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氮氣彈簧在拉延-成形模中的使用分析

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近年來，模具技術和模具制造水平有了很大的發展和提高，模具工業正朝著精密、高效、長壽命方向迅速發展，原有的彈性元件在模具的使用過程中都存在著一定的缺陷，如彈簧、橡膠在使用時必須預緊，并且壓縮到一定的程度后很難再變形，所提供的壓力曲線也不能滿足各種沖壓工藝的要求，嚴重影響了沖壓件的質量及產品合格率。氣墊雖然能彌補這些不足，但采用壓力機氣墊時，模具的設計、調整、使用不方便，氣墊所提供的力也不準確，占有的空間比較大，因此，人們希望開發出新型的彈性功能部件來代替常規的彈性元件。
氮氣彈簧是一種具有彈性功能的部件。它將高壓氮氣密封在確定的容器中，外力通過柱塞桿將氮氣壓縮，當外力去除時靠高壓氮氣膨脹來獲得一定的彈壓力。和其它彈性元件相比，氮氣彈簧具有以下的獨特優點：在較小的空間內，不需要預緊可以產生較大的初始彈壓力；彈壓力在整個氮氣彈簧工作過程中可以基本保持不變或彈壓力恒定；彈壓力的大小、受力點位置可以隨時間調整；簡化模具結構，方便模具設計，縮短制模周期，沖壓件質量，提高生產效率；使用安全、可靠、壽命長，安裝和維修簡單、可靠、方便。
1.氮氣彈簧在拉延成形工藝中的應用
利用安裝在壓力機上的模具，將平板金屬毛坯變為空心的制件，這種冷沖壓工藝稱為拉延工藝。拉延成形的過程是壓邊圈首先要將毛坯凸緣部壓緊，在凸模的作用下，將這部分金屬拉進凹模，隨著凸模下壓，拉延力逐漸增加，毛坯凸緣發生塑性變形，產生塑性流動，終達到設計的制件形狀。
拉延變形的實質是“多余三角形”的轉移，這部分金屬在切應力和徑向拉應力的作用下，從凸緣部位向筒壁高度轉移，如果轉移阻力太大，材料將被拉裂，如果切向壓應力過大，凸緣區將會起皺。因此為了防止金屬在流動過程中起皺，除了正確進行拉壓工藝計算外，采用壓邊裝置是目前為有效的防皺措施，壓邊力的大小直接影響到壓拉零件的質量，也是控制拉延金屬能否流動的主要工藝參數之一。在沖壓模具設計中，常規的彈性元件是彈簧、橡膠、氣墊等，這些彈性元件均有其優缺點，共同存在的問題是不能提供準確的彈壓力。
在目前的沖壓書籍中，又沒有準確的壓邊力計算公式可查，所以在生產中，壓邊力的選定和調整，一般都是根據設計人員或調整工人的經驗進行的。這樣影響到拉延制件的質量穩定，廢品率的高低，使調試和修正模具的周期加長。氮氣彈簧的出現，彌補了這方面的不足，氮氣彈簧可以提供準確的壓邊力，它所具有的獨特優點是當今任何其他彈性元件無法比擬的。
對軸對稱的零件，采用氮氣彈簧非常方便地解決了以往存在的問題。沖制件的質量穩定，降低了廢品率。簡化了模具設計，模具制造、安裝、調整也非常方便。
利用氮氣彈簧作為壓邊裝置，由于氮氣彈簧具有其工作過程中彈壓力可以基本保持不變的特性，因此可以很好的滿足技術要求，并且得到的沖制件質量穩定，大大的提高了沖制件的質量。
對非軸對稱零件的拉延，特別是對于汽車覆蓋件，由于其塑性變形的復雜性、形狀多樣性、零件無規律性等給設計人員帶來了相當難度。可以說目前設計人員在設計這類零件模具時，更多地借助設計經驗來確定工藝參數，如拉延筋的位置、拉延筋的形狀，這些措施都是為了達到金屬在拉延過程中等流動的目的，調整模具也應該圍繞這個中心。那么采用氮氣彈簧，無疑將給處理這一類問題帶來了諸多方便。例如，模具壓邊的著力點位置很容易改變，不受氣墊頂桿的約束，壓邊力的大小，可以選擇不同型號的氮氣彈簧來實現。可選擇正確氮氣彈簧的彈壓力特性曲線，來滿足這類零件拉延工藝的要求，使在有效的拉延行程中，壓邊力基本保持恒定不變。同時采用氮氣彈簧還可以零件成形的先后順序，零件的成形性，獲得質量很高的沖壓零件，它將使得拉延筋的設計變得更加簡單，甚至完全取代壓力機氣墊的功能，縮短模具調試和制造周期。因此氮氣彈簧的應用，是目前解決覆蓋件金屬等流動問題的有效的途徑。在這類零件的復合模具中。采用氮氣彈簧可以大大提高模具的復合程度，減少沖壓工序，大大縮短在壓力機上更換模具的時間，縮短在壓力機上安裝模具的時間，提高生產效率。
2.在試用過程中應注意的事項
氮氣彈簧可以被用在不同的安裝位置。氮氣彈簧應考慮以下安裝原則，以便高的使用壽命。
(1)為了氮氣彈簧在工作過程中，不論什么情況下都要利用氮氣彈簧的底部螺紋或是合適的法蘭進行安裝；
(2)氮氣彈簧運動的方向必須與柱塞的方向保持平行；
(3)確保氮氣彈簧在運動過程中不收任何偏載；
(4)氮氣彈簧的柱塞桿不能受任何機械劃傷；
(5)不允許氮氣彈簧在卸載時自由回程，這樣很容易造成氮氣彈簧的損壞，氮氣彈簧的允許的大回程速度是0.8mm/s，個別的氮氣彈簧回程速度為0.5mm/s。(圖/文http://www.jshht.com/)

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