氮气弹簧及其运动部件的润滑
发表时间：2018-09-04 16:43浏览量：
1引言近年来,模具技术和模具制造水平有了很大的发展和提高,模具正朝着精密、高效、长寿命方向迅速发展,原有的弹性元件,弹簧、橡胶、气垫在模具的使用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。2氮气弹簧氮气弹簧是利用氮气的可压缩性原理来设计的具有高弹性功能的部件,氮气弹簧的构造如图1所示。它将高压惰性气体——氮气密封在确定的容器内,外力通过柱塞将氮气压缩,靠高压氮气的膨胀来获得强大的弹压力。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强大的弹压力使一个氮气弹簧能够代替多个弹簧;③在模具整个行程中,弹压力可以基本保持恒定,氮气弹簧的特性曲线见图2;④弹压力的大小、受力点位置可以随时间调整;⑤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;⑥使用安全、可靠、寿命长,安装和维修简单、可靠、方便。图1氮气弹簧构造图1.柱塞或活塞杆2.防尘圈3.钢丝环4.缸盖5.挡板6.O型静密封7.导向环8.Y型动密封9.缸体10.防护螺钉11.进气装置氮气弹簧在国外的模具中已得到广泛的应用,国内大量的进口模具中也常见。特别是用在板料拉延成形模具中,对工件质量起着举足轻重的作用。科学技术的发展使氮气弹簧不仅在模具工业中得到广泛的应用,在其他工业领域,如汽车、电子、仪表、五金工业等行业也得到了广泛的应用,发展前景非常广阔。3润滑对氮气弹簧的重要性氮气弹簧不管在哪个领域中应用,都需要有足够长的寿命,如果它的寿命不够长,那么对氮气弹簧的研究将是毫无意义。氮气弹簧寿命长短的关键是往复轴高压气体动密封的寿命问题,影响氮气弹簧寿命的因素很多,如:柱塞或活塞运动导向结构的稳定性对动密封性能的影响,柱塞杆导向精度不够或导向长度太短,都会引起偏载,使运动不稳,造成运动副磨损严重,从而降低寿命;动密封的结构设计对寿命的影响也较大,一般要求动密封结构有自紧式密封效果,在工作压力之下熏使密封环与柱塞或活塞金属表面的接触应力增加熏挤压应力增大,密封作用增强;另外,氮气弹簧相对滑动表面的材质、加工精度、加工方法等因素也影响着氮气弹簧的寿命;氮气弹簧的密封介质是高压气体,运动部件之间的润滑条件、摩擦磨损状况也成为影响氮气弹簧寿命的重要因素,柱塞或活塞在运动过程中要与密封件、导向件之间在高压下产生摩擦、磨损,如果润滑效果不好或无润滑,运动副的机械能将转化成热能,使氮气弹簧升温,从而破坏氮气弹簧的绝热、压缩和膨胀的过程,同时还会加剧运动副的摩擦、磨损,导致高压气体泄露,缩短氮气弹簧的寿命,因此,润滑对氮气弹簧起着至关重要的作用。图2氮气弹簧特性曲线4氮气弹簧润滑的解决方案氮气弹簧的润滑由于气体密封要求,故只能在缸内进行。氮气弹簧在工作时,绝不允许从外部加入润滑剂,否则会像唧筒一样将外部的润滑油吸入缸内,导致压力增高,破坏缸内的增压比,可能使缸筒出现意外的变形。由于缸内容积在设计时已被确定,缸内添加过量的润滑剂也会影响氮气弹簧的增压比和氮气弹簧的特性。总之,润滑方式与效果的好坏,将直接影响到氮气弹簧的使用寿命,以高压气体作为工作介质的氮气弹簧的润滑问题可以通过以下方法来解决:(1)可在动密封中的密封环上涂覆固体润滑的材料。固体润滑就是在动接触的两个表面之间用固体粉末或覆层隔开,减小摩擦,防止咬死。固体润滑材料在氮气弹簧的润滑中主要有以下作用:①摩擦表面之间··摩擦小,且平稳可控;②在氮气弹簧工作的温度范围内化学成分稳定,对承载材料无腐蚀;③牢固地粘附在摩擦表面上,不会很快脱落;④有一定的耐磨性,能保持长寿命鸦⑤无毒,经济,工艺简单。用作氮气弹簧固体润滑的材料包括层状物(二硫化钼,二硒化钨,石墨,二硫化钨等)、聚合物(聚四氟乙烯,聚三氟乙烯,聚氟乙烯,尼龙等)、金属物(铅,金,银,铟等)、其他无机化合物(三氧化钼,氧化铅,氮化硼,氧化硼)等。当前用的最多的还是石墨、二硫化钼和聚四氟乙烯。其中二硫化钼在氮气弹簧的应用中性能较好,在氮气弹簧的工作过程中能保持低的摩擦系数,并且摩擦系数随着滑动速度和载荷的增大而减小。(2)将动密封环采用耐磨的自润滑材料制造。在动密封环材料中可以加入自润滑材料,其中聚四氟乙烯在氮气弹簧的应用中表现出良好的性能,在氮气弹簧工作的过程中,由于聚四氟乙烯具有各向异性,在滑动摩擦条件下,能发生良好的导向作用,它的摩擦系数低于通常用的固体润滑材料,可保持在0.04左右,在高负荷条件下,可以达到0.016,聚四氟乙烯低摩擦是由于分子键间或是转移膜间的低粘结作用,而体内键能之间联结坚固,形成相当高的体积剪切强度,不论是金属还是与氧化金属表面接触摩擦都能很好地在表面形成很强的化学键,能形成非常牢固的单分子厚度的聚四氟乙烯转移膜,摩擦系数低。目前,某公司已研制出一种替代四氟乙烯的超高硬度自润滑聚氨酯——X-ECO PU R,将X-E CO PU R应用在氮气弹簧上效果较好。与四氟乙烯相比,X-ECO PU R具有相似的硬度,但它具有更低的变形率,因此,使氮气弹簧的安装更简单方便;它的抗磨性能很高,摩擦力大致保持在550N,远远小于四氟乙烯类材料;X-ECO PU R的密封性能更为优越,通常情况下,为了满足密封的低泄露要求,常采用昂贵的多密封来实现,而X-EC O PU R使用单一的密封就可以达到更低的泄露量的要求;并且,X-ECO PU R的抗挤出性能更为优越,它可以使氮气弹簧具有更长的使用寿命,承受较大的压力和挤出间隙,因此,X-E CO PU R在氮气弹簧上的应用将势在必行。(3)将导向环材料中加入自润滑材料。由于氮气弹簧的柱塞(见图1中的件1)很长,故在氮气弹簧中必须加导向环(见图1中的件7)。为了提高氮气弹簧的润滑性,可以在导向环材料中加自润滑材料,以减小摩擦,降低磨损,延长氮气弹簧的使用寿命。(4)对图1所示的独立式氮气弹簧,在装配时就可以加入一定数量的专用润滑剂,并将它密封在缸体内,氮气弹簧内腔设计的结构要求工作时开始自身循环润滑。这种润滑结构形式,通常是在缸体上开有存储润滑油的腔室,使氮气弹簧在工作中形成运动润滑状态。在模具开启时,特殊的润滑剂被存储在腔室的最低区,当模具在压力机驱动下工作时,润滑剂又流回到最低腔室,这样反复循环,形成运动润滑系统。这种润滑系统的润滑效果比较理想,是目前世界上采用最多的润滑形式。在氮气弹簧的设计制造中,运动部件的润滑问题是可以采用相应的措施解决的,运动副之间的摩擦可以大大地降低,磨损量可以得到有效的控制,从而确保氮气弹簧的使用寿命,使氮气弹簧能够得到更加广泛的应用氮气弹簧及其运动部件的润滑
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