CN108817353A - 电动汽车电池底壳毛坯的复合液态模锻装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了电动汽车电池底壳毛坯的复合液态模锻装置和方法，属于电动汽车电池底壳锻造技术领域，该装置包括机架，机架的上方设有顶梁，顶梁连接有主缸，主缸的下端连接活动横梁，主缸外围设有合模缸，合模缸固定在顶梁上，合模缸的活塞杆穿过活动横梁连接有合模板；活动横梁的下方连接有主压头，主压头的下方设有模具，主压头的外侧壁与合模板的内侧壁密封滑动连接；活动横梁内安装有补缩缸，补缩缸的下端连接有辅助压头；模具设在基座上，基座设在工作台上；工作台的下方设有保温炉，保温炉通过升液管与模具的模具腔连通。本发明所锻造的电池底壳为一体成型，无气泡和杂质，在压力作用下凝固，微观组织细小，光洁，生产效率高，材料利用率高。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车电池底壳锻造技术领域，具体涉及一种电动汽车电池底壳毛坯的复合液态模锻装置及方法。
背景技术
电动汽车电池底壳是新能源汽车上的关键零件，是一个船型的壳体，其内安装重达200-300kg的电池，其底面设有多条凸台，侧壁设有很多螺钉孔，其轮廓尺寸长约1700mm，宽约1200mm，高约120mm,水平投影面积可达2m2，属于大型壳体零件，此种大型壳体零件毛坯的精密成型难度很大。
因电动汽车电池底壳轮廓尺寸过大，若用固态锻造技术成型，需要的设备吨位在100MN以上，设备投资巨大，无法应用。现有技术中，电动汽车电池底壳毛坯的制造方法有板材焊接、熔模铸造和低压铸造三类。采用铝合金板材焊接方法制造电动汽车电池底壳毛坯，因铝合金焊接接头性能较差，焊接质量不稳定，使用中有焊缝开裂的危险；熔模铸造(也称精密铸造)方法制造电动汽车电池底壳毛坯，因轮廓尺寸大、重量大，其蜡模容易变形，且常有气孔、夹杂等缺陷，质量稳定性差，材料利用率低；低压铸造是靠0.1-0.4MPa的气压将保温炉内的铝合金液压入模腔，冷却凝固成型，因其压力较低，工件轮廓尺寸过大，补缩效果有限，收缩缺陷发生率很高，废品率高达40％以上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动汽车电池底壳毛坯的复合液态模锻装置及方法，以解决上述背景技术中存在的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种电动汽车电池底壳毛坯的复合液态模锻装置，包括机架，所述机架的上方设有顶梁，所述顶梁的下方连接有主缸，所述主缸的下端连接有活动横梁；所述主缸的外围设有合模缸，所述合模缸的上端固定在所述顶梁上，所述合模缸的活塞杆穿过所述活动横梁连接有合模板；所述活动横梁的下方连接有主压头；所述主压头的下部外侧壁与所述合模板的内侧壁密封滑动连接，使所述主压头与所述合模板可相对滑动；所述活动横梁内安装有补缩缸，所述补缩缸的下端连接有辅助压头；所述模具固定连接在基座上，所述基座固定连接在工作台上；所述工作台的下方设有保温炉，所述保温炉通过升液管与所述模具的模具腔连通。
进一步的，所述主压头通过连接柱与所述活动横梁连接，所述辅助压头包括承载板，所述承载板的上端面与所述补缩缸的活塞杆连接，所述承载板的下表面连接有若干压力柱；所述主压头上均匀设有若干与所述压力柱相对应的通孔，所述压力柱伸入所述通孔内并与所述通孔密封滑动连接，使所述压力柱与所述主压头可相对滑动。
进一步的，所述基座内设有一容纳腔，所述模具的下方连接有一连接块，所述连接块的底部与所述升液管的上端密封连接，所述连接块内设有一与所述模具腔连通的竖直通道；所述升液管上端穿过所述工作台与所述连接块的竖直通道连通，所述连接块内插设有一水平插板，所述容纳腔内设有一液压油缸，所述水平插板与所述液压油缸的活塞杆连接。
进一步的，所述合模缸的活塞杆穿过所述连接柱与所述合模板连接。
进一步的，所述工作台及所述机架安装在安装台上。
另一方面，本发明还提供一种电动汽车电池底壳毛坯的复合液态模锻方法，该方法包括如下步骤：
步骤S110：合模：通过主缸推动活动横梁下行，使主压头伸入模具腔内到达预定位置，合模缸继续下行使合模板与模具上边沿贴合并增压至设定压力静止；辅助压头在补缩缸带动下运动至预设位置静止,利用液压油缸拉开连接块内的水平插板；
步骤S120：充型：打开保温炉气阀，对保温炉内的铝合金液进行加压，使保温炉内的铝合金液通过升液管向主压头与模具底部之间模具腔内流动，待铝合金液充满整个模具腔达到设定压力后保压设定时间，利用液压油缸推动水平插板关闭竖直通道，关闭保温炉气阀，使升液管内的铝合金液回流至保温炉内；
步骤S130：加压补缩：主缸增压下行，带动主压头下行，对模具腔内的铝合金液施加压力补缩，同时，补缩缸带动辅助压头进行局部加压补缩；
步骤S140：开模脱件：主缸、合模缸、补缩缸回程，带动电池底壳离开模具，带动合模板同步上升，将取件托板伸入模具上方，补缩缸和合模缸同步向下推进，将电池底壳推出主压头，落在取件托板上；
步骤S150：取件：将取件托板及电池底壳一起移出模锻装置，主缸、合模缸、补缩缸回位。
优选的，所述步骤S110中，主压头下表面与模具底部之间的距离大于电池底壳的厚度1-5mm。
优选的，所述步骤S120中，对铝合金液施加压强为0.2-0.5MPa的压强，铝合金液充满整个模具腔达到预设压力后保压，保压时间为2-20秒。
优选的，所述步骤S130中，待铝合金液充满模具腔后10秒时间内，对模具腔内的铝合金液施加压强10-30MPa进行持续补缩，补缩时间为30-100秒。
优选的，所述铝合金液为铸造铝硅合金液。
本发明有益效果：所锻造的电池底壳为一体成型，其充型过程不与大气接触，无氧化及夹杂污染，质量均匀性好，内部气孔和夹杂缺陷少；整个凝固过程始终有高压作用，补缩充分，内部致密，没有缩松和缩孔缺陷；在压力和金属模具作用下快速冷却凝固，微观组织细小，综合性能优异；电池底壳本体上没有冒口，其形状尺寸接近电池底壳的最终尺寸，表面光洁，打磨工作量小，生产效率高，材料利用率接近100％。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述的电动汽车电池底壳毛坯的复合液态模锻装置结构图。
图2为本发明实施例所述的电动汽车电池底壳毛坯的复合液态模锻装置合模状态示意图。
图3为本发明实施例所述的电动汽车电池底壳毛坯的复合液态模锻装置开模状态示意图。
其中：1-机架；2-顶梁；3-主缸；4-活动横梁；5-合模缸；6-合模板；7-辅助压头；8-模具；9-补缩缸；10-主压头；11-基座；12-工作台；13-保温炉；14-升液管；15-模具腔；16-水平插板；17-连接柱；701-承载板；702-压力柱；101-通孔；18-安装台；19-铝合金液；20-电池底壳；21-取件托板；22-容纳腔；23-连接块；24-竖直通道。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或模块，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、模块和/或它们的组。
需要说明的是，在本发明所述的实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通，或两个元件的相互作用关系，除非具有明确的限定。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本领域普通技术人员应当理解的是，附图只是一个实施例的示意图，附图中的部件或装置并不一定是实施本发明所必须的。
实施例一
如图1至图3所示，本发明实施例一提供一种电动汽车电池底壳毛坯的复合液态模锻装置，包括机架1，所述机架1的上方设有顶梁2，所述顶梁2的下方固定连接有主缸3，所述主缸3的下端连接有活动横梁4。
通过主缸3的伸缩可带动活动横梁4上下运动。
所述主缸3的外围设有合模缸5，所述合模缸5的上端固定在所述顶梁2上，所述合模缸5的活塞杆穿过所述活动横梁4连接有合模板6。通过合模缸5可带动合模板6上下运动。
所述活动横梁4的下方连接有主压头10，当活动横梁4在主缸3的带动下上下运动时，可同步带动主压头10上下运动，从而为模具腔内的铝合金液提供压力。所述主压头10的下部外侧壁与所述合模板6的内侧壁密封滑动连接，使所述主压头10与所述合模板6可相对滑动。
所述活动横梁4内安装有补缩缸9，所述补缩缸9的下端连接有辅助压头7，当活动横梁4运动至预设位置时，再启动补缩缸9可带动辅助压头7上下运动，从而为模具腔内的铝合金液提供辅助压力。
所述模具8固定连接在基座11上，所述基座11固定连接在工作台12上；所述工作台12的下方设有保温炉13，所述保温炉13通过升液管14与所述模具8的模具腔15连通。保温炉13内盛装高温铝合金铸造液，通过向保温炉13内施加压强，可使铝合金铸造液通过升液管14进入模具腔15内。
本发明实施例一所述的装置，其中，所述主压头10通过连接柱17与所述活动横梁4连接，所述辅助压头7包括承载板701，所述承载板701的上端面与所述补缩缸9连接，所述承载板701的下表面均匀连接有若干压力柱702；所述主压头10上均匀设有若干与所述压力柱702相对应的通孔101，所述压力柱702伸入所述通孔101内并与所述通孔101密封滑动连接，使所述压力柱702与所述主压头10可相对滑动。
本发明实施例一所述的装置，其中，所述基座11内设有一容纳腔22，所述模具8的下方连接有一连接块23，所述连接块23的底部与所述容纳腔22的底部连接，所述连接块23内设有一与所述模具腔15连通的竖直通道24；所述升液管14上端穿过所述工作台12与所述竖直通道24连通，所述连接块23内插设有一水平插板16，所述容纳腔22内设有一液压油缸(附图未标注)，所述水平插板16与所述液压油缸的活塞杆连接。当需要关闭模具腔和升液管之间的连通通道时，通过启动液压油缸推动水平插板关闭竖直通道，从而隔断了升液管与模具腔之间的连通。
本发明实施例一所述的装置，其中，所述合模缸5的活塞杆穿过所述连接柱17与所述合模板6连接。这样，可以通过合模缸5推动合模板6上下滑动。
本发明实施例一所述的装置，其中，所述工作台12及所述机架1安装在安装台18上。
实施例二
如图2至图3所示，本发明实施例二提供了一种电动汽车电池底壳毛坯的复合液态模锻方法，该方法包括如下步骤：
步骤S110：合模：通过主缸3推动活动横梁4下行，使主压头10伸入模具腔15内到达预定位置，合模缸5继续下行使合模板6与模具8上边沿贴合并增压至设定压力静止；辅助压头7在补缩缸9带动下运动至预设位置静止,利用液压油缸拉开连接块23内的水平插板16；
步骤S120：充型：打开保温炉13气阀，对保温炉13内的铝合金液19进行加压，使保温炉13内的铝合金液19通过升液管14向主压头10与模具8底部之间形成的间隙内流动，待铝合金液19充满整个模具腔15达到设定压力后保压设定时间，利用液压油缸推动水平插板16关闭竖直通道24，关闭保温炉13气阀，使升液管14内的铝合金液回流至保温炉13内；
步骤S130：加压补缩：主缸3增压下行，带动主压头10下行，对模具腔15内的铝合金液19施加压力补缩，同时，补缩缸9带动辅助压头7进行局部加压补缩；
步骤S140：开模脱件：主缸、合模缸回程，带动电池底壳20离开模具8，带动合模板6同步上升，将取件托板21伸入电池底壳与模具之间，补缩缸9和合模缸5同步向下推进，将电池底壳20推出主压头10，落在取件托板21上；
步骤S150：取件：将取件托板21及电池底壳20一起移出模锻装置，主缸3、合模缸5、补缩缸9回位。
在本发明实施例二所述的方法，其中所述步骤S110中，主压头下表面与模具底部之间的距离大于电池底壳的厚度1-5mm。
在本发明实施例二所述的方法，其中所述步骤S120中，对铝合金液施加压强为0.2-0.5MPa的压强，铝合金液19充满整个模具腔15达到预设压力后保压设定时间为2-20秒。
在本发明实施例二所述的方法，其中所述步骤S130中，待铝合金液充满模具腔后10秒时间内，对模具腔内的铝合金液施加压强10-30MPa进行持续补缩，补缩时间为30-100秒。
在本发明实施例二所述的方法，其中所述铝合金液为铸造铝硅合金液。
实际应用中，所述铝合金液可根据实际情况相应的设置具体的材料，上述铝合金液的材料不受铝合金液的限制。
实施例三
如图2至图3所示，本发明实施例三提供一种电动汽车电池底壳毛坯的复合液态模锻装置及利用该装置进行模锻的方法。
电动汽车电池底壳毛坯液态模锻的液锻位置为水平位，电池底壳的开口向上；分模面为电动汽车电池底壳毛坯的上沿，铝合金液从模具的底部压入，主压头自上而下加压形成壳腔，对凸台位置进行局部加压补缩。
电动汽车电池底壳毛坯液态模锻所用的装置包括保温炉、液态模锻机取件机构和模具四部分：
保温炉内的合金液在0.2-0.4MPa的气压作用下，通过升液管进入模具腔内；
液态模锻机为立式框架结构油压机，包括主缸、补缩缸、合模缸和水平辅助缸，可以实现垂直方向独立的合模、锁模、补缩和水平方向的加压与抽芯等动作；主缸压力30-50MN，空载速度大于550mm/s，建压时间小于5秒，工作台留有升液管通过的孔、安装有水平插板，水平插板用抗磨高强耐火材料制成，用来启闭充型过程，补缩缸公称力5-10MN，安装在活动横梁内；合模缸4-8个，缸力合计4-10MN，上端安装在顶梁上，活塞杆端穿过活动横梁，行程大于主缸行程100-200mm；水平辅助缸4-8个，安装在模具上；
活动横梁通过连接柱连接固定有形成电池底壳内腔的主压头，补缩缸安装在活动横梁上，主压头可以伸入下模腔内对铝合金液持续施加10-30MPa的压强，主压头外套有一个合模板，该板宽度为电池底壳上沿宽度的2-5倍，厚度80-120mm，与合模缸活塞端连接；主压头上开有5-20个辅助压头通孔，辅助压头与补缩缸活塞杆端连接，兼有向下顶出工件的顶杆作用；下模安装在液锻机工作台上，下模腔是一个下凹的腔体，尺寸在电池底壳毛坯外尺寸的基础上增加0.2-0.7％收缩量，下模分型面上沿模腔周边设有20-50个溢流槽和排气槽；
所述的复合液态模锻方法包括如下步骤：
步骤1——合模：液锻机活动横梁带动上模下行，使主压头深入下模模腔至设定位，使主压头下表面与下模腔内壁之间的间隙大于电池底壳厚度1-5mm；合模缸继续下行使合模板与下模分模面贴合并增压至设定压力静止；辅助压头在补缩缸带动下运动至设定位静止；
步骤2——充型：打开保温炉气阀，对其中的金属液施加0.2-0.5MPa的压强，使其通过升液管向主压头与下模腔形成的间隙内流动，充型时间10-30秒；充满整个模具腔后，水平插板将升液口关闭，解除保温炉内压力，升液管内铝合金液回流至保温炉内；
步骤3——加压补缩：在充满模腔后10秒时间内，主缸增压下行，带动主压头下行，对模具腔内的铝合金液施加压力10-30MPa进行持续补缩，同时，补缩缸带动辅助压头进行局部加压补缩，延时30-100秒；
步骤4——开模脱件:主缸、合模缸、补缩缸回程，带动电池底壳离开下模分模面100-500mm后静止，取件机构将取件托板伸入上下模之间，补缩缸和合模缸同步向下推进，将电池底壳推出上模，落在取件机构的托板上；
步骤5——取件：取件机将取件托板及电池底壳一起移出液锻机，液锻机各缸回位。依此反复，循环生产。
综上所述，利用本发明实施例所述的装置生产的电池底壳没有焊缝，是一个整体，质量均匀性好；其充型过程不与大气接触，无氧化及夹杂污染，内部气孔和夹杂缺陷少；凝固过程始终有高压作用，补缩充分，内部致密，没有缩松和缩孔缺陷；在压力作用下凝固，微观组织细小，综合性能优异；电池底壳本体上没有冒口，其形状尺寸接近电池底壳的最终尺寸，表面光洁，打磨工作量小，生产效率高，材料利用率高达90％以上；利用专用设备程序化作业，产品质量的一致性好。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种电动汽车电池底壳毛坯的复合液态模锻装置，包括机架(1)，其特征在于：所述机架(1)的上方设有顶梁(2)，所述顶梁(2)的下方连接有主缸(3)，所述主缸(3)的下端连接有活动横梁(4)；所述主缸(3)的外围设有合模缸(5)，所述合模缸(5)的上端固定在所述顶梁(2)上，所述合模缸(5)的活塞杆穿过所述活动横梁(4)连接有合模板(6)；所述活动横梁(4)的下方连接有主压头(10)；所述主压头(10)的下部外侧壁与所述合模板(6)的内侧壁密封滑动连接，使所述主压头(10)与所述合模板(6)可相对滑动；所述活动横梁(4)内安装有补缩缸(9)，所述补缩缸(9)的下端连接有辅助压头(7)；所述模具(8)固定连接在基座(11)上，所述基座(11)固定连接在工作台(12)上；所述工作台(12)的下方设有保温炉(13)，所述保温炉(13)通过升液管(14)与所述模具(8)的模具腔(15)连通。
2.根据权利要求1所述的电动汽车电池底壳毛坯的复合液态模锻装置，其特征在于：所述主压头(10)通过连接柱(17)与所述活动横梁(4)连接，所述辅助压头(7)包括承载板(701)，所述承载板(701)的上端面与所述补缩缸(9)的活塞杆连接，所述承载板(701)的下表面连接有若干压力柱(702)；所述主压头(10)上均匀设有若干与所述压力柱(702)相对应的通孔(101)，所述压力柱(702)伸入所述通孔(101)内并与所述通孔(101)密封滑动连接，使所述压力柱(702)与所述主压头(10)可相对滑动。
3.根据权利要求2所述的电动汽车电池底壳毛坯的复合液态模锻装置，其特征在于：所述基座(11)内设有一容纳腔(22)，所述模具(8)的下方连接有一连接块(23)，所述连接块(23)的底部与所述升液管(14)的上端密封连接，所述连接块(23)内设有一与所述模具腔(15)连通的竖直通道(24)；所述升液管(14)上端穿过所述工作台(12)与所述连接块(23)的竖直通道(24)连通，所述连接块(23)内插设有一水平插板(16)，所述容纳腔(22)内设有一液压油缸，所述水平插板(16)与所述液压油缸的活塞杆连接。
4.根据权利要求3所述的电动汽车电池底壳毛坯的复合液态模锻装置，其特征在于：所述合模缸(5)的活塞杆穿过所述连接柱(17)与所述合模板(6)连接。
5.根据权利要求4所述的电动汽车电池底壳毛坯的复合液态模锻装置，其特征在于：所述工作台(12)及所述机架(1)安装在安装台(18)上。
6.一种电动汽车电池底壳毛坯的复合液态模锻方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S110：合模：通过主缸(3)推动活动横梁(4)下行，使主压头(10)伸入模具腔(15)内到达预定位置，合模缸(5)继续下行使合模板(6)与模具(8)上边沿贴合并增压至设定压力静止；辅助压头(7)在补缩缸(9)带动下运动至预设位置静止,利用液压油缸拉开连接块(23)内的水平插板(16)；
步骤S120：充型：打开保温炉(13)气阀，对保温炉(13)内的铝合金液(19)进行加压，使保温炉(13)内的铝合金液(19)通过升液管(14)向主压头(10)与模具(8)底部之间的模具腔(15)内流动，待铝合金液(19)充满整个模具腔(15)达到设定压力后保压设定时间，利用液压油缸推动水平插板(16)关闭竖直通道(24)，关闭保温炉(13)气阀，使升液管(14)内的铝合金液回流至保温炉(13)内；
步骤S130：加压补缩：主缸(3)增压下行，带动主压头(10)下行，对模具腔(15)内的铝合金液(19)施加压力补缩，同时，补缩缸(9)带动辅助压头(7)进行局部加压补缩；
步骤S140：开模脱件：主缸(3)、合模缸(5)、补缩缸(9)回程，带动电池底壳(20)离开模具(8)，带动合模板(6)同步上升，将取件托板(21)伸入模具(8)上方，补缩缸(9)和合模缸(5)同步向下推进，将电池底壳(20)推出主压头(10)，落在取件托板(21)上；
步骤S150：取件：将取件托板(21)及电池底壳(20)一起移出模锻装置，主缸(3)、合模缸(5)、补缩缸(9)回位。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤S110中，主压头下表面与模具底部之间的距离大于电池底壳的厚度1-5mm。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤S120中，对铝合金液施加压强为0.2-0.5MPa的压强，铝合金液(19)充满整个模具腔(15)达到预设压力后保压，保压时间为2-20秒。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤S130中，待铝合金液充满模具腔后10秒时间内，对模具腔内的铝合金液施加压强10-30MPa进行持续补缩，补缩时间为30-100秒。
10.根据权利要求6-9任一项所述的方法，其特征在于：所述铝合金液为铸造铝硅合金液。
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