葉 烽，余 波

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板柵用銅拉網(wǎng)的制造工藝及設(shè)備

葉 烽，余 波

(武漢船用電力推進(jìn)研究所，武漢430064)

板柵是蓄電池的關(guān)鍵部件，起著傳導(dǎo)電流和支撐活性物質(zhì)的作用。銅拉網(wǎng)板柵用于蓄電池負(fù)極有諸多優(yōu)點(diǎn)。本文介紹了一種先進(jìn)的銅拉網(wǎng)板柵的制造工藝及主要設(shè)備參數(shù)。

銅拉網(wǎng)板柵 制造工藝

0 引言

鉛酸蓄電池具有技術(shù)成熟、價(jià)格便宜、充放電性能良好、使用安全、沒(méi)有復(fù)雜的輔助系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)，但是重量比能量較低。要提高鉛酸蓄電池重量比能量最有效的方式是采用輕型板柵來(lái)替代傳統(tǒng)的鉛基合金板柵。銅拉網(wǎng)板柵用于鉛酸蓄電池不僅可以顯著減輕蓄電池重量，提高蓄電池的重量比能量，還可以改善蓄電池低溫性能，降低蓄電池內(nèi)阻，增加板柵的機(jī)械強(qiáng)度，提高蓄電池的輸出功率、充放電性能和活性物質(zhì)的利用率等。本文介紹了一種先進(jìn)的銅拉網(wǎng)板柵制作方法，生產(chǎn)線為全自動(dòng)生產(chǎn)線，與傳統(tǒng)銅拉網(wǎng)板柵工藝的區(qū)別主要體現(xiàn)在沖網(wǎng)工序上，目的是提高生產(chǎn)效率和銅拉網(wǎng)質(zhì)量的穩(wěn)定性。

1 銅拉網(wǎng)制作工藝流程

銅拉網(wǎng)制作工藝流程如下：開(kāi)卷→卷邊→沖網(wǎng)成型→整平→裁切→收料，其中卷邊和沖網(wǎng)成型是關(guān)鍵工序。與傳統(tǒng)工藝相比，本工藝實(shí)現(xiàn)了銅拉網(wǎng)自動(dòng)化生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率。

圖1 銅拉網(wǎng)實(shí)物圖

1.1 開(kāi)卷工序

通過(guò)間歇放料感應(yīng)裝置監(jiān)測(cè)銅帶開(kāi)卷長(zhǎng)度從而控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)放料。

1.2 卷邊

從開(kāi)卷放料機(jī)出來(lái)的銅帶，銅帶材料為T2M，寬度及厚度（0.1-1mm）按照?qǐng)D紙確定，經(jīng)過(guò)七對(duì)成型壓輥按照設(shè)計(jì)好的圖紙及技術(shù)要求，將開(kāi)卷的銅帶兩邊卷成大小一致的空心圓邊，見(jiàn)圖2。

1.3 沖網(wǎng)成型

按照?qǐng)D紙及技術(shù)要求，將上一道工序已卷邊的銅帶沖制成帶有一定規(guī)格菱形網(wǎng)孔的銅網(wǎng)。

圖3 網(wǎng)成型側(cè)視圖

圖4 沖網(wǎng)整形后的銅拉網(wǎng)平面圖

1.4 整平

通過(guò)整平機(jī)構(gòu)對(duì)沖制成型的銅拉網(wǎng)按圖紙及技術(shù)要求整平。

1.5 裁切

通過(guò)步進(jìn)電機(jī)參數(shù)設(shè)定實(shí)現(xiàn)銅拉網(wǎng)定長(zhǎng)自動(dòng)裁切，每片銅拉網(wǎng)切斷時(shí)間不大于5 s。

1.6 收料

將裁切好的銅拉網(wǎng)收入料件箱。

2 主要設(shè)備及參數(shù)

2.1 開(kāi)卷機(jī)

將銅帶卷安裝在開(kāi)卷機(jī)上，通過(guò)間歇放料感應(yīng)裝置（銅帶卷開(kāi)卷放料速度監(jiān)測(cè)裝置)，監(jiān)控開(kāi)卷放料速度及長(zhǎng)度，對(duì)銅帶開(kāi)卷情況進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)調(diào)整放料速度，保證不間斷自動(dòng)送料。

2.2 卷邊機(jī)

卷邊機(jī)的作用是將銅帶兩邊卷制成符合技術(shù)要求的圓管型，同時(shí)將銅帶中間壓制成V型槽的銅拉網(wǎng)半成品。銅網(wǎng)卷邊成型后符合冷變形原理，即卷邊成型后對(duì)材料各性能指標(biāo)無(wú)影響，無(wú)論是卷邊還是V型槽成型部分在整個(gè)成型過(guò)程中都不會(huì)改變銅帶橫截面的寬度和厚度。中間壓制成V型槽在銅拉網(wǎng)中起到縱向加強(qiáng)的作用，并可以在下一沖網(wǎng)成型工序中起導(dǎo)向作用。

將銅帶經(jīng)過(guò)七道卷邊成型輥模具冷彎成卷邊銅帶，卷邊銅帶成型后兩條圓邊的直徑應(yīng)滿足技術(shù)要求，且可在一定范圍內(nèi)按需調(diào)整，并保證卷邊與銅帶面相平。七道卷邊成型輥模具由變頻器控制的異步電機(jī)控制,可根據(jù)沖網(wǎng)機(jī)速度調(diào)整卷邊速度，達(dá)到與沖網(wǎng)機(jī)速度匹配一致的目的。

第一道壓輥前段有一組導(dǎo)向裝置，導(dǎo)向裝置的作用是保證銅帶在整個(gè)成型過(guò)程中送料方向保持穩(wěn)定，對(duì)成型的好壞起著決定性的作用；第一道壓輥是先壓出卷邊圓管的起端和末端，起端和末端之間的材料是可以滑動(dòng)的，其余部分的材料已經(jīng)被壓緊不能相對(duì)滑動(dòng)。其余壓輥組原理一致，這樣既可以彎曲而無(wú)拉伸變形從而能保持材料的性能不變，每道壓輥?zhàn)饔萌缦拢?/p>

第一道壓輥使銅帶兩邊按卷邊尺寸折彎90°；第二道壓輥將折彎部分折彎到145±5°；第三道壓輥將折彎部分折彎到165±5°；第四道壓輥將末端再折彎到180°，成型為“O”的形狀；第五、六道壓輥將前4道折彎的圓弧不斷縮小，圓弧的折彎角度越來(lái)越大、最后達(dá)到卷邊要求；第七步對(duì)兩邊的卷邊再次進(jìn)行修正，使卷邊圓與銅帶平面呈垂直狀態(tài)，同時(shí)對(duì)銅網(wǎng)中間V槽進(jìn)行成型。最后壓制出的V型槽使得在后面的沖網(wǎng)過(guò)程更加方便定位及導(dǎo)向。

2.3 沖網(wǎng)機(jī)

沖網(wǎng)機(jī)的工作原理是縱向沖拉網(wǎng)方式，不同于傳統(tǒng)沖床拉網(wǎng)，本沖網(wǎng)機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)小帶輪，小帶輪通過(guò)皮帶將功率傳遞給飛輪，飛輪帶動(dòng)曲軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，曲軸與連桿之間構(gòu)成為曲軸連桿塊機(jī)構(gòu)，連桿在曲軸上做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)刀架在沖床上做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不斷沖切銅帶，沖制成銅拉網(wǎng)。

沖網(wǎng)機(jī)采用機(jī)械裝置傳動(dòng)，傳輸送料方式為前推、后拉兩處同步送料，平穩(wěn)可靠；主軸由曲軸連桿裝置確保上沖模的往復(fù)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠，軸瓦由電動(dòng)可調(diào)式潤(rùn)滑裝置定時(shí)加油潤(rùn)滑，確保主軸的潤(rùn)滑，保證主軸平穩(wěn)運(yùn)行，從而保證沖網(wǎng)質(zhì)量穩(wěn)定。刀具采用整體模架，上下刀具均可單獨(dú)拆換，壞損刀具只要拆卸并按要求打磨相應(yīng)壞損部位，修復(fù)后即可安裝調(diào)試重新使用，提高刀具的可修復(fù)性及重復(fù)利用性，從而大大降低了刀具維修、更換的成本。主軸由異步電機(jī)帶動(dòng)皮帶輪驅(qū)動(dòng)。沖網(wǎng)機(jī)沖網(wǎng)設(shè)計(jì)噸位15T，額定工作速度200～250次/分鐘可調(diào)，拉料輥比送料輥直徑大0.05～0.1 mm，送料機(jī)構(gòu)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)提供動(dòng)力，而拉料機(jī)構(gòu)則為主軸帶動(dòng)的搖臂來(lái)驅(qū)動(dòng)，進(jìn)給量均可調(diào)，利于拉料與送料的動(dòng)態(tài)平衡，繼而生產(chǎn)出合格穩(wěn)定的銅拉網(wǎng)。

沖床不僅僅只起沖壓作用，還為伺服電機(jī)提供送料信號(hào)，這是送料與沖壓能夠協(xié)調(diào)工作的關(guān)鍵因素；模具是沖網(wǎng)的執(zhí)行工具，上模隨著連桿不停地做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)銅帶的沖網(wǎng)成形，同時(shí)模板底部中心位置伸出的導(dǎo)向輪也對(duì)卷邊開(kāi)V槽的銅帶起到了導(dǎo)向、定位作用，確保銅拉網(wǎng)不跑偏，沖制出兩邊寬度一致的產(chǎn)品。送料機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置是步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)送料壓輥組，步進(jìn)電機(jī)在沖床主軸上采集信號(hào)，送料機(jī)構(gòu)動(dòng)力不需要沖床提供，避免了沖床帶來(lái)的巨大沖擊，這樣使送料的精度和穩(wěn)定性得到提高，保證了拉網(wǎng)質(zhì)量。

本生產(chǎn)線為全自動(dòng)生產(chǎn)線，與傳統(tǒng)銅拉網(wǎng)板柵工藝的區(qū)別主要體現(xiàn)在沖網(wǎng)工序上。傳統(tǒng)工藝采用的是橫向沖網(wǎng)，先橫向沖一半，退出來(lái)；再換另一側(cè)沖網(wǎng)，沖制完退出來(lái)，再進(jìn)行下一道工序，傳統(tǒng)工藝基本靠人工實(shí)現(xiàn)。但本生產(chǎn)線采用的是縱向沖網(wǎng)，在生產(chǎn)線上不用換向，無(wú)需停頓、可連續(xù)沖網(wǎng)無(wú)需轉(zhuǎn)換工序從而實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)生產(chǎn)。生產(chǎn)效率及穩(wěn)定性得到了質(zhì)的提高。

開(kāi)卷機(jī)、卷邊機(jī)、沖網(wǎng)機(jī)是三者聯(lián)動(dòng)，且三者之間都有限速開(kāi)關(guān)，可以調(diào)節(jié)匹配速度。開(kāi)卷機(jī)、卷邊機(jī)、沖網(wǎng)機(jī)之間的速度關(guān)系為：開(kāi)卷機(jī)>卷邊機(jī)>沖網(wǎng)機(jī)，所以整個(gè)系統(tǒng)一旦啟動(dòng)，沖網(wǎng)機(jī)就會(huì)連續(xù)工作，可充分提高沖網(wǎng)機(jī)的利用率；卷邊機(jī)有單獨(dú)的牽引電機(jī)，由間歇式感應(yīng)器控制進(jìn)料速度，這樣將減小了開(kāi)卷銅帶過(guò)多對(duì)卷邊機(jī)成型帶來(lái)的干擾，保證了卷邊成型的質(zhì)量。

2.4 整平機(jī)

將拉出的銅網(wǎng)用五壓輥整平，為后續(xù)裁切、包邊工序做工藝準(zhǔn)備。每道整平壓輥間隙壓力均可調(diào)，使經(jīng)過(guò)整平機(jī)構(gòu)的銅網(wǎng)表面光滑、平順、無(wú)壓痕，同時(shí)使銅拉網(wǎng)網(wǎng)格形狀、大小也能達(dá)到一致。壓輥直徑為60～70 mm，共分為五組，方便拆卸維護(hù)。

2.5 裁切機(jī)

從整平機(jī)出來(lái)的銅拉網(wǎng)，按設(shè)定的裁切尺寸輸送到裁切機(jī)平臺(tái)上，由裝快排閥的氣缸切刀迅速切斷，減少銅網(wǎng)輸送機(jī)構(gòu)停止時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。為了滿足對(duì)不同的銅拉網(wǎng)剪切長(zhǎng)度的要求，可以通過(guò)調(diào)節(jié)裁切機(jī)輸送步進(jìn)電機(jī)參數(shù)，達(dá)到生產(chǎn)不同長(zhǎng)度銅拉網(wǎng)的目的。

2.6 收料架

通過(guò)調(diào)整翻板機(jī)構(gòu)與銅網(wǎng)輸送機(jī)構(gòu)的材料中心高度一致，保證剪裁后的銅網(wǎng)能順利進(jìn)入收料機(jī)構(gòu)；翻板動(dòng)作通過(guò)氣缸完成，剪切后銅拉網(wǎng)落入收料滑車中，收料滑車裝網(wǎng)槽按設(shè)定數(shù)值裝滿后，會(huì)通過(guò)氣缸推動(dòng)切換另外一個(gè)空槽收料。這樣的收料架，不但可以計(jì)數(shù)，還無(wú)需人工手動(dòng)放置收料箱，節(jié)省人力。

3 結(jié)論

目前，上述銅拉網(wǎng)生產(chǎn)工藝及設(shè)備已通過(guò)驗(yàn)收，并實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)，生產(chǎn)的銅拉網(wǎng)經(jīng)鑒定，完全滿足技術(shù)要求。同時(shí)該生產(chǎn)線為全自動(dòng)生產(chǎn)線，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了人工成本。綜上所述，該銅拉網(wǎng)生產(chǎn)工藝及設(shè)備有推廣的現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值。

[1] 趙巍等. 鉛酸蓄電池輕型板柵材料的研究進(jìn)展. 電池, 2007, 37（4）: 318-319.

[2] 勾長(zhǎng)虹, 杜津玲. 鉛酸蓄電池正極活性物質(zhì)脫落及其緩解. 電源技術(shù), 1997, 21（3）: 136-138.

Manufacturing Process and Equipment for Expanded Copper Grid

Ye Feng, Yu Bo

(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)

TG386.42

A

1003-4862（2017）06-0046-03

2017-03-03

葉烽（1965-），男，工程師。研究方向：化工機(jī)械。E-mail:13507125533@163.com