激光加工在锂电池生产中的应用
与传统的机械加工相比,激光加工拥有无工具磨损、切割形状灵活、边缘质量控制、性更高和运营成本较低等优势。
而锂电池因为其优异的性能,被广泛应用于电子品消费、机动车和能源市场,它的生产技术革新显得尤为重要。
锂电池的生产步骤是典型的“roll-to-roll”过程,需经历两道加工步骤——薄膜到单个电池、以及单个电池组装成电池系统。典型的锂电池有三层薄膜——阳膜、隔离膜和阴膜,如下图所示。
电镀层厚度通常为100 μm,而隔离膜为50 μm。阳膜是镀石墨的铜膜,阴膜是镀锂金属氧化物的铝膜,隔离膜则由聚丙烯和聚乙烯构成。锂电池生产过程:
由于对性、可控性和加工机器的质量要求较高,金属箔分切(foil slitting),金属箔切割(foil cutting),标签清洗(tab cleaning)和隔离膜切割(separator foil cutting)等环节更适合使用激光进行加工。与传统的机械加工相比,激光加工拥有无工具磨损、切割形状灵活、边缘质量控制、性更高和运营成本较低等优势。
金属箔分切(foil slitting)
金属箔分切环节是指根据电池的设计,将一卷金属箔沿长边切成细长条。适用于该环节的是红外脉冲激光,可以高速高质量地分切电镀层。如果对分切宽度和质量有更精密的要求,也可以考虑脉冲绿光和紫外光。
金属箔切割(foil cutting)
金属箔切割环节是指参照电池的设计,将细长条状的阳膜和阴膜切割成需要的形状。根据电池设计不同以及金属箔卷是否完整镀膜,可以选择或调整光束使之切割镀层或仅切割金属箔。该环节适用的激光器与铝箔分切环节相同。
标签清洗(tab cleaning)
特定情况下,需要移除石墨和锂金属氧化物以显露出裸铜或铝箔标签。该步骤的关键在于移除镀膜材料的同时不损害其下方的金属箔。脉冲红外激光适合该环节。
刀模的制造过程
激光刀模出现之前,在以往的在刀模制作中,刀模板是用锯床加工的,一不下心,在平行移动中就会造成移位或者错位从而形成了误差;而激光刀模机的研制成功,就完全避免了这种情况的发生,因为在制作激光刀模的时候是全自动运行的,不需要人工干预,就没用了误差。
传统刀模制作是在刀模板上用铅笔或圆珠笔进行绘制,后通过锯床锯的,在移动的过程中就会形成错位而产生误差;加工速度慢;而使用了激光切割机后,绘图设计就可以直接在计算机上进行,刀模板是由激光切割机全自动运行切割成型,不需要人工干预。误差小,速度快。对于激光刀模切割机的应用可以明显加速企业的发展,提高经济效益。
激光刀模的工作流程是: 先在AUTOCAD或impact或其它一些针对刀模开发的软件将需要制作的刀模设计好,根据实际情况处理好,再存储为相应机器受理的文件格式,即可启动设备进行模板加工。 完成后安装模切刀线制作成刀模成品。比人工精度高很多,而且速度快,效率高!
激光刀模材料简介
一、激光刀模材料的规格描述:
有厚度,高度,刃角,硬度,包装形式5方面。
1.厚度 一般使用单位mm,常用的刀料厚度为0.45mm,0.53mm,0.71mm,1.05mm。另外,一个通用的单位是pt,1pt=0.35146mm。以上厚度转化为pt单位后就是1.3pt,1.5pt,2pt,3pt。
2.高度 一般使用单位mm,高度的规格非常多,从8~100,根据自己选择即可。
3.刃角 使用角度单位。一般有30°,42°,52°的规格。
4.硬度 使用洛氏硬度(HRC)和维氏硬度(HV)两种,刀身的硬度一般在50 HRC以下,刀刃的硬度一般在55 HRC以上。
5.包装形式 有条刀和盘刀两种。长度一般为1m/条,100m/盘。
二、激光刀模材料的材质及处理介绍
1 选用的钢材:钢分子结构紧密,刀身富有柔韧性,受弯后无太大的回弹,分子结构仍保持紧密的联结。
2 精湛的表面退碳处理:将较脆的碳分子从模切刀的表层退去,使刀片受弯时不致表面脆裂,而导致刀身断裂。仿似一层软皮组织将刀身包起,更加便于弯曲成形。
3 的热处理:可以根据客户不同要求将模节刀调节至不同硬度,并将刀身调软便于弯曲而将刀峰调硬使之耐用。
4 高的精度:模切刀精度越高,模切机调压时间越短,机械磨损越低,出产速度越快,模切效果越好。特别是不干胶商标的模切,无精度的模切刀根本分歧格。
5 应拥有更多规格、型号供客户选择:模切刀的选择应拥有更多规格、型号供客户选择:模切刀的选择应按三个原则去选择:(1)出产是否长版;(2)客户要求是否高;(3)所模切的图案是否复杂。选择适合的型号、规格的模切刀是模切质量保证的枢纽。
6 软刀刀峰经淬火处理的模切刀因为刀身软,刀峰硬,通常被称为软刀。软刀的淬火处理面积的厚薄对耐用性影响很大,淬火面积大,承托刀身传递过来的机械压力的能力越大,反之较硬的刀峰与较软的刀身的接触面积较少时,硬的部门会向软的部门凹陷进去,或很易脱落,或承托力不足甚至减至零,即刀的寿命缩短。当然也不能无穷制增加淬火层面积,淬火层面积太多会影响模切刀的弯曲。因为淬火层的重要性,加上淬火层面积越大,刀的造价越高,所以有些无良出产商甚至用涂颜色的方法在刀峰涂上一层墨色就说是淬火处理,以欺用户。因此,选择合适的,选择信誉良好的供给商就相称重要。
7 不同硬度的品种选择,有利于适应不同的需要。有些只有两种硬度的刀,对于模切较厚的材料根本不能胜任。另一方面,假如只有很硬的刀,对于图案复杂的木模成型又很成题目。或者有时用户委曲使用统一款刀于不同要求的模切出产上,难以达至佳的效果。所以选择品种较多的也是相称重要的。
激光刀模的发展
早期产品为达到商品包装的目的,在不考虑包装外观及成型质量的前提下,对于刀模板普遍采取传统的机械线锯缝隙,手工弯制、人工嵌刀的加工手法,这种传统手法是将需要的产品图纸绘制好后,通过复写纸描绘到模版——多层夹板上,然后使用模版锯床按照绘制在模版上的线条进行锯割加工,
而后将通过手工定型的嵌装、校准。这种加工成本低,设备一次性投入少,因此目前使用非常普及,俗称手工刀模。但其加工速度慢,精度低,遇到稍为复杂图形或在同一块模版上要求排列多个简单但相同、有一定一致性和精度要求的的图形就无法加工。手工刀模大的影响了刀模制作和后续工序的工作效率,同时成品误差较大,质量方面难以保证。因此发达国家已经基本上淘汰了这种手工刀模的制作方式,全部更新为数控激光切割设备和配套电脑弯刀机加工的激光排刀模切刀模,俗称激光刀模。
近年来,随着中国加入WTO和经济全球化发展,国内市场上消费者对商品包装的要求不断提高,更加趋于精密、个性以及多样化。正是这种需求,使激光数控切割配套电脑弯刀制模代替传统手工制模成为必然的发展趋势。
激光在刀模的原理和应用
激光刀模加工的原理是将产品的平面设计图纸(CAD模式)或实际产品经过计算机编程后,写成激光刀模切割机和配套电脑弯刀机认可的程序,并在打样设备上打出1:1的清样供技术人员校对;然后将程序输入激光刀模切割机和电脑弯刀机,激光刀模切割机将需要的几何图形在摸版上进行激光切割;电脑弯刀机将预弯成型;后通过经过培训的技术工人将预弯成型嵌装到经过激光切割的模版上,通过检验、校对,一副激光刀模就加工成功了。激光刀模的特点是用电脑代替了人脑,用激光代替了传统的机械锯割加工,使产品的一致性、重复性有了质上的飞跃。
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