電池殼精密高速沖壓設備的發展趨勢

文/秦劍·徐州鍛壓機床廠集團公司鹿新建·南京工程學院

近幾年隨著新能源汽車的興起，鋰電池行業市場需求迅速提升，對電池殼沖壓精度（總高度、壁厚和防爆環深度等）的要求也逐步提升，精密高速沖床技術在鋰電池殼生產上得到了快速應用。

國內電池殼生產線現狀

小型電池殼沖壓線

圖1 國內小型電池殼沖壓線

國內小型電池殼沖壓線（圖1）主要使用JC23、JH21等普通單曲柄沖床，沖壓噸位在80～125t之間、滑塊行程在130～150mm之間、沖壓次數多為50次/分。沖壓產品主要有AA、AAA、SC、N型電池殼等（圖2），AA型號電池也就是5號電池（14500），為標準的平頭電池，其高度為48.0±0.5mm、直徑為14.1±0.2mm；AAA型號電池也就是7號電池，為標準的平頭電池，其高度為43.6±0.5mm、直徑為10.1±0.2mm；N型號電池也為標準的平頭電池，其高度為28.5±0.5mm、直徑為11.7±0.2mm。

中大型電池殼沖壓線

圖2 小型電池殼

圖3 國內中大型電池殼沖壓線示意圖

國內中大型電池殼沖壓線（圖3）主要使用JL36等普通雙曲軸整體式框架結構沖床進行改制，如將滑塊行程改為大行程450～500mm、配置拉伸氣缸、配置回油收集槽等，沖壓噸位在300～500t之間、沖壓次數多為30次/分。沖壓產品主要有C、D、F、18650、21700型電池殼等。C型號電池也就是2號電池，為標準的平頭電池，其高度為49.5±0.5mm、直徑為25.3±0.2mm；D型號電池就是1號電池，為標準的平頭電池，其高度為59.0±0.5mm、直徑為32.3±0.2mm；F型號電池是電動助力車、動力電池的新一代產品。18650、21700是電池型號的另一種表示方法，前兩位數字是指池體直徑，第三、第四位數字是指池體高度尺寸，例如18650電池，即直徑為18mm、高為65mm。

國外電池殼生產線最新技術

國外電池殼生產線的制造廠商以日本旭精機為代表，該公司生產的電池殼專機，其傳動機構別具一格（圖4），以凸輪—滾輪機構代替常見的曲軸—連桿機構，將電機輸入的旋轉運動轉換為往復直線運動。該傳動機構的優勢是：可以達到多連桿機構類似的效果，使滑塊位移到下死點附近變慢，有利于工件成形、適用于深拉深工藝，同時縮短了傳動路線，有助于沖壓精度的長久維持。

圖4 旭精機電池殼專機傳動機構

日本旭精機研制的電池殼生產線有BTP和ITP兩大系列。BTP系列生產線是以BTP-30高速深拉深多工位沖床（圖5）為主力機型，該沖床公稱力為300kN、滑塊行程為130mm，配置模架最大拉深深度為57mm，行程次數為50～250次/分。為實現高速拉深，配置的模架有兩個特點，其一是沖頭脫模裝置為單獨驅動，其二是沖頭凹模增加冷卻裝置，這種模架最適合堿性電池、鎳氫電池和鋰離子電池等筒形電池鋼殼的高速拉深加工。

圖5 旭精機BTP-30電池殼沖壓線

ITP系列生產線是以ITP-60超高速深拉深多工位沖床（圖6）為主力機型，該沖床公稱力為600kN、滑塊行程為180mm，配置模架最大拉深深度為77mm，行程次數為40～150次/分，實際沖次為100件/分。該機型的設計貫徹了高速拉深加工的新理念，機身采用半雙柱式框架以提高機身剛度，凸輪增加了動態平衡器(圖7）以減小機床振動，另外增加了伺服橫動加工裝置（圖8）和直動式垂直傳遞機構（圖9）以擴展沖壓工藝范圍，該機床不僅適用于筒形電池殼（圖10）的高速拉深加工，同樣也適用于方形電池殼的高速拉深。AA/AAA型電池殼的沖壓，為其代表性生產線。

國內電池殼沖壓設備技術發展趨勢

圖6 旭精機ITP-60電池殼沖壓線

圖7 凸輪平衡示意圖

圖8 伺服橫動加工裝置

圖9 直動式垂直傳遞機構

圖10 筒形和方形電池殼

目前，國內新能源汽車市場需求還較小，鋰離子電池尚未進入大批量生產，故常見的電池殼沖壓設備還是普通曲軸沖床居多。不過，出于對未來市場的看好，許多壓力機生產廠商已經未雨綢繆，開始了新一代電池殼沖壓設備的研發，研發方向主要集中在多連桿壓力機和伺服壓力機兩類，目的是加快沖壓節拍、實現精密高速生產。

多連桿壓力機

多連桿壓力機一般利用JL36等普通雙曲軸整體式沖床（曲軸縱放、雙點結構、整體焊接機身、固定裝模高度等）進行改制，通過增加一套多連桿機構（圖11），實現滑塊“快下→慢壓→快回”的目標，驅動電機多采用變頻調速方式，以增強通用性。此外，也有借鑒高速精密壓力機雙點結構(曲軸橫放，采用一級皮帶傳動+齒輪傳動或內含多連桿結構）的形式。

伺服壓力機

伺服壓力機也是利用JL36等普通雙曲軸整體式沖床進行改制，通過將變頻調速驅動電機更換為伺服電機，利用程序控制實現滑塊“快下→慢壓→快回”的目標。

伺服壓力機的優勢在于，電池殼主要是拉深工藝，對拉深速度有嚴格要求，一般材料的拉深速率在5～25mm/s之間，伺服壓力機通過編程可以將滑塊運行速度曲線盡可能與材料變形規律曲線一致，實現沖壓速度高和成形拉深速率低兩者之間的平衡。

圖11 多連桿機構

相比多連桿壓力機，伺服壓力機的優勢更加明顯，如壓力、速度、位移均可實現程序控制，未來市場認同度將會更高，讓我們拭目以待。