氮气弹簧在汽车覆盖件冲压模具中的应用

杨键

摘 要：氮气弹簧作为一种压力转化器件，在汽车覆盖件冲压模具中的应用非常广泛。本文将在对氮气弹簧进行简单介绍的基础上，就其在汽车覆盖件冲压模具应用中的选择标准、使用方法以及维护措施作概述。

关键词：氮气弹簧；汽车覆盖件冲压模具

一、简介

在汽车工业告诉展的今天，例如弹簧、橡胶、气垫等传统的弹性元件已不能满足各种冲压工艺的要求。在这种情况下，新型的氮气弹簧取代老式弹性器件应运而生并得到广泛运用。它采用氮气作为工作介质，其工作原理，来源于等温膨胀和压缩过程的相互结合；其设计核心在于氮气缸及密封技术；其结构一般可分为：活塞式各柱塞式二大类型；其构成多采用单腔或复腔的气室结构，气室设计上多为背压式结构。具体来说，它由以下几大部分构成，即受力和产生弹压力的柱塞杆或活塞杆，组成气室的缸体、缸盖和缸底，静密封部分，动密封部分，导向部分，充气结构组件，润滑系统，紧固连接部分，安全阀、 防尘装置和防偏载限位装置。

二、优点

原先被普遍使用的弹簧、橡胶和压力机气垫等常规弹性元件均存在一定的缺陷，包括：①压力机气垫结构设计不合理，由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，每批次生产前要花一定的时间调试；②模具在设计时均要考虑气垫托杆位置，导致所占有的空间比较大，模具结构设计相对也比较复杂，模具安装调试也不方便，增加了模具在压力机上更换的时间，增大 了模具制造的成本；③弹簧和橡皮均存在着需要预压，才能达到设计所需的弹压力，压力随着压缩量的增加而急剧加大，进而导致零件质量不稳定。

但是氮气弹簧很好地克服了这些不足，其优势在于：①占用空间小，不需要预压紧就可产生较 大初始压力；②一个氮气弹簧可以代替多个弹簧，模具的闭合高度比采用弹簧的小的多；③在工作过程中，弹压力可以基本恒定，弹压力的大小，受力点的位置，可根据冲压工艺要求随时调节，使得使用寿命延长，器件更加安全、可靠、方便；④方便模具设计，简化模具结构，缩短制模周期，保证了冲压件质量。

三、应用

3.1在拉延、成型模具中的应用

大型汽车覆盖件的塑性变形是复杂、多样的，采用氮气弹簧后，模具压边力的着力点可以很方便地移动、调整，不受气垫托杆的约束，在整个拉延过程中压边力基本保持恒定；使金属在塑性变形过程中趋于等流动，能有效地防止起皱，保证冲压件的质量。除此之外，在纵梁类成形模中氮气弹簧有较大的初始压力，可将板料紧紧压住，使其同时进入凹模圆角区，基本消除了弯曲过程中侧滑现象，减小了回彈，防止零件扭曲变形，提高了零件尺寸精度。

3.2在冲裁模具中的应用

氮气弹簧在冲裁模具、 斜楔模具中也被广泛应用。在冲裁模中，若零件孔较多，空间限制无法布置弹簧，有时候只能加大模具结构，采用二级退料机构，氮气弹簧正适合这种空间狭小的情况，一个氮气弹簧可以代替多个普通弹簧，从而大大减小了模具轮廓，简化了模具设计。另外，在实际生产过程中，有时因弹簧质量问题或退料板行程调整过大问题，造成弹簧断碎，卡在冲头固定座处， 导致冲头固定座压坏变形，导致生产停工。氮气弹簧的采用，可以有效解决这一问题。

3.3在翻边整形模具中的应用

翻边质量问题，大部分是由于工件预压不紧造成的，在汽车覆盖件翻边中，氮气弹簧具有足够大的行程和弹压力，可以可靠、稳定地保证翻边零件的尺寸精度和质量。汽车覆盖件整形模结构。中制件边缘往往存在零件负角整形，整形后制件将包在凸模上，取出困难，因此将凸模做成活动块， 由于侧面与上型面成负角，故而从压料板 上传到侧面的压力很小，为充分压紧制件，防止翻边时产生形状和尺寸误差，在左侧方向用氮气弹簧来压紧，并用氮气弹簧使斜楔复位，模具结构紧凑、 合理，降价了模具成本， 提高了覆盖件的质量。另外，在斜楔结构中，利用氮气弹簧可使斜楔滑块安全、可靠、平稳地复位。

四、选用

4.1弹压力

氮气弹簧弹压力的选择根据计算所得的冲压力，来选择氮气弹簧的数量、型号、每个氮气弹簧的弹压力。一般说来，应根据计算所得的冲压力，加上的增加量，来选择氮气弹簧的弹压力，更加符合生产实际情况。

4.2增压

氮气弹簧的增压比可根据氮气弹簧的特性曲线和冲压工艺要求来选择，确定氮气弹簧的型号。尤其是要求工作力平稳变化、或工作力基本恒定及初始弹压力较大时，确定增压比就更为重要。

4.3行程

氮气弹簧行程的选择不论是哪一种工艺，选择氮气弹簧时，我们总是希望氮气弹簧的总高度不要太高，以免发生不稳定现象及在模具上安装时结构过于复杂，且行程越大，氮气弹簧的价格越高，这一点对独立式氮气弹簧尤为重要。如因工艺需要，行程的确较大，建议采用氮气弹簧座板系统，这样可以减小模具高度，提高氮气弹簧稳定性和可靠性。为了安全，避免意外发生，在选用氮气弹簧时，要考虑一定的安全行程，即工作行程最大达到活塞最大行程的90%。

4.4安装

氮气弹簧的安装形式选择在模具中使用氮气弹簧时，首先需要决定其结构形式。根据零件的冲压工艺要求，针对模具的结构形式，使用设备工作环境，工作条件，模具的成本和调整维修等因素，综合考虑。目前应用最为广泛的是独立式氮气弹簧。所占有的模具空间比较小，安放、 紧固方便、灵活，结构形式多种多样。

五、维护

氮气弹簧作为一种高压的弹性元件，要求使用者必须正确安装、使用和维护，才能确保其安全可靠运行，并达到预期效果。具体的日常维护操作要求包括：①不能对氮气弹簧缸体、密封圈处加工，或将活塞杆截短降低行程；②氮气弹簧只能在允许的标定的行程范围内工作，为了确保氮气弹簧的有效使用寿命，建议使用标定行程的90%部分，剩余的10%最为预留安全行程；③避免氮气弹簧承受偏心载荷；④氮气弹簧应安装固定好，在使用过程中，不能出现摇动或窜动现象；⑤氮气弹簧的使用环境温度要控制在70℃ 以下；⑥氮气弹簧出现漏气或密封圈损坏的情况下，使用者可以请氮气弹簧专业制造厂家协助充气并更换新的密封圈。

六、结语

总体而言，氮气弹簧是汽车覆盖件冲压模具中不可缺少的一项重要工具，其中氮气弹簧储气罐以及氮气弹簧座板系统都是已经比较成熟的应用。但是在具体设计安装层面还需要不断完善工艺，增强适用性。