淺談純電動汽車電池包自動合裝工藝

申平

(廣汽埃安新能源汽車有限公司，廣東廣州 511447)

0 引言

乘用車的底盤整體自動合裝工藝在總裝工藝中屬于較為重要的部分，也一直是總裝車間自動化和節(jié)拍提升的主要瓶頸。就汽車行業(yè)來看，早在數(shù)十年前外資車企就已將此項(xiàng)工藝技術(shù)運(yùn)用到汽車生產(chǎn)制造中。由于在自動化、人力節(jié)省及效率提升上存在較大優(yōu)勢，且有利于數(shù)字化工廠建設(shè)，整體式自動合裝工藝也被越來越多國內(nèi)汽車品牌采用。本文作者簡要介紹了如何實(shí)現(xiàn)電池包的自動合車、孔位對正及擰緊的高成功率，以滿足高節(jié)拍的生產(chǎn)需求。

1 動力電池包自動合車工藝概述

動力電池包順利進(jìn)行自動裝配擰緊的實(shí)現(xiàn)主要分為3個過程，分別為電池包與車身的結(jié)合、電池包安裝過孔與車身螺母的孔位對正以及擰緊槍的自動擰緊，暫且分別稱之為“合車”、“對孔”以及“擰緊”，過程分解如圖1所示。

圖1 電池包自動合車工藝過程分解圖

2 合車

目前國內(nèi)有兩種主流合車工藝：動態(tài)式連續(xù)合車和靜態(tài)啟停式合車(圖2)。文中介紹的自動合車屬于后者，整體式合裝自動化程度較高，裝配質(zhì)量更多靠設(shè)備來保證[1]，故其對車身、零部件、托盤等精度的要求較高。合車是通過底層設(shè)備與吊具的串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)車身孔與托盤銷之間的連接，從而實(shí)現(xiàn)電池包與車身的結(jié)合。由于該尺寸鏈較長，最終的累積偏差需通過托盤浮動吸收，一般該浮動量設(shè)置為單邊5 mm。該浮動量可通過三維仿真軟件核算，建議運(yùn)行次數(shù)設(shè)置為10 000次或以上，以得到的最大偏差值作為評價依據(jù)，從而對各工裝設(shè)備的公差及過程配合的孔銷浮動量進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化調(diào)整，直至滿足合車需求。

圖2 靜態(tài)啟停式合車

3 對孔

電池包與車身通過托盤上的定位銷及托塊進(jìn)行精確定位，保證車身螺母孔與電池包安裝過孔的孔位對正，從而實(shí)現(xiàn)順利擰緊裝配。

從定位銷數(shù)量上來講，托盤的定位方案通常有兩種，第一種為托盤上設(shè)置兩組主副定位銷，以分別獨(dú)立定位白車身與電池包，如圖3所示[2]；第二種為托盤上僅布置一組主副定位銷，每個定位銷同時定位車身與電池包，即“一銷穿兩孔”。定位策略需根據(jù)實(shí)際情況選取，如若托盤定位銷均可做成固定結(jié)構(gòu)，定位銷精度及整體剛度易保證，則建議采用第一種分別獨(dú)立定位的方案；如若托盤需多車型共用，定位銷須做成翻倒銷等非固定結(jié)構(gòu)切換使用，則建議采用第二種“一銷穿兩孔”的定位方案，其原因?yàn)榉逛N等由于受到高度、加工和裝配精度、使用損耗及合裝擠壓等影響，其量產(chǎn)階段精度較難保證，且托盤數(shù)量過多，維護(hù)困難。

圖3 獨(dú)立定位的電池包托盤

從定位銷位置上來講，托盤的定位方案通常也有兩種，第一種為主副定位銷均布置在車身同側(cè)，即單側(cè)定位；第二種為主副定位銷分別布置在車身兩側(cè)，即雙側(cè)定位。根據(jù)續(xù)航里程的不同，電池包寬度相同，但長度會有幾種不同規(guī)格，如圖4所示，故建議托盤主副定位銷采用雙側(cè)布置，這樣同一組定位銷可滿足同寬不同長電池包的定位需求，且定位長度足夠。采用雙側(cè)定位時，如電池包往托盤上放置工序?yàn)槿斯げ僮鳎瑒t可在操作側(cè)增加一個適當(dāng)減徑的菱形導(dǎo)向銷，便于觀察落位。另外為便于電池包落位及避免定位孔刮擦損傷，可將定位銷導(dǎo)向段做成過渡平緩的子彈頭形式，如圖5所示。

圖4 同寬不同長的電池包

圖5 子彈頭形式的定位銷

在定位方案確定后，可通過三維仿真軟件搭建模型進(jìn)行電池包安裝過孔量的核算，建議運(yùn)行次數(shù)設(shè)置為10 000次或以上，以得到的最大偏差值作為評價依據(jù)，從而對孔銷浮動量、各零部件的公差及安裝過孔量進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化調(diào)整，直至滿足對孔需求，單邊安裝過孔量一般設(shè)置為2.5～3.0 mm。

4 擰緊

合車完成車身與電池包結(jié)合后，進(jìn)入擰緊部分。文中介紹的為三軸伺服分體式移動擰緊臺，擰緊臺大底座可以沿X軸伺服移動，擰緊槍子底座沿Y軸伺服移動，擰緊槍沿Z軸上升擰緊。螺栓先預(yù)緊或放在分裝區(qū)聯(lián)系桿上，擰緊槍直接擰緊聯(lián)系桿[3]，從而完成螺栓的擰緊。

由上可知，若要順利完成自動擰緊，則需在擰緊槍完全將螺栓擰入車身安裝螺母后分別滿足兩個條件，第一個是擰緊槍與螺栓不產(chǎn)生硬干涉(不考慮聯(lián)系桿，假定擰緊槍與螺栓直接連接)，即擰緊槍的浮動量需不小于該尺寸鏈的累積偏差；第二個是聯(lián)系桿與螺栓不產(chǎn)生硬干涉。擰緊槍與聯(lián)系桿的浮動量均需通過尺寸鏈校核確認(rèn)是否滿足擰緊要求，兩者分別獨(dú)立計(jì)算。建議擰緊軸與聯(lián)系桿的浮動量分別設(shè)置為單邊3、2.5 mm。另外聯(lián)系桿需通過兩銷兩釘?shù)姆绞蕉ㄎ谎b配到托盤上，以保證足夠的裝配精度，減少后期的調(diào)試工作。聯(lián)系桿截面圖如圖6所示。聯(lián)系桿與擰緊槍截面圖如圖7所示。

圖6 聯(lián)系桿截面圖

圖7 聯(lián)系桿與擰緊槍截面圖

5 結(jié)束語

文中通過對靜止式合裝系統(tǒng)的工藝流程及擰緊原理進(jìn)行梳理分析，從尺寸配合角度出發(fā)，將該系統(tǒng)分解為“合車”、“對孔”及“擰緊”3個部分。該3個部分彼此獨(dú)立，但又環(huán)環(huán)相扣，是達(dá)到“自動擰緊”這一最終目標(biāo)的三層階梯。通過前期的對標(biāo)研究及量產(chǎn)車型的實(shí)踐，簡要總結(jié)了各環(huán)節(jié)尺寸配合相關(guān)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，提供了相關(guān)關(guān)鍵尺寸參數(shù)的建議值，對靜止式合裝及自動擰緊系統(tǒng)的前期設(shè)計(jì)規(guī)劃有一定參考意義。