氮气弹簧 vs. 传统弹簧：为何冲压模具正全面转向氮气技术？

氮气弹簧的优点众多，因此在金属成型加工中越来越受欢迎，因为制造商需要对模具压力进行控制。例如，在汽车冲压机领域，氮气弹簧长期以来一直是主流的模具
压力系统，因其具备长期可靠性、紧凑性以及精准的压力控制等优势。

接触压力  

氮气弹簧利用气体压力产生净力。该压力作用于杆或活塞，从而产生一个力。

与气体压力成正比。与钢制或聚氨酯弹簧不同，气弹簧的额定力是在接触时或杆件开始压缩的瞬间产生的。力的计算方法是将杆件或活塞的有效面积乘以充气压力，例如1.0平方英寸乘以2000 psi等于2000磅力。大多数气弹簧的充气压力为2175 psi或更低。

聚氨酯和钢制弹簧的工作原理基于弹性材料的变形。接触时的初始力实际上为零，随着材料承受更大的应力，力会随行程按比例增加。为了获得较大的初始力，必须对
聚氨酯或钢制弹簧进行预载。在运行过程中，预载弹簧会经历更长的行程，导致材料达到疲劳极限后，弹簧寿命随之缩短。

氮气弹簧采用氮气，因为氮气不具反应性，通常可按所需压力获得，且价格低廉——其他惰性气体的价格远高于氮气。空气则因含有较多氧气和水分而不可取。另一方面，
干燥的氮气不会与润滑油发生反应，也不会腐蚀气缸部件。

当压缩时，氮气弹簧的压力与气体体积的减少成正比。如果体积减半，充气压力则会翻倍。因此，增加一定的附加容积，以减少气缸活塞杆被压缩时产生的压力升高
量。随着压力的增加，作用力

压力增加应与弹簧的静压成正比。对于大多数应用，压力的增加不应超过弹簧静止压力的75%。这样可使弹簧内部温度降低，从而延长气弹簧的使用寿命。某些金属成型
工艺，例如深冲加工，可能需要沿其长度方向实现10%至20%的压力上升。然而，若试图将压力增加控制在10%以下，则不切实际，因为所需的气体体积非常大。

满足各种需求的多种类型 三种主要类型的气弹簧

用于冲压模具：自包含、联接和多工位。

自包含式氮气弹簧在封闭的气缸体内含有加压气体，其活塞或杆体上设有密封装置。这些预充气单元可通过单向阀充气或泄气至所需压力，这意味着在安装到模具之前，
其所产生的力已预先设定。液压或电子称重传感器可测量弹簧所产生的力，且不会因气体泄漏而损失。

通常，杆式密封气弹簧的结构高度比活塞式密封气弹簧更紧凑，其中杆式密封气弹簧中的活塞仅起固定作用，不进行密封。这类气弹簧的受力区域集中在活塞杆直径周围，
经过淬火和抛光处理的杆体同时作为气弹簧的密封面和导向面。总体而言，杆式密封单元的使用寿命比活塞式密封气弹簧更长。

活塞式气弹簧密封在气缸体的内径上，力作用于活塞直径区域。活塞式密封单元每单位气弹簧外径可提供更大的力矩，但由于必须垂直增加气体体积，因此通常会更高。

标准的自包含式氮气弹簧可连接至共用的压力控制面板，实现联动操作。联动配置使用户能够从模具外部对系统进行充气、泄压和监测压力。将弹簧相互连接具有显著
优势——可确保整个系统压力均匀且可验证。

可采用不同的管道连接方式，大多数在每个接头处使用O型圈面密封。部分制造商可提供预组装并经过测试的联轴系统，安装更加简便。特殊的软管和配件使得小型气缸
的连接比几年前更为简单。

歧管式氮气弹簧由壳体和杆件组成，通过螺纹安装在厚板或歧管上，并钻孔以容纳气体体积。控制面板连接在歧管板的一侧。由于歧管成为模具组件的一部分，因此在
模具设计时必须将歧管纳入其中。

压力与润滑 一般来说，氮气弹簧的维护是

一次简单的操作。在进行例行维护时拆卸模具，工具间人员应使用称重传感器来检测弹簧的压力。弹簧制造商可根据弹簧承受的击打次数提供压力检查的时间表。用户
还应确保从弹簧周围凹槽中充分排出模具润滑剂，这有助于延长模具寿命。如果气弹簧需要维修，大多数只需更换内部卡套或密封件即可在几分钟内完成修复。氮气弹簧
可维修的设计带来了成本优势。

众多应用程序

各种形状的气弹簧

力和直径——几乎在所有需要模具内施加力的情况下都能满足需求。应用包括提升工件、在拉拔模中固定毛坯以及冲裁时取出冲头。氮气弹簧也已应用于一些特殊场合，
例如零件弹出。

该图示展示了用于拉伸和弹出零件的氮气弹簧，其中上模包含相互连接的弹簧。

考虑从线圈弹簧更换为气弹簧吗？如果某个冲压机在高产量生产中运行，且其线圈弹簧需要频繁更换，那么气弹簧是一种替代方案，可减少因弹簧更换导致的停机时间。
若需更换，改造通常较为简单，往往只需进行少量修改，例如使用垫片，因为气弹簧的长度可能比所替换的线圈弹簧更短。在大多数情况下，实现所需总力所需的
氮气弹簧数量会更少。而且在几乎所有情况下，气弹簧的直径都与线圈弹簧安装孔的尺寸相匹配。

这个空白冲压模具的剖面图显示了下模中一个连接的氮气弹簧系统。

氮气弹簧的优势

氮气弹簧为冲压机操作者提供了诸多优势，使其能够

充分发挥模具的潜力。它们：

• 提供接触力，无需预紧；

• 采用紧凑型轮廓，减少模具闭合需求

提供高、可重复的力，并具有较长的使用寿命；

• 结构紧凑，可产生高力，从而用更少的弹簧即可实现所需力；

• 可以简单且经济地修复；

• 可在联结系统中运行，通过位于模具外部的控制面板实现压力控制。