一、鋁制電池托盤概述

隨著社會的不斷進(jìn)步，汽車行業(yè)得到迅猛發(fā)展。與此同時，能源問題日益緊迫，汽車帶來的環(huán)境問題備受關(guān)注。大力發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)是緩解能源危機(jī)、降低溫室效應(yīng)、減少環(huán)境污染的有效途徑。目前，新能源汽車已經(jīng)成為汽車工業(yè)變革的重要方向。

新能源汽車以電池作為動力驅(qū)動汽車運(yùn)行，電池托盤在保護(hù)電池正常安全工作中起到關(guān)鍵的作用。目前，常見的電池托盤有三種，分別是鋼制電池托盤、壓鑄鋁電池托盤、擠壓鋁電池托盤。其中，擠壓鋁電池托盤最受推崇。

相較于鋼制電池托盤，電池托盤選擇鋁材質(zhì)有諸多好處，如密度小，同等體積下質(zhì)量更輕，節(jié)省能源。鋁材質(zhì)具備良好的耐腐蝕性、耐候性，可抵抗外界惡劣的環(huán)境。鋁材質(zhì)可加工性能及塑性極佳，可有效降低生產(chǎn)成本。與壓鑄鋁電池托盤相比，擠壓鋁電池托盤設(shè)計(jì)更加靈活，并且更易于修改完善設(shè)計(jì)方案。擠壓鋁電池托盤尺寸規(guī)格的多樣性及應(yīng)用的廣泛性也是壓鑄鋁電池托盤無法相比的。由此，擠壓鋁電池托盤在各個領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

二、鋁制電池托盤結(jié)構(gòu)

鋁制電池托盤以擠壓鋁型材為基礎(chǔ)材料，通過焊接方式將各個部件組合為一個整體，形成完整的框架結(jié)構(gòu)。部分位置采用板材，作為型材腔體的密封堵板。緊固件包括六角拉鉚螺母、壓鉚螺柱、M12×1D鋼絲螺套、M8×1.25D鋼絲螺套。鋁制電池托盤結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要部件包括底板、左型材邊梁、右型材邊梁、前型材邊梁、后型材邊梁、模組安裝梁等。四種邊梁分別采用三種不同截面的L形型材，L形型材更有利于與底板進(jìn)行焊接。兩個模組安裝梁分別位于底板與前后型材邊梁的焊道之上，作用是作為電池模組的支撐平面及連接點(diǎn)。鋁制電池托盤的上沿安裝多個六角拉鉚螺母，用于連接電池包上蓋板形成密閉空間，從而保證電池模組的正常工作。設(shè)置滅火器固定底座，由滅火器支架與壓鉚螺柱通過壓鉚方式組合而成，焊接在前型材邊梁內(nèi)側(cè)。在鋁制電池托盤底部外側(cè)均勻分布六個M12×1D鋼絲螺套，起到連接汽車與電池托盤的作用。兩個模組安裝梁上分別裝有六個M8×1.25D鋼絲螺套，作用是連接三個并排擺放的電池模組。

圖1 鋁制電池托盤結(jié)構(gòu)

鋁制電池托盤經(jīng)過多次試驗(yàn)，不斷完善生產(chǎn)工藝，更改設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，最終達(dá)到客戶的使用要求。在這一過程中，對鋁制電池托盤的結(jié)構(gòu)及使用特點(diǎn)也有了更深入的了解。

三、工藝流程

原材料擠壓鋁型材經(jīng)過鋸切工序形成近似各單件的長度或直接鋸切成型，通過機(jī)加工及打磨等工序后完成單件加工。鋁制電池托盤所有零部件涵蓋的加工工藝包括鋸切下料、激光下料、機(jī)加工、打磨、裝配組對、焊接、氣密性檢測、壓鉚、拉鉚、膠接等，整體加工工藝如圖2所示。

圖2 鋁制電池托盤整體加工工藝流程

四、工藝分析

1、單件加工

作為鋁制電池托盤最基礎(chǔ)的組成部分，所有單件都需要經(jīng)過下料及機(jī)加工，來滿足尺寸公差要求。板材的下料工藝為激光切割下料，優(yōu)點(diǎn)是效率較高，并且滿足非精密裝配的使用要求。型材的下料方式為數(shù)控鋸切下料，優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，成本低，精度可以滿足多數(shù)使用場合要求。對于異形特征或精度要求較高的位置，使用三軸數(shù)控加工中心來完成加工。單件加工質(zhì)量直接影響鋁制電池托盤整體的裝配精度、尺寸公差、平整度、外觀表面質(zhì)量。

2、 裝配組對

單件之間的裝配精度對于后續(xù)焊接質(zhì)量影響極大，也是鋁制電池托盤密封性能是否達(dá)標(biāo)的重要因素。特別是底板水道口與堵塊的裝配效果，對水道焊接起決定性作用。箱體的密封性取決于前后邊梁及左右邊梁的裝配精度和焊接質(zhì)量。若單件之間個別位置間隙偏大，將無法進(jìn)行焊接。若薄弱位置未裝夾到位，在焊接過程中會導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重變形，影響尺寸。裝配時，將單件平放于多功能平臺上，用工裝塊固定后夾緊，之后進(jìn)行檢測初始尺寸、點(diǎn)固處理，準(zhǔn)備焊接。

3、 焊接

檢測裝配組對后的尺寸無誤，在重點(diǎn)受力位置進(jìn)行點(diǎn)焊固定，在保證當(dāng)前尺寸的基礎(chǔ)上將各單件連接在一起，減小滿焊變形量。最后進(jìn)行滿焊，這是保證鋁制電池托盤密封性的收口工序。任何一個位置的焊接缺陷都會造成氣密性檢測失敗。

4、氣密性檢測

氣密性檢測可分為水道檢測和箱體檢測兩個部分。水道檢測時，使用快插接頭連接水嘴，向水道內(nèi)充氣400 kPa左右。充氣后將箱體完全浸入水槽，保壓3 min，觀察有無連續(xù)氣泡產(chǎn)生。有氣泡判定為不合格，沒有氣泡判定為合格。箱體檢測時，使用檢漏儀配合工裝向箱體內(nèi)充氣至3 500±500 Pa，保壓結(jié)束測試60 s，壓降不大于38 Pa判定為合格。

5、 整體機(jī)加工

對于一些尺寸公差、形位公差要求較高的特征，如模組安裝梁安裝面的平面度要求0.3 mm、上沿六角孔位置度要求0.5 mm、底面平面度要求0.5 mm等，若采用常規(guī)生產(chǎn)方式,即單件加工所有特征后再進(jìn)行焊接，將會受到單件偏差、裝配偏差、焊接變形的影響，導(dǎo)致這些關(guān)聯(lián)尺寸無法滿足圖紙要求。對此，只有通過先焊接再進(jìn)行整體機(jī)加工的方式才能滿足要求。

6、鉚接

鉚接分為拉鉚和壓鉚兩種方式。拉鉚時，通過拉鉚槍將六角拉鉚螺母與鋁制電池托盤的上沿進(jìn)行鉚接連接，適用于后期整體裝配時鋁制電池托盤與上蓋的螺栓連接。壓鉚時，通過壓鉚機(jī)利用鋁型材的塑性將鋼制壓鉚螺柱與鋁制支架相互擠壓，成為一個整體，適用于連接小部件與箱體主體。

7、尺寸檢測

尺寸檢測方式分為質(zhì)檢員測量與三坐標(biāo)測量兩種。線性尺寸由質(zhì)檢員通過卡尺、卷尺來完成測量，位置度、平面度等形位公差尺寸進(jìn)行三坐標(biāo)測量。

8、底板水道口密封

作為冷卻液的循環(huán)通道，底板的質(zhì)量及密封性是鋁制電池托盤加工的關(guān)鍵。塞塊如圖3所示，型材底板如圖4所示，兩者裝配焊接形成底板。利用型材底板的多個型腔作為冷卻水管道，型材一端連接進(jìn)水口和出水口，相互不連通，型材的另一端只密封端口，進(jìn)出水型腔相通，這樣形成從進(jìn)水口流入，經(jīng)過型材腔體，再從出水口流出的回路，達(dá)到冷卻電池的目的。

圖3 塞塊

圖4 型材底板

底板水道口密封如圖5所示。塞塊為T形結(jié)構(gòu)，塞入型材底板的部分厚度為5 mm。型材底板在兩端面分別加工掉一部分立筋，形成高5 mm的開口，與塞塊咬合在一起。兩者為間隙配合，既要保證安裝過程順暢,又要避免間隙過大導(dǎo)致焊接過程中出現(xiàn)嚴(yán)重變形,影響焊接質(zhì)量。因?yàn)樾筒牡装迮c塞塊接觸位置屬于細(xì)長形截面，且型材壁厚僅2 mm，在加工過程中極易出現(xiàn)輕微變形，所以要適當(dāng)增大間隙，不建議采用常規(guī)間隙配合來進(jìn)行裝配組對

圖5 底板水道口密封

經(jīng)過數(shù)次試驗(yàn)，當(dāng)間隙大于0.5 mm時，裝配順利，但兩者無法緊密貼合，焊接時會出現(xiàn)型材底板下陷的情況，導(dǎo)致焊縫有缺陷，密封性不佳。當(dāng)間隙小于0.1 mm或沒有間隙時，會出現(xiàn)三種情況。塞塊難以順利裝配到位，需要借助外力敲擊才能使焊接面貼合，同時配合位置的型材受到塞塊的擠壓出現(xiàn)凸起變形，不僅降低焊接質(zhì)量，而且會影響其它單件的裝配。塞塊尺寸比型材底板開口尺寸大，無論如何敲擊塞塊與型材底板，都無法完成安裝，且型材底板端面出現(xiàn)卷邊，嚴(yán)重變形，最終導(dǎo)致報(bào)廢。

通過試驗(yàn)，塞塊厚度尺寸公差選擇為-0.2 mm～-0.1 mm，型材底板水道開口高度尺寸公差選擇為0～0.2 mm，安裝過程順利，且松緊度適中，焊接時無下陷現(xiàn)象，焊縫質(zhì)量良好，氣密性檢測結(jié)果極佳，完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

鋁制電池托盤整體的加工工藝流程包括單件加工、裝配組對、焊接、氣密性檢測、整體機(jī)加工、鉚接、尺寸檢測。每個工序環(huán)環(huán)相扣，在鋁制電池托盤的生產(chǎn)中至關(guān)重要。底板密封性作為生產(chǎn)過程中的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，是后續(xù)工序順利進(jìn)行的基礎(chǔ)和前提條件，需要做好底板水道口密封。經(jīng)過多次試驗(yàn)后，得出塞塊厚度尺寸公差-0.2 mm～-0.1 mm配合型材底板開口高度尺寸公差0～0.2 mm是最佳配合公差。

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