高速碱锰电池封口装备的改进设计_伊良熺

根据工艺要求，超薄钢壳的卷边总量约为原先的 1.5 倍，为使两道卷边工序的工艺尺寸合理，将第一道卷边的 工作行程设计与第二道卷边的工作行程设计根据受力均 匀稳定和卷边工序能力强来设计。由于钢壳在开始卷边 时，同样的行程产生的变形阻力相对小些，为给第二道卷 边打下更好的基础，将第一道卷边轮的 R 角设计比第二 道更大一些，钢壳在第一道卷边后，其轴向和横向都产生 了一定的预变形量，使钢壳在第一卷边时承受的压力和 第二道卷边时承受的压力基本相当。为使卷边后钢壳开 口部的端面无毛刺，需把卷边轮单边加厚（宽），使卷边轮 工作时始终与钢壳开口部端面摩擦，将端面中的毛刺去 掉（原卷边轮工作到约 60%行程时，卷边轮表面就脱离接 触钢壳端面）。但卷边轮不能加太厚（宽），卷边轮加太厚 会使电池的正负级在执行工序中短路。
很容易在表面层发生应力腐蚀破裂。
6 结论与建议
（1）TP304 不锈钢管的破裂是由于应力腐蚀引起的。
（2）TP304 不锈钢管在加工、装配及运输过程中应尽
量避免弯曲、变形。
［参考文献］
［1］ 孙志，等.失效分析-基础与应用［M］.北京：机械工业出版社，
2005. ［2］ 崔约贤，王长利.金属断口分析［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出
电池卷边的工作原理示意图如图 1。
表 4 TP304 管上维氏硬度测试 /HV
项目 焊缝处维氏硬度 基材处维氏硬度
测试值
204 205
200 201
技术条件值
≥200
3.4 耐腐蚀试验 按技术条件要求对已使用过的 TP304 管做晶间腐蚀
和应力腐蚀试验，晶间腐蚀试验结果合格，但应力腐蚀试 验后 TP304 管上出现裂纹。 3.5 裂纹金相分析
版社，1998.
（编辑 昊 天）
作者简介：高伟（1967-），男，助理工程师，主要从事生产管理工作。 收稿日期：2０１２－０５－０４
机械工程师 2012 年第 8 期 183
解决方案
SOLUTION 工艺 ／ 工装 ／ 模具 ／ 诊断 ／ 检测 ／ 维修 ／ 改造
伸机构的工作示意图如图 2 所示。
为提高电池的性能和节约成本，将钢壳壁厚拉伸变 薄，这样在钢壳外径不变的情况下，可增大电池内的容 量，提高电池的放电性能，并且减少冲制钢壳所需的钢带 材料。这种新工艺要求将钢壳的卷边量增大约 50%，以提
高电池的密封性能、防漏液性能、防爆性能。但钢壳变薄 后，钢壳的刚性下降了许多，钢壳在承受太大的封口力 时，易使钢壳在薄弱的地方产生塑性变形（如钢壳扎线处 变形起鼓），影响电池的外观。超薄电池如要在原有的封 口机上完成卷边工序时，其凸轮曲线工作段的行程不够， 电池在快速卷边后，由于单位时间内的变形量过大使其 表面起波浪形的皱纹，根本无法满足新工艺的要求。为适 应变薄钢壳的封口工艺，将原电池封口工艺采用两次卷 边工序后再进行拉伸工序。 2 电池封口技术的改进设计
图2
图1
半成品电池在转盘槽内绕主轴公转，夹具将电池夹 紧后，带有两卷边轮的卷边主体在行星齿轮的带动下自 转的同时也绕主轴公转，卷边主体在上凸轮导轨的作用 下一边自转一边向下把电池外壳挤压 （卷边轮可自由灵 活转动，钢壳与卷边轮实现滚动摩擦，大大减小了卷边轮 与钢壳间产生的摩擦力，钢壳卷边后的表面光滑平整）， 使钢壳开口部产生一定规律变形，通过对卷边主体工作 行程的轻微调整，使变形量满足工艺要求。图 1 表示钢壳 在 50°的时候开始卷边工作，约 120°结束卷边工作，钢壳 在 50°时，钢壳已被夹具夹紧，而且高度不变，卷边主体在 上凸轮的作用下，通过滑套的轴向定位，将钢壳挤压，使 钢壳产生塑性变形，卷边轮在 120°的时候结束工作，开始 与钢壳脱离（以 LR6 钢壳的封口工艺为例）。
试系统上对出现裂纹的 TP304 管进行残余应力测定，测试
表 5 TP304 管残余应力测试结果 /MPa
项目 1 点
2点
3点
4点
方向 轴向 切向 轴向 切向 轴向 切向 轴向 切向
应力 143 32 122 10 97 39 0 11
结果见表 5，裂纹处有轴向残余拉应力，且拉应力较大。
5 分析与讨论
解决方案
工艺 ／ 工装 ／ 模具 ／ 诊断 ／ 检测 ／ 维修 ／ 改造 SOLUTION
高速碱锰电池封口装备的改进设计
伊良熺 （福建南平南孚电池有限公司，福建 南平 353000）
摘 要：碱锰电池封口工序为碱锰电池生产线的关键工序之一，碱锰电池封口的主流工艺是通过电池外壳开口部进行
二次卷边后再拉伸，并达到工艺尺寸要求。文中为适应新工艺和高速生产线的要求，对封口设备中关键部件的结构和凸
利用金相显微镜对 TP304 不锈钢管微裂纹进行观 察，金相形态，是典型的应力腐蚀形貌。
（a）TP304 管腐蚀后裂纹形貌 ×200 （b）TP304 管未腐蚀裂纹形貌 ×200
图3
4 残余应力测试 按照 GB/T7704-2008X 射线应力测定方法，在应力测
另外，为保证钢壳卷边的质量和减小钢壳卷边时所 承受的压力，使卷边更加平顺，在现有的封口机的机械结 构下，对圆柱凸轮曲线进行改进设计，尽量将凸轮的工作 行程段的弧度增大，进一步减小钢壳在单位时间内的变 形量。这样使第一、第二道卷边工序执行时间更长些（同 一设备、同样生产速度下），钢壳卷边后的表面更加平整 光滑，使卷边机构执行工艺尺寸稳定。同时也给封口工艺 提高生产速度打下很好的基础。
TP304 不锈钢管的测试结果表明，TP304 不锈钢管
有较强的应力腐蚀敏感性，开裂位置存在较大的轴向拉
应力。能谱分析表明，TP304 不锈钢管运行环境中存在氯
离子和钠离子，氯离子和钠离子对 TP304 不锈钢应力腐
蚀的敏感性较强。TP304 管在潮湿的环境中易出现局部
氯离子和钠离子聚集，在拉应力和腐蚀介质的作用下，就
轮曲线进行了改进设计。
关键词：电池；封口；卷边；拉伸；凸轮；改进；设计
中图分类号：TM911.14
文献标识码：A
文章编号：1002－2333（2012）08－0183－02
1引言 电池的封口工艺是保证电池的密封性能、防漏液性
能、防爆性能，并达到规定的工艺尺寸和外观要求。我国 原有的主流碱锰电池生产线是从日本富士 FDK 公司进 口的 300 只/min 生产线，通过在钢壳开口部的一定位置 上进行扎线，并把电池材料组装好插入集电体后，采用一 次卷边工序和拉伸工序来完成钢壳的封口工序。