摘 要：新能源汽車中，電池盒是將電芯殼體安裝在其內(nèi)部的

大型沖壓結(jié)構件，其在成形過程中容易產(chǎn)生開裂、起皺、回彈變形等缺陷。同時，電池盒涂膠面尺寸不一致會影響焊裝的密封性，其質(zhì)量要求高于一般的白車身覆蓋件。本公司所開發(fā)的某電池盒復制模具為了進一步提高材料利用率，將焊接密封的法蘭面放在壓邊圈上，同時縮小拉延筋和產(chǎn)品之間的間距，減小坯料尺寸進行拉深成形，其成形難度和質(zhì)量控制難度大幅增加。本文從模具拉深成形的調(diào)試階段入手，對成形缺陷進行了分析和總結(jié)，為其他類似零件的模具開發(fā)提供參考。

關鍵詞：新能源電池盒；沖壓缺陷；調(diào)試

中圖分類號：TG386

文獻標識碼：A

Stamping defects of electric vehicle battery cover can and tryout technique

LI Yuqiang，Yu Haibin

（Shanghai Sekely Die Technology Co.，Ltd.，Shanghai 201209，China）

Abstract： Electric vehicle battery is one of the most import part on the car. The forming of the battery cover may has crack，wrinkle，spring-back defects，etc. And also the mating surface’s dimension should has less variation to improve the mating quality. This paper shows a copy die to improve the material utility further. This stamping process put the mating surface on the forming binder，and also decrease the distance of the draw-bead with the punch opening so that to decrease the blank size. But this processing improved the difficult of forming. The paper shows the method to solve the forming defects during stamping tryout.

Keywords： battery cover; stamping defects; tryout

0 引 言

新能源汽車中，電池盒是將電芯殼體安裝在其內(nèi)部的大型沖壓結(jié)構件，其結(jié)構形狀接近于方形，拔模角度小、拉深深度大，因此成形過程中容易產(chǎn)生開裂、起皺、回彈變形等缺陷^［1-3］。同時，產(chǎn)品的法蘭面為涂膠面，尺寸的一致性要求高，其尺寸波動對焊裝的密封性有著重要的影響。本公司開發(fā)了某新能源汽車企業(yè)的電池盒模具的復制模。新模具為了提高材料利用率，沖壓工藝方案不僅將焊接密封的法蘭面放在壓邊圈上，同時縮小了拉延筋與產(chǎn)品邊界的間距，并在縮小坯料尺寸后進行拉深成形，其成形難度和質(zhì)量控制難度大幅增加。雖然在前期工藝設計階段開展了大量的CAE分析工作，但由于產(chǎn)品特性，在調(diào)試階段仍產(chǎn)生了起皺、開裂、回彈等沖壓缺陷^［4-7］。本文作者結(jié)合幾十年的調(diào)試經(jīng)驗，對各種成形缺陷進行分析，通過經(jīng)驗和理論相結(jié)合改進了模具設計，有效地消除了缺陷，使產(chǎn)品質(zhì)量滿足客戶要求。

1 拉深成形的起皺開裂缺陷

模具制造中，在滿足高質(zhì)量、高安全性、高效率生產(chǎn)的前提下，進一步降低沖壓生產(chǎn)成本是企業(yè)利潤的源泉。本研究中的電池盒復制模的設計方案中，沖壓板料質(zhì)量從原始生產(chǎn)狀態(tài)的6.14 kg降低至5.34 kg，單件的沖壓板料質(zhì)量減輕了0.8 kg，降低了原材料成本。該產(chǎn)品產(chǎn)量每天高達1 200沖次，每月31 200沖次，每月節(jié)省料片質(zhì)量達2 640 kg。但這一設計也帶來了新的問題，首先是拉深開裂風險增大^［8-9］。圖1為拉深模具調(diào)試初期產(chǎn)生的開裂缺陷。

拉延件開裂的潛在原因分析如下：

（1） 由于電池盒產(chǎn)品形狀存在側(cè)壁形狀深、造型復雜、側(cè)壁陡峭、轉(zhuǎn)角部位R角過小等特點，因此在板料流動過程中阻力較大，開裂風險顯著增加。

（2） 材料利用率的提高主要通過減小拉延筋到分模線的距離來實現(xiàn)。在原模具中，拉延筋到分模線的距離是54 mm，新開發(fā)的復制模拉延筋到分模線的距離是32 mm，兩者相差22 mm。如圖2所示。尤其在產(chǎn)品角部的拉延筋阻力（包括筋的高度等）對成形非常敏感，容易產(chǎn)生開裂缺陷。

（3） 現(xiàn)場調(diào)試中走料不一致，結(jié)合圖1左下角易起皺區(qū)域，起皺本身會增大材料流動阻力，從而導致角部的開裂。因此，直邊上流入量均勻一致是解決開裂的關鍵。

（4） 根據(jù)CAE分析的理論成形噸位值超過了實際現(xiàn)場調(diào)試成形噸位值，且壓邊力理論值大于現(xiàn)場調(diào)試產(chǎn)品壓邊力，容易導致開裂。

基于上述原因分析，重新確認模具的調(diào)試基礎工作，包括凸凹模清根、圓角避讓、壓邊圈著色、平衡塊著色、壓邊力、成形噸位值等，確保在調(diào)試狀態(tài)與CAE分析保持一致的情況下進行調(diào)試和優(yōu)化^［10-12］。

解決開裂缺陷的第一種對策。針對圖1中的開裂，測量了凸凹模圓角大小，確保和產(chǎn)品數(shù)模一致，且精細拋光凸凹模圓角的切點處，消除機加工刀路痕跡，提高R角周圍的光潔度。在凸凹模側(cè)壁間隙測量中，以藍油著色為判斷依據(jù)，不能過緊或過松，間隙過緊會導致開裂，過松會引起側(cè)壁翹曲回彈，因此通過研配確保板料厚度間隙。最終通過理論結(jié)合實際分析，確定虛著色狀態(tài)為研配的依據(jù)。

解決開裂缺陷的第二種對策。本研究中的電池盒產(chǎn)品比較深，CAE模擬中起皺和開裂在臨界點附近，難以有效平衡兩者之間的關系。

根據(jù)多年的調(diào)試經(jīng)驗，要同時解決開裂和起皺缺陷，壓邊圈以及壓邊力的平衡起到?jīng)Q定性的作用。通過現(xiàn)場調(diào)試，將流入量進行優(yōu)化，手段包括壓邊力調(diào)整、拉延筋高度調(diào)整、拉延筋R角更改等，壓邊力保持理論值80 t不變，同時消除了兩個角部的起皺和開裂缺陷。

2 整形扭曲和回彈缺陷

回彈產(chǎn)生的原因分析如下^［13-14］。

產(chǎn)品特征R角過小，整形后易變形。同時，結(jié)合CAE模擬發(fā)現(xiàn)，由于拉深過程中法蘭面處于壓應力狀態(tài)，應力釋放后會產(chǎn)生回彈和翹曲。修邊后法蘭面平整度無法滿足要求。因此工藝設計階段采用二次整形的方式，但二次整型會產(chǎn)生變形，造成機械手將零件放入OP30工序后無法有效定位，定位的不穩(wěn)定導致生產(chǎn)效率降低，感應器失效等問題，無法滿足自動化生產(chǎn)。如圖3所示?；谏鲜鲈蚍治?，對沖壓工藝方案進行了改進，通過理論分析和現(xiàn)場調(diào)試零件狀態(tài)，減少轉(zhuǎn)角部位的二次整形量，工藝補充造型由原來的R10增大到R30，而直線部位的整形量保持原設計方案，角部的材料流動明顯減少，產(chǎn)生的翹曲變形得到有效改善，零件回彈變形減小，同時滿足了自動化生產(chǎn)要求，如圖4所示。

涂膠面位于產(chǎn)品的上部頂，通過一次成形直接加工至產(chǎn)品的數(shù)模尺寸，但在后序的修邊

和翻邊工序后，產(chǎn)生應力釋放導致回彈，局部測點超差約0.7～0.8 mm。根據(jù)客戶測量方案，其精度要求公差在±0.4 mm以內(nèi)。補償回彈的方案1為：從OP10拉深成形開始補償，同時OP20，OP30，OP40，OP50等工序進行符型補償。方案2為：僅補償翻邊工序OP50。根據(jù)產(chǎn)品形狀特征及其成形機理，以及回彈量的大小，決定采用低成本且有效的方案2。通過實施方案2，回彈補償有效，涂膠面尺寸公差達到±0.4 mm以內(nèi)，如圖5所示。

電池盒單體質(zhì)量是新能源汽車電池盒總成焊裝質(zhì)量的重要保證，其不僅要消除成形過程中的開裂、起皺缺陷，而且有嚴格的尺寸公差要求，否則難以實現(xiàn)大批量的自動化生產(chǎn)，并確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性^［15］。本文通過該項目的開發(fā)，確保了公司該產(chǎn)品總成產(chǎn)線的順利投產(chǎn)，材料利用率的提高也為公司帶來了可觀的經(jīng)濟效益，圖6為批量成產(chǎn)的產(chǎn)線。

3 結(jié) 論

總結(jié)電池盒類零件在調(diào)試階段面臨的各種缺陷消除方法如下。

（1） 調(diào)試前準備工作應確認模具的研磨和拋光質(zhì)量。用油石對圓角及型面處沿拉延時的走料方向初步拋光，去除加工刀花，表面粗糙度達到0.6以上。對其棱角處進行表面淬火，需用油石對型面處拋光，使表面粗糙度達到要求。在確認凹模符合產(chǎn)品數(shù)模后，研配直到完成合理的間隙，根據(jù)CAE分析報告進行首件初調(diào)試，根據(jù)初調(diào)試的問題對模具進行精調(diào)試，制作出首件，直到生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。

（2） 新能源電池盒調(diào)試要點。結(jié)合工藝設計和CAE分析進行調(diào)試，如流入量、變薄率、下壓力、壓邊力等。根據(jù)材料流動方向和速率判斷起皺和產(chǎn)生開裂的原因。產(chǎn)品回彈扭曲與二次整形量等有關，觀察并分析產(chǎn)生基準孔誤差、激光焊接面回彈扭曲、涂膠面尺寸一致性差等問題的原因，優(yōu)先減少二次整形量，減小產(chǎn)生的應力，并結(jié)合模具工序采用低成本的消除方案。

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作者簡介：

余海兵，男，上海賽科利汽車模具技術應用有限公司模具事業(yè)部調(diào)試工段長，具有約20年模具調(diào)試經(jīng)驗，負責汽車覆蓋件的調(diào)試工作等工作。

李玉強，男，上海賽科利汽車模具技術應用有限公司模具事業(yè)部工藝技術部總監(jiān)，2006年畢業(yè)于上海交通大學取得博士學位，現(xiàn)負責沖壓模具技術開發(fā)等工作。