第八章氮气弹簧在冲压模具中的应用演示文稿

  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。

  （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。

  1—活塞 2、4、6—O形圈 3—螺钉 5—垫圈 7—Y型圈 8—内腔套筒 9—底板 10—缸筒

  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；

  6. 使用寿命长、安全、可靠，安装和维修简单、方 便。 7. 适用于作为不需要外加动力源的气垫装置。

  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，使用起来更便捷 。 因此选用氮气作为气源，氮气弹簧也由此而命名。

  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

  必须指出，氮气弹簧的初始容积V1和压缩后的容积V2是直接影响压力增量的 大小，也就是增压比大小，在冲压工艺中，常常希望获得恒定的弹压力。

  氮气弹簧的构造如图8-4所示。它由下列几大部分构成： （1）承受和产生弹压力的柱塞杆或活塞杆。

  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

  将若干个氮气弹簧通过氮气弹 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

  （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。

  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

  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，

  氮气弹簧的特点可以归纳为以下几个方面： 1. 在较小的空间中，可以产生较大的初始弹压力，不需要预紧 2. 弹压力在模具整个行程中基本保持恒定。

  4. 简化模具拉深压边、卸料等结构，简化模 具设计，缩短模具制造周期。 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。

  ➢ 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。

  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：

  目前冲压工艺所用的常规弹性元件是弹簧、橡皮和气垫。随着科学技术的不断 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完善的性能，完成常规弹性元件难 以完成的工作。

  ➢ 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。

  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。

  ～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：

  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）

  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

  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。

  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。

  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。

  利用在氮气弹簧底部开设的二个螺钉孔 ，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。

  式中： F —弹压力(N)；D —柱塞杆直径(m)；p —缸内压力(Pa)；

  初始工作所承受的压力，获得不同的弹压力，也可 以选不一样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。

  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

  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：

  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。