HYPX1500 匣缽壓機的技術特點分析

梁超寰，蘇龍保，招俊杰，張素平

(佛山市恒力泰機械有限公司，佛山528031)

1 前言

鋰電池是以二氧化錳為正極材料，以鋰金屬或其合金為負極材料，使用非水電解質溶液的電池。能反復充放電是鋰離子電池的優勢，使其在消費電子產品和電動汽車中廣泛使用。現今全球牽起電動汽車和混合動力汽車發展浪潮，其動力來源主要是鋰電池，特別是磷酸鐵鋰電池的出現，更推動了鋰電池產業的發展。在《2013—2017 年中國鋰電池行業產銷需求與投資預測分析報告》數據統計中，在2012 年，我國新能源汽車、電網儲能、特種車等領域的成品鋰電池組市場規模已經達到35 億元。隨著鋰離子電池的發展和廣泛使用，燒成鋰離子電池用的匣缽也日益供不應求。

大部分正極材料的生產都是通過承載在匣缽中并在窯爐中通過煅燒的方法制備，稱為固相合成法，是目前鋰電正極材料生產最常用的方法。堇青石、莫來石為當前正極材料燒制用匣缽的主要材料，一般通過摩擦式壓機或液壓機壓制成型。因此，匣缽壓機隨著鋰電池的發展，呈現出廣闊的發展前景。

2.HYPX1500 匣缽壓機技術參數

為滿足市場對匣缽壓機的需求，佛山市恒力泰機械有限公司研發出HYPX1500 型壓機(主機外觀如圖1 所示)，采用恒力泰專利技術（一種匣缽壓制成型方法、設備及匣缽，專利號：CN202011486639.7），為四梁（上橫梁、下橫梁、上動梁、下動梁）四柱結構，該結構在陶瓷壓機和墻材壓機領域已成熟運用多年。由于匣缽的壓制過程，與陶瓷磚和墻材、耐火材料頗為接近，因此，將成熟的陶瓷磚、墻材壓機關鍵結構移植至匣缽壓機，是HYPX1500匣缽壓機研制成功的保障。除此以外，恒力泰公司根據匣缽的形狀及成型特點進行了針對性設計，保障了匣缽壓機對匣缽壓制的適應性。

圖1 HYPX1500 匣缽壓機

匣缽行業的壓制成型設備通常選用摩擦式壓機或液壓機。恒力泰公司根據匣缽成型的要求和工藝，結合自身在陶瓷液壓機領域的優勢，針對性的開發了適合匣缽生產的液壓系統，保證了匣缽成型的質量和效率。

HYPX1500 匣缽壓機主要技術參數如下：

(1)最大壓制力15000kN(1500tf)；

(2)上動梁最大行程350mm；

(3)下動梁最大行程400mm；

(4)立柱中心距1950 mm×400 mm；

(5)最大模框尺寸800 mm×740mm；

(6)最大脫模力1000 kN；

(7)頂出最大行程320mm；

(8)模芯最大頂力3000kN；

3.技術特點

3.1 活動模框

傳統陶瓷壓機，磚為扁長方體，脫模時可利用頂出和沖頭夾持磚坯脫模。而匣缽，由于其凹腔結構，頂出力只作用于四壁面，如果仍然采用頂出和上動梁夾持磚坯脫模，則因脫模時，匣缽內凹腔會形成空腔，底面和四壁將失去模芯作為約束，如果此時頂出和上模夾持動作不夠一致，則容易造成磚坯崩塌。解決辦法是，模芯、頂出和上模不動，保持夾持磚坯，以模框主動下降的方式來脫模。

HYPX1500 將模框置于下動梁，下動梁為受控可動，使模框可以獨立下降以便脫模，并且模框還有主動跟隨和被動跟隨模式，便于磚坯壓制時，適應磚坯的膨脹和應力釋放。

3.2 邊角壓制

匣缽在用于承載正極材料燒制時，常采用堆疊放置，為使堆疊時，上層匣缽不至于對下層匣缽密封使熱量傳遞不到匣缽內，匣缽壁面邊上，需開有缺口（圖2）。

圖2 壁面缺口

壁面開缺口后，缺口處和邊角處成型后有高度差。一般匣缽布料時，四壁和邊角布料高度一致，如果這兩處共用同一個沖頭，則壓制時粉料的壓縮率就會不一樣，這樣就容易造成應力差，致使匣缽裂。恒力泰公司針對這個工況，為HYPX1500 開發了邊角獨立壓制機構，使缺口處和邊角有不同的壓制行程，保證壓縮率一致，不會產生應力差裂紋。

3.3 自動布料和取坯

傳統匣缽生產以人工布料、取坯為主，效率低、勞動強度大、工人工作具有危險性。布料的主要動作包括：模具清理、涂脫模劑、布耐腐蝕底料、布主料、刮平等等。整個過程約二十秒，過程繁瑣，步驟繁多，難以保證產品質量的前后一致性。HYPX1500 為解決此問題，配備了自動布料和取坯系統，從而為客戶提供更高的生產效率和更低的使用成本，為鋰電池的加速推廣提供支撐。

3.4 液壓系統數字仿真計算的應用

傳統壓機液壓系統的設計，受限于相關設計軟件的發展，設計計算時只能計算壓機穩態時的工況，對系統的動態性能，無法有效估計。或依據使用經驗，進行改進式的設計，當遇到未使用過的工況時，因為無經驗借鑒，無法高效設計，往往需要在壓機生產出來之后再花大量時間測試改進，導致設計周期長，耗費大。

HYPX1500 液壓系統設計時，采用了先進的數字仿真計算技術（圖3）。根據客戶對壓機速度越來越高的要求，利用數字仿真技術，根據磚坯成型工況，精確計算泵所需排量、蓄能器放置位置、增壓器壓力配比等，提前驗證壓機的壓制頻率是否滿足客戶要求。一些壓力沖擊和動態性能，也能通過數字仿真技術提前計算出來，大大縮短了開發周期和費用，降低了用戶使用成本和現場調試成本。

圖3 數字仿真計算技術

4 結語

HYPX1500 型匣缽壓機是恒力泰針對鋰電匣缽市場推出的機型，精準定位于生產主流鋰電匣缽，滿足市場需求。目前，該機型已經順利投產，全面助力鋰電匣缽壓機的發展。