QQ登录

只需一步,快速开始

登录 | 注册 | 找回密码

三维网

 找回密码
 注册

QQ登录

只需一步,快速开始

展开

通知     

查看: 2612|回复: 8
收起左侧

[分享] 氮气弹簧技术在模具中的应用

 关闭 [复制链接]
发表于 2006-12-24 01:02:31 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国广东广州

马上注册,结识高手,享用更多资源,轻松玩转三维网社区。

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册

x
一、国内外氮气弹簧发展概况
9 w4 x1 S, X0 ]2 w  @) @   
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 ( T, X' X" P- j+ C! w. h
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
" [2 j5 {% z1 b9 C! U7 q1 N
称气体弹簧,或称氮气缸弹压装置,简称氮气弹簧(“Nitrogen Cylinder”“GasSpring”) ; u" Q) k* D  g* {* L% }
  
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,
& H- {) H- x  |/ y* @
解决了各种弹性储能的需要,发挥着其应有的作用。 5 p/ {: i7 D% T: J4 I
1 n8 _9 P4 `" X2 @
" X2 H! |/ D& z# g2 R
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
& }) o, O' O4 n
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 ' |4 e' v9 L7 l( D0 m
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 - T9 f" L, }0 ?/ L/ a
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 . h. M( H8 h5 [  W
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 # ^1 l$ I! [7 i0 M& b) X
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 # Z: {: k3 {' o" b
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
& I% k* K/ A$ Y) r
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
* L3 [- \7 i' `4 Z
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
( {  j, u" c& q6 d; P
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
/ F, n, J6 j+ f: Z
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, 7 [" S% a7 K3 b4 g! s
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 3 X, t5 c. P, f9 v) s7 M+ s
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
/ u- W3 k6 S, {0 J) Z7 t# u
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 " y# A, T6 {" I9 h: n: z
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   @: |0 X! V, A0 p! K* z. 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 4 i0 ^+ s& w% a+ t% M: I- }# W- ^
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
+ s  A# r6 S: B* @- V. @
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, " f4 F2 M6 R, A+ S# p2 _8 _; z
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 : Q/ d) p: ^. e  R' F4 s2 p
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 " R" G2 \8 S( Z' w2 z: c7 W% k
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 - |. L2 ^" `8 x# 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 6 X! k$ F( J0 `  x) i/ Y
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 % O* E, d  R) i1 {  O/ @
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 6 Q1 w' w9 B& s, A* ]7 G
需要,显然,这项技术的发展如今正是方兴未艾。 + f( h* Q1 v8 z: j9 ?! U) ~

  |) h2 U# j0 E; k) @$ b' M- f
6 ~0 a2 f* F1 f; b3 s4 ^* L[ 本帖最后由 sxw68 于 2006-12-24 07:47 编辑 ]

评分

参与人数 1三维币 +3 收起 理由
sxw68 + 3 好资料

查看全部评分

 楼主| 发表于 2006-12-24 01:03:30 | 显示全部楼层 来自: 中国广东广州
二、氮气弹簧的设计原理、基本参数和特性 : Z! B# ^9 n2 Y/ C
    1、氮气弹簧设计原理
- ]# {  z: ~6 B! Z+ F$ {    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, ) Q! @. ?+ l* l, O
因此必须遵循波义耳一马略特(Boyle-Mariotte)气体状态方程。   n) e# R3 ^1 ^5 t* n
     V/T=C,P1×V1=P2×V2
- r! v: d# g# I% {( F4 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。 - C. f5 x/ A6 A( U9 O
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 , J3 J8 F8 F0 U
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 ' m. ]# A$ N/ z' r3 k
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
2 E0 g! j1 l3 J. I- E3 ]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
8 j- q- ~# y4 {3 j) j0 x' b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
' ?& a. x/ X2 i5 z' S2 o综合各项新技术应用的产品。 ! x" h. E& v4 o# J2 a& r4 k6 g
    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
% F0 _9 l0 N; i+ k* x9 e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,
/ N  o7 |5 I; p) A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
5 T5 V6 b: ]/ ], }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
+ f' l1 [4 B/ s' R8 f# n& f封可靠性与寿命等。
& U. g/ X4 [9 A2 E7 a7 E    2、氮气弹簧基本性能参数 ; K6 N3 M: q6 q( i6 ?
    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, 2 o: K0 O9 _$ l" Y; X3 k. q
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。
% ^, R$ k" u7 P4 @  Y; c! N% ~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
2 j7 i: E* M$ b- ^0 F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 ; @* J0 O* z) A5 Z' C- ]5 X5 v
以下几项内容:
5 J  O# C7 i9 h8 T5 T! Q; O1 ^     (1)充气额定压力巴
6 Y; C# H, H1 j9 m8 Q, O     (2)额定初始弹压力牛顿
+ h, D' j# U) m4 V5 A     (3)有效工作行程毫米
6 W& {) @, M  K9 P9 L     (4)一次充气寿命米或次
1 F' J9 D6 x& g/ i9 V1 E6 _- x     (5)特性曲线与增压比   L8 _: q3 L$ Z5 Y1 \/ u
     (6)工作环境温度摄氏度 1 Z: ^& b% N- Q7 H) _
     (7)外观颜色 0 u4 K2 Y5 s5 K- Z2 R7 k+ z9 B
     (8)结构形式和最大偏载角
' k9 e+ T+ ~( r3、氮气弹簧结构形式的选择 / F4 G/ l2 m: n' Z- J" Z/ ]1 p
    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
. {0 o! j/ Y5 B) ^6 o9 C) {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
: O) n& }1 y: d. s( w- v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
0 e# _( c1 b( M* l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。

- L/ [$ d6 s) e3 g
& t- `2 y1 J8 k1 q0 ^( G9 `[ 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 来自: 中国广东广州
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 0 q6 P/ M* a) e) r# x
    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
) {2 ?: m7 u# y! {; a能充分发挥其作用,从而得到理想的效果。 3 h& q/ Z8 F% n1 G
  (1)氮气弹簧特性曲线的选择
3 P' E6 S- n1 P6 J    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 2 L9 c/ c7 d8 E& g6 N; k1 Y6 `
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
# V) P5 r# L- h- w" [2 n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
  g% T" U1 K8 a% s. l7 s" [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
0 e  K: w$ l1 S0 M, B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
" F4 h2 J% Z% X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
0 y# j9 q0 C- ~$ \6 Q: s' Q0 h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 & _+ O" I' V4 i1 ?: s8 A
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
6 M( i3 R2 C2 x5 C而获得最佳的性价和最好的经济效益。
! R: q2 i7 N+ X2 t     (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
" j+ `$ \) t4 A5 Z& J* x) n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 - q/ K1 x% A' ?& v
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 & f: g, G" t. Y3 Q6 W# i
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
$ W& Y  c1 h# X0 l# D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,
/ q. w* R8 \+ f; F, @1 b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 " b5 Y/ m( M" c
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
1 d0 k, r1 K! ^5 V! n/ S力系中心与冲压力中心相重合的设计方法。
# x  S' d1 ]; O  V) c     (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
; o- y( S, f: P& H: x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
( t( D% w  I' O& b8 M% K8 m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
, D# u0 x7 U0 W+ z1 d4 {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
9 E5 r: ]( ?  E8 I: o7 y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 ; W) x  A5 X( o- T# E
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 # b; P, _: \; K+ \! i0 j- r5 d7 ?
其正位,避免发生偏斜。 1 [+ D1 |& {1 X; {
     (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
9 O# {4 e9 U7 Q" p: d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, 7 `# A) H* Y! i/ |
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 # ~0 N1 a/ }% ]: `0 C$ y9 E
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,
, m6 S3 n+ ^4 U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 / `9 a. A4 I7 p) y( d
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
; g! a) r" ~- Q& a0 B/ f( Z+ y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。
% k  d4 u" {* f$ W8 s( u# F& X. a四、氮气弹簧应用实例 4 |* ~  y+ F2 I/ a! H2 D' N
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、
" @' |- v  D7 u) D$ B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 # t* C" r4 w5 `+ R7 k8 y/ 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。
' R: t6 H6 k  Y, |2 ]4 u- g  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
( t3 ]- K7 f! }8 I2 A' W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。 5 x/ f+ a* A8 @2 Q/ ?
    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 * q8 B. w* G" S& J% Y( Y
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。 ! z# L& O9 }( f8 O( I6 D( Q
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, * l7 o; C- T3 i9 X" S" }
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 ( ]2 \: [6 C9 W
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 ! l+ u! r" E. I; h0 r' u
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 8 i" U5 e. \. m1 x. n$ w/ b9 k
簧系统是可行的。
2 k7 X+ ]( m; A  Z( Z    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 ; q  b3 D0 x/ }
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 0 O$ x7 F( M8 P
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 6 }0 [1 `0 o# \) u) d
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 ! R+ n( {$ `4 r+ i- p
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
! t7 j( E+ s9 L! ]- Y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, / _% s' u8 D0 q/ d( G! h
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 . L5 X7 O2 `- A) K5 s2 s
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 ' j0 J- e+ _7 D; b0 H  c
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
( z8 y0 l: Y, q. ?- F) Q, `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 * ^4 o& j5 w2 ~: f6 h
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 4 H, Z! D  F1 g- m9 `' q
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 6 E% b: w% X! y) w
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
/ W  V& Z9 `% u6 t2 T$ F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
9 Q% K, }' U: @  v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 $ h7 r* ]; b/ `
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。
7 n& Y& t. V5 Z9 C    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 " v, h) o; H8 C" n
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 4 Q; T4 Z6 E% A) S& V# c+ e
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
4 C1 ?1 ]% o0 Q3 @* \$ d2 R倍。
发表于 2007-1-3 13:43:47 | 显示全部楼层 来自: 中国广东广州
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 来自: 中国香港

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 来自: 中国江苏常州
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 来自: 中国广东深圳
楼主,让人长见识了.
发表于 2007-7-23 09:52:58 | 显示全部楼层 来自: 中国天津
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 来自: 中国浙江金华
楼主,氮气弹簧的弹力最大能达到多少?????
发表回复
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

Licensed Copyright © 2016-2020 http://www.3dportal.cn/ All Rights Reserved 京 ICP备13008828号

小黑屋|手机版|Archiver|三维网 ( 京ICP备2023026364号-1 )

快速回复 返回顶部 返回列表