新能源汽車電池包安裝梁鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)

陳勇慧

(瑞安江南鋁業(yè)有限公司，浙江 溫州 325000 )

隨著新能源的開發(fā)，倡導(dǎo)使用新能源汽車，汽車材料的使用向輕量化發(fā)展，對鋁合金的應(yīng)用及其表面質(zhì)量和尺寸要求也越來越高。新能源鋁型材的模具研發(fā)勢在必行，從而進(jìn)一步提高產(chǎn)品合格率和擠壓生產(chǎn)率，滿足市場需求。本文介紹了一款研發(fā)成功并批量投入生產(chǎn)的新能源汽車電池組安裝梁鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)，符合客戶要求。

1 產(chǎn)品特點(diǎn)

(1)零部件材料、表面處理及防腐，按ETS-01-007《鋁合金型材零件技術(shù)要求》，ETS-01-006《陽極氧化表面處理技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。(2)表面處理為陽極氧化，表面不能有粗晶。(3)零件表面不允許有裂紋、起皺等缺陷。氧化后零件不允許被污染。(4)產(chǎn)品禁用物質(zhì)滿足Q/JL J160001-2017《汽車零部件和材料禁用、限用物質(zhì)要求》標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。(5)力學(xué)性能要求為，抗拉強(qiáng)度≥210MPa，屈服強(qiáng)度≥180MPa，斷后伸長率A50≥8%。(6)合金成份(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為，Si 0.39～0.45，F(xiàn)e 0.10～0.25，Cu 0.03，Mn 0.02～0.07，Mg 0.45～0.51，Zn 0.04，Ti 0.02，Cr 0.03，V 0.03，Na 0.007，其它0.03。新能源汽車配件電池組安裝梁組件尺寸如圖1所示。

圖1 汽車配件電池組安裝梁Fig.1 Battery pack installation beam for auto parts

2 結(jié)構(gòu)分析

(1)改進(jìn)前擠壓模設(shè)計(jì)如圖2所示。常規(guī)設(shè)計(jì)思路，如圖中箭頭指向，加工中間筋位處，舌下引流處按常規(guī)設(shè)計(jì)，上下引流單邊20°，引流高度供筋部供鋁水，加工存在死區(qū)太大，舌下空刀直角過渡，容易產(chǎn)生死角(圖3)，存在鋁渣生產(chǎn)后氧化驗(yàn)證表面容易出現(xiàn)粗晶問題[1]。

圖2 改進(jìn)前擠壓模具設(shè)計(jì)Fig.2 Extrusion die design before improvement

圖3 改進(jìn)前的模具引流Fig.3 Die flow before improvement

(2)新方案2#模具設(shè)計(jì)如圖4所示。改進(jìn)后的汽車配件模具2#盡量沉橋，橋底寬≤3mm，公頭工作帶與下模工作帶階差≤1.0，上模不留阻流包，盡量直沖，成型孔部位，中間內(nèi)筋條處兩公頭之間工作帶盡量短，引流槽過渡平緩，盡量大且光滑，各處不留死區(qū)[2](圖5)，上模后空刀不超2.0mm～2.5mm。

(3)細(xì)節(jié)方面設(shè)計(jì)改進(jìn)后，能降低變形阻力，改善金屬流動以減小不均勻變形，能有效抑制粗晶，合理科學(xué)的解決了鋁型材表面粗晶難題。

圖4 改進(jìn)后2#擠壓模具設(shè)計(jì)Fig.4 2# extrusion die design before improvement

圖5 改進(jìn)后的模具引流Fig.5 Die flow after improvement

3 擠壓工藝

對于6063-T6合金而言，按分流模擠壓比為20～80計(jì)算[3]，在1800T擠壓機(jī)的擠壓比為23，符合該機(jī)臺生產(chǎn)需求，結(jié)合材料特性和表面要求，成功研制出一套適合該汽車鋁材的擠壓工藝參數(shù)。

鋁棒牌號6063，擠壓機(jī)1800T，模具規(guī)格Φ280mm×200mm，模具溫度470℃～500℃，出料口溫度480℃～520℃，模具保溫時間3h～6h，料筒溫度380℃～420℃，鋁棒爐設(shè)定溫度480℃～510℃，鋁棒上機(jī)實(shí)測溫度460℃～500℃，淬火為霧冷，總水量設(shè)定10%，淬火后≤200℃ ，棒長800mm，擠壓速度設(shè)定誒3.0mm/s～4.0mm/s，頭尾工藝廢品切除長度(頭部≥1.6m，尾部≥1.7m)(參考脹裂試驗(yàn)結(jié)果，頭尾料泡減低倍試驗(yàn)結(jié)果后確定)，斷面尺寸/彎曲度/扭擰度(圖紙要求)。按照汽車配件型材檢驗(yàn)/試樣/追溯標(biāo)識說明，每棒頭尾切除廢料后，取樣標(biāo)示脹裂試驗(yàn)、高/低倍試驗(yàn)、拉力試驗(yàn)等。

拉伸工藝：拉伸率0.2%～0.6%，表面不能起橘子皮 ，不造成斷面尺變化。時效工藝：185℃±5℃，保溫6h；擠壓機(jī)1800T，合金狀態(tài)6063-T6，表面處理為氧化堿砂5#。

注意事項(xiàng)如下：(1)禁止在同一個爐內(nèi)模具疊加加熱 (將導(dǎo)致模具溫度不均、易出現(xiàn)結(jié)晶)；(2)若擠壓過程中出現(xiàn)異常停機(jī)，停機(jī)時間不得超過3min，必須卸模具；(3)禁止卸模后直接回爐加熱再擠壓。

4 模具修模措施以及改善方案

經(jīng)過不斷對模具設(shè)計(jì)、修模、試模改進(jìn)，提出以下合理的解決方案措施：(1)必須對原有1#模具進(jìn)行修正及調(diào)整。盡量沉橋，橋底寬≤3mm；公頭工作帶與下模工作帶階差≤1.0；不要留阻流包；內(nèi)筋條處兩公頭之間工作帶盡量短，引流槽過渡平緩，盡量大并光滑；下模工作帶盡量短；各處不留死區(qū)(后空刀不超2mm)；內(nèi)腔粗晶修上模，外表面粗晶減下模工作帶和打平阻流包，都可考慮不要阻流包，下模工作帶減短，如2#模具設(shè)計(jì)所示[4]。(2)針對2#模具修模方法做進(jìn)一步改進(jìn)。消除兩公頭死區(qū)；阻流包鏟平；減小公頭和下模工作帶落差；減短下模工作帶，粗晶改善明顯，最終達(dá)到了理想效果[5]。

5 結(jié)論

在原模具基礎(chǔ)上反復(fù)改進(jìn)優(yōu)化，最終徹底解決了有關(guān)新能源汽車鋁型材表面粗晶、焊合等難題，從擠壓模具設(shè)計(jì)到加工，再到擠壓試模跟蹤，反復(fù)十幾次修改設(shè)計(jì)方案，除了分流孔方案的改進(jìn)，對薄弱環(huán)節(jié)中間筋位線易發(fā)生再結(jié)晶處也進(jìn)行了合理優(yōu)化。不斷優(yōu)化擠壓生產(chǎn)工藝，新能源汽車電池包安裝梁鋁型材擠壓模具正式投入生產(chǎn)，可高效地滿足企業(yè)生產(chǎn)需求。根據(jù)擠壓數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，由5t/d提升到15t/d，同時使機(jī)臺生產(chǎn)方便快捷，無需擔(dān)心生產(chǎn)過程中突然有粗晶問題產(chǎn)生，消除擠壓過程中的問題，從而提高了擠壓生產(chǎn)效率。成功克服了此類的汽車用6063鋁合金表面易結(jié)晶、粗晶、焊合等表面缺陷問題，值得大家借鑒與參考。