STRACK氮气弹簧在冲模上的应用
发表时间：2018-09-11 09:55浏览量：
1 前言普通弹性元件除了螺旋弹簧、橡胶以外 ,还有气垫。螺旋弹簧的弹压力与材料、钢丝直径 (或几何形状 )、弹簧外径等参数有关。使用时弹簧需要预紧 ,才能达到设计的弹压力。同时 ,弹压力又与行程有关 ,呈近似线性关系。弹簧行程的大小 ,除要考虑弹压力外 ,应适当选择弹簧的圈数、螺距 ,由此来决定弹簧的自由长度。在模具设计中 ,有时因为采用普通弹性元件 ,不得不加大模具的结构空间 ,增加模具的制造费用和工时。此外 ,弹簧的弹压力调整不便 ,更换也很困难。橡胶类元件的弹压力与橡胶材料有关。橡胶的厚薄取决于橡胶的压缩行程。它除了与弹簧有类似的缺点以外 ,还在被压缩时发生横向膨胀 ,因此 ,模具中必须预留空间。它的弹压力也是不可调整的。气垫中的介质是低压空气 ,需要有单独的压缩空气气源供应系统 ,结构比较庞大 ,调整压力不精确 ,也不方便。模具在压力机上的位置需要相对固定 ,不具备灵活性。STRACK氮气弹簧是一种新型的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的弹压力。STRACK氮气弹簧也可称为氮气缸。STRACK氮气弹簧在不同程度上克服了螺旋弹簧、橡胶和气垫的缺点。图 1 STRACK氮气弹簧构造图1.柱塞或活塞杆 2 .端面防尘密封 3 .钢丝圈 4.上内套 5 .支撑环 6.运动密封圈 7.缸体 8.内控容积 9.螺塞 10 .充气嘴 11.缸底 图 1所示为STRACK氮气弹簧的构造图。各种弹性元件的特性曲线见图 2。STRACK氮气弹簧在冲裁、弯曲、拉延、成形、整形、翻边等冲模中的应用 ,可以大大简化模具设计 ,缩短模具制造周期 ,确保零件质量稳定 ,也利于提高模具使用寿命。目前 ,STRACK氮气弹簧技术在国图 2 各种弹性元件特性曲线比较ａ -STRACK氮气弹簧 ｂ -弹簧ｃ -橡胶 ｄ -气垫外已经相当普及。在我国 ,人们对它的认识不断深化 ,正在逐步推广应用。重庆地区已有好几家工厂在冲模中使用了STRACK氮气弹簧 ,例如重庆嘉陵工业股份有限公司以及重庆长安 -铃木中外合资公司等。2 STRACK氮气弹簧结构型式的选择在模具设计中使用STRACK氮气弹簧时 ,首先需要决定其结构型式 ,比较典型的有独立式、组座板式和管路连接式等。结构确定后 ,再根据零件的冲压工艺要求、模具的结构型式、使用设备的性能、工作环境、工作条件、模具的成本和调试等因素综合考虑选用。目前 ,应用最为广泛的是独立式STRACK氮气弹簧。它经充气后 ,独立成为一个系统进行工作 ,所占的模具空间比较小 ,安放、紧固极为方便、灵活。它的结构型式也分许多种 ,具有不同的增压比 ,可直接安放在模具中使用 ,所以深受模具设计者欢迎。管路连接式STRACK氮气弹簧组一般都应用于大型冲压件或汽车覆盖件模具上。它采用高压管将许多独立STRACK氮气弹簧连接为一体 ,并安装一个控制仪表 ,整个系统的各个STRACK氮气弹簧的弹压力一致 ,压力调整也比较简单 ,维修更换方便。系统的造价比STRACK氮气弹簧组座板式低。STRACK氮气弹簧组座板式又分为两种基本结构 :①整体式如图 3所示。它是将STRACK氮气弹簧座板设计在一块图 3 整体式STRACK氮气弹簧座板结构1.座板 2 .STRACK氮气弹簧 3 .控制仪表大的钢板上 ,在钢板上安装STRACK氮气弹簧和开设气室。它的配气系统和控制调整仪表大都安装在这块板上 ,也可以单独安装。②并联式如图 4所示。它是将几个STRACK氮气弹簧或几个较小的STRACK氮气弹簧座板组装成一体 ,作为一个独立单元 ,然后根据工艺需要将各个独立单元安放在不同的位置 ,再用高压软管连接起来 ,组成STRACK氮气弹簧系统 ,其配气系统和控制仪表可以安放在模具中合适的位置。STRACK氮气弹簧组座板式适用面宽 ,从汽车大型覆盖件到中、小型冲压零件的生产都可以选用。该座板系统成本较高 ,制造周期长 ,但性能较为稳定、可靠 ,调整方便 ,可以实现几套模具共用一个STRACK氮气弹簧座板系统。对于大批量冲压件的专业化生产 ,选用这种结构型式可保证稳定的冲压件质量 ,而且综合经济效益高。图 4 并联式STRACK氮气弹簧座板结构1.STRACK氮气弹簧 2 .高压软管 3 .储气室 4.控制仪表3 STRACK氮气弹簧弹压力的选择在进行冲压工艺参数计算时 ,需根据冲压力选择STRACK氮气弹簧的型号、弹压力、数量等。一般来说 ,不能根据冲压力的计算值直接进行选择。首先 ,所计算的冲压力未必准确地反映出零件的变形力。因为当模具磨损后 ,会出现间隙变化 ,刃口变钝。此外 ,板料厚度和板料变形抗力的不一致性也会引起工件变形抗力的变化。另外 ,STRACK氮气弹簧的寿命很长 ,经过长期使用之后 ,高压氮气会有一定的漏损 ,造成弹压力略有下降 ,使实际弹压力低于公称弹压力。因此 ,为了保证大批量生产的冲压工艺顺利地进行 ,往往按下式选择STRACK氮气弹簧。 ｎ =ＫＰ1 /Ｐ0式中 :ｎ———STRACK氮气弹簧个数 ;Ｐ1 ———计算的冲压力 ,如拉延力、压边力等 ,Ｎ ;Ｐ0 ———STRACK氮气弹簧的公称弹压力 ,Ｎ ;Ｋ———弹压力的增量系数 ,Ｋ =1 .1 5～1 .2 0。在确定了弹压力之后 ,需要确定数量。假定计算的压边力需要 1 2 0ｋＮ ,在选择STRACK氮气弹簧时 ,可以有表 1所示的各种不同的组合。表 1 弹压力和弹簧个数的匹配STRACK氮气弹簧弹压力 /ｋＮ 2 .5 5 10 2 0 3 0 40 60STRACK氮气弹簧数量 /个 482 412 64 3 2 表中的组合 ,应根据设计者对着力点布置的要求、零件的成形性、模具的结构等进行优化选择。不同型号的STRACK氮气弹簧有不同的特性曲线 (或增压比λ) ,利用这些曲线 ,设计者可根据冲压工艺要求 ,选择合适的增压比。在要求初始弹压力较大或选用STRACK氮气弹簧座板系统时 ,就更要考虑增压比一般选择增压比λ <0 .1 6,这时STRACK氮气弹簧压缩行程每 1ｍｍ压力增量为 1 0Ｎ ,此时仍可视STRACK氮气弹簧所提供的弹压力是恒定的。4 STRACK氮气弹簧行程选择不同的冲压工序所要求的行程大小不一样 ,所以STRACK氮气弹簧的行程选择也是不一样的。但不论是哪一种情况 ,一般STRACK氮气弹簧的总高度不要太高 ,以避免发生失稳现象。此外 ,还要避免STRACK氮气弹簧在模具上的安装过于复杂 ,以降低工装费用。如果由于工艺需要 ,要求比较大的弹簧行程 ,则用STRACK氮气弹簧座板系统。这样可以减少整个模具的高度 ,提高STRACK氮气弹簧工作的稳定性和可靠性。( 1 )选择STRACK氮气弹簧行程时 ,最好选择 2 0ｍｍ～30ｍｍ行程。因为没有 1 0ｍｍ行程的规格 ,另外 ,不应使STRACK氮气弹簧在公称行程满行程工作。选择偏大的工作行程 ,不影响模具结构 ,而可以在模具使用一段时间后改变STRACK氮气弹簧的工作区 ,从而提高使用寿命。一种STRACK氮气弹簧在多种模具中使用的效果更好。随着STRACK氮气弹簧技术的发展与完善 ,某些厂家也生产了专供冲裁卸料使用的STRACK氮气弹簧和适合于高频使用的STRACK氮气弹簧 ,以满足电子元件冲压生产的需要 ,如接插件、集成线路板的元件生产。在冲裁工序中 ,STRACK氮气弹簧往往用于顶件卸件 (图5ａ) ,它与卸料板可以联接 ,也可以不联接。一般情图 5 冲压模具使用STRACK氮气弹簧时的结构简图(ａ)冲裁模 (ｂ)弯曲模 (ｃ)拉延模 (ｄ)翻边成形模况下 ,顶件、卸料的行程比较小 ,通常有 1 0ｍｍ便可满足要求。但要注意的是 ,如果将STRACK氮气弹簧安装在上模内 ,无论是顶件板或压边圈 ,要留 1ｍｍ左右的间隙 ,确保STRACK氮气弹簧平稳工作。有时为了安全起见 ,要增加 3ｍｍ～ 5ｍｍ的安全行程。( 2 )在弯曲工艺中使用STRACK氮气弹簧 ,不论是单角、双角弯曲 ,还是侧向弯曲、校正弯曲和压弯等工序 ,主要是利用STRACK氮气弹簧大的初始弹压力压住工件 ,防止工件在变形过程中发生位移并控制弯曲回弹。STRACK氮气弹簧多用于推动模具的压料板 ,并与压料板或工作零件同时运动 ,压住工件 ,防止板料在弯曲过程中发生侧滑。这种设计通常都需要将STRACK氮气弹簧相对固定 ,选择压力适中、行程较大的STRACK氮气弹簧 ,其基本结构型式如图 5ｂ所示。( 3)在拉延工艺中采用STRACK氮气弹簧压边 ,其压边力基本恒定。可以根据零件的成形情况 ,随时调整压边力 ,使拉延件质量稳定。STRACK氮气弹簧随压边圈一起运动 ,它可以与压边圈联接 ,也可以不同压边圈联接 ,独立安放。其基本结构型式如图 5ｃ所示。拉延工艺的压边行程一般为 40ｍｍ～ 80ｍｍ。在选择STRACK氮气弹簧行程时 ,需要考虑零件的拉延高度、凹模圆角半径、行程的安全余量等因素。对于拉延—整形工序 ,STRACK氮气弹簧的行程比零件高度大 3ｍｍ～5ｍｍ即可 ,可用这个数据选择标准弹簧的公称行程。对于筒形件拉延 ,为了取件方便 ,氮气的行程应比零件高度大 8ｍｍ～ 1 0ｍｍ ,并用这个数据选择标准行程。总之 ,拉延模压边用STRACK氮气弹簧的行程Ｈ应等于零件的高度ｈ加 3ｍｍ～ 1 0ｍｍ。( 4 )在翻边成形工艺中 ,应用STRACK氮气弹簧压料 ,以保证零件可靠成形。对于形状不对称的零件 ,或局部的成形和翻边 ,尤其重要。利用STRACK氮气弹簧大的预压力可以实现零件的预成形 ,这是目前普通的弹性元件所不及的。压料和预成形二者同时进行 ,减少了冲压工序 ,实现了模具的复合功能。通常它需要合理的弹压力和较大的行程 ,其基本结构型式如图5ｄ所示。在弯曲和翻边工艺中 ,一般都要求STRACK氮气弹簧有较大行程 ,并在整个工作过程中施加弹压力 ,以防止零件侧滑或错位。由于工艺需要 ,除了工件高度外 ,需要加上 1 0ｍｍ～ 2 0ｍｍ的裕量 ,以利于减少工件的回弹。也可以通过改变这个行程裕量 ,调整模具的预紧力。还可以利用STRACK氮气弹簧的特性曲线 (或增压比λ) ,调整压力机的起始位置 ,获得不同的弹压力。至于弹压力是否严格要求恒定 ,要看具体情况而定。STRACK氮气弹簧特性曲线陡一些 (或增压比λ适当加大 ) ,并不影响弯曲、翻边零件的质量 ,反而能降低STRACK氮气弹簧成本 ,降低模具造价 ,提高经济效益。
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