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FDS:Pack连接工艺的新技术

 知化汽车 2021-07-30
知化笔记-NO.005

内容来源:摘自《动力电池系统关键制造工艺技术研究报告》

笔记说:

随着铝合金材料在轻量化电池托盘中的加速推广和应用,铝合金型材以及铝压铸件所占的比例不断增加。对于板件与型材等管状封闭结构的连接,SPR、点焊等双边连接工艺已无法满足。目前广泛采用的单边连接方法是FDS( FlowDrill Screw)流钻螺钉工艺,简称流钻工艺。

“流钻螺钉”工艺是一种高速旋转软化连接零件并自攻丝最后拧紧,中心孔处的母材被挤出并在下层板的底部形成一个环状的套管,最终在板材与螺钉之间形成螺纹连接的一种工艺。该工艺可以在较小变形的情况下实现单边连接,且为一种可拆卸的紧固方式,同时又具备密封效果好、工作环境清洁等一些列优势。

FDS工艺流程

如图3-98所示,FDS连接工艺过程包括六个阶段:旋转(加热)→穿透→通孔→攻螺纹→拧螺纹→紧固。

3-98  FDS流钻连接工艺过程

具体如下:

(1)   加热:流钻螺钉低速低压与板件表面接触。

(2)   穿透:板件在流钻螺钉的高转速高压力作用下产生塑性变形。(Weber称为“流Flow”前期)

(3)   通孔:流钻螺钉在板件上钻出柱型通孔。(Weber称为“流Flow”中期)

(4)   攻螺纹:板件被流钻螺钉钻破,转速及压力降低,使流钻螺钉可以在孔内自攻螺纹。(Weber称为“流Flow”后期)

(5)   拧螺纹:正常螺钉拧紧过程。

(6)   紧固:板件冷却并与流钻螺钉紧密贴合,形成一个防护等级极高的连接。

从FDS连接工艺来看,在铝合金电池托盘及与轻量化车身连接领域未来应用空间很大,但是,FDS连接工艺并不是完美无缺,其有些缺点也制约了其发展:

(1) FDS的设备系统成本远高于电阻点焊,铆钉成本也较高;

(2) 单面施力,连接时需要高强度的刚性支撑,在电池托盘加工中需要专门设计支撑工装;

(3) 工艺完成后材料正反面均有较大凸起,同时大量使用会增加重量(M5单个螺钉重4~5g,而SPR铆钉约0.3~0.8g);

如图3-99所示为FDS连接工艺纵切面图,可以直观感受此连接工艺的效果。

3-99  FDS流钻连接工艺纵切面

目前,这项工艺在一些代表性车型中已得到量产的应用,

  • 比如蔚来ES8,其电池托盘整体结构采用“框架型材+底板”的方式,早期采用搅拌摩擦焊将底板连接到框架型材上,后期则采用了FDS流钻螺钉工艺+密封胶的方式将底板固定到型材框架上;

  • 又比如大众MEB它的冷板与下箱体的连接也采用了FDS的工艺;

  • 再比如,特斯拉Model 3的下箱体内表面的一些位置的连接也采用了该种工艺。



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