張明旺，譚學(xué)鋼

（零跑汽車有限公司，浙江金華 321000）

1 引言

2019年被稱為電動汽車元年，為了應(yīng)對石油危機，中國的電動汽車策略，已經(jīng)深刻影響到了全球的汽車發(fā)展格局，電動汽車的發(fā)展已經(jīng)是傳統(tǒng)燃油車主機廠的戰(zhàn)略發(fā)展方向，并也因此孕育了一批新能源電動汽車廠。電動汽車的異軍突起是這個時代的機遇，也是這個時代的使命。與傳統(tǒng)燃油車相比，續(xù)航問題是擺在購車人面前最大的焦慮點。

續(xù)航里程從我司S01車型的451公里，到最近發(fā)布的C11車型，綜合續(xù)航里程突破600公里。無不說明，續(xù)航里程的焦慮隨著科技的進(jìn)步在不斷的淡化。但是，整個電池包的成本卻占到了整車成本的三分之一左右，無疑成本問題將成了電動汽車最大的痛點。傳統(tǒng)電池包一般是通過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，采用白車身常見的鋼材沖壓件焊接模式組裝成電池包箱體，充分利用沖壓車間的現(xiàn)有沖壓機床及焊接車間的原有機器人設(shè)備，通過廠內(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電池包的制造質(zhì)量。

由于電池包箱體對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目的關(guān)鍵指標(biāo)，本文也是主要針對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°，通過分析，在上蓋的角部出現(xiàn)明顯的開裂現(xiàn)象，同時法蘭面起皺嚴(yán)重，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

修改后通過不斷的分析優(yōu)化，最終達(dá)到了沖壓要求，既保證法蘭平整度的同時又能保證側(cè)壁及圓角無開裂風(fēng)險。分析過程中上蓋和下殼體側(cè)面都出現(xiàn)了尺寸內(nèi)凹、法蘭面起皺等問題，最大回彈尺寸達(dá)到3mm以上，側(cè)面的內(nèi)凹同時影響到了法蘭面的尺寸回彈，經(jīng)過多輪分析驗證，拉伸工藝方案由雙筋更改為拉伸檻加單筋結(jié)構(gòu)，同時制件優(yōu)化，側(cè)壁增加補強筋，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；在裝配過程中上蓋與下殼體法蘭上的孔位需要對齊，才能保證螺栓順利通過并擰緊，因此孔位位置度需要滿足設(shè)計要求，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，同時需要將工序數(shù)量縮減到最少。

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為了保證孔位還需要單獨一道工序，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。

圖5 上蓋極限工藝

下殼體較上蓋增加了側(cè)壁插線孔，因此存在法蘭上正沖和側(cè)沖無法錯開的情況，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，同時此處的廢料區(qū)域也安排到第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6 下殼體工藝方案

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)圖紙上需要將兩個刀塊疊加安裝，如圖7所示，并且修邊刀塊工作時，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，對制件質(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)

5 零件尺寸符合率

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

對于上蓋、下殼體的關(guān)鍵尺寸必須滿足設(shè)計需求：法蘭面整體公差需控制在±0.5mm，下殼體關(guān)鍵焊接位置通過卡板檢測，公差也為±0.5mm，同時還要保證所有的裝配孔，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，避免因為尺寸的波動影響焊接質(zhì)量和孔位的偏差，兩個件首件狀態(tài)在法蘭面上出現(xiàn)了明顯的波浪，后期通過整形工序的研和與強壓，消除了明顯的起皺與波浪，證明整形工序在整個電池包質(zhì)量提升中的必要性。

最終通過不斷的調(diào)整和試模，模具自動化聯(lián)調(diào)出件，通過檢具測量，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)量通過了質(zhì)量驗證，上蓋和下殼體也都滿足了設(shè)計要求，達(dá)到了量產(chǎn)交付狀態(tài)，也驗證了降本方案，上蓋通過縮減工序，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。

模具回廠之后，通過提高壓邊力，調(diào)整平衡墊塊間隙，保證不開裂，無暗裂，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，保留在半個拉伸筋的位置，最終兩個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個百分點，節(jié)省了單車成本。

7 結(jié)束語

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)省了前期模具開發(fā)成本；拉伸抽料線控制在半個拉伸筋位置，通過量產(chǎn)驗證，制件穩(wěn)定可靠，對于單件和整車降本也起到了很關(guān)鍵的作用。

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