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图３模具结构 １．模柄２．上模锁紧螺母３．限位块４．联接螺钉Ｍ８×５０ ５．下模座６底座 ７．螺钉Ｍ６×２０ ８．下顶件９．滚轮１Ｏ．上模ｌ １．螺钉Ｍ４×１６ １２．顶件锁紧螺母 １３．复位弹簧ｌ４．弹簧导向钉
图４上模的三维结构
◆一
图５下模的三维结构 下模座（见图７）相配合的矩形导向槽，省去了复 杂的导向机构，通过这对矩形导向槽既能保证下顶 件上下运动的方向精度，又简化了模具的结构。这 副模具在压力机向下压制成形的过程中，工件与上 Ｍ ｇ
模１０及下顶件８的接触均为圆柱 面接触，而不是平面与圆柱相切 的一根线接触，这样在冲压过程 中，铜管所受的压应力就能均匀 地分布在铜管的整个圆柱面上， 保证了成品的圆度与圆柱度。同 时在下顶件８的下方靠弹簧来弹 性支承，这样在折弯的过程中， 上下模间形成弹性接触，接触压 力可依据铜管的承受能力，通过 选用弹簧的刚性来保证。另一方 面，在折Ｒ２的弯曲部分时，下模 采用可以滚动的滚轮结构，而不 是刚性的凹模，滚轮与工件间的 运动是滚动而不是老式样拉深模 具中的滑动，工件材料的滚动取 代了滑动，很好地保证了成品的 壁厚均匀，避免了因拉深挤压引 起铜管塌陷、压扁或管壁变薄的 现象。
图６ ｌ、】页件 从图７可以看出，下模座５做成了左右两块，装 配时通过联接螺钉４将它们连成一起，这样做是为 了安装调试模具时，便于调整两组滚轮之间的距 离。两组滚轮之间的距离如果偏小的话，就会引起 铜管在成形过程中压扁变形，这时就要在左右两块 下模座接触面之间添加适当厚度的垫片；两组滚轮
图７下模座
参磊 …挚
６３ 氮气弹簧在冲压模具中的应用
陕西黄河工模具有限公司 （西安７５００４３） 许修路
随着我国汽车工业的快速发展，我国已经成为 世界上最大的汽车制造和汽车销售国。由于汽车产 业的快速扩张也带动了汽车模具的快速发展，不断 涌现的新车型迫使模具企业不断提升自己企业的设 计与制造等相关技术。只有不断地在模具设计中采 用高新技术，在制造中提高效率和质量，才能满足 汽车制造商的要求。以下结合我公司在实际设计中 的应用，浅谈一下氮气弹簧在冲压模具中的合理利 用。 １．概述 氮气弹簧顾名思义也是弹簧的一种。在汽车模 具设计过程中，需要大量的弹性元件。如常规弹 簧、聚氨酯、橡皮及机床本身的气垫等。这些弹性 元件在各个工业领域都被广泛应用，解决了各种弹 性储能及冲压件卸料的问题。在汽车模具工业中， 更是被大量使用。 这些年来，汽车模具工业技术和模具制造水平 有了很大的发展和提高。汽车改型的加快，对模具 的需求量也越来越大，模具朝着精密、复杂、高效 及长寿命的方向迅速发展。 原有的常规弹性元件存在一定的缺点，不能满 足这种形势的需要，不能理想地满足冲压工艺中的 要求。这种情况往往会影响到冲压件的质量，使模 具结构设计变得比较复杂，影响了模具在压力机上 更换的时间。同时，常规弹性元件占有模具空间太 大，有时为了解决冲裁力的问题，而增大模具外形
Ｓ ＵＲＩ ＮＩ由国趋１檩且 由国赶１目ｒ檩具
ＣＨＩＮＡ￥ＵＲ＇Ｉ ＮＩ ＭＯＵＬ。 －冲模技术・
新型弹性元件在冷冲模中的应用
南京三乐集团有限公司机械分厂（江苏南京２１０００９） 姜琳
【摘要】介绍氮气弹簧在冷冲模中的应用，另外还简单介绍了”高负载用聚氨酯”组件等弹性
元件。借此向大家推荐这些新的技术。
关键词：氮气弹簧；氮气弹簧管路系统；“高负载用聚氨酯”组件
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｅｗ Ｅｌａｓｔｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｎ Ｃｏｏｌ Ｐｕｎｃｈｉｎｇ Ｄｉｅ
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｓｐｒｉｎｇ ｏｎ ｃｏｏｌ ｐｕｎｃｈｉｎｇ ｄｉｅ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ
ｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｈｅａｖｙ－ｌｏａｄ ｕｓｅｄ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｉｓ ｂｒｉｅｆｌｙ
ｓｔａｔｅｄ．Ｈｅｒｅ，ｔｈｅｓｅ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｒｅ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｔｏ ｒｅａｄｅｒｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｓｐｒｉｎｇ；ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｓｐｒｉｎｇ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍ；＂ｈｅａｖｙ—＿ｌｏａｄ ｕｓｅｄ
ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ
１ 引言
目前，国内模具设计人员通常选用的弹性元件是 弹簧、橡胶和气垫，这些弹性元件应用广泛，并解决了
各种储能的需要，但随着科学技术的高速度发展，常规
加工完毕。
图９滑块线切割图
图１Ｏ滑块两侧成形研磨 行进入凹模（凹模不应留冲裁间隙，其它冲裁方面应
留Ｏ．０２５ｍｍ间隙），采用慢走丝线切割加工。
图１１落料凸模
４结束语
以上介绍了一种双向折弯滑块结构级进模，该模
具冲压稳定可靠，经调试，生产零件满足客户要求。该
滑块结构实用性很强，能广泛地应用到各种类型折弯
模具中。
模具常用各类弹簧压缩量的计算使用方法！
在一套冲压模具中，需要用到比较多的弹性材料，其中包括各种不同规格的模具专用氮气弹簧、优力胶、弹簧等，按照不同的需要选用不同的弹性材料。像大型精密五金冲压塑胶模具会较多选择氮气弹簧；折弯、冲孔一般可以用普通的扁线弹簧，比如棕色弹簧，也称为咖啡色弹簧；如果力量不够就加氮气弹簧，当然成本要高一点；优力胶一般用于拉深模具、整形模具、或整平面度用。
五金冲压塑胶模具中使用氮气弹簧可缩小模具空间，减少试模次数提高成功率，延长模具寿命，大幅度提高产品质量和成品率。因其具有更大初始力和可调节弹压力的灵活性，可更好适应大型精密模具的要求。在使用过程中不会出现螺旋折断、严重损坏模具的现象。因而能具有更好的平衡保护模具。这也是氮气弹簧虽然价格稍贵，但大型精密模具中仍普遍使用氮气弹簧作为弹性元件的重要原因之一。
优力胶的特点就是力量比较均衡，然而其寿命比较短，生产一段时间就可能裂掉了、弹力产生变化，因此拉伸模具中一般比较少用，通常使用氮气弹簧替代。其他的像顶料销、浮块、两用销等一般用线簧或黄色弹簧，只要可以脱料、不把产品顶出印子、顶变形就好了。整形模具、整平面度优力胶用的多
弹簧包括扁线弹簧、线簧等，弹簧的目的就是脱料、压料，弹簧力度的大小，关系着模具生产是否顺利、打出来的产品是否合格等。弹簧力量小了，有可能会造成产品变形、模具不脱料、产品不好从模具里面拿出来、带料，刀口、冲头容易磨损等各种问题。扁线弹簧一般按颜色划分为：棕色、绿色、红色、蓝色、黄色，力量也依次减弱，颜色不同，力量大小就不
同，压缩量也不同。
弹簧按照不同生产次数，比如100万次、50万次、30万次，压缩量选的越大，弹簧寿命越短，模具寿命也就越短（当然弹簧打坏了是可以换的），模具生产一段时间可能弹簧就没力了，质量差一点的弹簧还有可能断在模具里面。一般按照30万次来计算弹簧的压缩量，也就是说模具打30万次弹簧可能就没力了，当然一般的冲压模具寿命都没那么长，也可以按最大压缩量来计算，按最大压缩量来计算的话，只能保证弹簧不打爆在模具里面。模具压得死一点，对产品平面度也有好处。
1氮气弹簧在模具中的应用 一、国内外氮气弹簧发展概况 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内，外力通过柱杆将氮气压缩，当外力去除时，靠高压氮气膨胀，来获得一定的弹压力，这种部件称为氮气缸或称气体弹簧，或称氮气缸弹压装置，简称氮气弹簧(“Nitrogen Cylinder”、“GasSpring”)。 目前常规弹性元件是弹簧、橡皮和气垫，这些弹性元件在工业领域中得到了广泛的应用，解决了各种弹性储能的需要，发挥着其应有的作用。 —在模具工业中，一直大量使用着弹性元件。这些年来，模具技术和模具制造水平有了很大的发展和提高，工业产品对模具的需求量越来越大，模具朝着精密、复杂、高效、长寿命的方向迅速发展，而原有的常规弹性元件存在着一定的缺点，不能满足这种形势的需要，不能理想地解决冲压工艺的要求，往往影响冲压件质量，使模具结构设计变得比较复杂，影响模具在压力机上更换的时间；同时常规弹性元件占有的模具空间太大，增大了模具制造的成本。例如：弹簧、橡皮均存在着需要预紧，才能达到设计所需求的弹压力，而它们的弹压力又是随行程加大而明显地增大，这种弹压力不恒定的性能，可能导致零件不能成形，对拉延压边是很不理想的。对于复杂的拉延成形零件，这个矛盾就显得特别突出，有时只好采用增加工序的办法来解决这类问题。再如弹簧、橡皮的起始力都不大，这一点对要求起始力比较大的弯曲、翻边等工艺，也不理想。由此产生的结果是，冲压制件的质量不稳定，调整模具费时费力。对于密集型冲头的冲裁工艺，如采用弹簧或橡皮卸料，往往会遇到模具的卸料空间不够安放弹簧或橡皮，因而需要加大模具空间来解决这类问题。还可举出不少这类例子。当前冲压设计人员只能采用气垫来部分弥补这些不足。但是采用压力机气垫时，模具的设计、调整、使用都不很方便；由于气压的波动和 2管道节流损失，气垫所提供的力量也不是很准确；它所占有的空间比较大；需要配备专用的压缩空气站，况且并非所有的压力机均配有气垫。在使用气垫时，模具设计均要受气垫顶杆位置的限制，模具安装调试也不方便。为此，人们努力开发一种新型的弹性功能部件来替代常规的弹性元件，这种新型弹性元件具有更加完善的性能，能代替常规弹性元件，完成常规弹性元件难于完成的工作，具有常规弹性元件所不具备的性能，能代替常规弹性元件，完成常规弹性元件难于完成的工作，具有常规弹性元件所不具备的性能，氮气弹簧做为新型弹性功能部件也就应运而生。它能够补上述不足，简化模具设计、制造，方便模具调整；它可以作为独立部件，安装在模具中使用，也可以设计成一种氮气弹簧系统，作为模具的一部分参加工作，可以在系统中很方便实现弹压力恒定和延时动作，是一种具有柔性能的弹性部件。氮气弹簧不仅可以在模具行业中广泛地应用，也可以应用到其他工业领域，如汽车、电子、仪表等行业。由此看来，氮气弹簧的用途相当广泛，它的出现迎合了时代的要求，满足了工业发展的需要，显然，这项技术的发展如今正是方兴未艾。 二、氮气弹簧的设计原理、基本参数和特性 1、氮气弹簧设计原理 采用氮气作为工作介质的氮气弹簧，它的工作过程，可以近似认为是等温膨胀和压缩过程，因此必须遵循波义耳一马略特(Boyle-Mariotte)气体状态方程。 PV/T=C，P1×V1=P2×V2 应当说明，除了理论计算之外，氮气缸的结构设计、密封技术是氮气弹簧成败之关键技术。从目前国内外产品来看，氮气弹簧的结构一般可分为：活塞式各柱塞式二大类型，采用单腔或复腔的气室结构，气室设计上多为背压式结构。从整体而言，氮气弹簧可分为独立式和非独立式二大类型。可运动部分和不可运动部分的结构，充气、配气结构和形式等的设计均与制造工艺技术相关联，与新材料、新工艺、新技术的应用相关联，这些新技术的应用程度，都将直接影响氮 3气弹簧的技术性能指标，影响氮气弹簧品质的高低。从这个意义说，氮气弹簧又是一种综合各项新技术应用的产品。 气体密封形式和技术是一项复杂的工作，密封高压气体就更复杂，高压气体不仅要很好地长期密封，并要在这压力下循环工作，有时其增压比高达1.6-2.0，因此高压气体的长期密封，要比高压液体的密封困难得多，它是一项综合性的技术，这其中有密封的结构形式，静密封与动密封的路径、形式，运动付的制造精度、表面粗糙度、表面处理技术、密封材料的选择、密封可靠性与寿命等。 2、氮气弹簧基本性能参数 氮气弹簧的设计固然是希望拓宽应用面，能适用于各种不同的环境条件，不同的工艺要求，但就目前我们推荐的氮气弹簧，一般说来是在常温下使用，对于高温的环境，应当另作别论。其使用环境是：频率响应每分钟不高于40次；柱塞或活塞的运动速度应有30-40米/分；备用行程一般设计为3毫米；能在常温下正常使用。在这种条件下氮气弹簧的性能参数可以确定为以下几项内容： (1)充气额定压力巴 (2)额定初始弹压力牛顿 (3)有效工作行程毫米 (4)一次充气寿命米或次 (5)特性曲线与增压比 (6)工作环境温度摄氏度 (7)外观颜色 (8)结构形式和最大偏载角 3、氮气弹簧的特点 氮气弹簧的特点可归纳为以下几方面： (1)在较小的空间中，可以产生较大的初始弹压力，不需要预紧，传力模块一俟开始与氮气弹簧柱塞接触就具有弹压力。一个氮气弹簧可以代替多个弹簧，对于工作行程相同的模具，采用氮气弹簧的模具高度要比采用弹簧的模具高度小很多； 4 (2)弹压力在整个行程中，可以基本保持恒定； (3)根据不同的冷冲压工序要求，其弹压力的大小、受力点的位置可以随时调节，调节准确、方便，在模具设计和调试中，可以很方便实现弹压力的平衡； (4)简化模具压力、卸料等结构，简化模具设计，缩短模具制造周期； (5)提高冲压件质量，保证冲制件质量稳定，缩短在压力机上更换模具时间，提高劳动生产率，降低成本； (6)使用寿命长、安全、可靠，安装和维修简单、可靠、方便； (7)适用于作为不需要外加动力源的气垫装置。 三、在模具设计中选择应用氮气弹簧 1、氮气弹簧弹压力的选择 在进行冷冲模具设计中应用氮气弹簧技术时，第一个碰到的问题就是弹压力的选择，选择什么型式的氮气弹簧，选择多大力量的氮气弹簧来满足冲压工艺的要求，解决这样的问题，通常需要考虑三个方面的问题： (1)氮气弹簧弹压力大小。 (2)氮气弹簧的数量。 (3)氮气弹簧的增压比。 2、氮气弹簧行程选择 氮气弹簧的行程应满足冲压工艺的要求，不同的冲压工序，要求的行程大小都不一样。冲裁分离工序，要求弹压力大、行程小；拉延工序一般要求行程比较大，作为压边力功能的氮气弹簧，要求氮气弹簧的特性曲线比较平缓，在拉延过程中，压边力基本上变化不大，也就是弹压力基本保持恒定；对于顶出、卸件，那就要求有足够的力量和行程；在弯曲和翻边工艺中，通常都要求起始力大，以便能压住工件，防止工件在弯曲过程中产生侧滑或移动，一般说来行程也要求比较大。不论哪一种情况，氮气弹簧的总高度不要太高，以避免发生不稳定的现象，避免氮气弹簧在模具上安装时，结构过于复杂，增加工装费用，如果将氮气弹簧安装在上模内， 5无论是顶件板或是压边圈，都必须留有间隙，以确保氮气弹簧平稳地工作；有时为了安全起见，避免意外的情况发生，在设计选用氮气弹簧时还考虑加大3-5毫米安全行程，从而保证氮气长久正常地工作。 3、氮气弹簧结构形式的选择 在模具设计中使用氮气弹簧时，首先需要决定氮气弹簧的结构形式。有以下几种形式可以供选择：独立式氮气弹簧、氮气弹簧座板式、管路连接式等。这些基本的结构形式都有各自的特点和一定的应用范围，需要根据零件的冲压工艺要求、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方便等因素，综合考虑选择。 4、在冷冲压模具设计中选用氮气弹簧时应考虑的几个问题 氮气弹簧技术有其自身的特点和一定的使用范围，正确地去约束该项技术的应用范围，才能充分发挥其作用，从而得到理想的效果。 (1)氮气弹簧特性曲线的选择 对于各种不同的冲压工艺，都有不同的工艺要求，选择采用氮气弹簧技术时，要适应其工艺需要。例如在整个工作行程中要求弹压力基本保持恒定，这一点应当说仅仅对于拉延压边作用而言，对于其他的工艺，就未必都要求弹压力基本恒定了，弹压力的恒定与否，影响不是很大。但是从经济角度说，就有比较大的影响，因为各个工厂生产的氮气弹簧价格，是与其性能相关的，同样的弹压力，采用力量恒定的氮气弹簧要比力量不恒定的贵，同一规格的氮气弹簧行程越长越贵。目前氮气弹簧技术投入市场的历史不长，采用氮气弹簧一次投入的费用相对于其他弹性元件要高，如果不充分考虑其经济性，盲目选择高性能的氮气弹簧，必将影响模具成本的提高，且也无比必要。因此，要根据不同的工艺要求，选择不同的氮气弹簧特性曲线，从而获得最佳的性价和最好的经济效益。 (2)弹压力平衡 在模具设计中弹压力的传递应当保持平衡，选择应用氮气弹簧往往不止一个，那么，着力点的布置等都需要围绕 6解决一个平衡问题，从冲压工艺角度说，也是需要考虑冲压力平衡的问题，以利于提高模具的使用寿命，保证冲压零件的质量。从氮气弹簧的使用得知，氮气弹簧是同零件直接发生接触，都是通过设计的顶件板、顶件块、压边圈、斜楔块等模具零件将弹压力传递给模具工作零件，那么顶件板等模具工作零件的运动平衡与否，同力系的布置有关；另一方面顶件板也是起到传递力量给氮气弹簧的作用，因此为了避免产生氮气弹簧承受偏载，提高氮气弹簧的使用寿命，提高模具的使用寿命，应采用氮气弹簧压力系中心与冲压力中心相重合的设计方法。 (3)稳定性 氮气弹簧无论在安装时或是工作时，都需要相当的稳定性和可靠性，正因为它的弹压力相当大，一个氮气弹簧在不大的体积内，要释放出几百公斤甚至几吨的力量，而这个过程又是在反复不断地进行，因此，保持其工作的稳定性就相当的重要。安装紧固时，尤其是使用力量较大的氮气弹簧，必须是被确保牢固，特别是反置氮气弹簧或是安装在上模的，氮气弹簧需要随滑块的运动而不断地相对运动，只有牢固的连接才能保证氮气弹簧正常、稳定的工作。因此往往设计安装氮气弹簧时，或在缸体或在柱塞开设有一定深度的安装沉孔，以确保其正位，避免发生偏斜。 (4)避免冲击 应当说氮气弹簧的工作性质是属于柔性范畴，在模具工作过程中，开启与闭合都应当是比较平顺，不应当出现冲击现象，为了达到这个目的，对于采用独立式氮气弹簧，设计人员要充分考虑到这一点。因为如前所述，氮气弹簧的频率响应是很高的，零件一经接触氮气弹簧柱塞杆就可产生弹压力，根本不面要有预紧的过程，那么随着压力机滑块上、下运动，氮气弹簧开启(膨胀)和闭合(压缩)响应是很快的，如果设计不当，尤其是在小吨位压力机上使用氮气弹簧，就有可能会出现氮气弹簧推动滑动块回程的现象，破坏了曲柄压力机滑块运动曲线，导致出现震动冲击现象。因此，应当尽量避免出现这种现象。 四、氮气弹簧应用实例 7我国采用氮气弹簧技术已有十几年历史，通过学习和消化吸收，现在在我国汽车、电子、仪表、轻工等行业中，都在不同程度地将氮气弹簧技术应用到模具中，使模具设计、制造均上了一个新台阶，提高了模具制造水平，取得了较好的技术经济效益，推动了这项新技术的发展。 1.汽车工业 北京吉普车公司和上海大众汽车公司等从日本、台湾进口的不少车身覆盖件模具中，使用氮气弹簧技术的效果比较理想，至今仍在正常使用。 重庆嘉陵工业股份有限公司在消化吸收台湾引进模具的基础上，自行开发设计使用氮气弹簧新技术，在9套大型模具上采用了氮气弹簧技术，共使用各种不同规格的氮气弹簧约50个。目前，JD90车架5套模具和JH125车架2套模具已经投入生产使用，模具在生产中经受考验，使用状况良好。JD90车架累计已经生产了5.4万件，至今氮气弹簧仍在正常工作，模具还在继续使用中。河北鸿运汽车冲压件厂采用氮气弹簧技术，解决了汽车纵梁弯曲中出现的回弹问题，提高了5.73米汽车纵梁弯曲件的质量。实践证明，中国技术人员自行设计的模具氮气弹簧系统是可行的。 2.电子工业 微电机在电子工业中应用非常广泛，微电机外壳是尺寸精度要求比较高的冲压件，如安装轴承的底孔与外圆的同轴度要求不大于0.03毫米，对于冲压件来说，这是相当高的尺寸精度，并且生产的批量也比较大，为了提高生产率，往往是采用大台面压力机多工位级进模生产。设计、制造这类零件的级进模具，模具结构不仅需要紧凑，模具零件的制造精度要求也非常高，属于高、精的模具。由于模具制造精度高，要求的使用寿命高，因此，在这类模具中 ，如果采用常规的弹性元件来进行拉延压边、压料、卸料，便不能满足结构上的需要，也不能满足冲压质量稳定的要求。北京市机电研究院精密模具公司在参考国外同类模具基础上，自行开发设计采用氮气弹簧进行拉延压边、压料的连续拉延级进模，采用美国“海森”公司生产的氮气弹簧座板系统，共使用七个氮气弹簧，模具制造完成后，在
