一種動力電池支架的級進(jìn)模設(shè)計

趙俊男 姚華林 徐瑞平 池青山 綦宗才

摘 要：針對動力電池支架的結(jié)構(gòu)特點，文章進(jìn)行了工藝分析及排樣設(shè)計。再參考排樣設(shè)計圖，進(jìn)行了級進(jìn)模結(jié)構(gòu)設(shè)計，詳細(xì)地說明凸模與凹模，導(dǎo)向與定位，脫料、頂料與分離的結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)果表明，該套模具結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，有效地節(jié)約項目成本，提高了生產(chǎn)效率，獲得項目組認(rèn)可。

關(guān)鍵詞：級進(jìn)模;電池支架;模具結(jié)構(gòu);排樣設(shè)計

中圖分類號：TQ330.4+1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）10-92-03

Design of Progressive Die for Power Battery Bracket

Zhao Junnan¹， Yao Hualin²， Xu Ruiping¹， Chi Qingshan¹， Qi Zongcai¹

（?1.Geely Automobile Research Institute （Ningbo） Co.， Ltd.，?Zhejiang Ningbo 315336;2.Zhejiang Changhua Auto Parts Co.， Ltd.，?Zhejiang Ningbo 315324?）

Abstract：?Based on the structural feature of power battery bracket， this paper has carried on the technological analysis and stamping layout design. Referring to layout drawing， this paper has carried on the structure design of progressive die， and explains structure of convex die and concave die， orientation and positioning， stripping， lifter and separation in detail. The results show that the structure design is?reasonable，?and product quality is stable. It can reduce the project cost and improve the production efficiency， and obtains programs approval.

Keywords： Progressive die; Battery?bracket; Die structure; Layout design

CLC NO.： TQ330.4+1 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）10-92-03

前言

隨著科技飛速地發(fā)展，人們對美好環(huán)境的追求日益劇增，同時綜合考慮短期成本投入和法規(guī)油耗規(guī)定兩方面因素，國內(nèi)外主流汽車生產(chǎn)商都選擇發(fā)展以48V-BSG系統(tǒng)方案為基礎(chǔ)的混合動力汽車，實現(xiàn)以最低的成本完成所能達(dá)到最佳的節(jié)油效果。在48V-BSG系統(tǒng)方案中，動力電池固定方式的可靠性直接影響整個方案的使用壽命和安全性。

本文以某款混合動力項目為研究基礎(chǔ)，在滿足項目質(zhì)量和成本目標(biāo)的前提下，由于沖壓產(chǎn)品具有質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高、材料成本低、易于實現(xiàn)機械自動化生產(chǎn)等特點，因此選擇沖壓支架方式來固定動力電池。大部分的沖壓件成型都包含落料、拉深、翻邊、沖孔、切邊或整形等工藝過程，綜合考慮動力電池支架結(jié)構(gòu)復(fù)雜且零件尺寸多，如圖1所示，其精度要求較高，因此本文開發(fā)一套高精密級進(jìn)模，要求模具的型面精度達(dá)到0.004mm，粗糙度達(dá)到Ra0.2以內(nèi)，位置度公差小于0.2mm，既能保證產(chǎn)品質(zhì)量要求，又能提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率。

1?結(jié)構(gòu)特點

本文動力電池支架（簡稱支架）是主要通過鈑金沖壓成型，是由M6安裝孔及凸臺、M8安裝孔及安裝面、線束固定孔及凸臺、加強筋、限位凸臺、壓邊凸臺、M6螺母及凸臺、翻邊和本體等結(jié)構(gòu)組成，如圖2所示。其中，M8安裝孔及安裝面與車架底板緊固連接，限位凸臺和壓邊凸臺與動力電池接觸連接，M6安裝孔及凸臺與M6螺母及凸臺緊固連接，加強筋和翻邊可以有效地增加支架的強度和剛度，線束固定安裝孔及凸臺為動力電池接地線提供支撐點。支架材料采用HC300LA鋼板，厚度為2mm，要求表面電泳黑漆，增加防腐蝕性能。

本文通過兩個相同的支架兩端反向?qū)舆B接，用四個M8螺栓固定在車架底板上，安裝力矩為24±4Nm;再用四個M6螺栓是支架之間相互固定，安裝力矩為10±1.5Nm，如圖3所示。

根據(jù)圖3可知，在動力電池的前后兩端，支架上壓邊凸臺與動力電池前后端斜面凸臺貼合，其結(jié)構(gòu)剖面圖如圖4所示，壓板凸臺與水平面夾角為α，α優(yōu)選為33.5°，壓邊限位既可以有效地限制動力電池長度和高度方向移動，又可以有效地防止動力電池左右晃動和前后翻轉(zhuǎn);在動力電池的左右兩側(cè)，支架上限位凸臺與動力電池上左右凹槽貼合，其結(jié)構(gòu)剖面圖如圖5所示，其中斜面貼合夾角為β，β優(yōu)選為135°，形成錐角為δ，δ優(yōu)選為1.1°，限位凸臺可以有效地限制動力電池寬度和高度方向移動，又可以有效地防止動力電池擺動。按照以上結(jié)構(gòu)特點，運用CATIA軟件建立支架三維數(shù)模，為后續(xù)模具設(shè)計提供了依據(jù)。

2?工藝分析及排樣設(shè)計

根據(jù)上述的支架結(jié)構(gòu)可知，其沖壓工藝特點為：

1）控制尺寸公差精度高，如M8安裝孔間距433±0.2mm，M8安裝孔直徑φ10（0/-0.2）mm未注公差等級參照ISO 2768 General tolerances-mH等級要求，要求在沖壓過程中保證尺寸和形狀要求;

2）支架結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，應(yīng)該合理安排先后成形順序，如先壓加強筋，再壓限位凸臺和壓邊凸臺，最后沖安裝孔，本文采用級進(jìn)模生產(chǎn)，以上工序安排在同一工步生產(chǎn);由于支架安裝面與本體垂直，則需要增加折彎成型+翻邊工步。

級進(jìn)模結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要依據(jù)就是排樣設(shè)計，其布局的好壞直接影響著板材利用率、零部件尺寸精度、模具壽命和維修、模具制造成本和產(chǎn)品生產(chǎn)效率等。本文通過對支架結(jié)構(gòu)和工藝性的綜合分析，為滿足大批量生產(chǎn)要求，保證零件尺寸精度穩(wěn)定性，動力電池支架沖壓步分為OP100工步和OP200工步。

其中OP100工步分為14道工序，分別為打凸包+沖孔（定位孔）+切邊+切邊+切邊+切邊+成型（限位凸臺）+成型（壓板凸臺）+切邊+切邊+整形+空步+沖孔（安裝孔）+切邊出件，得到排樣設(shè)計圖，如圖6所示，料帶長度為3100，寬度為550，步距為208，模具尺寸為3200×1100×630mm，出件數(shù)量為兩件，沖壓設(shè)備為630T沖床;而OP200工步分為2道工序，分別為成型+翻邊，模具尺寸為1000×800×530，出件數(shù)量為一件，沖壓設(shè)備為250T沖床。由于OP200工步模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度相當(dāng)于簡單，本文不進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。

3?模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文參考OP100工步排樣設(shè)計圖，首先選配模架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，根據(jù)支架三維數(shù)模，借用CAD軟件設(shè)計凸模、凹模、固定板和壓料板等零件。再根據(jù)上述數(shù)模選配合適的上下模座、氮氣彈簧、導(dǎo)板、導(dǎo)套和導(dǎo)柱等輔助零件。為了防止沖壓件卡在凸?；虬寄＠铮x用脫料板和浮料板頂出沖壓件。最后按照排樣設(shè)計布局和裝配關(guān)系，將各零件組裝起來，得到動力電池支架OP100工步級進(jìn)模裝配圖，如圖7所示。在級進(jìn)模設(shè)計中，對以下幾方面進(jìn)行詳細(xì)地說明。

3.1?凸模與凹模

凸模和凹模全部采用鑲拼結(jié)構(gòu)，通過固定板、墊板和內(nèi)角螺栓方式固定在模座上，不僅能降低模具加工成本，而且有利于模具磨損時維修更換。設(shè)計過程中應(yīng)注意以下幾點：

1）形狀與尺寸應(yīng)符合圖紙要求，棱線、搭線應(yīng)沒有凹凸扭曲，R角順滑沒有凹凸及尖角;

2）凸模與凹模的研合率，主要部位90%以上，次要部位80%以上，防止沖壓過程中變形和折斷;

3）材料與淬火硬度應(yīng)符合圖紙要求（HRC60以上）;

4）工作表面粗糙度達(dá)到Ra0.2以內(nèi);

5）鑲件之間的拼接面間隙小于0.1mm，鑲件與基座及鍵的配合無間隙。

同時，為了保證沖壓過程中模具受力均勻，在相應(yīng)的位置增加平衡塊結(jié)構(gòu)，可以延長模具壽命。

3.2 導(dǎo)向與定位

為了提供模具的導(dǎo)向精度，保證模具具有合理而均勻的間隙。在上、下模座之間設(shè)置外導(dǎo)向裝置，采用精密無間隙的滾動四導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu);在脫料板與凸模之間設(shè)置內(nèi)導(dǎo)向裝置，采用小導(dǎo)柱導(dǎo)套的彈壓導(dǎo)板導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，有效地提供凸模的導(dǎo)向精度，保證凸模與凹模之間的間隙均勻。本文采用導(dǎo)

柱導(dǎo)套的配合間隙為H5/H6，導(dǎo)套的工作表面粗糙度為Ra0.4，導(dǎo)柱為Ra0.2，導(dǎo)柱壓入底板后垂直度為0.02/1000，壓入量為1.5倍以上導(dǎo)柱直徑。

本文首先通過對稱布置的兩側(cè)導(dǎo)板進(jìn)行寬度方向粗定位，導(dǎo)板的工作表面粗糙度為Ra0.4;然后通過OP100打凸包工序，在料帶廢料的位置沖1個定位孔，用于確認(rèn)進(jìn)給步距;最后通過OP105沖孔工序，在料帶廢料的位置沖兩個定位孔，后續(xù)工序通過導(dǎo)正銷對料帶進(jìn)行精確定位，位置度公差小于0.2mm，從而保證支架的尺寸精度。為了提高生產(chǎn)率，采用自動送料裝置，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。

3.3?脫料、頂料與分離

為了保證沖壓后料帶不會箍在凸模上，也不會卡在凹模里，順序地進(jìn)行下一次沖壓，分別采用彈壓脫料板和彈壓浮料板，料板表面粗糙度要求：主要部位及大平面的粗糙度為Ra0.8，與凸模間隙在0.02～0.1mm之間，這樣可以確保送料順暢。為了保證沖壓的連續(xù)性，本文通過0P165切邊出件工序，分離沖壓件與料帶的連接，在自動送料裝置的推力和重力作用下，使沖壓件快速地脫離模具。

4?總結(jié)

目前，該套級進(jìn)模已經(jīng)投入生產(chǎn)，產(chǎn)品滿足尺寸與形位精度要求，且沖切面平直、光潔、質(zhì)量穩(wěn)定，同時沖切面因冷作硬化效應(yīng)，其表面硬度和強度進(jìn)一步地提高，改善模具的耐磨性和耐用性，進(jìn)而提高產(chǎn)品的使用壽命，獲得項目組認(rèn)可。實踐證明，動力電池支架級進(jìn)模結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，安裝、維修簡單方便，保證產(chǎn)品的形狀和尺寸精度，有效地節(jié)約費用成本，提高了生產(chǎn)效率，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 韋樹禮，李程武.簡析新能源汽車分類及性能[J].汽車實用技術(shù). 2019（02）.

[2] 薛樂，孟雪峰，趙天洋，胡凱.后支架多工位級進(jìn)模設(shè)計[J].模具技術(shù). 2015（03）.

[3] 雷軍營.支架成形工藝及模具設(shè)計[J].模具技術(shù)，2016（05）.

[4] 何凌，鄧汝榮.一種多向彎曲件的級進(jìn)模設(shè)計[J].模具技術(shù).2018（6）.

[5] 詹熙達(dá).CATIA V5快速入門教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015.

[6] 張正修.沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、要點及實例[M].北京：機械工業(yè)出版社.2007.

[7] 秋艷，范正輝，尤銳.汽車用梁類零件沖壓成形CAE分析及模具設(shè)計[J].模具技術(shù)，2017（06）.

[8] 蘇芳，黃清海.細(xì)長針腳類電器插接件級進(jìn)模設(shè)計[J].模具技術(shù)， 2015（05）.