采用氮气弹簧卸料或顶件，由于它的弹压力大，占据的模具空间很 小，卸料力和顶件力很容易达到均衡状态，均布受力。保证平稳卸 料的同时也可保护模具工作的稳定性

  氮气弹簧在模具中的位置，可以是正置和反置。氮气弹簧的固定安 装基本上分为四种类型： （a）利用缸筒上部型槽，法兰盘安装； （b）利用缸筒下部型槽，法兰盘安装； （c）利用缸筒外部螺纹，直接安装； （d）利用缸筒底部螺孔，直接安装。

  氮气弹簧是一种具有弹性功能的部件，它将高压氮气密封在缸体内 ，外力通过柱塞杆或活塞将氮气压缩，当外力去除时，靠高压氮气膨胀 来获得一定的弹压力，这种部件称为氮气弹簧，也可称为氮气缸或氮气 缸弹压装置。

  6—运动密封圈 7—缸体 8—内控容积 9—螺塞 10—充气嘴 11—缸底

  按氮气弹簧的用途分类，可分为独立式氮气弹簧和非独立式氮气弹簧二种： （一）独立式氮气弹簧 （二）非独立式氮气弹簧(又称氮气弹簧座板) （三）柱塞式和活塞式

  这种型式是指每个氮气弹簧构成一个独立 单元，如图8-5所示，自成一个封闭体系，可 以在任何所希望的位置独立工作，氮气的压 缩和膨胀均在缸内进行。这种氮气弹簧的特 点是：弹压力相对固定，一般是不需要现场 调整，受力点的移动较为方便，在模具中安 装固定容易，体积比较小，有各种不一样的规格 和型式可供选用。

  图8-12 冲压模具使用氮气弹簧时的结构简图 a)冲裁模具结构简图 b)弯曲模具结构简图 c)拉深模具结构简图 d)翻边成形模具结构简图

  拉深工艺中采用压边装置是目前最为有 效的防皱措施，氮气弹簧能够给大家提供准确的弹 压力，其优点归纳起来有以下几个方面：

  图8-5 活塞式氮气弹簧结构图 1—柱塞 2—油毡 3—端盖 4—垫圈 5—垫片 6、8、9—O形圈 7—内套

  簧座板联结在一起，或是将若干个 独立式氮气弹簧用软管连接在一起 (如图8-6所示)，成为一个氮气弹 簧系统，此系统即为非独立式氮气 弹簧。

  1）充气额定压力（Pa）； 2）额定初始弹压力（N） 3）有效工作行程（mm） 4）一次充气寿命（次）； 5）特性曲线）工作环境和温度（℃）； 7）结构及形式和最大偏载角。 上述这些技术性能参数，对不同的使用上的要求，可进行适当的调整。

  复腔式氮气弹簧可获得更为理想的特性 曲线和比较小的增压比。复腔式氮气弹簧 结构如图8-8所示。在缸内设计一个缸筒， 将气室分为内腔和外腔，并通过缸筒上的 孔，将两个气室沟通成为一体。

  图8-8复腔活塞式氮气弹簧结构图 1—活塞 2、4、6—O形圈 3—螺钉 5—垫圈

  氮气弹簧的结构一般可分为： 活塞式和柱塞式二大类型，采用单腔或复腔的气室结构，气室多为 背压式结构。 从本体结构而言，氮气弹簧又可分为独立式和非独立式二大类。

  氮气弹簧一般是在常温下使用，其使用环境参数是：频率响应每分 钟不高于30～40次；柱塞或活塞的运动速度应在每分钟30～40m范围内 ；备用行程一般设计为3～5mm，常温下正常使用。在这种条件下氮气弹 簧的性能参数能确定为以下几项内容：

  另一种非法独立式氨气弹簧形 式，是将独立式氮气弹簧通过专 用的高压软管，将若干个氮气弹 簧串接或并接为一个系统参与工 作，如图8-7所示。这种系统氮气 弹簧的位置比较灵活，改变高压 连接管的长度，即可很方便地改 变氮气弹簧的位置，所使用的氮 气弹簧与独立式氮气弹簧相同， 同样在这种系统中也应安装一个 调压装置，以供系统充气和配气 调压使用。

  目前冲压工艺所用的常规弹性元件是弹簧、橡皮和气垫。随着科学技 术的持续不断的发展，模具朝着精密、高效、长寿命的方向快速地发展，原有的常 规弹性元件已不能适应任何冲压工艺的要求。因此，冲压技术希望开发新 型的弹性功能部件来替代常规的弹性元件，使这种新型的弹性元件具有更 加完善的性能，完成常规弹性元件难以完成的工作。

   增压比是氮气弹簧特性中一个主要的参数，它必然的联系到氮气弹簧特性 曲线的陡度。因此，无论是生产氮气弹簧，还是选应用氮气弹簧，都 需要正确地确定这个参数值，以便达到设计者能理想地应用氮气弹簧的 目的。

  氮气弹簧不需要预紧就能够得到足够大的、准确的初始力，所占据的模 具空间也不是很大，使其能在弯曲工艺中起到非常好的作用。尤其是在厚板的 双向弯曲中，要保证弯曲件具有稳定的质量，更应采用氮气弹簧。

  在汽车变截面横梁和纵梁的弯曲中，采 用氮气弹簧或氮气弹簧系统，可以不采用专 用的汽车大梁压力机，就能有效地控制纵向 回弹量在1/1000之内，在解决汽车大梁的制 造中是最为有效的减小纵向回弹保证质量的 措施。图8-18为汽车纵梁采用氮气弹的模具 结构，氮气弹簧沿纵梁的长度方向均匀设放 ，以保证顶出力均匀分布。

  氮气弹簧弹压力F的计算方式为：F = p ×D2 式中： F —弹压力(N)；D —柱塞杆直径(m)；p —缸内压力(Pa)；

  的初始工作所承受的压力，获得不同的弹压力， 也可以再一次进行选择不同的氮气弹簧质量体积， 来获得不同斜率的弹压力增压特性曲线， 以便满足冲压工艺中不同工序要求不同 弹压力的需要。

  一、气源的选择 二、氮气弹簧的设计原理 三、氮气弹簧基本性能参数 四、氮气弹簧的特点 五、氮气弹簧增压比选择与优化设计 六、氮气弹簧特性曲线与其他弹性元件的比较

  根据气体可压缩原理设计的氮气弹簧，气缸内需要充填气体，从而方便获得 弹压力。选择氮气作为工作介质，主要基于以下几个原因：

  在曲面修边复合模具中采用 氮气弹簧，很容易满足设计者均 匀布置着力点的要求。

  氮气弹簧的设计是用氮气作为工作介 质，它的工作过程，可以近似认为是等温 膨胀和压缩过程，氮气弹簧的工作过程可 看作是等温变化过程，氮气弹簧的工作简 图如图8-1所示。一定质量的氮气，在其状 态变化过程中，当温度不变时，一定要遵循 气体状态方程——波意耳定律。

  （一）法兰盘安装 利用在缸体上开设的U形或C形槽，将法兰盘与氮气弹簧固紧为

  孔，直接将氮气弹簧安装在模具上(如图所 示），螺孔的直径一般为M6和M8。对于某 些大型氮气弹簧，有时开设四个用于固定 的螺钉孔，某些小型氮气弹簧，有时将螺 纹直接开设在缸体上，利用缸体上的螺纹 ，直接进行安装。

  图8-7 串接氮气弹簧系统结构图 1—氮气弹簧 2—高压连接管 3—储气罐 4—控制阀

  如果按氮气弹簧气室结构分类，氮气弹簧可分为柱塞式和活塞式。 （1)柱塞式多用于独立式氮气弹簧，它的结构比较紧凑，氮气弹簧运动 时，柱塞为主导向杆，缸筒为辅助导向，它的机加工工艺，制造精度的控 制，柱塞表面处理，氮气弹簧的制造成本，氮气弹簧的装配等等，都比较 便于组织大批量生产。 （2)活塞式多用于非独立式氮气弹簧系统，氮气弹簧运动时，活塞为 主导向，活塞杆与套筒的导向为辅助导向，它与氮气弹簧座板的连接，都 是采用外螺纹的连接结构及形式，也都是标准化设计，以利于维修和更换。 端面密封多为固定式三角静密封结构，简单、方便，缸筒内表面，也需要 镀硬铬或电化学特殊处理，提高表面耐磨度，以利于提高氮气弹簧的使用 寿命。

  5. 提高冲压件质量，保证冲压件质量稳 定，缩短在压力机上更换模具的时间，提 高劳动生产率，降低产品成本。

  氮气弹簧作为新型弹性功能部件能够弥补上述不足，简化模具设计、 制造，方便模具调整。它可当作独立部件，安装在模具中使用，也可以 设计成一种氮气弹簧系统，成为模具的一个部分参与工作。这种系统能 很方便地实现弹压力恒定和延时动作，是一种具有柔性性能的部件。

   60年代，美国开始研究应用于模具工业的独立式和小型化的氮气弹簧。  到了70年代，这种新型的装置开始普及起来，国外出现了专业的生产厂

  （3）压边力的着力点可以很方便地移动 调整，给现场调试带来了诸多方便，使金属 在塑性变形过程中趋于等流动。

  （4）氮气弹簧的单位力量和单位行程所 占有的模具空间，比任何其他弹性元件，在 同样的力量和行程下所占有的空间都要小。

   氮气是一种惰性气体，工作稳定性很高、无毒、无腐蚀，它也是一 种不燃烧的气体，工作安全可靠。可见氮气是一种比较理想的气 源。

   氮气的资源很丰富，在空气中含有78%氮气，容易获取，是一种 廉价的气源。

   氮气作为普通商品，以压力氮气瓶的形式在供应，其额定标准压 力为15MPa，这样在使用时，不需要增压泵装置，只需要购买商品 氮气瓶，就可获得所需压力的氮气。氮气瓶的安装、调节，与氧 气瓶的安装相同，使用方便。

  ，并将这种独立式的弹性功能部件用作模具的弹性元件和其它产品上。  80年代此类弹簧的应用面逐步扩大。  90年代进入产品系列化和标准化完善阶段，并被纳入ISO世界标准中。  我国工程技术人员对这项技术的认识从80年代后期开始，在进行新模具

  的设计时，已有不同程度地采用了氮气弹簧新技术，应用在冲压模具和 注塑模具中，从而简化模具设计、制造，提高和稳定冲压件的质量，并 取得了较好的效果。  近年来国内一些企业、科研机关、大专院校也开始了这项技术的研究工 作，并在着手开展我国氮气弹簧的标准化工作。

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