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2022-03-11
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[系统通知] 平台第一个项目外包——项目拼多;正式上线,欢迎各单位个人有外包、设计、采购、加工需求的,在此寻找更牛的解决方案
2021-07-01
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[分享] 氮气弹簧技术在模具中的应用

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发表于 2006-12-24 01:02:31 | 显示全部楼层 |阅读模式

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一、国内外氮气弹簧发展概况
8 t) T1 R1 w% d  f  E   
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确定的容器内,外力通过柱杆 & [  W, s3 q9 `* ~: F
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,这种部件称为氮气缸或 ) {5 I* X' C3 L6 U$ P" i/ p! x
称气体弹簧,或称氮气缸弹压装置,简称氮气弹簧(“Nitrogen Cylinder”“GasSpring”) 8 V0 R% K+ ^6 c0 {  w* a9 e
  
目前常规弹性元件是弹簧、橡皮和气垫,这些弹性元件在工业领域中得到了广泛的应用,
* u( l( t/ d/ r6 e) C  F9 i
解决了各种弹性储能的需要,发挥着其应有的作用。
2 W9 s/ k6 R$ j0 O( e! a# x7 X# G- @
* J3 g4 y; b: R; w6 {" p! `% C2 Q1 `
在模具工业中,一直大量使用着弹性元件。这些年来,模具技术和模具制造水平有了很 : `' w7 K$ A8 c* L
大的发展和提高,工业产品对模具的需求量越来越大,模具朝着精密、复杂、高效、长寿命的
. J1 ?5 n( N4 ?. f0 Y
方向迅速发展,而原有的常规弹性元件存在着一定的缺点,不能满足这种形势的需要,不能理 7 C  q  G% W) r: c
想地解决冲压工艺的要求,往往影响冲压件质量,使模具结构设计变得比较复杂,影响模具在
! P. u" m6 L  H! G, N
压力机上更换的时间;同时常规弹性元件占有的模具空间太大,增大了模具制造的成本。例如 , S- Y( S+ Y4 j7 L* z
弹簧、橡皮均存在着需要预紧,才能达到设计所需求的弹压力,而它们的弹压力又是随行程加 7 `6 e% Y6 H* [( [/ e
大而明显地增大,这种弹压力不恒定的性能,可能导致零件不能成形,对拉延压边是很不理想
, }0 G8 w+ U- t! x1 f& R. T6 z
的。对于复杂的拉延成形零件,这个矛盾就显得特别突出,有时只好采用增加工序的办法来解
6 b; v+ p! S7 {% S2 Q* H( Y
决这类问题。再如弹簧、橡皮的起始力都不大,这一点对要求起始力比较大的弯曲、翻边等工
+ U, W1 `5 _& s1 X- y
艺,也不理想。由此产生的结果是,冲压制件的质量不稳定,调整模具费时费力。对于密集型 / @+ e8 [9 I. W+ M. t( i4 i9 j* N
冲头的冲裁工艺,如采用弹簧或橡皮卸料,往往会遇到模具的卸料空间不够安放弹簧或橡皮, : S' `& P8 @, ?( E9 }4 J+ @
因而需要加大模具空间来解决这类问题。还可举出不少这类例子。当前冲压设计人员只能采用
. P2 D: i8 B- f7 {
气垫来部分弥补这些不足。但是采用压力机气垫时,模具的设计、调整、使用都不很方便;由 5 ~! L5 {+ O& ^6 s
于气压的波动和管道节流损失,气垫所提供的力量也不是很准确;它所占有的空间比较大;需 0 C! s  q% |, N# @( d3 I8 m
要配备专用的压缩空气站,况且并非所有的压力机均配有气垫。在使用气垫时,模具设计均要
" _: N# D' @" }
受气垫顶杆位置的限制,模具安装调试也不方便。为此,人们努力开发一种新型的弹性功能部 7 }1 m% W# i" \- U& W  ?0 V
件来替代常规的弹性元件,这种新型弹性元件具有更加完善的性能,能代替常规弹性元件,完
  \, {, B0 G" K6 S6 h
成常规弹性元件难于完成的工作,具有常规弹性元件所不具备的性能,能代替常规弹性元件, 9 z! \7 J- T- F
完成常规弹性元件难于完成的工作,具有常规弹性元件所不具备的性能,氮气弹簧做为新型弹
( k% u5 u+ K. d, c2 |
性功能部件也就应运而生。它能够补上述不足,简化模具设计、制造,方便模具调整;它可以 7 G1 U: p! {; \" C+ Z; J
作为独立部件,安装在模具中使用,也可以设计成一种氮气弹簧系统,作为模具的一部分参加 ; d! I! S( R0 L" A
工作,可以在系统中很方便实现弹压力恒定和延时动作,是一种具有柔性能的弹性部件。氮气 5 ]7 ]2 I6 c  T4 `& @3 Q
弹簧不仅可以在模具行业中广泛地应用,也可以应用到其他工业领域,如汽车、电子、仪表等 , Y  D9 {1 B( ]- t# S* B
行业。由此看来,氮气弹簧的用途相当广泛,它的出现迎合了时代的要求,满足了工业发展的 # x2 p1 j. H! u4 K) S8 Y
需要,显然,这项技术的发展如今正是方兴未艾。 " c+ R) t' M9 w) X, F# [4 D1 N

3 k$ {3 d& l# ]. m* p1 m) C/ l8 H' l, }
[ 本帖最后由 sxw68 于 2006-12-24 07:47 编辑 ]

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 楼主| 发表于 2006-12-24 01:03:30 | 显示全部楼层
二、氮气弹簧的设计原理、基本参数和特性 ( I" H- R, i1 @& d4 W
    1、氮气弹簧设计原理 / i# r/ U4 q9 _4 B8 B: ~% Y
    采用氮气作为工作介质的氮气弹簧,它的工作过程,可以近似认为是等温膨胀和压缩过程,
3 k: W# ~- N6 e! |% S  [. [" v因此必须遵循波义耳一马略特(Boyle-Mariotte)气体状态方程。
# a2 ~+ l* C1 z2 w     V/T=C,P1×V1=P2×V2 ' G$ s4 F1 h9 @" S  _) X* G2 n6 i, E
    应当说明,除了理论计算之外,氮气缸的结构设计、密封技术是氮气弹簧成败之关键技术。 ) p2 p5 M7 ~+ Z. n2 a8 C& p; |( E6 ^
从目前国内外产品来看,氮气弹簧的结构一般可分为:活塞式各柱塞式二大类型,采用单腔或 5 X) x/ S2 V# x% }: V
复腔的气室结构,气室设计上多为背压式结构。从整体而言,氮气弹簧可分为独立式和非独立 ' e* D$ n8 h2 F0 I
式二大类型。可运动部分和不可运动部分的结构,充气、配气结构和形式等的设计均与制造工
8 z( |0 x* `0 w* S" r7 \艺技术相关联,与新材料、新工艺、新技术的应用相关联,这些新技术的应用程度,都将直接 6 K! r! _) U* h( x3 n
影响氮气弹簧的技术性能指标,影响氮气弹簧品质的高低。从这个意义说,氮气弹簧又是一种 : R  M6 m* X3 M3 r# Z( H/ x
综合各项新技术应用的产品。
9 J( A0 ?% R# ]    气体密封形式和技术是一项复杂的工作,密封高压气体就更复杂,高压气体不仅要很好地 # h( c4 Z/ S* h& j$ D
长期密封,并要在这压力下循环工作,有时其增压比高达1.6-2.0,因此高压气体的长期密封, - K* w% @  k8 k8 ~# y: C, h. h$ ], z
要比高压液体的密封困难得多,它是一项综合性的技术,这其中有密封的结构形式,静密封与
0 ^. B& y, Z4 A! b1 f动密封的路径、形式,运动付的制造精度、表面粗糙度、表面处理技术、密封材料的选择、密
% B: G8 K0 X" a0 z/ f" F* s封可靠性与寿命等。
$ U1 S3 a6 |4 N! ?& Q& b( r    2、氮气弹簧基本性能参数 % |6 w! C  ^1 c0 U! J0 D/ K& c, z
    氮气弹簧的设计固然是希望拓宽应用面,能适用于各种不同的环境条件,不同的工艺要求, 9 h9 |/ q& ], z: C" ~+ J( }5 X
但就目前我们推荐的氮气弹簧,一般说来是在常温下使用,对于高温的环境,应当另作别论。
7 N5 E/ P3 b' }. m7 X0 k其使用环境是:频率响应每分钟不高于40次;柱塞或活塞的运动速度应有30-40米/分;备用 $ O1 ?1 W* y) ~0 \+ o( H/ F3 ]& S7 e3 g
行程一般设计为3毫米;能在常温下正常使用。在这种条件下氮气弹簧的性能参数可以确定为
9 Y+ @9 K& E( A& T: E以下几项内容:
" a4 y6 w/ G2 c7 K8 E+ O, J     (1)充气额定压力巴
' }( U$ i* R  z( T! f% h5 L     (2)额定初始弹压力牛顿
7 G8 \# t& r% v5 `) x     (3)有效工作行程毫米 ' H9 S6 V/ l" _2 e! x
     (4)一次充气寿命米或次
, e2 ~- C. \) \& ~) G$ H  X! X     (5)特性曲线与增压比
( z( j: s6 m; l' G  i  w; E* H2 h, h% H     (6)工作环境温度摄氏度 " X& J" }+ H+ W4 K  h
     (7)外观颜色
3 ~; l" w) A- B0 q     (8)结构形式和最大偏载角 5 L# T8 i9 S" F  z2 U4 o# z) V
3、氮气弹簧结构形式的选择 6 z6 v( @# U: g# X3 L) P* l
    在模具设计中使用氮气弹簧时,首先需要决定氮气弹簧的结构形式。有以下几种形式可以
. A  }, o/ J2 A1 K  [; J0 I供选择:独立式氮气弹簧、氮气弹簧座板式、管路连接式等。这些基本的结构形式都有各自的
# j: u$ e& ^  T$ h0 i2 S! r0 J% D$ j特点和一定的应用范围,需要根据零件的冲压工艺要求、模具的结构形式、使用设备、工作环
# g! T# Q& ~- D5 C境、工作条件、模具的成本和调整维修方便等因素,综合考虑选择。

% w* J! Y3 c) J2 I) y+ P( Q9 x( [, i5 j# t" P* R
[ 本帖最后由 sxw68 于 2006-12-24 07:46 编辑 ]
 楼主| 发表于 2006-12-24 01:05:44 | 显示全部楼层
4、在冷冲压模具设计中选用氮气弹簧时应考虑的几个问题
, U( _  W* i4 S% P: t/ j9 ?8 b4 N5 \2 u    氮气弹簧技术有其自身的特点和一定的使用范围,正确地去约束该项技术的应用范围,才 / k9 ?) i: z% a. [: c2 C
能充分发挥其作用,从而得到理想的效果。
$ Q0 t- E2 R: R0 N! `4 {7 }  (1)氮气弹簧特性曲线的选择
( A$ Q9 K( }& A- e    对于各种不同的冲压工艺,都有不同的工艺要求,选择采用氮气弹簧技术时,要适应其工
" N" ]. F/ Z% X* S) b+ b/ V5 Z7 f艺需要。例如在整个工作行程中要求弹压力基本保持恒定,这一点应当说仅仅对于拉延压边作
6 A2 t& X9 w# J" _( ?8 O用而言,对于其他的工艺,就未必都要求弹压力基本恒定了,弹压力的恒定与否,影响不是很
) f! E# R3 ]  U2 n大。但是从经济角度说,就有比较大的影响,因为各个工厂生产的氮气弹簧价格,是与其性能
* g) m8 \8 A/ d- g2 J9 \相关的,同样的弹压力,采用力量恒定的氮气弹簧要比力量不恒定的贵,同一规格的氮气弹簧 . s! R, e1 U. P9 U
行程越长越贵。目前氮气弹簧技术投入市场的历史不长,采用氮气弹簧一次投入的费用相对于 ) g# l6 n) B; q; g: ~" l% M
其他弹性元件要高,如果不充分考虑其经济性,盲目选择高性能的氮气弹簧,必将影响模具成 # q, b, x6 x' [" u: G) ]* S
本的提高,且也无比必要。因此,要根据不同的工艺要求,选择不同的氮气弹簧特性曲线,从 7 H' D9 {' _- s; h
而获得最佳的性价和最好的经济效益。
7 S- O6 p/ k1 [; M; X: H4 y     (2)弹压力平衡在模具设计中弹压力的传递应当保持平衡,选择应用氮气弹簧往往不止
/ p" b! Z, |7 p! X, [% q5 K4 v一个,那么,着力点的布置等都需要围绕解决一个平衡问题,从冲压工艺角度说,也是需要考 . {/ t. [9 I; i; e3 `% o1 s7 X& z' P
虑冲压力平衡的问题,以利于提高模具的使用寿命,保证冲压零件的质量。从氮气弹簧的使 1 H" i2 \  q2 T8 s/ V
用得知,氮气弹簧是同零件直接发生接触,都是通过设计的顶件板、顶件块、压边圈、斜楔 3 u$ }. z! ~* |! ~% h
块等模具零件将弹压力传递给模具工作零件,那么顶件板等模具工作零件的运动平衡与否,
% C% D3 X  ^6 L) M2 f同力系的布置有关;另一方面顶件板也是起到传递力量给氮气弹簧的作用,因此为了避免产
, Y$ k4 Q/ \) a生氮气弹簧承受偏载,提高氮气弹簧的使用寿命,提高模具的使用寿命,应采用氮气弹簧压
$ _7 R$ `& o3 |+ H1 P力系中心与冲压力中心相重合的设计方法。 ) j- I+ u+ q2 M; B1 ^1 w
     (3)稳定性氮气弹簧无论在安装时或是工作时,都需要相当的稳定性和可靠性,正因为 * q5 L! ?" V1 a+ F, x" d
它的弹压力相当大,一个氮气弹簧在不大的体积内,要释放出几百公斤甚至几吨的力量,而这
4 y2 C1 w7 ~5 C( t个过程又是在反复不断地进行,因此,保持其工作的稳定性就相当的重要。安装紧固时,尤其
# G9 H- y( e6 u2 r  F, f' F是使用力量较大的氮气弹簧,必须是被确保牢固,特别是反置氮气弹簧或是安装在上模的,氮
+ g) @9 _: _  H" ]% S4 o2 C气弹簧需要随滑块的运动而不断地相对运动,只有牢固的连接才能保证氮气弹簧正常、稳定的 5 B- K( G, O( Q6 X* Z/ M2 b# m3 X( o
工作。因此往往设计安装氮气弹簧时,或在缸体或在柱塞开设有一定深度的安装沉孔,以确保 0 L8 h9 I; t4 c
其正位,避免发生偏斜。
. v2 `; `1 X6 `     (4)避免冲击应当说氮气弹簧的工作性质是属于柔性范畴,在模具工作过程中,开启与 . D3 f  s. O, g8 M6 j1 p
闭合都应当是比较平顺,不应当出现冲击现象,为了达到这个目的,对于采用独立式氮气弹簧, # l' z4 J7 C$ B% @8 W
设计人员要充分考虑到这一点。因为如前所述,氮气弹簧的频率响应是很高的,零件一经接触 7 e9 x3 r5 t7 I8 _
氮气弹簧柱塞杆就可产生弹压力,根本不面要有预紧的过程,那么随着压力机滑块上、下运动,
+ n: W' ~4 N2 k! f1 x氮气弹簧开启(膨胀)和闭合(压缩)响应是很快的,如果设计不当,尤其是在小吨位压力机上使
! J! G- Q2 j9 M7 q) L) ?用氮气弹簧,就有可能会出现氮气弹簧推动滑动块回程的现象,破坏了曲柄压力机滑块运动曲 ; N, v3 ?7 `! l) h; P# K
线,导致出现震动冲击现象。因此,应当尽量避免出现这种现象。 ! D7 M/ e- A  Y/ J/ i7 y( A$ b# c
四、氮气弹簧应用实例 4 w3 d8 k: d1 n  G* ?+ K! W$ m
我国采用氮气弹簧技术已有十几年历史,通过学习和消化吸收,现在在我国汽车、电子、 9 |5 Y) P% n* a8 b" y6 r, d
仪表、轻工等行业中,都在不同程度地将氮气弹簧技术应用到模具中,使模具设计、制造均上
: w2 a7 }  u1 U% P. Z, ?# J了一个新台阶,提高了模具制造水平,取得了较好的技术经济效益,推动了这项新技术的发展。
6 I' O1 b9 c6 S$ P* d1 b  1.汽车工业北京吉普车公司和上海大众汽车公司等从日本、台湾进口的不少车身覆盖 6 C4 i% t* W& Z' B- q
件模具中,使用氮气弹簧技术的效果比较理想,至今仍在正常使用。 $ ~, S, S% C5 Y; I+ b
    重庆嘉陵工业股份有限公司在消化吸收台湾引进模具的基础上,自行开发设计使用氮气弹 5 y, D7 p. [$ f
簧新技术,在9套大型模具上采用了氮气弹簧技术,共使用各种不同规格的氮气弹簧约50个。 0 G) k5 ~3 }4 ?. T8 i
目前,JD90车架5套模具和JH125车架2套模具已经投入生产使用,模具在生产中经受考验, % F( B! w9 ^# m8 O" K
使用状况良好。JD90车架累计已经生产了5.4万件,至今氮气弹簧仍在正常工作,模具还在
6 b* H; E8 n3 ~2 D继续使用中。河北鸿运汽车冲压件厂采用氮气弹簧技术,解决了汽车纵梁弯曲中出现的回弹问
) K5 W0 G6 I8 a* W3 P3 S2 ]$ \题,提高了5.73米汽车纵梁弯曲件的质量。实践证明,中国技术人员自行设计的模具氮气弹
" d9 S) |) x4 U: S! G簧系统是可行的。
4 Q* ~2 p8 L3 s$ i) n    2.电子工业微电机在电子工业中应用非常广泛,微电机外壳是尺寸精度要求比较高的冲 6 f& s+ s9 G0 t: L
压件,如安装轴承的底孔与外圆的同轴度要求不大于0.03毫米,对于冲压件来说,这是相当 9 i+ {" _) U$ f6 f  U: L7 J' b. n6 k
高的尺寸精度,并且生产的批量也比较大,为了提高生产率,往往是采用大台面压力机多工位 4 {) j3 n: e  p' P' w
级进模生产。设计、制造这类零件的级进模具,模具结构不仅需要紧凑,模具零件的制造精度
7 P# W+ G& F3 `2 Z要求也非常高,属于高、精的模具。由于模具制造精度高,要求的使用寿命高,因此,在这类 / e5 |" l" o3 |/ j5 W
模具中 ,如果采用常规的弹性元件来进行拉延压边、压料、卸料,便不能满足结构上的需要,
9 ?* l3 r4 U% F5 G  O' i) D! ~也不能满足冲压质量稳定的要求。北京市机电研究院精密模具公司在参考国外同类模具基础
9 q) N5 m6 w7 o上,自行开发设计采用氮气弹簧进行拉延压边、压料的连续拉延级进模,采用美国“海森”公
/ D& c1 ?/ P& x; O2 I; v( ~4 k/ x司生产的氮气弹簧座板系统,共使用七个氮气弹簧,模具制造完成后,在深圳派力机电研究所 7 N5 S( f1 }$ y3 f1 C/ v5 i
大台面压力机上使用,压力机工作行程为每分钟40次,已经生产了几百万件微电机外壳,机
' f0 E/ C& ?) O, _( O7 g壳的质量达到了国外同类产品的水平,且一直非常稳定,模具至今仍在正常使用,受到用户的   ?( U9 `% p& @
好评。这是目前我国使用氮气弹簧座板系统最好的模具之一,也是我国首例自行设计制造使用   D9 j8 d! |, Z( p' U8 k: H
氮气弹簧的级进模具。计算机驱动器外壳零件也是一种比较难于成形的冲压件,宁波余姚市
- U" a# s" t1 u% b灯具电器厂采用美国“海森”公司TNK型号氮气弹簧,自行设计制造模具将氮气弹簧安装在800 ' s- Y0 \& w9 u. @# h3 E6 D( o) B
千件压力机下,作为氮气弹簧气垫使用,该零件第一道拉延工序采用氮气弹簧压边,解决了零
9 o5 I% E% }5 o件在拉延过程中起皱的问题,保持了拉延件的高度和质量,取得非常满意的效果。
$ \& o: {* V) k/ z3 ^" h  q% n9 _    录音机磁头外壳是外廓尺寸不大,尺寸精度高,生产批量很大的冲压件,广东深圳粤宝集 ( X* f# r4 z, O2 i
团在消化吸收日本模具技术特点的基础上,自行设计了磁头级进模具,在拉延工序中采用二个
2 _& C4 X3 C4 S0 l) S3 w  {氮气弹簧压边,使拉延件的质量大大提高,外壳的尺寸精度达到技术要求,生产率提高了好几 5 C0 X4 g9 Y! x: @" L/ h+ ~) m# s
倍。
发表于 2007-1-3 13:43:47 | 显示全部楼层
多谢楼主分享,很好的资料.楼主看一下是否少了内容"三……"
发表于 2007-6-1 15:20:13 | 显示全部楼层

氮气弹簧在模具中的应用

详细介绍了氮气弹簧的发展概况;设计原理、基本参数和特性;选择应用;应用实例。欢迎爱好者下载使用。

氮气弹簧在模具中的应用.pdf

26.81 KB, 下载次数: 19

发表于 2007-6-6 23:02:22 | 显示全部楼层
氮气弹簧在汽车模具中应用普遍,在家电类模具中应用较多。价格太高,是国产普通矩形弹簧的几十倍甚至几百倍。
发表于 2007-6-11 21:53:19 | 显示全部楼层
楼主,让人长见识了.
发表于 2007-7-23 09:52:58 | 显示全部楼层
正在寻找的资料,谢谢楼主
发表于 2007-7-23 11:17:59 | 显示全部楼层
楼主,氮气弹簧的弹力最大能达到多少?????
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