HYPX1500 匣钵压机的技术特点分析

梁超寰，苏龙保，招俊杰，张素平

(佛山市恒力泰机械有限公司，佛山528031)

1 前言

锂电池是以二氧化锰为正极材料，以锂金属或其合金为负极材料，使用非水电解质溶液的电池。能反复充放电是锂离子电池的优势，使其在消费电子产品和电动汽车中广泛使用。现今全球牵起电动汽车和混合动力汽车发展浪潮，其动力来源主要是锂电池，特别是磷酸铁锂电池的出现，更推动了锂电池产业的发展。在《2013—2017 年中国锂电池行业产销需求与投资预测分析报告》数据统计中，在2012 年，我国新能源汽车、电网储能、特种车等领域的成品锂电池组市场规模已经达到35 亿元。随着锂离子电池的发展和广泛使用，烧成锂离子电池用的匣钵也日益供不应求。

大部分正极材料的生产都是通过承载在匣钵中并在窑炉中通过煅烧的方法制备，称为固相合成法，是目前锂电正极材料生产最常用的方法。堇青石、莫来石为当前正极材料烧制用匣钵的主要材料，一般通过摩擦式压机或液压机压制成型。因此，匣钵压机随着锂电池的发展，呈现出广阔的发展前景。

2.HYPX1500 匣钵压机技术参数

为满足市场对匣钵压机的需求，佛山市恒力泰机械有限公司研发出HYPX1500 型压机(主机外观如图1 所示)，采用恒力泰专利技术（一种匣钵压制成型方法、设备及匣钵，专利号：CN202011486639.7），为四梁（上横梁、下横梁、上动梁、下动梁）四柱结构，该结构在陶瓷压机和墙材压机领域已成熟运用多年。由于匣钵的压制过程，与陶瓷砖和墙材、耐火材料颇为接近，因此，将成熟的陶瓷砖、墙材压机关键结构移植至匣钵压机，是HYPX1500匣钵压机研制成功的保障。除此以外，恒力泰公司根据匣钵的形状及成型特点进行了针对性设计，保障了匣钵压机对匣钵压制的适应性。

图1 HYPX1500 匣钵压机

匣钵行业的压制成型设备通常选用摩擦式压机或液压机。恒力泰公司根据匣钵成型的要求和工艺，结合自身在陶瓷液压机领域的优势，针对性的开发了适合匣钵生产的液压系统，保证了匣钵成型的质量和效率。

HYPX1500 匣钵压机主要技术参数如下：

(1)最大压制力15000kN(1500tf)；

(2)上动梁最大行程350mm；

(3)下动梁最大行程400mm；

(4)立柱中心距1950 mm×400 mm；

(5)最大模框尺寸800 mm×740mm；

(6)最大脱模力1000 kN；

(7)顶出最大行程320mm；

(8)模芯最大顶力3000kN；

3.技术特点

3.1 活动模框

传统陶瓷压机，砖为扁长方体，脱模时可利用顶出和冲头夹持砖坯脱模。而匣钵，由于其凹腔结构，顶出力只作用于四壁面，如果仍然采用顶出和上动梁夹持砖坯脱模，则因脱模时，匣钵内凹腔会形成空腔，底面和四壁将失去模芯作为约束，如果此时顶出和上模夹持动作不够一致，则容易造成砖坯崩塌。解决办法是，模芯、顶出和上模不动，保持夹持砖坯，以模框主动下降的方式来脱模。

HYPX1500 将模框置于下动梁，下动梁为受控可动，使模框可以独立下降以便脱模，并且模框还有主动跟随和被动跟随模式，便于砖坯压制时，适应砖坯的膨胀和应力释放。

3.2 边角压制

匣钵在用于承载正极材料烧制时，常采用堆叠放置，为使堆叠时，上层匣钵不至于对下层匣钵密封使热量传递不到匣钵内，匣钵壁面边上，需开有缺口（图2）。

图2 壁面缺口

壁面开缺口后，缺口处和边角处成型后有高度差。一般匣钵布料时，四壁和边角布料高度一致，如果这两处共用同一个冲头，则压制时粉料的压缩率就会不一样，这样就容易造成应力差，致使匣钵裂。恒力泰公司针对这个工况，为HYPX1500 开发了边角独立压制机构，使缺口处和边角有不同的压制行程，保证压缩率一致，不会产生应力差裂纹。

3.3 自动布料和取坯

传统匣钵生产以人工布料、取坯为主，效率低、劳动强度大、工人工作具有危险性。布料的主要动作包括：模具清理、涂脱模剂、布耐腐蚀底料、布主料、刮平等等。整个过程约二十秒，过程繁琐，步骤繁多，难以保证产品质量的前后一致性。HYPX1500 为解决此问题，配备了自动布料和取坯系统，从而为客户提供更高的生产效率和更低的使用成本，为锂电池的加速推广提供支撑。

3.4 液压系统数字仿真计算的应用

传统压机液压系统的设计，受限于相关设计软件的发展，设计计算时只能计算压机稳态时的工况，对系统的动态性能，无法有效估计。或依据使用经验，进行改进式的设计，当遇到未使用过的工况时，因为无经验借鉴，无法高效设计，往往需要在压机生产出来之后再花大量时间测试改进，导致设计周期长，耗费大。

HYPX1500 液压系统设计时，采用了先进的数字仿真计算技术（图3）。根据客户对压机速度越来越高的要求，利用数字仿真技术，根据砖坯成型工况，精确计算泵所需排量、蓄能器放置位置、增压器压力配比等，提前验证压机的压制频率是否满足客户要求。一些压力冲击和动态性能，也能通过数字仿真技术提前计算出来，大大缩短了开发周期和费用，降低了用户使用成本和现场调试成本。

图3 数字仿真计算技术

4 结语

HYPX1500 型匣钵压机是恒力泰针对锂电匣钵市场推出的机型，精准定位于生产主流锂电匣钵，满足市场需求。目前，该机型已经顺利投产，全面助力锂电匣钵压机的发展。