CN115446175A - 一种激光焊金属片抗反制造装置 - Google Patents

Abstract

一种激光焊金属片抗反制造装置，包括：凹板，用于放置汇流排；凸模，凸模设置于凹板的上方并可相对于凹板上下运动；以及齿型镶件，齿型镶件设置于凸模的底面上，齿型镶件的底面为压模面，于压模面上设置有压模结构单元，用于对汇流排的焊接部位进行下压并形成粗糙面。齿型镶件上设置的压模结构单元能够将汇流排的表面压出特定形状从而形成粗糙面。本发明在凸模上安装了齿型镶件，这样齿型镶件就能够将汇流排的表面冲压出一定的形状形成粗糙面，粗糙面对激光的反射率降低，并且粗糙面的比表面积相比于光面得到增加，其对于激光的吸收率得到提高。本发明投入实际应用后，能够在汇流排激光焊接过程中，达到提高激光吸收率的目的。

Description

一种激光焊金属片抗反制造装置

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，更具体地说，特别涉及一种激光焊金属片抗反制造装置。

背景技术

近年来，新能源产业因其所具有的节能、绿色环保等优势，逐渐走进大众的视野。动力电池作为新能源的重要组成部分，其市场需求也逐年增加、提升。伴随着动力电池需求量的增加，对动力电池的产能与安全性能也就提出了非常高的要求。

在动力电池的生产工艺中，有一道busbar(母材)焊接工序，该工序是将汇流排(铝片)与电芯极柱(金属极柱)搭接并采用激光焊穿透焊的方式将汇流排与电芯极柱进行焊接固定。对于busbar(母材)焊接，其焊接要求为：熔深1～2mm，熔宽3～5mm。

基于生产实践发现：汇流排(铝片)表面处理过于光滑(镜面)，而汇流片以铝片为主，铝片是一种高反材料，激光垂直(垂直于汇流片的上表面)发射，激光会被汇流片表面(镜面)反射，激光器绝大多数为1064纳米波长，这就造成汇流片(纯铝铝片)的吸收率仅在5％左右，造成绝大多数的激光能量损失(95％)，这样激光能量吸收低，焊接熔深、熔宽不稳定，生产效率低，设备电能损耗大。

为了解决上述问题，现有技术提出了一种电池的制造方法(申请号为：200980159288.4的中国专利)，在该电池制造方法中，其通过波长为532nm的绿色激光器照射激光对焊接面实施粗加工，将焊接面的表面粗糙化，从而达到提高激光吸收率的目的。

通过该电池的制造方法，虽然能够提高激光吸收率，但是其仍存在一定的技术缺陷，例如：1、采用激光对金属焊接面粗糙化，对激光照射能量控制要求较高，能量太低，粗糙度不够，激光吸收率提升效果甚微，能量太高，就有可能对焊接金属造成结构破坏，影响第二次激光焊接；2、采用两次激光照射，会造成能耗的大幅增加，对生产的减能减排产生负面影响。

发明内容

(一)技术问题

综上所述，如何提供一种新的金属材料表面粗糙化的方式，能够在保证粗糙度的前提下，降低生产能耗，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

(二)技术方案

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种激光焊金属片抗反制造装置，该激光焊金属片抗反制造装置包括：

凹板，用于放置汇流排；

凸模，所述凸模设置于所述凹板的上方并可相对于所述凹板上下运动；

齿型镶件，所述齿型镶件设置于所述凸模的底面上，所述齿型镶件的底面为压模面，于所述压模面上设置有压模结构单元，用于对汇流排的焊接部位进行下压并形成粗糙面。

优选地，在本发明所提供的激光焊金属片抗反制造装置中，还包括有上模板以及下模板，所述上模板通过模具导柱可上下运动地设置于所述下模板上；所述凸模相对于所述上模板固定设置，所述凹板相对于所述下模板固定设置。

优选地，在本发明所提供的激光焊金属片抗反制造装置中，所述模具导柱包括有圆环滑座以及圆柱导轨，所述圆环滑座可滑动地套装于所述圆柱导轨上；所述圆环滑座设置于所述上模板上，所述圆柱导轨设置于所述下模板上。

优选地，在本发明所提供的激光焊金属片抗反制造装置中，所述上模板靠近所述下模板的侧面上设置有压模板，所述压模板与所述凸模之间弹性连接，于所述压模板上固定设置有用于对汇流排进行冲孔操作的冲针，所述冲针穿过所述凸模可活动设置。

优选地，在本发明所提供的激光焊金属片抗反制造装置中，汇流排设置有弧形槽结构；于所述凸模靠近所述凹板的一侧设置有与弧形槽结构形状适配的定位凸起；所述凹板上设置有与弧形槽结构形状适配的凹板槽。

优选地，在本发明所提供的激光焊金属片抗反制造装置中，于所述压模板与所述凸模之间设置有弹簧，所述压模板与所述凸模通过所述弹簧连接。

优选地，在本发明所提供的激光焊金属片抗反制造装置中，于所述压模板与所述凸模之间还设置有用于对所述凸模的弹性运动进行导向的导向结构，所述导向结构为可伸缩轴结构，所述弹簧套设于所述导向结构的外侧。

优选地，在本发明所提供的激光焊金属片抗反制造装置中，于所述齿型镶件上设置有贯穿孔结构，用于冲针的穿过。

优选地，在本发明所提供的激光焊金属片抗反制造装置中，所述齿型镶件包括有安装端以及压模端，所述安装端与所述凸模的底面可拆卸连接，所述压模端的下端面为所述压模面。

优选地，在本发明所提供的激光焊金属片抗反制造装置中，所述压模结构单元为锥形凸起结构，或，所述压模结构单元为锥形凹槽结构；所述压模结构单元均布于所述压模面上。

(三)有益效果

本发明提供了一种激光焊金属片抗反制造装置，包括：凹板，用于放置汇流排；凸模，凸模设置于凹板的上方并可相对于凹板上下运动；以及齿型镶件，齿型镶件设置于凸模的底面上，齿型镶件的底面为压模面，于压模面上设置有压模结构单元，用于对汇流排的焊接部位进行下压并形成粗糙面。

通过上述结构设计，在本发明所提供的激光焊金属片抗反制造装置中，齿型镶件设置在凸模上并可随凸模相对于凹板进行上下运动。汇流排固定放置在凹板上，在齿型镶件随凸模朝向凹板方向下压时，齿型镶件的压模面(压模面上设置有压模结构单元)能够与汇流排的表面接触，通过压力作用，压模结构单元能够将汇流排的表面压出特定形状从而形成粗糙面。本发明在凸模上安装了齿型镶件，这样齿型镶件就能够将汇流排的表面冲压出一定的形状形成粗糙面，粗糙面对激光的反射率降低，并且粗糙面的比表面积相比于光面得到增加，因此，单纯就汇流排焊接部位而言，其对于激光的吸收率得到提高。本发明投入实际应用后，能够在汇流排激光焊接过程中，达到提高激光吸收率的目的。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为汇流排的结构示意图；

图2为本发明实施例中激光焊金属片抗反制造装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中齿型镶件的结构示意图；

图4为本发明实施例中粗糙面对于激光束的折射模拟图示。

在图1至图4中，部件名称与附图标记的对应关系为：

上模板1、凸模2、凹板3、下模板4、压模板5、齿型镶件6、冲针7、模具导柱8、圆环滑座8a、圆柱导轨8b、汇流排9、弧形槽结构9a、导向结构10。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参考图1至图4，其中，图1为汇流排的结构示意图；图2为本发明实施例中激光焊金属片抗反制造装置的结构示意图；图3为本发明实施例中齿型镶件的结构示意图；图4为本发明实施例中粗糙面对于激光束的折射模拟图示。

本发明提供了一种激光焊金属片抗反制造装置，在本发明中，该激光焊金属片抗反制造装置主要包括有如下组成结构：上模板1、凸模2、凹板3、下模板4、压模板5、齿型镶件6、冲针7以及模具导柱8。

其中，上模板1、下模板4、压模板5、凸模2以及凹板3均为硬质结构件，并且，压模板5固定安装在上模板1上(上模板1的下侧面)，凹板3固定安装在下模板4上(下模板4的上侧面)，凸模2安装在压模板5上(可以为固定安装，也可以为弹性安装，本发明优选为弹性安装)，这样上模板1能够带动压模板5以及凸模2一起运动压向凹板3，本发明在凸模2上安装了齿型镶件6，这样齿型镶件6就能够将汇流排9的表面冲压出一定的形状形成粗糙面，从而在激光焊接过程中达到提高激光吸收率的目的。

在本发明中，各部件的具体结构如下。

1、上模板1。

上模板1外形轮廓为长方形板式结构，上模板1的下侧面为平面结构，用于安装压模板5。

在上模板1的长度方向上在靠近上模板1的宽边位置各设置有一个安装圆孔，安装圆孔对应上模板1宽边中点位置设置，安装圆孔用于安装模具导柱8(模具导柱8的圆环滑座8a)。在上模板1的宽边侧还设置有安装槽结构，在上模板1靠近其长边侧设置有多个安装孔结构，安装槽结构以及安装孔结构用于装配螺栓，通过螺栓可以将本发明安装到其他设备上以及可以将其他结构(压模板5)安装到上模板1上。

2、压模板5。

压模板5为硬质结构件。压模板5的上侧面为平面结构，压模板5的上侧面为长方形平面，压模板5的上侧面长度小于上模板1的长度，压模板5的宽度等于上模板1的宽度，压模板5的上侧面形心与上模板1的底面形心重合。压模板5设置到上模板1的底面上，可以通过螺栓固定在上模板1上(螺栓穿过上模板1的安装孔结构后与压模板5螺纹连接，在压模板5上对应安装孔结构的位置设置有螺纹孔)。

在本发明的一个具体实施方式中，压模板5的外形轮廓为长方形板式结构。在本发明的另一个具体实施方式中，压模板5为阶梯凸台(二阶凸台)式结构，压模板5包括有一级台阶以及二级台阶，一级台阶为长方形板式结构，二阶台阶与一级台阶等比例缩放(缩小)，一级台阶的上侧面与上模板1的底面对接，二阶台阶的上侧面与一阶台阶的下侧面对接，二阶台阶的底面为安装面，用于安装凸模2。在本发明中，压模板5优选上述第二种结构形式，在该优选实施例中，压模板5采用一体式结构设计。

3、凸模2。

凸模2是本发明设置齿型镶件6的硬质结构件。在本发明中，凸模2为长方形板式结构，凸模2的结构尺寸根据压模板5的底面结构尺寸进行设计。具体地，凸模2的竖直投影形状与压模板5底面的竖直投影形状一致。

凸模2与压模板5之间可以为硬性连接，即凸模2可以直接安装到压模板5上。凸模2与压模板5之间也可以采用弹性连接结构，即压模板5与凸模2之间设置弹性机构以使得凸模2可相对于压模板5做弹性运动。本发明以弹性连接为优选实施结构。

具体地，本发明在压模板5上安装有冲针7(用于对汇流排9进行冲孔操作)，冲针7的长度大于凸模2的厚度，在凸模2上对应冲针7的位置设置于冲针孔，这样在上模板1下压时，凸模2首先与汇流排9接触止步(相对于汇流排9不再运动)，由于凸模2与压模板5(上模板1)之间为弹性连接，因此上模板1可以带动压模板5继续运动，冲针7就可以完成对汇流排9的冲孔操作。在本次压模以及冲孔操作完成后，上模板1带动压模板5上升复位，此时凸模2继续压着汇流排9，使得冲针7顺利从冲孔中抽出，待上模板1继续上升，压模板5与凸模2一起上升，凸模2与汇流排9分离，就可以将汇流排9从凹板3上取下来。

具体地，压模板5与凸模2之间设置的弹性连接结构为弹簧。进一步地，在压模板5与凸模2之间还设置了导向结构10(例如小导向柱)，导向结构10为可伸缩轴结构，在压模板5与凸模2之间设置导向结构10，既可以方便弹簧安装(弹簧套在导向结构10的外侧即可)，又可以对压模板5与凸模2之间的相对弹性运动起到限位作用，提高冲孔与压模操作的位置精度。

在本发明中，凸模2与压模板5(上模板1)之间设置有多个弹性连接结构，优选为八个，沿凸模2的长度方向，在靠近凸模2的长侧边位置上各设置有四个。

进一步地，本发明在凸模2靠近凹板3的一侧还设置了与汇流排9的表面形状适配的定位凸起。在现有技术中，汇流排9上设置有一条弧形槽结构9a，凸模2底面所设置的定位凸起就是根据汇流排9上的弧形槽结构9a进行设计，在凸模2下压与汇流排9完全接触后，该定位凸起刚好压入到该条弧形槽结构9a中，此结构即能够对汇流排9进行定位，又能够提高汇流排9在冲孔、压模操作时的稳定性(不发生晃动)。

具体地，在本发明中，凸模2可以采用硬质塑料制成，也可以采用金属材料制成，并且，凸模2采用一体式结构设计。

4、齿型镶件6。

齿型镶件6是本发明中对汇流排9进行压模成型的核心部件，齿型镶件6固定设置在凸模2的底面上，用于对汇流排9需要进行激光焊接的部位进行压模处理，从而使得汇流排9焊接部位的表面形成一个粗糙面(现有技术中汇流排9焊接部位的表面为镜面)，粗糙面对激光的反射率降低，并且粗糙面的比表面积相比于光面得到增加，因此，单纯就汇流排9焊接部位而言，其对于激光的吸收率得到提高。

齿型镶件6的具体结构如下：齿型镶件6包括有安装端以及压模端，安装端为盘形结构(可以为圆盘、正多边形盘型结构或者其他形状的盘型结构)，在凸模2的底面设置有安装孔，安装孔的孔型与安装端形状适配，齿型镶件6通过安装端固定到安装孔中。压模端为柱体结构，可以为圆柱体、多棱柱体结构等，本发明优选为圆柱体结构。压模端的顶端与安装端固定连接，压模端的底端端面为压模面，压模面上设置有压模结构单元，在齿型镶件6随上模板1下压时，压模结构单元与汇流排9的表面接触在压力作用下，压模结构单元能够将汇流排9的表面压出特定形状从而形成粗糙面。

在本发明中，压模结构单元为锥形凸起结构，压模结构单元能够将汇流排9的表面压出锥形凹槽。优选地，压模结构单元为圆锥结构、三棱锥结构或者多棱锥结构。

在本发明中，压模结构单元为锥形凹槽结构(与上述的压模结构单元结构相反)，压模结构单元能够将汇流排9的表面压出锥形凸起。优选地，压模结构单元为圆锥槽型结构、三棱锥槽型结构或者多棱锥槽型结构。此外，在本发明中，压模结构单元还可以由锥槽结构(锥形槽体结构)改为梯形槽结构。

具体地，压模结构单元包括有两种结构形式：1、槽型结构，进一步可以为多棱锥槽、圆锥槽、梯形槽；2、凸起结构，进一步可以为多棱锥凸起、圆锥凸起、梯形凸起。

在本发明中，压模结构单元均布于压模面上。进一步地，压模结构单元为密布结构，即压模结构单元之间无缝隙相邻(通俗来说就是一个挨着一个无缝隙)。

齿型镶件6为金属结构件，并且齿型镶件6为一体式结构设计。在齿型镶件6上设置有贯穿孔结构，用于冲针7的穿过。

齿型镶件6采用可拆装方式安装到凸模2上，齿型镶件6为易损件，这样方便齿型镶件6的更换。

5、凹板3。

凹板3是固定设置在下模板4上的结构件，凹板3为固定件(凸模2为活动件)，用于放置汇流板并与凸模2配合对汇流板进行压模。

在本发明中，凹板3上设置有凹板3孔，通过凹板3孔设置螺栓，通过螺栓将凹板3固定到下模板4上。进一步地，本发明在凹板3上环绕凹板3孔设置有沉槽，用于容纳螺栓头(螺栓头相对于凹板3的上侧面不凸出)。

此外，由上述可知，汇流排9上设置有弧形槽结构9a，根据汇流排9的结构特征，本发明在凹板3上设置有凹板3槽，汇流排9在放置到凹板3上时，汇流排9的底部平面部分与凹板3的上侧面平面部分接触，汇流排9的弧形槽结构9a容纳到凹板3槽中，通过凹板3槽对汇流排9起到定位的作用。

6、下模板4。

下模板4结构与上模板1结构近似。

下模板4的外形轮廓为长方形板式结构，下模板4的上侧面(包括下侧面)为平面结构，用于安装凹板3。

在下模板4的长度方向上在靠近下模板4的宽边位置各设置有一个安装圆孔(与上模板1上的安装圆孔对应)，安装圆孔对应下模板4宽边中点位置设置，安装圆孔用于安装模具导柱8(模具导柱8的圆柱导轨8b，圆柱导轨8b与上模板1上安装的圆环滑座8a滑动配合)。在下模板4的宽边侧还设置有安装槽结构，在下模板4设置有多个安装孔结构，安装槽结构以及安装孔结构用于装配螺栓，通过螺栓可以将本发明安装到其他设备上以及可以将其他结构(凹板3)安装到下模板4上。

7、模具导柱8。

模具导柱8包括有圆环滑座8a以及圆柱导轨8b。在本发明的一个优选实施方式中，圆环滑座8a安装在上模板1上，圆柱导轨8b安装在下模板4上。圆环滑座8a与圆柱导轨8b滑动配合，用于对上模板1的上下运动起到导向作用。

由上述可知，本发明提供了一种激光焊金属片抗反制造装置，在本发明中，该激光焊金属片抗反制造装置主要包括：凹板3，用于放置汇流排9；凸模2，凸模2设置于凹板3的上方并可相对于凹板3上下运动；以及齿型镶件6，齿型镶件6设置于凸模2的底面上，齿型镶件6的底面为压模面，于压模面上设置有压模结构单元，用于对汇流排9的焊接部位进行下压并形成粗糙面。

通过上述结构设计，在本发明所提供的激光焊金属片抗反制造装置中，齿型镶件6设置在凸模2上并可随凸模2相对于凹板3进行上下运动。汇流排9固定放置在凹板3上，在齿型镶件6随凸模2朝向凹板3方向下压时，齿型镶件6的压模面(压模面上设置有压模结构单元)能够与汇流排9的表面接触，通过压力作用，压模结构单元能够将汇流排9的表面压出特定形状从而形成粗糙面。本发明在凸模2上安装了齿型镶件6，这样齿型镶件6就能够将汇流排9的表面冲压出一定的形状形成粗糙面，粗糙面对激光的反射率降低，并且粗糙面的比表面积相比于光面得到增加，因此，单纯就汇流排9焊接部位而言，其对于激光的吸收率得到提高。本发明投入实际应用后，能够在汇流排9激光焊接过程中，达到提高激光吸收率的目的。

本发明的有益效果总结如下：

1、加大了汇流排9表面(尤其焊接部位的表面)粗糙度，提高了激光能量吸收率；

2、本发明采用物理压模成型方式对汇流排9表面进行处理，相比于传统激光处理(现有技术为两次激光照射)方式而言，降低了设备用电量；

3、由于汇流排9采用了粗糙面处理，降低了激光反射，使得激光能量利用得到提高，因此可以实现低功率激光焊接设备的应用，提高了低功率激光焊接设备的利用率；

4、同样地，在激光利用得到提升的同时，焊接速度得到了提高，进而生产效率也得到相应提升；

5、在汇流排9上通过铆压方式形成粗糙面，构成粗糙面的结构体分布均匀，使得焊接部位接收的激光能量均衡，焊接后焊接部位的焊接质量一致，从而保证了生产质量的稳定；

6、由于激光能量吸收率得到提升，就可以降低激光器功率，同时反射的激光能量降低，达到了保护激光振镜不被反射光损坏的目的。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光焊金属片抗反制造装置，其特征在于，包括：

凹板，用于放置汇流排；

凸模，所述凸模设置于所述凹板的上方并可相对于所述凹板上下运动；

齿型镶件，所述齿型镶件设置于所述凸模的底面上，所述齿型镶件的底面为压模面，于所述压模面上设置有压模结构单元，用于对汇流排的焊接部位进行下压并形成粗糙面。

2.根据权利要求1所述的激光焊金属片抗反制造装置，其特征在于，

还包括有上模板以及下模板，所述上模板通过模具导柱可上下运动地设置于所述下模板上；

所述凸模相对于所述上模板固定设置，所述凹板相对于所述下模板固定设置。

3.根据权利要求2所述的激光焊金属片抗反制造装置，其特征在于，

所述模具导柱包括有圆环滑座以及圆柱导轨，所述圆环滑座可滑动地套装于所述圆柱导轨上；

所述圆环滑座设置于所述上模板上，所述圆柱导轨设置于所述下模板上。

4.根据权利要求2所述的激光焊金属片抗反制造装置，其特征在于，

所述上模板靠近所述下模板的侧面上设置有压模板，所述压模板与所述凸模之间弹性连接，于所述压模板上固定设置有用于对汇流排进行冲孔操作的冲针，所述冲针穿过所述凸模可活动设置。

5.根据权利要求1所述的激光焊金属片抗反制造装置，其特征在于，

汇流排设置有弧形槽结构；

于所述凸模靠近所述凹板的一侧设置有与弧形槽结构形状适配的定位凸起；

所述凹板上设置有与弧形槽结构形状适配的凹板槽。

6.根据权利要求4所述的激光焊金属片抗反制造装置，其特征在于，

于所述压模板与所述凸模之间设置有弹簧，所述压模板与所述凸模通过所述弹簧连接。

7.根据权利要求6所述的激光焊金属片抗反制造装置，其特征在于，

于所述压模板与所述凸模之间还设置有用于对所述凸模的弹性运动进行导向的导向结构，所述导向结构为可伸缩轴结构，所述弹簧套设于所述导向结构的外侧。

8.根据权利要求4所述的激光焊金属片抗反制造装置，其特征在于，

于所述齿型镶件上设置有贯穿孔结构，用于冲针的穿过。

9.根据权利要求1所述的激光焊金属片抗反制造装置，其特征在于，

所述齿型镶件包括有安装端以及压模端，所述安装端与所述凸模的底面可拆卸连接，所述压模端的下端面为所述压模面。

10.根据权利要求1至9任一项所述的激光焊金属片抗反制造装置，其特征在于，

所述压模结构单元为锥形凸起结构，或，所述压模结构单元为锥形凹槽结构；

所述压模结构单元均布于所述压模面上。

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