【作者单位】长城汽车股份有限公司技术中心河北省汽车安全一体化与智能控制重点实验室,河北保定071000;长城汽车股份有限公司技术中心河北省汽车安全一体化与智能控制重点实验室,河北保定071000;长城汽车股份有限公司技术中心河北省汽车安全一体化与智能控制重点实验室,河北保定071000

  无论在工作方向的偏离还是模具本身的偏离，都会使氮气弹簧受到侧载。将增加导向套、密封圈以及柱塞之间的磨损。所以要尽可能的避免侧载（被活塞杆上端顶压的工件的其接触面与活塞杆的轴线）气温。

  氮气弹簧的使用（工作）温度范围为-200℃～800℃，由于氮气弹簧弹初始弹压力均是在气温为200℃时确定的数值，冬夏气温变化较大，造成氮气弹簧气压变动最大可达20%，故实际应用时可依据现场情况，采取对氮气弹簧进行充气的方法用以保证气压稳定。

  模具工作零件的运动平衡与否，与其着力点的布置有关，因此为了尽最大可能避免氮气弹簧承受偏载，提高氮气弹簧及模具的常规使用的寿命，保证冲压件的冲裁质量，应采用氮气弹簧压力系中心与冲压力中心相重合的排布方式。如避免氮气弹簧受力不均，尽可能采用对称布置。

  依据模具所需总压力FZ结合受模具空间限制的氮气弹簧排布点，确定：氮气弹簧初始弹压力F1、氮气弹簧最大弹压力F2、氮气弹簧的数量N、氮气弹簧的增压比K、氮气弹簧的行程S。

  图1 氮气弹簧结构1.防尘罩 2.卡簧 3.活塞筒 4.密封垫5.简易型阀门 6.活塞杆 7.缸体

  氮气弹簧与普通弹簧的弹力对比曲线 弹力曲线）氮气弹簧的使用方式分为独立式和管路式，如图3所示，其优缺点对比见表1。

  （2）在进行使用方式的选择时，可依据上述特点，结合模具的结构及形式、工作环境、模具的成本和调整维修方便等因素，考虑选择。

  氮气弹簧是一种弹性功能部件，如图1所示。其原理是将高压氮气密封在确定的缸体中，施加外力通过柱塞杆将氮气压缩，当外力去除时靠高压氮气膨胀从而获得一定的弹力，这种部件称为氮气缸或气体弹簧，简称氮气弹簧（Nitrogen Cylinder；Gas Spring），它的工作过程，可以近似认为是等温膨胀和压缩过程，因此一定要遵循波义耳-马略特（Boyle-Mariotte）气体状态方程（PV/T=C，P1×V1=P2×V2）。

  对于各种不同的冲压工序，都有不同的工序要求，选择采用氮气弹簧规格时，要适应其工序需要。对于拉伸工序来说在整个工作行程中要求弹压力基本保持恒定，而对其他的工序，就未必都要求弹压力基本恒定了，弹压力的恒定与否，影响不是很大。但是从经济角度说，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价格高，同一规格的氮气弹簧行程越长价格越高。因此，要根据不同的工序要求，选不一样的氮气弹簧特性曲线，从而获得最佳的性价比和较好的经济效益。

  弹簧内部储存的为高压氮气，在氮气弹簧压缩后，严禁自由回程，以防由于气力过大，柱塞飞出的情况发生。

  氮气弹簧的回程速度一般为0.5m/s～1.6m/s（具体可参考厂家氮气弹簧的参数标准），以此可以计算氮气弹簧单位时间内的极限回程次数，也即要求的设备冲程次数。

  由于氮气弹簧的漏气多源于活塞杆的受损，因此在生产的全部过程中，要保持活塞杆的清洁，避免与模具的润滑剂非间接接触，在模具的维护保养时用清洁干布对活塞杆进行擦拭，防止在运动过程中划伤受损。

  在正确安装和正常使用的情况下，氮气弹簧的工作寿命（行程≤50mm）为一百万次以上，如果行程大于50mm时，将以氮气弹簧实际累计行程约1×108mm计算为其寿命，即：工作寿命=1×108mm/（实际行程×2）。因厂家不同，有几率存在差异，具体可查证厂家相关说明。

  图5 氮气弹簧的安装的步骤a——底面固定 b——埋入式固定 c——表面固定 d——卧式固定

  安装紧固时，尤其是使用弹力较大的氮气弹簧，必须确保固定到位，特别是反置氮气弹簧的活塞杆需要随滑块做反向运动，只有牢固的连接才可能正真的保证氮气弹簧正常、稳定的工作。因此往往设计安装氮气弹簧时，在缸体开设有一定深度的安装沉孔，以确保其正位，避免发生偏斜。对于管路式要注意固定于模具壁上。

  表1 管路式和独立式优缺点比较使用方式管路式 独立式占用空间受管路限制，占用空间较大相对占用空间较小结构复杂性相对复杂简单检验测试仪表显示气压变化，随时进行监控只能在维护保养时进行判定日常维护除对氮气弹簧的保养外，还需对管路来维护只需对氮气弹簧进行保养氮气填充氮气瓶连接到控制板上直接进行充气方便不便异常处理压力表与压力机信号相连，可输出信号操控压力机无预防处理方案

  氮气弹簧的行程应满足冲压工艺的要求，不同的冲压工序，要求的行程大小都不一样。分离工序，要求弹压力大、行程小；拉伸工序一般要求行程比较大，作为压边力功能的氮气弹簧，要求氮气弹簧的特性曲线比较平缓，在拉伸过程中，压边力基本上变化不大，也就是弹压力基本保持恒定；对于顶出、卸件，则要求有足够的力量和行程；在弯曲和翻边工序中，通常都要求起始力大，以便能压住工件，防止工件在弯曲过程中产生侧滑或移动，一般说来行程也要求比较大。不论哪一种情况，氮气弹簧的总高度不要太高，以避免发生不稳定的现象，避免氮气弹簧在模具上安装时，结构过于复杂，增加工装成本。为了安全起见，避免意外的情况出现，在设计选用氮气弹簧时要考虑加大5mm或S×10%的安全行程，来保证氮气长久正常地工作。

  综上所述冲压模使用氮气弹簧，可以简化模具设计、制造，方便模具调整。在模具设计和设计变更中选用合适的氮气弹簧，同样非常的重要，可以简化模具设计，提高制件的品质，降低投资所需成本等。

  [1]郑智受，关厚德.氮气弹簧技术在模具中的应用[M].北京：机械工业出版社，1998.

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