板柵用銅拉網(wǎng)的制造工藝及設備

葉 烽，余 波

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板柵用銅拉網(wǎng)的制造工藝及設備

葉 烽，余 波

(武漢船用電力推進研究所，武漢430064)

板柵是蓄電池的關鍵部件，起著傳導電流和支撐活性物質的作用。銅拉網(wǎng)板柵用于蓄電池負極有諸多優(yōu)點。本文介紹了一種先進的銅拉網(wǎng)板柵的制造工藝及主要設備參數(shù)。

銅拉網(wǎng)板柵 制造工藝

0 引言

鉛酸蓄電池具有技術成熟、價格便宜、充放電性能良好、使用安全、沒有復雜的輔助系統(tǒng)等優(yōu)點，但是重量比能量較低。要提高鉛酸蓄電池重量比能量最有效的方式是采用輕型板柵來替代傳統(tǒng)的鉛基合金板柵。銅拉網(wǎng)板柵用于鉛酸蓄電池不僅可以顯著減輕蓄電池重量，提高蓄電池的重量比能量，還可以改善蓄電池低溫性能，降低蓄電池內(nèi)阻，增加板柵的機械強度，提高蓄電池的輸出功率、充放電性能和活性物質的利用率等。本文介紹了一種先進的銅拉網(wǎng)板柵制作方法，生產(chǎn)線為全自動生產(chǎn)線，與傳統(tǒng)銅拉網(wǎng)板柵工藝的區(qū)別主要體現(xiàn)在沖網(wǎng)工序上，目的是提高生產(chǎn)效率和銅拉網(wǎng)質量的穩(wěn)定性。

1 銅拉網(wǎng)制作工藝流程

銅拉網(wǎng)制作工藝流程如下：開卷→卷邊→沖網(wǎng)成型→整平→裁切→收料，其中卷邊和沖網(wǎng)成型是關鍵工序。與傳統(tǒng)工藝相比，本工藝實現(xiàn)了銅拉網(wǎng)自動化生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率。

圖1 銅拉網(wǎng)實物圖

1.1 開卷工序

通過間歇放料感應裝置監(jiān)測銅帶開卷長度從而控制電機實現(xiàn)全自動放料。

1.2 卷邊

從開卷放料機出來的銅帶，銅帶材料為T2M，寬度及厚度（0.1-1mm）按照圖紙確定，經(jīng)過七對成型壓輥按照設計好的圖紙及技術要求，將開卷的銅帶兩邊卷成大小一致的空心圓邊，見圖2。

1.3 沖網(wǎng)成型

按照圖紙及技術要求，將上一道工序已卷邊的銅帶沖制成帶有一定規(guī)格菱形網(wǎng)孔的銅網(wǎng)。

圖3 網(wǎng)成型側視圖

圖4 沖網(wǎng)整形后的銅拉網(wǎng)平面圖

1.4 整平

通過整平機構對沖制成型的銅拉網(wǎng)按圖紙及技術要求整平。

1.5 裁切

通過步進電機參數(shù)設定實現(xiàn)銅拉網(wǎng)定長自動裁切，每片銅拉網(wǎng)切斷時間不大于5 s。

1.6 收料

將裁切好的銅拉網(wǎng)收入料件箱。

2 主要設備及參數(shù)

2.1 開卷機

將銅帶卷安裝在開卷機上，通過間歇放料感應裝置（銅帶卷開卷放料速度監(jiān)測裝置)，監(jiān)控開卷放料速度及長度，對銅帶開卷情況進行實時連續(xù)監(jiān)測，自動調(diào)整放料速度，保證不間斷自動送料。

2.2 卷邊機

卷邊機的作用是將銅帶兩邊卷制成符合技術要求的圓管型，同時將銅帶中間壓制成V型槽的銅拉網(wǎng)半成品。銅網(wǎng)卷邊成型后符合冷變形原理，即卷邊成型后對材料各性能指標無影響，無論是卷邊還是V型槽成型部分在整個成型過程中都不會改變銅帶橫截面的寬度和厚度。中間壓制成V型槽在銅拉網(wǎng)中起到縱向加強的作用，并可以在下一沖網(wǎng)成型工序中起導向作用。

將銅帶經(jīng)過七道卷邊成型輥模具冷彎成卷邊銅帶，卷邊銅帶成型后兩條圓邊的直徑應滿足技術要求，且可在一定范圍內(nèi)按需調(diào)整，并保證卷邊與銅帶面相平。七道卷邊成型輥模具由變頻器控制的異步電機控制,可根據(jù)沖網(wǎng)機速度調(diào)整卷邊速度，達到與沖網(wǎng)機速度匹配一致的目的。

第一道壓輥前段有一組導向裝置，導向裝置的作用是保證銅帶在整個成型過程中送料方向保持穩(wěn)定，對成型的好壞起著決定性的作用；第一道壓輥是先壓出卷邊圓管的起端和末端，起端和末端之間的材料是可以滑動的，其余部分的材料已經(jīng)被壓緊不能相對滑動。其余壓輥組原理一致，這樣既可以彎曲而無拉伸變形從而能保持材料的性能不變，每道壓輥作用如下：

第一道壓輥使銅帶兩邊按卷邊尺寸折彎90°；第二道壓輥將折彎部分折彎到145±5°；第三道壓輥將折彎部分折彎到165±5°；第四道壓輥將末端再折彎到180°，成型為“O”的形狀；第五、六道壓輥將前4道折彎的圓弧不斷縮小，圓弧的折彎角度越來越大、最后達到卷邊要求；第七步對兩邊的卷邊再次進行修正，使卷邊圓與銅帶平面呈垂直狀態(tài)，同時對銅網(wǎng)中間V槽進行成型。最后壓制出的V型槽使得在后面的沖網(wǎng)過程更加方便定位及導向。

2.3 沖網(wǎng)機

沖網(wǎng)機的工作原理是縱向沖拉網(wǎng)方式，不同于傳統(tǒng)沖床拉網(wǎng)，本沖網(wǎng)機由電機驅動小帶輪，小帶輪通過皮帶將功率傳遞給飛輪，飛輪帶動曲軸做旋轉運動，曲軸與連桿之間構成為曲軸連桿塊機構，連桿在曲軸上做上下往復運動，帶動刀架在沖床上做上下往復運動，不斷沖切銅帶，沖制成銅拉網(wǎng)。

沖網(wǎng)機采用機械裝置傳動，傳輸送料方式為前推、后拉兩處同步送料，平穩(wěn)可靠；主軸由曲軸連桿裝置確保上沖模的往復運動平穩(wěn)可靠，軸瓦由電動可調(diào)式潤滑裝置定時加油潤滑，確保主軸的潤滑，保證主軸平穩(wěn)運行，從而保證沖網(wǎng)質量穩(wěn)定。刀具采用整體模架，上下刀具均可單獨拆換，壞損刀具只要拆卸并按要求打磨相應壞損部位，修復后即可安裝調(diào)試重新使用，提高刀具的可修復性及重復利用性，從而大大降低了刀具維修、更換的成本。主軸由異步電機帶動皮帶輪驅動。沖網(wǎng)機沖網(wǎng)設計噸位15T，額定工作速度200～250次/分鐘可調(diào)，拉料輥比送料輥直徑大0.05～0.1 mm，送料機構通過步進電機提供動力，而拉料機構則為主軸帶動的搖臂來驅動，進給量均可調(diào)，利于拉料與送料的動態(tài)平衡，繼而生產(chǎn)出合格穩(wěn)定的銅拉網(wǎng)。

沖床不僅僅只起沖壓作用，還為伺服電機提供送料信號，這是送料與沖壓能夠協(xié)調(diào)工作的關鍵因素；模具是沖網(wǎng)的執(zhí)行工具，上模隨著連桿不停地做上下往復運動，完成對銅帶的沖網(wǎng)成形，同時模板底部中心位置伸出的導向輪也對卷邊開V槽的銅帶起到了導向、定位作用，確保銅拉網(wǎng)不跑偏，沖制出兩邊寬度一致的產(chǎn)品。送料機構的驅動裝置是步進電機帶動送料壓輥組，步進電機在沖床主軸上采集信號，送料機構動力不需要沖床提供，避免了沖床帶來的巨大沖擊，這樣使送料的精度和穩(wěn)定性得到提高，保證了拉網(wǎng)質量。

本生產(chǎn)線為全自動生產(chǎn)線，與傳統(tǒng)銅拉網(wǎng)板柵工藝的區(qū)別主要體現(xiàn)在沖網(wǎng)工序上。傳統(tǒng)工藝采用的是橫向沖網(wǎng)，先橫向沖一半，退出來；再換另一側沖網(wǎng)，沖制完退出來，再進行下一道工序，傳統(tǒng)工藝基本靠人工實現(xiàn)。但本生產(chǎn)線采用的是縱向沖網(wǎng)，在生產(chǎn)線上不用換向，無需停頓、可連續(xù)沖網(wǎng)無需轉換工序從而實現(xiàn)了全自動生產(chǎn)。生產(chǎn)效率及穩(wěn)定性得到了質的提高。

開卷機、卷邊機、沖網(wǎng)機是三者聯(lián)動，且三者之間都有限速開關，可以調(diào)節(jié)匹配速度。開卷機、卷邊機、沖網(wǎng)機之間的速度關系為：開卷機>卷邊機>沖網(wǎng)機，所以整個系統(tǒng)一旦啟動，沖網(wǎng)機就會連續(xù)工作，可充分提高沖網(wǎng)機的利用率；卷邊機有單獨的牽引電機，由間歇式感應器控制進料速度，這樣將減小了開卷銅帶過多對卷邊機成型帶來的干擾，保證了卷邊成型的質量。

2.4 整平機

將拉出的銅網(wǎng)用五壓輥整平，為后續(xù)裁切、包邊工序做工藝準備。每道整平壓輥間隙壓力均可調(diào)，使經(jīng)過整平機構的銅網(wǎng)表面光滑、平順、無壓痕，同時使銅拉網(wǎng)網(wǎng)格形狀、大小也能達到一致。壓輥直徑為60～70 mm，共分為五組，方便拆卸維護。

2.5 裁切機

從整平機出來的銅拉網(wǎng)，按設定的裁切尺寸輸送到裁切機平臺上，由裝快排閥的氣缸切刀迅速切斷，減少銅網(wǎng)輸送機構停止時間，提高生產(chǎn)效率。為了滿足對不同的銅拉網(wǎng)剪切長度的要求，可以通過調(diào)節(jié)裁切機輸送步進電機參數(shù)，達到生產(chǎn)不同長度銅拉網(wǎng)的目的。

2.6 收料架

通過調(diào)整翻板機構與銅網(wǎng)輸送機構的材料中心高度一致，保證剪裁后的銅網(wǎng)能順利進入收料機構；翻板動作通過氣缸完成，剪切后銅拉網(wǎng)落入收料滑車中，收料滑車裝網(wǎng)槽按設定數(shù)值裝滿后，會通過氣缸推動切換另外一個空槽收料。這樣的收料架，不但可以計數(shù)，還無需人工手動放置收料箱，節(jié)省人力。

3 結論

目前，上述銅拉網(wǎng)生產(chǎn)工藝及設備已通過驗收，并實現(xiàn)了批量生產(chǎn)，生產(chǎn)的銅拉網(wǎng)經(jīng)鑒定，完全滿足技術要求。同時該生產(chǎn)線為全自動生產(chǎn)線，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了人工成本。綜上所述，該銅拉網(wǎng)生產(chǎn)工藝及設備有推廣的現(xiàn)實意義和價值。

[1] 趙巍等. 鉛酸蓄電池輕型板柵材料的研究進展. 電池, 2007, 37（4）: 318-319.

[2] 勾長虹, 杜津玲. 鉛酸蓄電池正極活性物質脫落及其緩解. 電源技術, 1997, 21（3）: 136-138.

Manufacturing Process and Equipment for Expanded Copper Grid

Ye Feng, Yu Bo

(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)

TG386.42

A

1003-4862（2017）06-0046-03

2017-03-03

葉烽（1965-），男，工程師。研究方向：化工機械。E-mail:13507125533@163.com