铝合金动力电池包底板冲压工艺优化策略

李伟金

（清远市钛美铝业有限公司，广东 清远 511500）

在对当今汽车工程领域中的动力电池进行制造的过程中，电池包底板是一项关键的研究内容。具体制造中，制造企业不仅要考虑到其实际的应用和安全需求，同时也要考虑到其节能环保以及轻量化特征。因铝合金材质具有良好的耐腐蚀、耐高温、易成形、抗老化以及轻量化等的优良性能，所以在当今的轻量化动力电池生产制造中已经得到了广泛应用。一般情况下，铝合金动力电池包底板都是通过冲压件的连接形式进行制造。因此，制造企业应对其冲压工艺进行研究，并通过合理的措施来加以优化。

1 某铝合金动力电池包底板零件基本情况概述

为实现铝合金动力电池包底板冲压工艺的良好优化，本次对某铝合金动力电池中的底板零件进行了研究。在该动力电池中，应用的材料是TL091型铝合金，其名义厚度为4mm，零件尺寸是1930mm*1320mm*12mm，整体底板通过冲压工艺进行制造，然后借助于CMT焊接法将冲压件和其他型材焊接在一起。因为该电池包需要与IP67这一防护等级的设计要求相符合，

所以制造中具有很高的焊接要求。与其他型材的制造和加工相比，电池包底板的冲压工艺是一项重点和难点内容，而其尺寸公差控制的难度也很大。下表是该动力电池包底板零件所选的TL091型铝合金力学性能实测参数情况。

表1 该动力电池包底板零件所选的TL091型铝合金力学性能实测参数情况

2 冲压工艺与优化措施分析

2.1 冲压工艺分析

在本次所研究的铝合金动力电池中，其电池包底板的设计理论和平板件设计相类似，主要的设计方式为主体平面和局部特征相结合。在这样的设计模式下，零件的尺寸越大，设计和制造偏差也就越大。这和零件的形状设计具有很大关联，相比较12mm这一维度而言，1930mm*1320mm已经超出了其很多倍，所以在具体设计中，该零件的高度便很难控制，应用中也经常会出现失稳现象。

在对类似零件进行模态分析的过程中也得出了共性理论：模态前两个阶段或者是两种形态之间的叠加是两种最容易出现的回弹形态。

在失稳现象的产生中，一个重要的影响因素就是压应力，因此，在对一般的平板件进行制造中，应用的大多是胀形工艺，这样不仅可以让零件在成型过程中有充足的塑性变形产生，以此来达到良好的形状稳定效果；同时也可以使其内部的压应力降到最低，这样便可使其高度方向上产生的失稳现象得以有效避免。但是在具体的生产制造中发现，胀形工艺应用中所产生的扭曲回弹会比成形工艺应用中所产生的扭曲回弹大很多，且这种扭曲回弹情况一旦产生，整形校正以及回弹补偿等的各种工艺手段都将无法对这一问题实现有效解决。

2.2 冲压工艺优化措施分析

就零件外形来看，该铝合金动力电池包底板和上文所述的平板类型零件十分相似，其位移的区别就是具有较厚的厚度和较浅的形状。因为铝合金回弹通常可以达到普通钢板的2-3倍，所以在具体的电池包底板生产制造过程中，为有效解决其平面度方面的问题，就应该将胀形方案作为首选，并借助于Autoform这一软件来进行冲压工具的合理设置，通过仿真分析，便可或得到具体的冲压方案FLD图以及最终的扭曲回弹图，然后再以此为依据，通过胀形工艺来进行零件制造。这样不仅可以确保零件的塑性变形效果，同时也可以让全部的零件都进入到FLD图中的绿色区域内，将其回弹控制在弯曲回弹形态，进而满足其实际生产与设计需求。但是在具体的仿真过程中发现，其回弹值可以达到22mm左右，与之前对类似零件进行分析所获得的结果具有巨大差距，同时也与其4mm厚板接下来的焊接工序要求严重不符。为明确这一现象的原因，在仿真试验中，可通过胀形工艺中最敏感材料的流入量调整来对零件进行回弹变化的研究，这样便找出了其主要的影响因素。因为胀形工艺中的设计比较特殊，其压边全材料几乎不具有流动性，所以在将压边力设置为50%之后，其回弹便可基本和原来的设计保持相同，回弹变化也得到了显著改善。

通过其原因分析可知，因为该零件的材料具有较大的厚度，且其大面的形状也非常浅，其深度仅仅在1.5mm左右，这样的情况就使得零件特征成形仅仅在最后的1.5mm左右才开始。同时，因为塑性应变是在特征形状成形以前发生，而不是在成形的这一过程中发生；而在成形结束之后，塑性应变也就不再持续发展，所以整个过程就相当于是在让一个硬化的材料成型。在冲压工艺中，如果将压边力控制在50%，就相当于有效降低了材料的硬化程度，相比较压边力是100%的冲压而言，其塑性应变力的产生也会更加充足，这样便可实现回弹的有效降低。将这一分析结论作为依据，本次优化中，通过直接成形工艺对其结论进行了验证。通过验证发现，优化之后的回弹值得到了显著降低，与上述分析得出的结论相一致。所以在具体的冲压工艺优化过程中，考虑到直接成形这种工艺应用中的材料控制难度很大，所以决定通过上下压料成形工艺进行制造，这种工艺的效果更加稳定，可以在压平状态下让材料成形，然后再通过压料力的适当施加来做好局部成形控制，尽可能减少成形过程中的平面材料流动情况，这样便可让平面保持平整，并实现局部特征塑性变形的最大化，以此来实现回弹的有效降低。经过优化之后，其回弹值基本可以控制到±2mm，让冲压工艺达到了最佳的控制效果。下图是本次冲压工艺优化中的铝合金动力电池包底板冲压工具设置示意图。

图1 本次冲压工艺优化中的铝合金动力电池包底板冲压工具设置示意图

因为本次所研究的铝合金动力电池包底板具有较大的零件尺寸，且需要与其他的零件共同放在焊接夹具上进行焊接处理，所以在具体的生产制造过程中，其冲压工艺的优化不仅仅需要对回弹值进行考虑，还需要对检具上的零件状态进行充分考虑。基于此，在本次优化中，特通过模拟检具对其回弹量进行了全面分析。通过分析发现，因为夹具上存在支撑面，这样便可让零件中的一部分尺寸在重力作用下得以有效校正，使其平面偏差不超过2mm。就理论而言，其平面偏差控制效果与零件后续的焊接工序要求相符合，说明压料成形工艺具有良好的可行性。

因此，在对该铝合金动力电池进行包底板生产制造的过程中，通过实际问题的分析，结合多方面因素的全面考虑，最终选择了压料成形这一冲压工艺。

2.3 冲压工艺优化之后的生产验证

在对该铝合金动力电池进行包底板冲压生产工艺优化之后，为确保该工艺的应用效果，满足该动力电池包底板的实际生产和应用需求，特在专用检具上对实际生产制造出的铝合金包底板零件进行了自由状态的扫描检测。

通过本次的扫描检测发现，在对冲压工艺进行优化之后，生产制造出的铝合金包底板零件的所有尺寸参数都偏差都控制在了允许范围内，零件实际的回弹值和通过仿真模拟所获得的回弹值基本一致。为进一步确定零件的焊接效果，特通过CMT焊接工艺对零件进行了自动焊接，并在焊接之后对其成功率以及水密性进行了严格测试。经过一系列的测试发现，通过优化后的冲压工艺所生产的零件具有更高的成件成功率，且水密性也更加良好。由此可见，通过本次的冲压工艺优化，不仅让铝合金动力电池包底板零件传统冲压制造工艺中的问题得以有效避免，同时也实现了生产质量的显著提升。这对铝合金材料在动力电池中的良好应用十分有利，同时也进一步促进了动力电池在当今时代中的良好应用与发展。

3 结语

综上所述，在当今动力电池行业的不断发展中，铝合金包底板形式的动力电池越来越受欢迎。但是因为此类电池包底板生产中的传统冲压工艺存在一定问题，部分尺寸参数难以得到有效控制，同时也会对后续的零件焊接造成一定程度的不利影响。所以在具体的生产制造中，相关企业就应该充分分析这些问题的原因所在，并以此为依据，采取合理的技术措施来进行其冲压工艺的优化。在此过程中，生产企业需要将Autoform仿真分析作为有效依据，通过冲压工艺类型以及冲压工艺参数的合理改变来实现其冲压工艺的优化。这样才可以让铝合金包底板零件的各项尺寸参数得到良好控制，避免回弹值过高对后续焊接的不利影响，尽最大限度确保零件生产制造质量。