Газовые пружины с азотом в штамповых матрицах: руководство инженера по усилию и точности

Краткое содержание

Газовые пружины с азотом в штампах представляют собой гидравлические компоненты высокого давления, которые используют инертный азот для создания значительного усилия в компактном цилиндре, значительно превосходя возможности традиционных механических пружин. Благодаря постоянному давлению на протяжении всего хода они существенно повышают качество деталей и уменьшают габариты штампа.

Для автомобильных и промышленных производителей основное преимущество заключается в их плотность силы и долговечности. В отличие от пружин, которые со временем изнашиваются и теряют предварительное натяжение, азотные пружины обеспечивают немедленное контактное усилие и могут быть настроены под точные требования по нагрузке, что делает их стандартом для современной высокопроизводительной металлоштамповки.

Основы: Принцип действия и функция в штампах

В основе азотного газового пружина работает как герметичная система, содержащая сжатый азотный газ, шток поршня и специализированный цилиндр. Когда пресс закрывается, поршень сжимает газ, накапливая потенциальную энергию, которая высвобождается при открытии пресса. Этот механизм позволяет достичь значительно более высокой плотность силы по сравнению с механическими альтернативами, что означает, что небольшая газовая пружина может создавать ту же силу, что и значительно более крупная витая пружина.

Выбор азота не случаен; он представляет собой инертный газ , что критически важно для долговечности компонента. Как отмечает Special Springs , инертная природа азота предотвращает окисление и коррозию внутри цилиндра, обеспечивая стабильность внутренних уплотнений и смазочных масел даже при интенсивном нагреве, возникающем в ходе быстрых штамповочных циклов. Если бы использовался кислород или сжатый воздух, сочетание масла и тепла могло бы привести к возгоранию или быстрому разрушению уплотнений.

В типичной настройке штамповочного инструмента эти пружины устанавливаются между плитами штампа — часто в прижимной или съемной плите — чтобы надежно удерживать листовой металл на месте до контакта формовочного пуансона с материалом. Эта функция «прижима подушек» крайне важна. Она предотвращает образование wrinkles или разрывов металла в процессе вытяжки. Поскольку азотные пружины предлагают регулируемое давление , инженеры могут точно настраивать усилие прижима путем простой регулировки давления газа — гибкость, которую механические пружины не обеспечивают.

Критическое сравнение: азотные газовые пружины и механические витые пружины

Переход от механических витых пружин к азотным газовым пружинам зачастую обусловлен потребностью в более высокой точности и эффективности использования пространства. Хотя витые пружины дешевы и просты, они страдают от линейной кривой усилия — они обеспечивают очень небольшое усилие при первоначальном контакте (предварительная нагрузка) и достигают пикового усилия только при полной компрессии. Азотные пружины, напротив, обеспечивают почти пиковое усилие сразу же при контакте.

Ограничения по пространству зачастую являются определяющим фактором. В сложных автомобильных штампах «высота закрытия» (пространство, доступное при закрытом штампе) ограничена. Один цилиндр с азотом может заменить группу из 5–10 винтовых пружин, значительно уменьшая объём штампа. Это позволяет разместить больше позиций в прогрессивном штампе или просто использовать более компактный и лёгкий инструмент, который дешевле в обслуживании и хранении.

Кроме того, надёжность является важным отличительным фактором. Винтовые пружины могут ломаться непредсказуемо, выбрасывая металлические осколки внутрь инструмента и вызывая катастрофические повреждения. Пружины с азотом при правильном обслуживании изнашиваются постепенно. Современные конструкции от производителей, таких как Ready Technology оснащены системами с «герметичным цилиндром» и плавающими направляющими стержнями, устойчивыми к повреждениям от боковой нагрузки, что обеспечивает миллионы ходов до необходимости капитального ремонта.

Руководство по выбору: расчёт требуемых усилия и хода

Выбор правильного газового азотного пружинного механизма требует точных инженерных расчетов. Цель состоит в том, чтобы сбалансировать требуемое усилие удержания с доступным пространством и возможностями пресса. Обычный подход к определению необходимого количества пружин — разделить общее требуемое усилие на максимальное усилие, доступное для выбранного диаметра пружины.

Расчет длины хода

Согласно руководству по применению от Harslepress , никогда не следует выбирать пружину с длиной хода, точно равной ходу матрицы. Необходим запас безопасности, чтобы предотвратить удар поршня в нижнее положение, что вызывает немедленный выход из строя.

• ФОРМУЛА: Минимальная длина хода = Ход матрицы + 10% запаса безопасности.
• Пример: Если ход вашей матрицы составляет 50 мм, не используйте пружину 50 мм. Выберите пружину с ходом не менее 55 мм (часто округляя до стандартной модели 60 мм или 63 мм).

Распределение силы

Недостаточно просто соответствовать требованию к общей силе; усилие должно равномерно распределяться по всей поверхности нагружающей пластины, чтобы предотвратить опрокидывание или заклинивание. Инженеры обычно придерживаются стандартов ISO или VDI (например, VDI 3003), чтобы обеспечить совместимость. При модернизации может потребоваться выбор серии «компакт» или «сверхкомпакт», если ограничена высота матрицы, хотя такие модели зачастую имеют более короткие максимальные ходы по сравнению со стандартными моделями ISO.

Монтаж, техническое обслуживание и нормы безопасности

Безопасность имеет первостепенное значение при работе с цилиндрами высокого давления. Газовая пружина фактически представляет собой сосуд под давлением, и неправильное обращение с ней может быть опасным. Самое важное правило при установке — обеспечение достаточной глубины посадочного места для поддержки корпуса цилиндра. Как правило, глубина посадочного места должна составлять не менее 50% длины корпуса для обеспечения устойчивости и перпендикулярности.

Лучшие практики установки

1. Перпендикулярность: Пружина должна быть установлена под углом 90 градусов к контактной поверхности. Даже небольший угол может вызвать боковую нагрузку и привести к преждевременному износу уплотнений.
2. Свободное пространство: Обеспечьте зазор кармана в диапазоне 0,5 мм до 1,0 мм. Тесная посадка может привести к заклиниванию цилиндра при тепловом расширении в процессе эксплуатации.
3. Слив: Если штамп использует тяжелые смазки, убедитесь, что карманы имеют дренажные каналы. Гидростатическое давление от захваченных жидкостей может раздавить цилиндр.

Разборка представляет наибольшую опасность. Никогда не пытайтесь открыть газовую пружину, не выпустив полностью азотный газ. Большинство производителей оснащают изделия специальным клапаном или винтом для стравливания давления. Как советует Harslepress, используйте шестигранный ключ, чтобы медленно нажать на сердцевину клапана (направив его от себя), пока шипение полностью не прекратится, прежде чем снимать любые стопорные кольца.

Ведущие производители и взаимозаменяемость

Рынок обслуживается несколькими известными производителями, включая DADCO , Hyson , Kaller , и Special Springs . Многие из этих брендов соответствуют стандарту ISO 11901, который обеспечивает определённую взаимозаменяемость. Например, DADCO Пружину серии ISO зачастую можно заменить эквивалентной моделью от Kaller или Hyson без изменения гнезда матрицы, что упрощает обслуживание глобальных штамповочных программ.

Однако, несмотря на одинаковые внешние размеры, внутренние технологии, такие как системы уплотнения и направляющие штока, могут различаться. Картриджи DADCO UltraPak и системы Ready Technology Design-Tite являются фирменными разработками, предназначенными для увеличения срока службы в загрязнённых условиях штамповки. Закупочные команды должны соотносить первоначальную стоимость с «стоимостью на ход» — более дешёвая пружина, выходящая из строя каждые 500 000 циклов, обходится значительно дороже премиальной модели, рассчитанной на 2 миллиона циклов, если учитывать простои.

После завершения разработки оснастки и компонентов основное внимание переключается на производство. Для производителей, переходящих от прототипирования к массовому производству, важнейшее значение имеет сотрудничество с опытным поставщиком штамповочных решений, чтобы эффективно использовать эти технологии. Ускорьте производство автомобилей с помощью комплексных штамповочных решений компании Shaoyi Metal Technology , которые используют передовые стандарты оснастки для изготовления точных компонентов, таких как рычаги подвески и подрамники. Их опыт позволяет успешно преодолеть разрыв между выбором компонентов и серийным производством, сертифицированным по IATF 16949.

Заключение

Газовые пружины с азотом произвели революцию в отрасли штамповки металла, разделив усилие и объем. Они позволяют инженерам проектировать компактные высокопроизводительные штампы, обеспечивающие производство деталей более высокого качества с меньшим количеством отходов. Понимание основ плотности усилия, строгое соблюдение протоколов безопасности при установке и выбор надежных брендов, соответствующих стандарту ISO, позволяют производителям значительно сократить простои и продлить срок службы инструментов.

Первоначальные инвестиции в азотную технологию окупаются благодаря стабильному качеству деталей и снижению затрат на обслуживание. Будь то модернизация старого механического штампа или проектирование нового пошагового инструмента, газовая пружина с азотом является незаменимым активом в современном производстве.

Часто задаваемые вопросы

1. Можно ли напрямую заменить винтовые пружины на газовые пружины с азотом?

Да, но это требует расчета. Нельзя просто заменить их один на один только по размеру. Необходимо рассчитать общее усилие, создаваемое пружинами сжатия, и подобрать газовые пружины с азотом, соответствующие этому усилию. Зачастую для выполнения работы множества винтовых пружин требуется меньшее количество азотных пружин, что может потребовать модификации прижимной плиты матрицы для равномерного распределения усилия.

2. Как часто нужно подзаряжать азотные газовые пружины?

При правильном обслуживании в штампе азотные пружины могут работать миллионы циклов без необходимости подзарядки. Однако небольшая утечка давления (примерно 10% в год) является нормальной. Рекомендуется проверять давление во время планового технического обслуживания штампа, как правило, каждые 6–12 месяцев в зависимости от интенсивности использования.

3. В чем разница между автономными и связанными системами?

Автономная пружина работает независимо, имея собственный внутренний заряд газа. Связанная система соединяет несколько пружин шлангами с панелью управления и внешним баком. Связанные системы позволяют контролировать и регулировать давление во всех пружинах одновременно извне пресса, что идеально подходит для крупных автомобильных матриц, требующих частой корректировки давления.