gsv氮气弹簧型号：氮气弹簧在高速锻造生产线的研究及应用

gsv氮气弹簧型号：氮气弹簧在高速锻造生产线的研究及应用⑴在锻造冲孔模具设计过程中，氮气弹簧的选型很重要，首先要根据自己的产品和装模空间选择最佳的氮气弹簧型号、数目和布局方式。一般选择氮气弹簧的顶出力需要是冲孔退料力的1.5～1.8倍为最合适，因为：①考虑到冲孔时锻件连皮受下料精度和模具磨损的情况，锻件连皮厚度会小幅波动，同时由于冲孔冲头刃口变钝等因素，所以氮气弹簧选择需要增大安全系数。②氮气弹簧的弹压力受到温度和压力行程影响（图4)，所以选型时必须考虑到这些因素，将退料力选到1.5～1.8倍为最适用。③在使用过程中，氮气弹簧活塞杆在后期会受到轻微磨损，高压氮气会有一定漏损，造成弹压力有所下降，所以为了保证大批量生产顺利进行，选择氮气弹簧需要增加到压力的1.5～1.8倍最合适。图3 改进后的冲孔工序结构改进后的冲孔工序结构如图3所示，当压机滑块下行至最低点氮气弹簧被压缩到设计最低点，冲孔冲头将锻件连皮冲掉；接着滑块上行，氮气弹簧推动冲孔顶出器相

邵利芳，党军

近年来随着汽车行业的不断发展，我们公司需求的锻件产品也越来越多，特别对锻件质量和精度的要求也越来越高，而且伴随着自动化逐步走进工厂，生产节奏越来越快，尤其是公司引进了多条高速自动生产线，怎样才能快速稳定的生产成了摆在我们面前一个重要的课题，如何保证锻件质量、保证设备稳定、低成本的运行是我们自动生产线必须解决的问题。

氮气弹簧的使用

最初我们的自动线生产工艺路线如下：下料－加热－锻造－冲孔－余温正火。我们设计的冲孔工序是利用碟簧（图1)将冲孔后的锻件退出和校正的，但是因为自动线高速锻造生产的特点，我们目前的生产频率是滑块每分钟运行35次左右，对于这样高节奏的生产，碟簧寿命急速下降，导致锻件成本不断上升，而且频繁更换碟簧，导致操作工劳动强度加大和设备OEE达不到设计要求。

为了解决上述问题，我们选用氮气弹簧作为解决冲孔工序的突破口。氮气弹簧结构如图2所示，这是一种具有弹性功能的部件，它是将高压氮气密封在氮缸容器内，外力通过活塞杆将氮气压缩，当外力去除时，靠高压氮气膨胀，来获得一定弹性压力。

改进后的冲孔工序结构如图3所示，当压机滑块下行至最低点氮气弹簧被压缩到设计最低点，冲孔冲头将锻件连皮冲掉；接着滑块上行，氮气弹簧推动冲孔顶出器相对冲头向下运动，使锻件保持在冲孔凹模上，直到冲头脱离锻件、冲孔顶出器被上模拉回，从而实现退出锻件的功能。在冲孔工序，锻件一直固定在冲孔凹模上，可以保证锻件冲孔的同轴度，同时在冲孔过程中锻件会因为冲孔变形，可以利用氮气弹簧对锻件起到校正。如果在冲孔过程中氮气弹簧压力不够，会导致锻件无法从冲头上退出和锻件平面度无法受控，更严重时锻件没法固定在冲孔凹模上，导致后续步进梁卡爪抓卡时无法定位而整线停机。

图1 碟簧冲孔结构示意图 ①冲孔凹模 ②锻件 ③冲孔顶出器 ④碟簧 ⑤碟簧安装底座 ⑥冲头 ⑦冲头垫块 ⑧上

图2 氮气弹簧结构

图3 改进后的冲孔工序结构

氮气弹簧冲孔设计要点

⑴在锻造冲孔模具设计过程中，氮气弹簧的选型很重要，首先要根据自己的产品和装模空间选择最佳的氮气弹簧型号、数目和布局方式。一般选择氮气弹簧的顶出力需要是冲孔退料力的1.5～1.8倍为最合适，因为：①考虑到冲孔时锻件连皮受下料精度和模具磨损的情况，锻件连皮厚度会小幅波动，同时由于冲孔冲头刃口变钝等因素，所以氮气弹簧选择需要增大安全系数。②氮气弹簧的弹压力受到温度和压力行程影响（图4)，所以选型时必须考虑到这些因素，将退料力选到1.5～1.8倍为最适用。③在使用过程中，氮气弹簧活塞杆在后期会受到轻微磨损，高压氮气会有一定漏损，造成弹压力有所下降，所以为了保证大批量生产顺利进行，选择氮气弹簧需要增加到压力的1.5～1.8倍最合适。

图4 氮气弹簧弹压力受温度和压力行程影响曲线

⑵在冲孔过程中，氮气弹簧通过顶出器将弹压力传递到锻件上将其从冲头上退出。但是因为锻件在锻造过程中会有薄厚不均等问题，会造成氮气弹簧出现轻微偏载问题，所以氮气弹簧最好的布局为偶数布局，尽量减少奇数布局，同时加长氮气弹簧的导向段（图5)，将氮气弹簧紧固在氮气弹簧座内，避免受偏载力过大导致氮气弹簧损坏，采取以上办法基本保持平衡，氮气弹簧系统中心会与冲孔模具中心同心，保证锻件的冲孔同轴度和氮气弹簧的活塞杆不会过早磨伤报废。

图5 加长导向段，偶数布局

⑶氮气弹簧设计时如果条件允许尽量做到上模，因为上模接触锻件时间短，升温慢，这样能更好的保证氮气弹簧在它的工作温度范围内运行，如果氮气弹簧使用过程中超过它的使用温度，会导致密封件迅速老化失效，最终报废。所以在不能保证控制温升的情况下，就要考虑气冷或者水冷，确保氮气弹簧在120℃以下工作，而且温度越低越好，我们通常在冲孔模座上做出安装水管的螺纹孔，这样就能接通冷却水，保证模具在工作过程中温度不至于过高，从而达到提高氮气弹簧和冲头寿命的目的。

⑷因为氮气弹簧安装在上模，需要随滑块的运动而不断地相对运动，牢固的安装氮气弹簧是必不可少的先决条件。因此在设计安装氮气弹簧时，在氮气弹簧安装座上（图6)必须至少设有1/3氮缸高度的安装孔，而且径向严格按照使用标准公差设计，以确保其定位，避免发生偏斜。如果安装不稳定将会引起氮气弹簧和模具的损坏，甚至会引发人员伤害，所以在使用氮气弹簧时，必须充分重视安装的稳定性。

图6 安装座上设有1/3气缸高度的安装孔

⑸氮气弹簧工作性质是属于柔性范畴，在模具工作过程中，受力和卸载都应当比较平顺，不应当出现猛然冲击现象，为了达到这个目的，我们在设计时将氮气弹簧的活塞杆和顶出器之间直接接触，甚至可以预压1～2mm，在氮气弹簧压缩最终阶段，活塞杆行程必须保证最少3～5mm富余量，即图7行程S必须按照氮气弹簧使用手册执行，这样方能更好的保证氮气弹簧的使用寿命。

图7 行程S按照氮气弹簧使用手册执行

总结

目前我们高速锻造生产线氮气弹簧使用可以达到压缩十万余次，生产锻件六万余件的寿命，相信在传统手工锻造生产线上氮气弹簧可以达到更高寿命。在此通过在高速锻造生产线上对氮气弹簧在锻造模具中的设计和现场遇到的问题进行分析，将氮气弹簧在锻造过程中有利于解决锻件变形和降低冲孔成本的优点进行阐述，同时将现场使用氮气弹簧遇到问题解决办法与大家分享。希望氮气弹簧这个利器能为锻造工艺提升有所帮助。在氮气弹簧工艺开发的过程中受到上海钰含五金配件有限公司高老师不断的在线指导，在此表示感谢！

—— 来源：《锻造与冲压》2019年第23期