切割速度18000mm/min
切割精度±0.05mm
切割刀缝0.45mm, 0.71mm, 1.05mm…等,可调控
工作气体氦气He 氮气N2 二氧化碳CO2
机床尺寸3000×2300×1800mm
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。
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激光的应用领域
国外除上述应用外,还在不断扩展其应用领域。
⑴采用三维激光切割系统或配置工业机器人,切割空间曲线,开发各种三维切割软件,以加快从画图到切割零件的过程。
⑵为了提高生产效率,研究开发各种切割系统,材料输送系统,直线电机驱动系统等,如今切割系统的切割速度已**过100m/min。
⑶为扩展工程机械、造船工业等的应用,切割低碳钢厚度已**过30mm,并特别注意研究用氮气切割低碳钢的工艺技术,以提高切割厚板的切口质量。因此在中国扩大CO2激光切割的工业应用领域,解决新的应用中一些技术难题仍然是工程技术人员的重要课题。
关键技术一
CO2激光切割的几项关键技术是光、机、电一体化的综合技术。
激光束的参数、机器与数控系统的性能和精度都直接影响激光切割的效率和质量。特别是对于切割精度较高或厚度较大的零件,必须掌握和解决以下几项关键技术:
焦点位置控制技术
焦点位置控制技术:激光切割的优点之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由于能量密度与4/πd2成正比,所以焦点光斑直径尽可能的小,以便产生一窄的切缝;同时焦点光斑直径还和透镜的焦深成正比。聚焦透镜焦深越小,焦点光斑直径就越小。但切割有飞溅,透镜离工件太近容易将透镜损坏,因此一般大功率CO2激光切割工业应用中广泛采用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。实际焦点光斑直径在0.1~0.4mm之间。对于高质量的切割,有效焦深还和透镜直径及被切材料有关。例如用5〃的透镜切碳钢,焦深为焦距的+2%范围内,即5mm左右。因此控制焦点相对于被切材料表面的位置十分重要。顾虑到切割质量、切割速度等因素,原则上6mm的碳钢,焦点在表面之上;6mm的不锈钢,焦点在表面之下。具体尺寸由实验确定。
在工业生产中确定焦点位置的简便方法有三种:⑴打印法:使切割头从上往下运动,在塑料板上进行激光束打印,打印直径小处为焦点。⑵斜板法:用和垂直轴成一角度斜放的塑料板使其水平拉动,寻找激光束的小处为焦点。⑶蓝色火花法:去掉喷嘴,吹空气,将脉冲激光打在不锈钢板上,使切割头从上往下运动,直至蓝色火花大处为焦点。对于飞行光路的切割机,由于光束发散角,切割近端和远端时光程长短不同,聚焦前的光束尺寸有一定差别。入射光束的直径越大,焦点光斑的直径越小。为了减少因聚焦前光束尺寸变化带来的焦点光斑尺寸的变化,国内外激光切割系统的制造商提供了一些的装置供用户选用:
⑴平行光管。这是一种常用的方法,即在CO2激光器的输出端加一平行光管进行扩束处理,扩束后的光束直径变大,发散角变小,使在切割工作范围内近端和远端聚焦前光束尺寸接近一致。
⑵在切割头上增加一立的移动透镜的下轴,它与控制喷嘴到材料表面距离(stand off)的Z轴是两个相互立的部分。当机床工作台移动或光轴移动时,光束从近端到远端F轴也同时移动,使光束聚焦后光斑直径在整个加工区域内保持一致。
⑶控制聚焦镜(一般为金属反射聚焦系统)的水压。若聚焦前光束尺寸变小而使焦点光斑直径变大时,自动控制水压改变聚焦曲率使焦点光斑直径变小。
⑷飞行光路切割机上增加x、y方向的补偿光路系统。即当切割远端光程增加时使补偿光路缩短;反之当切割近端光程减小时,使补偿光路增加,以保持光程长度一致。
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激光刀模与传统刀模的区别
根据实际情况处置好,激光刀模的工作流程是先在AUTOCA D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。再存储为相应机器受理的文件格式,即可启动激光刀模切割机进行切割,用电脑弯刀机进行弯刀。弯刀出来后有些地方需要经过手动弯刀机进行修整。完成后装置模切刀线制作成刀模成品。
传统的手工刀模,通过锯床锯的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,激进刀模制作是刀模板上用铅笔或圆珠笔进行绘制。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。
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刀模的加工制作
我们以蚀刻刀模的制作工艺流程为例来了解刀模的加工制作:蚀刻刀模工艺流程概述
1
接单
接单部门负责接收客户邮件,及并与客户沟通制作要求、报价、交货时间方式。待客户确认之后即开模具制作单,开始排版终把图纸做成腐蚀菲林,连工单一起交予腐蚀部。
2
腐蚀
腐蚀部门接到菲林与工单,确认板厚、刀高、材料、种类之后,即进行贴菲林晒版和曝光。后经过药水处理之后显出模具雏形,如曝光工作未做好,需对图形进行修补之后才可进入腐蚀机内进行腐蚀。达到要求之后即可取出,洗去药水积炭之后,即可送入下一部门,所以腐蚀部是对模具的一个粗加工部门。
3
CNC雕刻
雕刻部门接到粗加工之后的刀模,目检确认之后即放入机台进行加工。由于模具大小及难易程度刀线长 短的不同,进行制作时间有所差距一般刀模1—4小时,的需8小时甚至以上才可完成 CNC 加工。完成之后班长进行检验,初步确定没有问题,才可送入QC。
4
QC
QC负责检验刀模尺寸、刀模刀锋等等,并负责制作检验报告,之后送入热处理。
5
根据材料不同分为两种处理方式
材料不含不干胶的进行一般热处理即可,不干胶材料除了进行热处理增加硬度之外,还要进行镀铁氟龙的处理,铁氟龙可使冲切的产品不粘刀模,但是由于工艺,镀铁氟龙不会影响刀模的锋利度。由主管在检验报告上盖章之后刀模即可进行包装出货。
6
镜面处理
本处理可去除刀模刀锋侧边微小纹路,达到镜面效果,可有效解决产品冲切抽刀时带出毛刺粉尘的问题,使产品边缘平整光滑。适用于冲切的要求较高的产品。
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