高效精密多工位深拉深壓力機技術的研究

嚴 惠，袁小磊，馮 濤，馮 翔，吳書森

（揚州精善達伺服成形裝備有限公司，江蘇 揚州 225000）

動力電池是新能源汽車的核心，關系到新能源汽車的動力性、續航里程，也是影響新能源汽車安全性的關鍵因素。在國內目前生產的18650、21700等系列的主流防爆高容量動力電池中，一般都采取了防爆蓋帽、防爆電池殼體等雙重防爆設計。其中，帶防爆環的高容量動力電池圓柱形鋼殼制造工藝及關鍵裝備依然是技術瓶頸。

1 國內成形工藝

如圖1所示，帶防爆環的高容量動力電池圓柱形鋼殼需要采用深拉深工藝進行制造，以21700系列的主流防爆高容量動力電池圓柱形鋼殼為例，其主要工藝技術難度體現在：

圖1 帶防爆環的高容量動力電池圓柱形鋼殼

（1）拉深系數約為0.25，不同部位壁厚要求不一致，需要采用多道次變薄拉深加工成形。

（2）產品尺寸精度高：徑向尺寸偏差為±0.05mm，壁厚尺寸偏差為±0.02mm。

（3）防爆環技術要求：防爆刻線同心度≤0.05mm，防爆刻線殘留厚度0.05mm～0.1mm，防爆區域平整度≤0.1mm，防爆壓力達到3.15±0.3MPa。

（4）產品一致性要求高，需要超大批量生產。

2 壓力機關鍵技術條件

根據帶防爆環的高容量動力電池圓柱形鋼殼工藝要求，壓力機的關鍵技術條件包括：

（1）動力電池圓柱形鋼殼屬于深筒結構，長徑比大，拉深變形大，所以需要多序拉深，要求壓力機能夠滿足多工位成形。

（2）對于大變形、多道次變薄拉深加工成形而言，要求壓力機具有特殊的工藝特性，在保證拉深質量的前提下，具有較高的拉深效率。

（3）動力電池圓柱形鋼殼的防爆環對尺寸精度、形狀與位置精度要求高，而且有嚴格的泄爆壓力要求，因此對壓力機的綜合間隙、下死點精度、滑塊與工作臺面的動態平行度等都有很高的要求。

（4）動力電池圓柱形鋼殼尺寸精度高，并且要求拉深效率高，所以不僅對壓力機的幾何精度、運動間隙及導向精度、整機剛度等都有很高的要求，而且對壓力機的熱變形、振動等動態性能也有很高要求。

此外，對于高效精密多工位自動化成形，要求壓力機必須具備工況檢測、故障診斷與處理等智能化要求。

3 高效精密多工位深拉深壓力機技術

3.1 等徑凸輪結構設計

高效精密多工位深拉深壓力機采用等徑凸輪機構（圖2）驅動。等徑凸輪的定義為：其理論輪廓上相概念[1]。

圖2 等徑凸輪機構

間隙是影響下死點波動值的重要因數[2]。高效精密多工位深拉深壓力機的等徑凸輪與主軸連接采用過盈配合。上偏心軸可實現間隙可調。等徑凸輪驅動機構理論上接觸間隙為零，可實現無間隙傳動，實際壓力機綜合間隙約0.1mm。超小的間隙可有效保證壓力機下死點精度，確保帶防爆環的高容量動力電池圓柱形鋼殼防爆刻線殘留厚度的大小，進而實現動力各電池單元安全的一致性。

3.2 等徑凸輪輪廓曲線優化

等徑凸輪機構的運功規律可根據產品工藝需求設計輪廓曲線。如圖3所示，深拉深成形工藝需求為“快速下行-慢速工進（拉深）-低位停留（工件精整）-慢速回程（脫模）-快速回程”。等徑凸輪曲線優化是高容量防爆動力電池殼高效精密深拉深智能壓力機的技術核心，直接影響高容量防爆動力電池殼深拉深成形的高效率、高精度。

4 結束語

圖3 優化的凸輪位移、速度、加速度曲線

高效精密多工位深拉深壓力機適用于對壁厚薄、尺寸精度要求高的零件加工，在保證高精度的前反的兩徑值之和為常數的滾子從動件盤形凸輪。也就是在一個平面凸輪上對稱安裝兩個帶滾輪的移動式從動件，從動件的位移中心通過凸輪轉動的中心，不管凸輪轉到任何角度，這兩個從動件的滾輪中心連線都是定值。設計出這樣的凸輪機構叫等徑凸輪。等徑凸輪運行時，兩邊的從動件就會同時、同相、同速的左右移動且移動的距離恒定，這相當于“等徑”提下具有超高的生產效率，除具有一般多工位壓力機的性能以外，配置輔助裝置后，還可以進行橫向沖裁、靜壓、切邊、滾壓螺紋、攻絲等復合工序。