CN114273862B

CN114273862B - 一种一体化成型铝合金电池托盘及其制造方法

Info

Publication number: CN114273862B
Application number: CN202111629233.4A
Authority: CN
Inventors: 孙巍; 王东辉; 佟伟平; 杨凌飞; 王向杰
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2021-12-28
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2041-12-28
Also published as: CN114273862A

Abstract

一种一体化成型铝合金电池托盘及其制造方法，属于铝合金型材及汽车零部件制造技术领域。一体化成型铝合金电池托盘的制造方法，包括备料、熔铸、多级均质、采用梯度加热铸锭，并结合拓展结构挤压模具进行挤压，得到的带有水冷管道的电池托盘主体断面型材的外接圆直径>铸锭直径，再淬火、精整、时效、精加工和深加工水冷管道。通过对电池托盘主体进行一体化成型设计，降低电池托盘整体重量，提高生产效率，为电池组提供更好的使用环境。取代焊接装配工艺，避免因焊接不良导致电池包使用寿命及安全性降低。

Description

一种一体化成型铝合金电池托盘及其制造方法

技术领域

本发明属于铝合金型材及汽车零部件制造技术领域，具体涉及一种一体化成型铝合金电池托盘及其制造方法。

背景技术

近几年随着绿色化发展要求，电动新能源汽车获得了迅猛发展。与传统汽车相比，电动新能源汽车采用电池组及电机替代汽油及发动机，为汽车提供清洁动力。而由于电动汽车对电池量需求较大。因此，为电池组提供安全防护和良好工作环境的电池托盘成为电动汽车主要核心部件之一，并且在相同电池技术条件下，电池托盘重量也直接影响电动汽车续航历程。

目前，电池托盘主要有钢质和铝质两种。钢制托盘采用板材和管材焊接拼接工艺，其主要问题在于一方面是托盘重量大，导致汽车行驶耗电量大、行驶里程低；另一方面，因汽车使用环境工况具有一定环境腐蚀，尤其是沿海城市，耐腐蚀性差，钢制托盘因腐蚀导致使用寿命短，安全系数差，并且需要表面处理，其生产工序对环境影响较大，成本较高。而铝质托盘采用铸铝和挤压型材拼焊工艺，其主要问题在于一方面焊接工序较多，产品精度很难控制，制造工序繁杂，托盘质量控制具有较大难度且生产周期较长；另一方面因现有工艺限制难以进一步进行轻量优化。同时，无论采用钢制还是铝质，托盘内置水冷通道均采用焊接技术易出现冷却液渗漏，或因焊接缺陷或焊渣遗留无法清理，影响冷却液流动甚至无法冷却，并且也容易因为冷却液压力大导致管道开裂；拼焊的工艺对电池的密封性是一个极大的安全隐患，对电池托盘使用安全性具有极大影响。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种一体化成型铝合金电池托盘及其制造方法，其是一种汽车电池托盘一体化成型结构设计及其生产制造技术。通过对电池托盘主体进行一体化成型设计，降低电池托盘整体重量，提高生产效率，为电池组提供更好的使用环境。取代焊接装配工艺，避免因焊接不良导致电池包使用寿命及安全性降低。同时，对电池托盘主体，通过成分调节、熔铸、多级均质、采用拓展结构挤压模具挤压、时效和机加工工艺角度进行改善，提高材料热加工性能和材料强度，通过超重型单动卧式挤压机实现电池托盘一体化挤压成型，以解决上述问题。

本发明的一体化成型铝合金电池托盘的制造方法，包括一体化成型铝合金电池托盘主体的制造和横梁的制造方法，其中，一体化成型铝合金电池托盘主体的制造方法，包括以下步骤：

S1：备料

根据一体化成型铝合金电池托盘主体的合金成分准备原料；

S2：熔铸

将原料进行熔炼，得到熔液，再进行半连续铸造，得到直径为784mm～790mm铝合金圆铸锭；

S3：多级均质

将铝合金圆铸锭进行多级均质，得到均质后的铸锭；

S4：挤压

将均质后的铸锭，加工，得到锭坯，再进行挤压，得到带有水冷管道的电池托盘主体断面型材；

其中，所述的铸锭加热采用沿长度方向梯度加热，具体为，将铸锭在长度方向上均分为N段，所述的N段优选为3～7段，更优选为6段，以先进行挤压的铸锭作为铸锭头端，沿铸锭头端到铸锭尾端方向，分别设定为第一段、第二段、……、第N段，通过多组加热感应线圈及控温系统独立设置温度，分别对各段进行加热，相邻两段的温差范围为2～16℃；

在挤压过程中，采用拓展结构挤压模具进行挤压，得到的带有水冷管道的电池托盘主体断面型材的外接圆直径>铸锭直径；

S5：将带有水冷管道的电池托盘主体断面型材淬火、精整，得到精整后的型材；

S6：时效

将精整后的型材进行周期式时效处理，时效制度为170℃～180℃×7h～9h；得到时效后的型材；

S7：精加工

将时效后的型材进行精加工，得到带有水冷管道的一体化成型铝合金电池托盘主体；

S8：深加工

将带有水冷管道的一体化成型铝合金电池托盘主体中，将形成水冷管道的奇数位的立筋一端切削掉一段，将形成水冷管道的偶数位的立筋另一端切削掉一段，形成循环液体流道，得到一体化成型铝合金电池托盘主体。

所述的S1中，一体化成型铝合金电池托盘主体，优选包括以下成分及各个成分的质量百分比：Si：0.50～0.9％，Fe≤0.35％，Cu≤0.30％，Mn≤0.50％，Mg：0.40～0.7％，Cr≤0.30％，Zn≤0.20％，Ti≤0.10％，Mn+Cr：0.12～0.50％，单个杂质≤0.05％，杂质总量≤0.15％，余量为Al；

所述的S2中，熔炼为：将铝锭熔化后，在加入中间合金，最后升温至710～730℃，再加入Mg锭，熔化后搅拌均匀，除气精炼，静止扒渣，得到熔液。

所述的S2中，半连续铸造中，在出口处加入Al-Ti-B丝，铸造速度优选为50～80mm/min，水流量优选为9～11m³/h。

所述的Al-Ti-B丝为A1-5Ti-B。

所述的S3中，多级均质过程为：将铝合金铸锭升温至450～480℃×2h-4h，再将温度升温至550℃-570℃×8-10h。

所述的S4中，所述的带有水冷管道的电池托盘主体断面型材，其为矩形，水冷管道周向设置。

所述的S4中，挤压采用225MN单动卧式正向挤压机。

进一步的，所述的S4中，沿铸锭头端到铸锭尾端方向温差逐渐缩小。

所述的S4中，加工为，车去铸锭表面凝壳层，并切去头尾，获得加工长度的锭坯。

所述的S4中，挤压过程为：将铸锭加热至500～520℃，挤压模具加热温度为490～510℃，挤压筒加热温度为440～460℃，挤压速率为0.5～0.9m/min。

所述的S4中，拓展结构挤压模具包括上模、中模、第一下模和第二下模；其中，上模和第一下模之间设置有中模，第一下模远离中模的一端设置有第二下模；

所述的上模通过上模水滴结构和上模工头形成上模入料口，用于对铸锭初次切分，并使切分后的铸锭进入上模内腔；铸锭进入上模内腔后，通过中模、上模水滴结构、上模工头和上模拓展结构，对各铸锭支流进行二次镦粗。

所述的中模通过中模水滴结构和中模工头形成中模入料口，用于对二次镦粗后的各支流铸锭进行二次切分，并使其进入中模内腔。

所述的中模、第一下模、中模工头、上模工头形成下模焊合室，将各铸锭支流进行重新焊合。

所述的上模工作带、中模工作带和下模工作带，对焊合后的铸锭进行型材的中间内腔，周围内腔和外围轮廓进行定形，形成所需型材。

所述的S4中，挤压采用的挤压机，包括上述拓展结构挤压模具，还包括挤压轴、挤压筒、垫片；其中，挤压轴的一端设置有垫片，挤压轴用于提供挤压力，挤压筒用于固定铸锭，在挤压筒挤出端设置有拓展结构挤压模具，通过挤压轴提供挤压力和上模入料口共同作用，使铸锭依照入料口形状进行切分，并进入上模内部，随着挤压轴不断向前移动，使上模内部铸锭在上模中进行二次镦粗，随后通过中模入料口对铸锭进行二次切分，并使铸锭流入至下模焊合室，通过压力，使切分后的铸锭进行焊合，焊合后通过工作带对型材进行最终定型。

进一步的，所述的拓展结构挤压模具在模具出口设置有液氮冷却系统，其中包括液氮注入口，液氮喷出口，液氮导流槽，液氮通过液氮注入口注入，通过液氮导流槽将液氮均匀导致液氮喷出口，再通过液氮喷出口喷出对工作带进行冷却，当挤出的带有水冷管道的电池托盘主体断面型材的长度超过挤压机前墙后，开启液氮对模具工作带进行冷却。

所述的S5中，淬火采用在线穿水冷却。

所述的S5中，精整包括校直处理和切削，校直过程，拉伸量为0.5～1.5％。

所述的精加工，要求孔位置度Φ0.1mm，机加的断面面轮廓度0.1mm。

所述的S7中，采用五轴数控加工中心或三轴数控加工中心精加工。

本发明的一种一体化成型铝合金电池托盘，采用上述制造方法制得，其包括一体化成型铝合金电池托盘主体、前横梁、前密封垫、后横梁、后密封垫；

在一体化成型铝合金电池托盘主体一端设置有前横梁，并在前横梁和一体化成型铝合金电池托盘主体连接处设置有前密封垫，在一体化成型铝合金电池托盘主体的另一端设置有后横梁，并在后横梁和一体化成型铝合金电池托盘主体连接处设置有后密封垫。

进一步的，一体化成型铝合金电池托盘主体的上设置有滑槽结构，用于作为电池模块安装滑槽结构或挡板安装滑槽结构，用于实现电池模块的快速安装。

进一步的，一体化成型铝合金电池托盘主体的内腔设置有纵向电池分割板。

本发明的一种一体化成型铝合金电池托盘及其制造方法，其有益效果为：

1、本发明的前横梁和后横梁的是电池托盘的重要组成部分，影响整体的刚度与密封性，并配合主体两端的装配特征进行设计，满足电池托盘整体密封性的要求；

其中，在一体化成型铝合金电池托盘主体与前横梁采用螺钉连接，前密封垫置于一体化成型铝合金电池托盘主体和前横梁中间，并通过螺栓预紧力使一体化成型铝合金电池托盘主体和前横梁对其夹紧，形成密封配合。

在一体化成型铝合金电池托盘主体与后横梁采用螺钉连接，后密封垫置于一体化成型铝合金电池托盘主体和后横梁中间，并通过螺栓预紧力使一体化成型铝合金电池托盘主体和后横梁对其夹紧，形成密封配合。

2、在带有水冷管道的电池托盘主体断面型材设计时，采用“矩形”封闭式设计，主要通过集成化设计，将传统的分离式电池托盘上盖设计成一体化，并减轻电池托盘重量。

3、在带有水冷管道的电池托盘主体断面型材中采用上下双水冷管道设计，提高水冷效果，大大提高电池产品的冷却效率，降低电池由于过热可能导致自燃的风险，提高电池的安全可靠性。并在挤压时一起成型，形成光滑腔壁，减少冷却液流动时动能损失，进而提高冷却效率；并且，一体化挤出的主体由于立筋的阻隔无法实现冷却液的循环流动，需要进行精深加工来实现，具体机加工设计为，机加切削掉主体前端奇数位的立筋一定长度，然后机加切削掉后端偶数位的立筋，这样机加完毕后，主体前后断面与前后横梁配合，未机加的立筋与前后紧密配合阻挡冷却液，立筋机加的位置与前后横梁有了一定空间，冷却液可以流通，并且通过前端奇数，后端偶数的设计，实现冷却液的循环流动。

4、在一体化成型铝合金电池托盘主体中设计电池模块安装滑槽结构，可以实现滑槽快速便捷安装，同时避免模组固定产生的安装孔，提高电池托盘的密封性。

5、在一体化成型铝合金电池托盘主体中分布多个螺钉装配位，方便前横梁和后横梁定位装配。

6、在一体化成型铝合金电池托盘主体内腔可插有纵向电池分割板，减少电池组集中分布导致散热困难。

7、在前横梁和后横梁断面设计时，采用异形结构，提高与主体的接触面积，提高可靠性。

8、本发明挤压模具采用拓展结构挤压模具，对铸锭形成二次镦粗，以实现型材外接圆直径大于铸锭直径生产可行性，进一步释放设备加工能力。并且在模具出口处增设液氮冷却系统，以实现在挤压生产时，对模具工作带进行冷却提高模具工作带硬度，提高了大型模具使用寿命和型材尺寸加工精度，另使型材隔绝空气减少氧化，提高光亮度，提高表面质量。

9、本发明对铸锭采用延长度方向梯度加热，即头部温度向尾部温度逐渐降低，通过挤压摩擦生热，以实现挤压过程的等温挤压。

10、本发明的一体化成型铝合金电池托盘及其制造技术在于通过对电池托盘主体进行一体化成型设计，有效避免了因焊接工艺所带来的质控难题、重量问题、密封问题。并且降低了电池托盘整体重量，提高了生产效率，为电池组提供更好的使用环境。与传统铝合金拼焊工艺相比，采用主体一体化结构设计和螺接密封，解决了冷却管道因焊接缺陷导致液体流动不稳定、渗漏甚至管道开裂、有焊接缺陷导致密封不达标等问题，有效提高了使用安全性。并且生产稳定性好，生产效率高，并且节省焊接工装等成产成本。取代焊接装配工艺，避免因焊接不良导致电池包使用寿命及安全性降低。同时，对电池托盘主体，通过成分、熔铸、均质、模具、挤压、时效工艺角度进行改善，实现电池托盘主体一体化成型。

11、本发明所公开的车载一种一体化成型铝合金电池托盘及其制造技术，通过对超大规格圆铸锭进行双级均质，避免单级均质制度外部与内部受热不均匀而使铸锭内应力和成分偏析消除不均匀。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有点更加清楚，下面结合附图对本发明做优选的详细描述，其中：

图1为本发明车载用电池托盘各部分组成示意图；

图2为本发明车载用电池托盘挤压拓展结构模具结构示意图；

图3为本发明铸锭梯度加热方式示意图；

图4为本发明车载用电池托盘拓展结构挤压模具中液氮冷却系统示意图；

图5为本发明带有水冷管道的电池托盘主体断面型材断面和横梁断面型材示意图；

以上图中，1为前横梁，2为一体化成型铝合金电池托盘主体，3为后横梁，4为前密封垫，5为后密封垫，6为上模，601为上模工作带，602为上模入料口，603为上模拓展结构，604为上模水滴结构，605为上模工头，7为中模，701为中模工作带，702为中模入料口，703为中模水滴结构，704为中模工头，8为第一下模，801为下模工作带，802为下模焊合室，9为第二下模，10为加热感应线圈及控温系统，11为铸锭加热炉，12为铸锭，13为液氮冷却系统，1301为液氮注入口，1302液氮喷出口，1303为液氮导流槽，14为带有水冷管道的电池托盘主体断面型材，15为水冷管道，16为滑槽结构，17为纵向电池分割板，18为横梁断面型材。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

实施例1

一种一体化成型铝合金电池托盘的制造方法，包括一体化成型铝合金电池托盘主体的制造和横梁的制造方法，其中，一体化成型铝合金电池托盘主体的制造方法，包括如下步骤：

A、备料

按照质量百分比配制铝合金原料：Si：0.65％，Fe：0.15％，Cu：0.14％，Mn：0.18％，Mg：0.61％，Cr：0.15％，Zn：0.10％，Ti：0.05％，Mn+Cr：0.33％，单个杂质≤0.05％，杂质总量≤0.15％，余量为Al。

B、熔铸

将熔炼炉升温至820℃后投入铝锭，待铝锭化塌后，加入中间合金，将熔炼炉温度升至725℃，充分熔化后，将Mg锭一起投入铝液底部，待熔化后搅拌均匀，除气精炼，静止扒渣，进行半连续铸造，在出口处加入Al-5Ti-B丝，铸造速度为71mm/min，水流量10.5m³/h，并获得直径为790mm的铝合金圆铸锭。

C、多级均质

将熔铸后的铝合金圆铸锭在推进式均质炉中进行多级均质热处理，得到均质后铝合金圆铸锭；多级均质热处理过程为：首先将温度升至473℃×3h，再将温度升至565℃×8.5h。

D、加工

将均质后铝合金圆铸锭车去铸锭表面凝壳层，切去头尾和挤压生产所需长度锭坯，得到均质后铸锭。

E、挤压

将均质后铸锭挤压成带有水冷管道的电池托盘主体断面型材，其中，铸锭采用沿长度方向梯度加热，加热温度范围为500～520℃，具体为，将铸锭在长度方向上均分为六段，以先进行挤压的铸锭作为铸锭头端，沿铸锭头端到铸锭尾端方向，分别设定为第一段、第二段、第三段、第四段、第五段、第六段，通过多组加热感应线圈及控温系统独立设置温度，分别对各段进行加热，其中，第一段～第六段的温度设置分别为：520℃、514℃、508℃、504℃、502℃、500℃；铸锭梯度加热方式示意图见图3，将铸锭12置于铸锭加热炉11中，对应每段设置不同加热温度的加热感应线圈及控温系统10，每段对应的分别为温控一区，温控二区，……，温控六区；

采用拓宽结构挤压模具，其结构示意图见图2，上模6，上模工作带601，上模入料口602，上模拓展结构603，上模水滴结构604，上模工头605，中模7，中模工作带701，中模入料口702，中模水滴结构703，中模工头704，第一下模8，下模工作带801，下模焊合室802，第二下模9。

所述的上模6通过上模水滴结构604和上模工头605形成上模入料口602，用于对铸锭初次切分，并使切分后的铸锭进入上模内腔；铸锭进入上模内腔后，通过中模7、上模水滴结构604、上模工头605和上模拓展结构603，对各铸锭支流进行二次镦粗。

所述的中模7通过中模水滴结构703和中模工头704形成中模入料口702，用于对二次镦粗后的各支流铸锭进行二次切分，并使其进入中模内腔。

所述的中模7、第一下模8、中模工头704、上模工头605形成下模焊合室802，将各铸锭支流进行重新焊合。

所述的上模工作带601、中模工作带701和下模工作带801，对焊合后的铸锭进行型材的中间内腔，周围内腔和外围轮廓进行定形，形成所需型材。

挤压时，将均质后铸锭置于挤压筒中，在均质后铸锭和挤压轴之间设置有垫片，进行挤压，通过挤压轴提供挤压力和上模入料口602共同作用，使铸锭依照入料口形状进行切分，并进入上模6内部。随着挤压轴不断向前移动，使模具内部铸锭在上模中进行二次镦粗，随后通过中模入料口702对铸锭进行二次切分，并使铸锭流入至下模焊合室802。通过压力，使切分后的铸锭进行焊合。焊合后通过上模工作带601、中模工作带701和下模工作带801对型材进行最终定型。

当挤出的带有水冷管道的电池托盘主体断面型材14的长度超过挤压机前墙后，开启液氮冷却系统13，通过液氮注入口1301注入液氮，液氮通过液氮导流槽1303流向各个方向的液氮喷出口1302，对模具工作带进行冷却，其冷却示意图见图4。

其中，在挤压中，挤压模具加热温度为500℃，挤压筒加热温度为443℃，挤压速率为0.73m/min，得到的带有水冷管道的电池托盘主体断面型材14的总宽度为1.2m，高度为297mm。

其中，带有水冷管道的电池托盘主体断面型材14的示意图见图5，其中水冷管道15设置在四周，带有水冷管道的电池托盘主体断面结构型材14的内侧，设置有滑槽结构16，用于电池模块安装和挡板安装，并在纵向设置有纵向电池分割板17。

同时，得到横梁断面型材18，其结构示意图见图5，其和带有水冷管道的电池托盘主体断面型材14相配合。

F、淬火-校直

采用在线穿水的方式淬火，入淬温度为500℃，出淬温度为47℃。并在线进行张力校直，拉伸量1％。

F、时效

将张力校直后型材进行T6时效，时效制度为175℃×8h。

G、精加工和深加工

将时效完毕的型材精加工，零件的精度为，孔位置度Φ0.1mm，机加的断面面轮廓度0.1mm。使用平安五轴进行机加，通过编程进行主体端头机加，形状与前后梁断面形状一致，之后进行水道联通位置的机加，上水冷通道的流通，在前端将奇数立筋整体加工掉30mm，在后端将偶数立筋加工掉30mm，下水冷通道的流通，在前端将偶数立筋整体加工掉30mm，在后端将奇数立筋加工掉30mm，最终实现“S”形循环通道。前后横梁采用锯切的形式进行深加工，先进行精切，垂直精切，精度可以瞒住0.1，然后进行斜切，角度为20.3°。最后进行装备孔的机加，得到一体化成型铝合金电池托盘主体。

H、装配

将机加完毕的零件通过螺栓进行紧固；其装配位置关系见图1；

其中，在一体化成型铝合金电池托盘主体2与前横梁1采用螺钉连接，前密封垫4置于一体化成型铝合金电池托盘主体2和前横梁1中间，并通过螺栓预紧力使一体化成型铝合金电池托盘主体2和前横梁1对其夹紧，形成密封配合。

在一体化成型铝合金电池托盘主体2与后横梁3采用螺钉连接，后密封垫5置于一体化成型铝合金电池托盘主体2和后横梁3中间，并通过螺栓预紧力使一体化成型铝合金电池托盘主体2和后横梁3对其夹紧，形成密封配合。

对实施例与传统钢制和铝质产品测试结果如表1所示。

表1实施例与传统钢制及铝质产品测试结果

	实施例1	传统钢制	传统铝质
				重量/kg	114.5	235	150
生产效率套/天	30	20	15
				工作平均温度/℃	35	50	50
工作最高温度/℃	50	80	80

经过上述对比试验发现，采用一体化形成技术电池托盘与传统钢制托盘相比，较大减轻了重量。与传统铝质相比，较大改善了生产效率。同时，在实际生产时，实施例整个过程无焊接，有效保证了电池托盘的质量，避免因焊接不良导致影响产品使用寿命及安全问题。

实施例2

一种一体化成型铝合金电池托盘及其制造方法，其步骤包括如下：

A、备料

按照质量百分比准备配料：Si：0.56％，Fe：0.25％，Cu：0.20％，Mn：0.30％，Mg：0.59％，Cr：0.20％，Zn：0.20％，Ti：0.10％，Mn+Cr：0.50％，单个杂质≤0.05％，杂质总量≤0.15％，余量为Al；

B、熔铸

将熔炼炉升温至850℃后投入铝锭，待铝锭化塌后，加入中间合金，将熔炼炉温度升至730℃，充分熔化后，将Mg锭投入铝液底部，待熔化后搅拌均匀，除气精炼，静止扒渣，进行半连续铸造，在出口处加入Al-5Ti-B丝，铸造速度为60mm/min，水流量10m³/h，并获得直径为790mm铝合金圆铸锭。

C、多级均质

将铝合金圆铸锭进行多级均质，其过程为首先将温度升至480℃×2h，再将温度升至570℃×8h。

D、加工

将均质后铝合金圆铸锭车去铸锭表面凝壳层，并切去头尾，获得挤压生产所需长度锭坯。

E、挤压

采用的挤压模具采用超高强模具钢材质和组合模结构设计，为拓展结构挤压模具，其结构同实施例1。

将均质铝合金圆铸锭置于225MN单动卧式正向挤压机中挤压，得到尺寸符合标准要求的带有水冷管道的电池托盘主体断面型材。其中，铸锭加热温度范围为500℃-520℃，具体为，将铸锭在长度方向上均分为五段，以先进行挤压的铸锭作为铸锭头端，沿铸锭头端到铸锭尾端方向，分别设定为第一段、第二段、第三段、第四段、第五段，通过多组加热感应线圈及控温系统独立设置温度，分别对各段进行加热，其中，第一段～第五段的温度设置分别为：520℃、512℃、505℃、502℃、500℃，挤压模具加热温度为510℃，挤压筒加热温度为460℃，挤压速率为0.9m/min。

得到的带有水冷管道的电池托盘主体断面型材的挤压总宽度为1.2m，高度为297mm。

铸锭加热采用延长度方向梯度加热，即头部温度向尾部温度逐渐降低，通过挤压摩擦生热，以实现挤压过程的等温挤压。

带有水冷管道的电池托盘主体断面型材挤压长度超过前墙后，开启液氮对模具工作带进行冷却。

F、淬火

型材冷却采用在线穿水冷却。

G、精整

采用张力拉伸方法对型材进行校直处理，拉伸量为0.5％-1.5％。校直后，切去头尾工艺废料，并按需切去定尺长度。

H、时效

时效采用周期式时效炉，时效制度为170℃-180℃×7h-9h。

I、精加工：

(1)零件的精度为，孔位置度Φ0.1mm，机加的断面面轮廓度0.1mm。

(2)根据前横梁和后横梁的断面形状进行一体化成型铝合金电池托盘主体前后端进行机加工，形成与前横梁和后横梁的配合面。

J、深加工

通过机加实现上水冷通道的流通，在前端将奇数立筋整体加工掉30mm，在后端将偶数立筋加工掉30mm，最终实现“S”形循环通道。

通过机加实现下水冷通道的流通，在前端将偶数立筋整体加工掉30mm，在后端将奇数立筋加工掉30mm，最终实现“S”形循环通道。

K、装配

机加前横梁和后横梁的安装孔，孔非贯通，可以提高整体密封性，分别在主体的左右两端与滑槽上。

实施例3

一体化成型铝合金电池托盘的制造方法，包括以下步骤：

A、备料

按照质量百分比准备配料：Si：0.82％，Fe：0.35％，Cu：0.30％，Mn：0.15％，Mg：0.45％，Cr：0.30％，Zn：0.12％，Ti：0.08％，Mn+Cr：0.45％，单个杂质≤0.05％，杂质总量≤0.15％，余量为Al；

B、熔铸

将熔炼炉升温至800℃-850℃后投入铝锭，待铝锭化塌后，加入中间合金，将熔炼炉温度升至710℃-730℃，充分熔化后，将Mg锭投入铝液底部，待熔化后搅拌均匀，除气精炼，静止扒渣，进行半连续铸造，在出口处加入Al-Ti-B丝，铸造速度为50-80mm/min，水流量9-11m³/h，并获得直径为784mm铝合金圆铸锭。

C、多级均质

将铝合金圆铸锭进行多级均质，过程为首先将温度升至460℃×4h，再将温度升至550℃×10h。

D、加工

E、挤压

模具采用超高强模具钢材质和组合模结构设计。模具采用拓展结构设计，以实现型材外接圆直径大于铸锭直径生产可行性。并且在模具出口处增设液氮冷却系统，以实现在挤压生产时，对模具带进行冷却提高模具带硬度，另使型材隔绝空气减少氧化，提高表面质量。

将均质铝合金圆铸锭置于225MN单动卧式正向挤压机中挤压，得到尺寸符合标准要求的一体化电池托盘主体型材。其中，铸锭加热温度为500℃-515℃，具体为，将铸锭在长度方向上均分为三段，以先进行挤压的铸锭作为铸锭头端，沿铸锭头端到铸锭尾端方向，分别设定为第一段、第二段、第三段，通过多组加热感应线圈及控温系统独立设置温度，分别对各段进行加热，其中，第一段～第三段的温度设置分别为：515℃、507℃、500℃；挤压模具加热温度为500℃，挤压筒加热温度为450℃，挤压速率为0.7m/min，挤压后得到的带有水冷管道的电池托盘主体断面型材挤压总宽度为1.15m，高度为300mm。

F、淬火

型材冷却采用在线穿水冷却。

G、校直

采用张力拉伸方法对型材进行校直处理，拉伸量为1.2％。校直后，切去头尾工艺废料，并按需切去定尺长度。

H、时效：

时效采用周期式时效炉，时效制度为180℃×8h。

I、精加工：

零件的精度为，孔位置度Φ0.1mm，机加的断面面轮廓度0.1mm。

实施例4

一体化成型铝合金电池托盘的制造方法，包括以下步骤

A：备料

一体化成型铝合金电池托盘主体，包括以下成分及各个成分的质量百分比：Si：0.8％，Fe：0.30％，Cu：0.30％，Mn：0.20％，Mg：0.6％，Cr:0.30％，Zn：0.20％，Ti：0.10％，Mn+Cr：0.50％，单个杂质≤0.05％，杂质总量≤0.15％，余量为Al；

B：熔铸

将铝锭熔化后，在加入中间合金，最后升温至710～730℃，再加入Mg锭，熔化后搅拌均匀，除气精炼，静止扒渣，得到熔液。

半连续铸造中，在出口处加入Al-5Ti-B丝，铸造速度优选为50～80mm/min，水流量优选为9～11m³/h。

C：多级均质

将铝合金铸锭进行多级均质，得到均质后的铸锭；

多级均质过程为：将铝合金铸锭升温至470℃×2.5h，再将温度升温至560℃×9h。

D、加工

E：挤压

将均质后的铸锭，加工，得到锭坯，再进行挤压，得到带有水冷管道的电池托盘主体断面型材；将铸锭加热至510℃，挤压模具加热温度为4950℃，挤压筒加热温度为450℃，挤压速率为0.6m/min；

所述的带有水冷管道的电池托盘主体断面型材，其为矩形，水冷管道周向设置。

挤压采用225MN单动卧式正向挤压机。

拓展结构挤压模具包括上模、中模、第一下模和第二下模；其中，上模和第一下模之间设置有中模，第一下模远离中模的一端设置有第二下模；

挤压采用的挤压机，包括上述拓展结构挤压模具，还包括挤压轴、挤压筒、垫片；其中，挤压轴的一端设置有垫片，挤压轴用于提供挤压力，挤压筒用于固定铸锭，在挤压筒挤出端设置有拓展结构挤压模具，通过挤压轴提供挤压力和上模入料口共同作用，使铸锭依照入料口形状进行切分，并进入上模内部，随着挤压轴不断向前移动，使上模内部铸锭在上模中进行二次镦粗，随后通过中模入料口对铸锭进行二次切分，并使铸锭流入至下模焊合室，通过压力，使切分后的铸锭进行焊合，焊合后通过工作带对型材进行最终定型。

所述的拓展结构挤压模具在模具出口设置有液氮冷却系统，其中包括液氮注入口，液氮喷出口，液氮导流槽，液氮通过液氮注入口注入，通过液氮导流槽对模具工作带进行冷却后，再通过液氮喷出口喷出，当挤出的带有水冷管道的电池托盘主体断面型材的长度超过挤压机前墙后，开启液氮对模具工作带进行冷却。

F、淬火

型材冷却采用在线穿水冷却。

G、精整

采用张力拉伸方法对型材进行校直处理，拉伸量为0.8％。校直后，切去头尾工艺废料，并按需切去定尺长度。

H、时效

将精整后的型材进行周期式时效处理，时效制度为170℃×9h；得到时效后的型材；

I：精加工

采用五轴数控加工中心,将时效后的型材进行精加工，得到带有水冷管道的一体化成型铝合金电池托盘主体；

精加工，要求孔位置度Φ0.1mm，机加的断面面轮廓度0.1mm。

J：深加工

K、装配

在一体化成型铝合金电池托盘主体的上设置有滑槽结构，用于作为电池模块安装滑槽结构或挡板安装滑槽结构，用于实现电池模块的快速安装。

在一体化成型铝合金电池托盘主体的内腔设置有纵向电池分割板。

实施例5

一体化成型铝合金电池托盘的制造方法，包括以下步骤：

A、备料

按照质量百分比准备配料：Si：0.72％，Fe：0.32％，Cu：0.20％，Mn：0.30％，Mg：0.40％，Cr：0.20％，Zn：0.12％，Ti：0.08％，Mn+Cr：0.5％，单个杂质≤0.05％，杂质总量≤0.15％，余量为Al；

B、熔铸

将熔炼炉升温至800℃-820℃后投入铝锭，待铝锭化塌后，加入中间合金，将熔炼炉温度升至720℃，充分熔化后，将Mg锭投入铝液底部，待熔化后搅拌均匀，除气精炼，静止扒渣，进行半连续铸造，在出口处加入Al-5Ti-B丝，铸造速度为70mm/min，水流量11m³/h，并获得直径为784mm铝合金圆铸锭。

C、多级均质

D、加工

E、挤压

F、淬火

型材冷却采用在线穿水冷却。

G、校直

采用张力拉伸方法对型材进行校直处理，拉伸量为1.0％。校直后，切去头尾工艺废料，并按需切去定尺长度。

H、时效：

时效采用周期式时效炉，时效制度为180℃×7h。

I、精加工：

零件的精度为，孔位置度Φ0.1mm，机加的断面面轮廓度0.1mm。

对比例1

一种铝合金电池托盘的制造方法，同实施例1，不同之处在于：

采用普通挤压模具进行挤压，则受传统模具结构和质量控制限制，其可型材断面尺寸无法超过铸锭直径大小，致使相对挤压设备的超宽超大断面生产无法实现。而本发明实施例采用的拓展结构挤压模具，通过多次切分进行分流，减少挤压模具受力，为大截面，小型多腔体生产提供可行性。

对比例2

采用单级均质，直接在565℃保温9h，则因铸锭尺寸规格较大，经熔铸后低温结晶相较多，采用高温单级均质导致在升温及保温过程中，因结晶相未充分回溶而产生过烧，影响产品质量。

对比例3

挤压中，铸锭加热采用均温加热直接将铸锭加热至515℃，则在型材挤压时，受到生产设备工、模具摩擦作用(如挤压筒、挤压模具)，随着挤压进行制品温度不断升高，一方面，受热胀冷缩影响，型材延长度方向尺寸不均匀；另一方面，在挤压中后期因制品温度过高，导致型材产生开裂等质量问题。

对比例4

水冷通道的加工方法为常规方法，一方面，需对主体分体式拼接，各板之间进行焊接，焊接变形量较大，平面度差，需要进行调休才能达到所需平面度要求。而且拼接工序链长，效率低，成本高；另一方面，拼接成的主体有存在焊接缺陷的隐患，严重影响整体气密性，可能导致冷却液进入电池模组内，造成自然现象等事故。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一体化成型铝合金电池托盘的制造方法，包括一体化成型铝合金电池托盘主体的制造和横梁的制造方法，其特征在于，一体化成型铝合金电池托盘主体的制造方法，包括以下步骤：

S1：备料

根据一体化成型铝合金电池托盘主体的合金成分准备原料；

其中，一体化成型铝合金电池托盘主体，包括以下成分及各个成分的质量百分比：Si：0.50~0.9％，Fe≤0.35％，Cu≤0.30％，Mn≤0.50％，Mg：0.40~0.7％，Cr≤0.30％，Zn≤0.20％，Ti≤0.10％，Mn + Cr：0.12~0.50%，单个杂质≤0.05％，杂质总量≤0.15％，余量为Al；

S2：熔铸

将原料进行熔炼，得到熔液，再进行半连续铸造，得到直径为784mm~790mm铝合金圆铸锭；

S3：多级均质

将铝合金圆铸锭进行多级均质，得到均质后的铸锭；多级均质过程为：将铝合金铸锭升温至450~480℃×2h-4h，再将温度升温至550℃-570℃×8-10h；

S4：挤压

其中，铸锭加热采用沿长度方向梯度加热，具体为，将铸锭在长度方向上均分为N段，所述的N段为3~7段，以先进行挤压的铸锭作为铸锭头端，沿铸锭头端到铸锭尾端方向，分别设定为第一段、第二段、……、第N段，通过多组加热感应线圈及控温系统独立设置温度，分别对各段进行加热，相邻两段的温差范围为2~16℃；

S6：时效

将精整后的型材进行周期式时效处理，时效制度为170℃~180℃×7h~9h；得到时效后的型材；

S7：精加工

S8：深加工

2.根据权利要求1所述的一体化成型铝合金电池托盘的制造方法，其特征在于，所述的S2中，熔炼为：将铝锭熔化后，在加入中间合金，最后升温至710~730℃，再加入Mg锭，熔化后搅拌均匀，除气精炼，静止扒渣，得到熔液；

半连续铸造中，在出口处加入Al-Ti-B丝，铸造速度为50~80mm/min，水流量为9~11m³/h。

3.根据权利要求1所述的一体化成型铝合金电池托盘的制造方法，其特征在于，所述的S4中，挤压过程为：将铸锭加热至500~520℃，挤压模具加热温度为490~510℃，挤压筒加热温度为440~460℃，挤压速率为0.5~0.9 m/min。

4.根据权利要求1所述的一体化成型铝合金电池托盘的制造方法，其特征在于，所述的S4中，拓展结构挤压模具包括上模、中模、第一下模和第二下模；其中，上模和第一下模之间设置有中模，第一下模远离中模的一端设置有第二下模；

所述的上模通过上模水滴结构和上模工头形成上模入料口，用于对铸锭初次切分，并使切分后的铸锭进入上模内腔；铸锭进入上模内腔后，通过中模、上模水滴结构、上模工头和上模拓展结构，对各铸锭支流进行二次镦粗；

所述的中模通过中模水滴结构和中模工头形成中模入料口，用于对二次镦粗后的各支流铸锭进行二次切分，并使其进入中模内腔；

所述的中模、第一下模、中模工头、上模工头形成下模焊合室，将各铸锭支流进行重新焊合；

其中，上模工作带、中模工作带和下模工作带，对焊合后的铸锭进行型材的中间内腔，周围内腔和外围轮廓进行定形，形成所需型材。

5.根据权利要求1所述的一体化成型铝合金电池托盘的制造方法，其特征在于，所述的S4中，挤压采用的挤压机，包括上述拓展结构挤压模具，还包括挤压轴、挤压筒、垫片；其中，挤压轴的一端设置有垫片，挤压轴用于提供挤压力，挤压筒用于固定铸锭，在挤压筒挤出端设置有拓展结构挤压模具，通过挤压轴提供挤压力和上模入料口共同作用，使铸锭依照入料口形状进行切分，并进入上模内部，随着挤压轴不断向前移动，使上模内部铸锭在上模中进行二次镦粗，随后通过中模入料口对铸锭进行二次切分，并使铸锭流入至下模焊合室，通过压力，使切分后的铸锭进行焊合，焊合后通过工作带对型材进行最终定型。

6.根据权利要求4所述的一体化成型铝合金电池托盘的制造方法，其特征在于，所述的拓展结构挤压模具在模具出口设置有液氮冷却系统，其中包括液氮注入口，液氮喷出口，液氮导流槽，液氮通过液氮注入口注入，通过液氮导流槽将液氮均匀导致液氮喷出口，再通过液氮喷出口喷出对工作带进行冷却，当挤出的带有水冷管道的电池托盘主体断面型材的长度超过挤压机前墙后，开启液氮对模具工作带进行冷却。

7.一种一体化成型铝合金电池托盘，其特征在于，采用权利要求1~6任意一项所述的制造方法制得，其包括一体化成型铝合金电池托盘主体、前横梁、前密封垫、后横梁、后密封垫；

8.根据权利要求7所述的一体化成型铝合金电池托盘，其特征在于，一体化成型铝合金电池托盘主体的上设置有滑槽结构，用于作为电池模块安装滑槽结构或挡板安装滑槽结构，用于实现电池模块的快速安装；

和/或，一体化成型铝合金电池托盘主体的内腔设置有纵向电池分割板。