新能源汽车电池盒冲压成形缺陷与模具调试技术

摘 要：新能源汽车中，电池盒是将电芯壳体安装在其内部的

大型冲压结构件，其在成形过程中容易产生开裂、起皱、回弹变形等缺陷。同时，电池盒涂胶面尺寸不一致会影响焊装的密封性，其质量要求高于一般的白车身覆盖件。本公司所开发的某电池盒复制模具为了进一步提高材料利用率，将焊接密封的法兰面放在压边圈上，同时缩小拉延筋和产品之间的间距，减小坯料尺寸进行拉深成形，其成形难度和质量控制难度大幅增加。本文从模具拉深成形的调试阶段入手，对成形缺陷进行了分析和总结，为其他类似零件的模具开发提供参考。

关键词：新能源电池盒；冲压缺陷；调试

中图分类号：TG386

文献标识码：A

Stamping defects of electric vehicle battery cover can and tryout technique

LI Yuqiang，Yu Haibin

（Shanghai Sekely Die Technology Co.，Ltd.，Shanghai 201209，China）

Abstract： Electric vehicle battery is one of the most import part on the car. The forming of the battery cover may has crack，wrinkle，spring-back defects，etc. And also the mating surface’s dimension should has less variation to improve the mating quality. This paper shows a copy die to improve the material utility further. This stamping process put the mating surface on the forming binder，and also decrease the distance of the draw-bead with the punch opening so that to decrease the blank size. But this processing improved the difficult of forming. The paper shows the method to solve the forming defects during stamping tryout.

Keywords： battery cover; stamping defects; tryout

0 引 言

新能源汽车中，电池盒是将电芯壳体安装在其内部的大型冲压结构件，其结构形状接近于方形，拔模角度小、拉深深度大，因此成形过程中容易产生开裂、起皱、回弹变形等缺陷^［1-3］。同时，产品的法兰面为涂胶面，尺寸的一致性要求高，其尺寸波动对焊装的密封性有着重要的影响。本公司开发了某新能源汽车企业的电池盒模具的复制模。新模具为了提高材料利用率，冲压工艺方案不仅将焊接密封的法兰面放在压边圈上，同时缩小了拉延筋与产品边界的间距，并在缩小坯料尺寸后进行拉深成形，其成形难度和质量控制难度大幅增加。虽然在前期工艺设计阶段开展了大量的CAE分析工作，但由于产品特性，在调试阶段仍产生了起皱、开裂、回弹等冲压缺陷^［4-7］。本文作者结合几十年的调试经验，对各种成形缺陷进行分析，通过经验和理论相结合改进了模具设计，有效地消除了缺陷，使产品质量满足客户要求。

1 拉深成形的起皱开裂缺陷

模具制造中，在满足高质量、高安全性、高效率生产的前提下，进一步降低冲压生产成本是企业利润的源泉。本研究中的电池盒复制模的设计方案中，冲压板料质量从原始生产状态的6.14 kg降低至5.34 kg，单件的冲压板料质量减轻了0.8 kg，降低了原材料成本。该产品产量每天高达1 200冲次，每月31 200冲次，每月节省料片质量达2 640 kg。但这一设计也带来了新的问题，首先是拉深开裂风险增大^［8-9］。图1为拉深模具调试初期产生的开裂缺陷。

拉延件开裂的潜在原因分析如下：

（1） 由于电池盒产品形状存在侧壁形状深、造型复杂、侧壁陡峭、转角部位R角过小等特点，因此在板料流动过程中阻力较大，开裂风险显著增加。

（2） 材料利用率的提高主要通过减小拉延筋到分模线的距离来实现。在原模具中，拉延筋到分模线的距离是54 mm，新开发的复制模拉延筋到分模线的距离是32 mm，两者相差22 mm。如图2所示。尤其在产品角部的拉延筋阻力（包括筋的高度等）对成形非常敏感，容易产生开裂缺陷。

（3） 现场调试中走料不一致，结合图1左下角易起皱区域，起皱本身会增大材料流动阻力，从而导致角部的开裂。因此，直边上流入量均匀一致是解决开裂的关键。

（4） 根据CAE分析的理论成形吨位值超过了实际现场调试成形吨位值，且压边力理论值大于现场调试产品压边力，容易导致开裂。

基于上述原因分析，重新确认模具的调试基础工作，包括凸凹模清根、圆角避让、压边圈着色、平衡块着色、压边力、成形吨位值等，确保在调试状态与CAE分析保持一致的情况下进行调试和优化^［10-12］。

解决开裂缺陷的第一种对策。针对图1中的开裂，测量了凸凹模圆角大小，确保和产品数模一致，且精细抛光凸凹模圆角的切点处，消除机加工刀路痕迹，提高R角周围的光洁度。在凸凹模侧壁间隙测量中，以蓝油着色为判断依据，不能过紧或过松，间隙过紧会导致开裂，过松会引起侧壁翘曲回弹，因此通过研配确保板料厚度间隙。最终通过理论结合实际分析，确定虚着色状态为研配的依据。

解决开裂缺陷的第二种对策。本研究中的电池盒产品比较深，CAE模拟中起皱和开裂在临界点附近，难以有效平衡两者之间的关系。

根据多年的调试经验，要同时解决开裂和起皱缺陷，压边圈以及压边力的平衡起到决定性的作用。通过现场调试，将流入量进行优化，手段包括压边力调整、拉延筋高度调整、拉延筋R角更改等，压边力保持理论值80 t不变，同时消除了两个角部的起皱和开裂缺陷。

2 整形扭曲和回弹缺陷

回弹产生的原因分析如下^［13-14］。

产品特征R角过小，整形后易变形。同时，结合CAE模拟发现，由于拉深过程中法兰面处于压应力状态，应力释放后会产生回弹和翘曲。修边后法兰面平整度无法满足要求。因此工艺设计阶段采用二次整形的方式，但二次整型会产生变形，造成机械手将零件放入OP30工序后无法有效定位，定位的不稳定导致生产效率降低，感应器失效等问题，无法满足自动化生产。如图3所示。基于上述原因分析，对冲压工艺方案进行了改进，通过理论分析和现场调试零件状态，减少转角部位的二次整形量，工艺补充造型由原来的R10增大到R30，而直线部位的整形量保持原设计方案，角部的材料流动明显减少，产生的翘曲变形得到有效改善，零件回弹变形减小，同时满足了自动化生产要求，如图4所示。

涂胶面位于产品的上部顶，通过一次成形直接加工至产品的数模尺寸，但在后序的修边

和翻边工序后，产生应力释放导致回弹，局部测点超差约0.7～0.8 mm。根据客户测量方案，其精度要求公差在±0.4 mm以内。补偿回弹的方案1为：从OP10拉深成形开始补偿，同时OP20，OP30，OP40，OP50等工序进行符型补偿。方案2为：仅补偿翻边工序OP50。根据产品形状特征及其成形机理，以及回弹量的大小，决定采用低成本且有效的方案2。通过实施方案2，回弹补偿有效，涂胶面尺寸公差达到±0.4 mm以内，如图5所示。

电池盒单体质量是新能源汽车电池盒总成焊装质量的重要保证，其不仅要消除成形过程中的开裂、起皱缺陷，而且有严格的尺寸公差要求，否则难以实现大批量的自动化生产，并确保生产过程的稳定性^［15］。本文通过该项目的开发，确保了公司该产品总成产线的顺利投产，材料利用率的提高也为公司带来了可观的经济效益，图6为批量成产的产线。

3 结 论

总结电池盒类零件在调试阶段面临的各种缺陷消除方法如下。

（1） 调试前准备工作应确认模具的研磨和抛光质量。用油石对圆角及型面处沿拉延时的走料方向初步抛光，去除加工刀花，表面粗糙度达到0.6以上。对其棱角处进行表面淬火，需用油石对型面处抛光，使表面粗糙度达到要求。在确认凹模符合产品数模后，研配直到完成合理的间隙，根据CAE分析报告进行首件初调试，根据初调试的问题对模具进行精调试，制作出首件，直到生产出合格的产品。

（2） 新能源电池盒调试要点。结合工艺设计和CAE分析进行调试，如流入量、变薄率、下压力、压边力等。根据材料流动方向和速率判断起皱和产生开裂的原因。产品回弹扭曲与二次整形量等有关，观察并分析产生基准孔误差、激光焊接面回弹扭曲、涂胶面尺寸一致性差等问题的原因，优先减少二次整形量，减小产生的应力，并结合模具工序采用低成本的消除方案。

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作者简介：

余海兵，男，上海赛科利汽车模具技术应用有限公司模具事业部调试工段长，具有约20年模具调试经验，负责汽车覆盖件的调试工作等工作。

李玉强，男，上海赛科利汽车模具技术应用有限公司模具事业部工艺技术部总监，2006年毕业于上海交通大学取得博士学位，现负责冲压模具技术开发等工作。