氮气弹簧在拉延-成形模中的应用

发表时间：2018-09-04 16:42浏览量：

近年来,模具技术和模具制造水平有了很大的发展和提高,模具工业正朝着精密、高效、长寿命方向迅速发展,原有的弹性元件在模具的使用过程中都存在着一定的缺陷,如弹簧、橡胶在使用时必须预紧,并且压缩到一定的程度后很难再变形,所提供的压力曲线也不能满足各种冲压工艺的要求,严重影响了冲压件的质量及产品合格率。气垫虽然能弥补这些不足,但采用压力机气垫时,模具的设计、调整、使用不方便,气垫所提供的力也不准确,占有的空间比较大,因此,人们希望开发出新型的弹性功能部件来代替常规的弹性元件。图1氮气弹簧1氮气弹簧氮气弹簧是一种具有弹性功能的部件。它将高压氮气密封在确定的容器中,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。图1是氮气弹簧的实物图,和其它弹性元件相比,氮气弹簧具有以下的独特优点:(1)在较小的空间内,不需要预紧就可以产生较大的初始弹压力;(2)弹压力在整个氮气弹簧工作过程中可以基本保持不变或弹压力恒定;(3)弹压力的大小、受力点位置可以随时间调整;(4)简化模具结构,方便模具设计,缩短制模周期,保证冲压件质量,提高生产效率;(5)使用安全、可靠、寿命长,安装和维修简单、可靠、方便。2氮气弹簧在拉延成形工艺中的应用利用安装在压力机上的模具,将平板金属毛坯变为空心的制件,这种冷冲压工艺称为拉延工艺。拉延成形的过程是压边圈首先要将毛坯凸缘部压紧,在凸模的作用下,将这部分金属拉进凹模,随着凸模下压,拉延力逐渐增加,毛坯凸缘发生塑性变形,产生塑性流动,最终达到我们设计的制件形状。拉延变形的实质就是“多余三角形”的转移,这部分金属在切应力和径向拉应力的作用下,从凸缘部位向筒壁高度转移,如果转移阻力太大,材料将被拉裂,如果切向压应力过大,凸缘区将会起皱。因此为了防止金属在流动过程中起皱,除了正确进行拉压工艺计算外,采用压边装置是目前最为有效的防皱措施,压边力的大小直接影响到压拉零件的质量,也是控制拉延金属能否流动的主要工艺参数之一。在冲压模具设计中,常规的弹性元件是弹簧、橡胶、气垫等,这些弹性元件均有其优缺点,共同存在的问题就是不能提供准确的弹压力。在目前的冲压书籍中,又没有准确的压边力计算公式可查,所以在生产中,压边力的选定和调整,一般都是根据设计人员或调整工人的经验进行的。这样就影响到拉延制件的质量稳定,废品率的高低,使调试和修正模具的周期加长。氮气弹簧的出现,弥补了这方面的不足,氮气弹簧可以提供准确的压边力,它所具有的独特优点是当今任何其他弹性元件无法比拟的。(见图2)对轴对称的零件,采用氮气弹簧非常方便地解决了以往存在的问题。保证冲制件的质量稳定,降低了废品率。简化了模具设计,模具制造、安装、调整也非常方便。如图3所示的是轴对称零件采用氮气弹簧反拉模具结构,采用氮气弹簧技术可以非常理想的解决这类零件的拉延问题。利用氮气弹簧作为压边装置,由于氮气弹簧具有其工作过程中弹压力可以基本保持不变的特性,因此可以很好的满足技术要求,并且得到的冲制件质量稳定,大大的提高了冲制件的质量。对非轴对称零件的拉延,特别是对于汽车覆盖件,由于其塑性变形的复杂性、形状多样性、零件无规律性等给设计人员带来了相当难度。可以说目前设计人员在设计这类零件模具时,更多地借助设计经验来确定工艺参数,如拉延筋的位置、拉延筋的形状,这些措施都是为了达到金属在拉延过程中等流动的目的,调整模具也应该围绕这个中心。那么采用氮气弹簧,无疑将给处理这一类问题带来了诸多方便。例如,模具压边的着力点位置很容易改变,不受气垫顶杆的约束,压边力的大小,可以选则不同型号的氮气弹簧来实现。可选择正确氮气弹簧的弹压力特性曲线,来满足这类零件拉延工艺的要求,使在有效的拉延行程中,压边力基本保持恒定不变。同时采用氮气弹簧还可以保证零件成形的先后顺序,保证零件的成形性,获得质量很高的冲压零件,它将使得拉延筋的设计变得更加简单,甚至完全取代压力机气垫的功能,缩短模具调试和制造周期。因此氮气弹簧的应用,是目前解决覆盖件金属等流动问题的最有效的途径。在这类零件的复合模具中,采用氮气弹簧可以大大提高模具的复合程度,减少冲压工序,大大缩短在压力机上更换模具的时间,缩短在压力机上安装模具的时间,提高生产效率。3在试用过程中应注意的事项氮气弹簧可以被用在不同的安装位置。氮气弹簧应考虑以下安装原则,以便最高的使用寿命。(1)为了保证氮气弹簧在工作过程中,不论什么情况下都要利用氮气弹簧的底部螺纹或是合适的法兰进行安装;(2)氮气弹簧运动的方向必须与柱塞的方向保持平行;(3)确保氮气弹簧在运动过程中不收任何偏载;(4)氮气弹簧的柱塞杆不能受任何机械划伤;(5)不允许氮气弹簧在卸载时自由回程,这样很容易造成氮气弹簧的损坏,氮气弹簧的允许的最大回程速度是0.8mm/s,个别的氮气弹簧回程速度为0.5mm/s。4结语在拉延成形过程中,起皱和破裂是这类零件的两大关键难题,而影响的因素比较多,其中弹性元件的问题是影响这些因素的关键问题之一。氮气弹簧由于具有其它弹性元件所无法比拟的优点,在工作过程中可以提供基本恒定的弹压力,并且弹压力的大小及着力点位置的调节都非常方便,可以达到使金属在拉延过程中等流动的目的,提高拉延成形的质量。

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