沖壓件尺寸的保證，成為了整個(gè)項(xiàng)目成功與否的決定性因素。

關(guān)鍵詞：

鋼制電池包；下殼體；上蓋；沖壓方案

1引言

2019年被稱(chēng)為電動(dòng)汽車(chē)元年，為了應(yīng)對(duì)石油危機(jī)，中國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)策略，已經(jīng)深刻影響到了全球的汽車(chē)發(fā)展格局，電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展已經(jīng)是傳統(tǒng)燃油車(chē)主機(jī)廠(chǎng)的戰(zhàn)略發(fā)展方向，并也因此孕育了一批新能源電動(dòng)汽車(chē)廠(chǎng)。電動(dòng)汽車(chē)的異軍，。與傳統(tǒng)燃油車(chē)相比，續(xù)航問(wèn)題是擺在購(gòu)車(chē)人面前最大的焦慮點(diǎn)。

續(xù)航里程從我司S01車(chē)型的451公里，到最近發(fā)布的C11車(chē)型，綜合續(xù)航里程突破600公里。無(wú)不說(shuō)明，續(xù)航里程的焦慮隨著科技的進(jìn)步在不斷的淡化。但是，整個(gè)電池包的成本卻占到了整車(chē)成本的三分之一左右，無(wú)疑成本問(wèn)題將成了電動(dòng)汽車(chē)最大的痛點(diǎn)。傳統(tǒng)電池包一般是通過(guò)鋁型材壓鑄然后焊接而成，不僅生產(chǎn)效率極低，而且成本居高不下。我司突破傳統(tǒng)思維，采用白車(chē)身常見(jiàn)的鋼材沖壓件焊接模式組裝成電池包箱體，充分利用沖壓車(chē)間的現(xiàn)有沖壓機(jī)床及焊接車(chē)間的原有機(jī)器人設(shè)備，通過(guò)廠(chǎng)內(nèi)成熟的物流體系及質(zhì)量體系，能夠大幅提高生產(chǎn)效率、有效降低制造成本并且能夠把控整個(gè)電池包的制造質(zhì)量。

由于電池包箱體對(duì)于氣密性的特殊要求，箱體結(jié)構(gòu)的下殼體和上蓋的尺寸成為了項(xiàng)目的關(guān)鍵指標(biāo)，本文也是主要針對(duì)鋼制電池包箱體的上蓋和下殼體的沖壓可行性、沖壓工藝以及模具開(kāi)發(fā)做一些探討和總結(jié)。

2前期數(shù)據(jù)分析

初版數(shù)據(jù)是參照傳統(tǒng)電池包箱體結(jié)構(gòu)，如圖1所示，下殼體負(fù)責(zé)承重，材質(zhì)為220Y，上蓋負(fù)責(zé)密封，材質(zhì)為DC04，這樣就造成上蓋成型深度過(guò)大，最大深度達(dá)到120mm，為了保證電池模組的容量，拔模角度最大只能做到10°，通過(guò)分析，在上蓋的角部出現(xiàn)明顯的開(kāi)裂現(xiàn)象，，角部法蘭面甚至出現(xiàn)了疊料現(xiàn)象。因此上下箱體的分縫位置需要重新調(diào)整（見(jiàn)圖2），將上蓋的深度變淺，控制在深度80mm左右，電池模組端頭的外插線(xiàn)部分，留在下殼體，既能保證安裝的便捷性又能保證制件精度。

圖1初版數(shù)據(jù)

圖2修改分縫位置

修改后通過(guò)不斷的分析優(yōu)化，最終達(dá)到了沖壓要求，既保證法蘭開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。分析過(guò)程中上蓋和下殼體側(cè)面都出現(xiàn)了尺寸內(nèi)凹、法蘭面起皺等問(wèn)題，最大回彈尺寸達(dá)到3mm以上，側(cè)回彈，經(jīng)過(guò)多輪分析驗(yàn)證，拉伸工藝方案由雙筋更改為拉伸檻加單筋結(jié)構(gòu)，，側(cè)壁增加補(bǔ)強(qiáng)筋，抑制側(cè)壁內(nèi)凹，最終制件側(cè)壁及法蘭面回彈都得到了有效控制，最終分析結(jié)果僅在側(cè)壁拐角處的法蘭面出現(xiàn)了輕微的起皺。最終數(shù)據(jù)分析如圖3、圖4所示。

圖3上蓋分析結(jié)果圖4下殼體分析結(jié)果

3工藝方案

電池箱體上蓋與下殼體都屬于盒形件，側(cè)壁易回彈，法蘭易起皺，為了滿(mǎn)足整體尺寸符合率的要求，傳統(tǒng)工藝方案一般為5道工序：拉伸→修邊→修邊沖孔→整形→沖孔（側(cè)沖）。由于受到降本方面的制約，工藝方案需要有新的挑戰(zhàn)。

為了保證箱體的性能要求，下殼體和上蓋的法蘭必須要有整形工序，才能為修邊后法蘭尺寸的整改，提供有效的整改空間；在裝配過(guò)程中上蓋與下殼體法蘭上的孔位需要對(duì)齊，才能保證螺栓順利通過(guò)并擰緊，因此孔位位置度需要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，沖孔工序需要放在整形工序之后才能有效的保證孔位的準(zhǔn)確，最少。

綜上所述，拉伸、修邊工序不可少，為了保證法蘭的尺寸需保留整形工序，法蘭一圈的沖孔工序?yàn)榱吮ＷC孔位還需要單獨(dú)一道工序，為了縮減工序，可以考慮將修邊工序與整形工序合并，因此上蓋的極限工藝方案為3道工序：拉伸→修邊整形→沖孔，如圖5所示。

下殼體較上蓋增加了側(cè)壁插線(xiàn)孔，因此存在法蘭上正沖和側(cè)沖無(wú)法錯(cuò)開(kāi)的情況，如圖6所示，為了保證法蘭密封面上孔位的一致性，將側(cè)沖的孔位調(diào)整到第2工序，到第4工序，第3工序只保留整形。因此下殼體的工藝方案為：拉伸→修邊側(cè)沖孔→整形→修邊沖孔。

圖5上蓋極限工藝

a——OP10：拉伸b——OP20：修邊整形c——OP30：沖孔

圖6下殼體工藝方案

a——OP10拉伸b——OP20修邊側(cè)沖孔c——OP30整形d——OP40修邊沖孔e——下殼體

4模具結(jié)構(gòu)

模具結(jié)構(gòu)除上蓋OP20以外，其余都是常規(guī)模具結(jié)構(gòu)，OP20由于工藝的特殊性，將修邊工序與整形工序合并，整形是通過(guò)法蘭周圈的整形鑲塊，修邊需要將周圈的廢料一次全部修掉，因此在模具結(jié)構(gòu)圖紙上需要將兩個(gè)刀塊疊加安裝，如圖7所示，并且修，由于整形刀塊還未到底，因此修邊刀塊的切入量需要盡量縮減，波浪刀切入量控制在1.5倍的板厚與3倍板厚之間，盡量減小空切對(duì)法蘭尺寸的影響，并且法蘭面修邊輪廓尺寸公差為±1.0mm，空切的微量波動(dòng)，對(duì)制件質(zhì)量影響非常小，上模結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7上蓋結(jié)構(gòu)

a——上模仰視圖b——斷面圖

1.上模座2.壓料板3.整形鑲塊4.修邊刀塊5.下型凸模6.下模座

5零件尺寸符合率

上蓋與下殼體，通過(guò)焊接成為焊接總成并通過(guò)涂裝電泳，再裝配電芯后上下通過(guò)螺栓打緊，最終裝配成電池包，整個(gè)電池包還要經(jīng)過(guò)氣密、涉水等各種測(cè)試，最終才能達(dá)到一個(gè)合格的制件，因此最終制件的特殊性，也決定了對(duì)于箱體尺寸有著更嚴(yán)格的要求。

對(duì)于上蓋、下殼體的關(guān)鍵尺寸必須滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求：法蘭面整體公差需控制在±0.5mm，下殼體關(guān)鍵焊接位置通過(guò)卡板檢測(cè)，公差也為±0.5mm，，孔位達(dá)到100%合格。并且需要模具整體研合率達(dá)到90%以上，避免因?yàn)槌叽绲牟▌?dòng)影響焊接質(zhì)量和孔位的偏差，兩個(gè)件首件狀態(tài)在法蘭面上出現(xiàn)了明顯的波浪，后期通過(guò)整形工序的研和與強(qiáng)壓，消除了明顯的起皺與波浪，證明整形工序在整個(gè)電池包質(zhì)量提升中的必要性。

最終通過(guò)不斷的調(diào)整和試模，模具自動(dòng)化聯(lián)調(diào)出件，通過(guò)檢具測(cè)量，上蓋整體尺寸符合率達(dá)到94%，下殼體整體尺寸符合率達(dá)到93.5%，兩個(gè)件關(guān)鍵尺寸和孔位達(dá)到100%。

6分析與結(jié)論

最終電池包質(zhì)量通過(guò)了質(zhì)量驗(yàn)證，上蓋和下殼體也都滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了量產(chǎn)交付狀態(tài)，也驗(yàn)證了降本方案，上蓋通過(guò)縮減工序，修邊整形同序生產(chǎn)的可行性。

制件拐角處法蘭面上的輕微起皺與前期分析結(jié)果基本一致，由于法蘭面上有密封壓條和密封圈的作用，最終制件也達(dá)到了使用需求，輕微的角部起皺，并未影響到制件的氣密性要求。

模具回廠(chǎng)之后，通過(guò)提高壓邊力，調(diào)整平衡墊塊間隙，保證不開(kāi)裂，無(wú)暗裂，起皺可控的情況下，不斷縮減板料尺寸，將拉伸工序成品后的抽料線(xiàn)，保留在半個(gè)拉伸筋的位置，最終兩個(gè)件的材料利用率都提高到了82%以上。與前期分析的78%的材料利用率提升了4個(gè)百分點(diǎn)，節(jié)省了單車(chē)成本。

7結(jié)束語(yǔ)

修邊工序與整形工序的整合有效的降低了工序數(shù)量，節(jié)省了前期模具開(kāi)發(fā)成本；拉伸抽料線(xiàn)控制在半個(gè)拉伸筋位置，通過(guò)量產(chǎn)驗(yàn)證，制件穩(wěn)定可靠，對(duì)于單件和整車(chē)降本也起到了很關(guān)鍵的作用。

鋼材沖壓制電池包箱體，最終達(dá)到了量產(chǎn)，并滿(mǎn)足了制件的一系列測(cè)試，充分驗(yàn)證了此方案的可行性，也為后續(xù)車(chē)型電池包降本方案提供了可靠的借鑒意義。

—TheEnd—