一种具有自适应压紧功能的电池壳体超声波焊接系统的制作方法

本发明涉及电池壳体的超声波焊接，尤其涉及一种具有自适应压紧功能的电池壳体超声波焊接系统。

背景技术：

1、超声波金属焊接技术作为一种高效的固态焊接工艺，凭借其热影响区小、焊接导电性极佳等优势，目前已被广泛应用于新能源动力电池制造领域，尤其是在电池极耳与极柱的连接、以及薄壁电池壳体与封口盖板的搭接焊接工序中占据核心地位。超声波焊接依靠超声波换能器产生的高频机械振动通过焊头转化为水平横向的剪切摩擦力，在施加一定法向静态压力的协同作用下，瞬间粉碎金属接触界面的氧化膜，迫使纯净的金属原子在微观塑性流动中相互靠近并形成坚固的金属键结合。

2、在实际的电池量产制造过程中，由于动力电池壳体及盖板通常采用厚度极薄的铝合金或不锈钢带材冲压成型，受制于材料的内应力释放与冲压回弹效应，待焊接的薄壁壳体或盖板在微观几何形态上往往存在不可避免的表面翘曲、倾斜或厚度公差。

3、在传统的超声波焊接装备中，通常采用由气缸直接驱动的刚性平压块对待焊区域的外围进行下压固定，旨在消除工件界面的悬空间隙；但这种刚性压紧方式在面对存在翘曲公差的电池壳体时，刚性平压块的底面无法与倾斜的壳体表面形成完全贴合的面接触，往往会产生严重的局部点接触或线接触，这不仅会在巨大的下压力作用下导致薄壁电池壳体产生应力集中而发生不可逆的压凹变形，其压头边缘在强制压平壳体的瞬间亦极易在壳体表面产生切向的滑动刮削，进而严重破坏电池壳体的绝缘涂层或防腐表面，且由于刚性压迫无法实现压力的均匀分布，工件界面之间仍可能残留微观空气间隙，最终在超声波高频起振时诱发局部热量聚集而导致穿孔。

4、现有技术中也存在在压紧夹具与工件的接触端面上增设橡胶垫块或串联弹性缓冲弹簧的方式，以利用柔性介质的形变来吸收工件的翘曲误差。然后，超声波焊接必须确保下层金属被绝对刚性地固定，才能使高频振动能量完全转化为上下两层金属结合面之间的相对摩擦；而引入弹簧或橡胶等柔性压紧介质后，压紧机构在超声波起振阶段丧失了提供刚性支撑的能力，导致电池壳体在水平方向上随超声波焊头发生同频共振或微观滑移，不仅使得大部分超声波高频机械能被柔性介质的迟滞阻尼所吸收而耗散，更导致结合面之间的有效相对摩擦位移衰减，导致严重的虚焊或焊接强度不达标。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供了一种具有自适应压紧功能的电池壳体超声波焊接系统，以解决现有技术中的电池壳体在进行超声波焊接时，壳体本身存在翘曲、倾斜，采用刚性压紧容易刮削壳体表面、柔性压紧容易导致虚焊等技术问题。

2、所述具有自适应压紧功能的电池壳体超声波焊接系统包括：

3、用于定位待焊电池壳体的水平定位底座、驱动滑台以及连接于所述驱动滑台上的超声波焊头，还包括同轴套设于超声波焊头外围的自适应压紧机构，自适应压紧机构包括：

4、外套筒，其连接于所述驱动滑台，且所述外套筒的内壁设有轴向限位部；

5、弹性件，设置于所述外套筒内，并位于轴向限位部的下部；

6、浮动球窝座，顶部与所述弹性件的下端抵接，并可沿所述外套筒的内壁轴向滑动；

7、自平衡半球环，装配于浮动球窝座底端的球窝内，自平衡半球环的顶面为向上凸起的球面，旋转球心位于所述环形压爪的下端面上；

8、环形压爪，连接于自平衡半球环的底端，且套设于所述超声波焊头的底端外围；

9、在初始状态下，环形压爪的下端面位于超声波焊头的底面以下；

10、当驱动滑台带动超声波焊头下行至焊接位置的过程中，自平衡半球环在球窝内转动以使所述环形压爪自适应贴合待焊电池壳体；

11、当到达焊接位置时，超声波焊头的底面抵接于位于待焊电池壳体上方的上层待焊件；且浮动球窝座向上滑动以使弹性件压缩，并通过弹性件的压缩反力使环形压爪压平待焊的电池壳体。

12、作为优选的，所述外套筒的底端可拆卸地连接有底盖，所述底盖具有中心避空孔，所述自平衡半球环的底端穿过所述中心避空孔并与所述环形压爪连接，所述底盖的上表面与所述自平衡半球环的底面适配贴合以实现承托。

13、作为优选的，所述中心避空孔的内径大于所述自平衡半球环底端的外径，且二者之间形成的环形游隙的径向尺寸大于所述自平衡半球环在所述球窝内转动至最大允许偏摆角时所需的结构避让空间。

14、作为优选的，所述弹性件的上端抵接于所述轴向限位部的底面；在所述初始状态下，所述弹性件处于预压缩状态，所述弹性件产生的预紧力驱动所述浮动球窝座向下抵压所述自平衡半球环，以消除所述浮动球窝座与所述自平衡半球环之间的轴向游隙。

15、作为优选的，所述轴向限位部为可调节地螺纹连接于所述外套筒内壁的调压螺套，所述调压螺套能够沿所述外套筒的轴向往复移动，以定量调节所述弹性件的预压缩量。

16、作为优选的，所述自适应压紧机构的内侧壁与所述超声波焊头的外侧壁之间沿径向设有避空间隙，所述避空间隙的径向宽度大于所述环形压爪绕所述旋转球心发生最大转动偏摆时向内的投影位移量，以使所述自适应压紧机构与所述超声波焊头的横向高频振动隔离。

17、作为优选的，所述环形压爪的下端面嵌设有由高分子聚合物材料制成的柔性自润滑防刮层，所述柔性自润滑防刮层直接与所述待焊电池壳体接触。

18、作为优选的，所述水平定位底座的上表面设置有用于承载所述待焊电池壳体的模具齿板，所述超声波焊头的底面设置有超声波焊齿，所述环形压爪内部为贯穿的中空结构，所述超声波焊齿自所述中空结构中穿出并直接抵接所述上层待焊件。

19、作为优选的，所述外套筒的顶端与驱动滑台的底部通过法兰结构固定连接。

20、本发明与现有技术相比存在的有益效果是：

21、将自平衡半球环的旋转球心设置于环形压爪的下端面即工件接触面上。当压爪接触翘曲壳体发生转动偏摆时，此时由于压爪的压紧力并不高，因此对壳体表面的挤压力并不大，以接触点为原点进行纯枢轴转动。压爪接触翘曲壳体时以底平面为基准进行近原点枢轴转动，实现极薄壳体的无损平顺贴合。

22、继续下压时，焊头底面精准抵接上层待焊件，受阻的压爪迫使浮动球窝座沿外套筒内壁向上滑动，强行压缩弹性件。该轴向相对滑动行程将上层待焊件厚度与壳体翘曲高度转化为弹性件的形变量，消除装配公差导致的焊头悬空或工件压溃隐患。

23、最终焊接起振前，被高度压缩的弹性件向下释放恒定反力，将底层壳体死死压平在水平定位底座上；半球环丧失旋转自由度形成水平锁定。压爪既不吸收中央焊头的高频剪切振动，又确保了底层壳体的高压固定，实现压平力与焊接力的隔离，显著提升固态焊接良率。

1.一种具有自适应压紧功能的电池壳体超声波焊接系统，包括用于定位待焊电池壳体的水平定位底座、驱动滑台以及连接于所述驱动滑台上的超声波焊头，其特征在于，还包括同轴套设于超声波焊头外围的自适应压紧机构，自适应压紧机构包括：

2.根据权利要求1所述的具有自适应压紧功能的电池壳体超声波焊接系统，其特征在于，所述外套筒的底端可拆卸地连接有底盖，所述底盖具有中心避空孔，所述自平衡半球环的底端穿过所述中心避空孔并与所述环形压爪连接，所述底盖的上表面与所述自平衡半球环的底面适配贴合以实现承托。

3.根据权利要求2所述的具有自适应压紧功能的电池壳体超声波焊接系统，其特征在于，所述中心避空孔的内径大于所述自平衡半球环底端的外径，且二者之间形成的环形游隙的径向尺寸大于所述自平衡半球环在所述球窝内转动至最大允许偏摆角时所需的结构避让空间。

4.根据权利要求1所述的具有自适应压紧功能的电池壳体超声波焊接系统，其特征在于，所述弹性件的上端抵接于所述轴向限位部的底面；在所述初始状态下，所述弹性件处于预压缩状态，所述弹性件产生的预紧力驱动所述浮动球窝座向下抵压所述自平衡半球环，以消除所述浮动球窝座与所述自平衡半球环之间的轴向游隙。

5.根据权利要求4所述的具有自适应压紧功能的电池壳体超声波焊接系统，其特征在于，所述轴向限位部为可调节地螺纹连接于所述外套筒内壁的调压螺套，所述调压螺套能够沿所述外套筒的轴向往复移动，以定量调节所述弹性件的预压缩量。

6.根据权利要求1所述的具有自适应压紧功能的电池壳体超声波焊接系统，其特征在于，所述自适应压紧机构的内侧壁与所述超声波焊头的外侧壁之间沿径向设有避空间隙，所述避空间隙的径向宽度大于所述环形压爪绕所述旋转球心发生最大转动偏摆时向内的投影位移量，以使所述自适应压紧机构与所述超声波焊头的横向高频振动隔离。

7.根据权利要求1所述的具有自适应压紧功能的电池壳体超声波焊接系统，其特征在于，所述环形压爪的下端面嵌设有由高分子聚合物材料制成的柔性自润滑防刮层，所述柔性自润滑防刮层直接与所述待焊电池壳体接触。

8.根据权利要求1所述的具有自适应压紧功能的电池壳体超声波焊接系统，其特征在于，所述水平定位底座的上表面设置有用于承载所述待焊电池壳体的模具齿板，所述超声波焊头的底面设置有超声波焊齿，所述环形压爪内部为贯穿的中空结构，所述超声波焊齿自所述中空结构中穿出并直接抵接所述上层待焊件。

9.根据权利要求1所述的具有自适应压紧功能的电池壳体超声波焊接系统，其特征在于，所述外套筒的顶端与驱动滑台的底部通过法兰结构固定连接。