油气混合氮气缸在汽车模具中的应用

文/吴先涌，石宽·一汽大众汽车有限公司（佛山）

氮气缸（氮气弹簧）在汽车模具上有着广泛的运用，随着汽车模具行业的发展，氮气缸产品技术又有新的创新与发展，比如Fibro品牌新开发的油气混合氮气缸（油气驱动机构），既简化了模具结构设计，又缩短了模具的设计和制造周期，同时使后期的模具维护保养更加方便。

对于线性运动来说，在所有传统斜楔因为工作角度限制而无法使用的地方，油气混合氮气缸都是理想的机构。目前这种氮气缸在驱动成形、修边、冲孔等冲压工艺上得到广泛应用。本文将重点介绍这种新型油气混合氮气缸的工作原理和在汽车模具中的运用实例，以及其维护保养方法。

油气混合氮气缸的工作原理

油气混合氮气缸由动力装置和输出装置两大部分组成。动力装置由动力缸控制，通过外部作用力产生油压，从而形成动能。而输出装置可被安装在有限利用空间的任何位置，负责传输动力。动力装置和输出装置之间由一根液压管连接，动力装置的油通过油管流入或流出输出装置，从而实现动能之间的来回转换。

图1 动力装置结构示意图

如图1所示，动力装置主要由三部分组成，包括动力缸、蓄气缸和安装台。动力缸的顶端有一个充油接头，充油装置可通过接头进行加油。蓄气缸的顶端装载了氮气，非工作状态时，活塞的底端静止在蓄气缸底面上，此时蓄气缸内的氮气没有受到压缩。输出装置的主要结构为输出缸，其通过液压管与动力装置的安装台连接，从而实现动力装置与输出装置之间的动力转换。一套动力装置可以连接多个输出装置，从而实现多个动力输出。

油气混合氮气缸的工作过程如图2所示：

⑴动力缸的动能由压机的作用力形成，见图2(a)。

⑵油气混合氮气缸压力建立后，当压力超过动力缸的承载力时，油通过液压管流向输出缸推动其工作，见图2(b)。

图2 油气混合氮气缸工作原理图

⑶当动力缸到达它的工作位置时，油气混合氮气缸内的油压将等于蓄气缸的气压，见图2(c)。

⑷过行程是必要的，因为这样可以确保每一次工作过程保持在一个恒定的压力。当动力缸上方的压力得到释放时，输出缸被氮气重新压回原来的位置，见图2(d)。

油气混合氮气缸的维护保养

油气混合氮气缸在使用过程中会发生漏油的情况，这时候需要使用专门的充油小车对其进行加油，以下是充油设备和充油步骤的介绍，图3为充油设备结构示意图。

图3 充油设备结构示意图

充油车型号：2018.00.30（Fibro品牌）。

充油阀：2018.00.29（Fibro品牌）。

辅具工具：卡扳手(3mm)、卡扳手(5mm)、内六角扳手(6mm)、钳口扳手(11mm)。所需油量为18L。

⑴充油之前先检查擦拭各气缸，便于发现漏油点。蓄气缸F气压必须为25bar，输出缸G气压必须为20bar。

⑵连接充油机器各管路，先把充油阀D安装到动力缸上，注意要把顶针旋转到位，使内外接通。然后把透明管H连接到出油阀E上，之后再把A处接头接上压缩空气(5～7bar)。

⑶检查输出缸G的活塞是否自由通畅。

⑷先旋开出油阀E，然后关闭阀C。再打开阀A使机器工作，直至透明管H没有气泡流过之后，再把出油阀E关闭。

⑸观察油压表B的压力，待加至50bar时,再打开出油阀E。以此循环数次，直到透明管H看不到有气泡流过为止，再关闭出油阀E。

⑹观察油压表B的压力，待上升至50bar时，打开阀门C，这时能够看到透明管K有气泡流过。打开关闭阀门C数次，直到透明管K内无气泡流过为止。然后，关闭阀门A，待油压表B压力为0时，再旋转关闭充油阀D。最后关闭阀门C。

⑺检查有无泄漏，当油压上升至500bar时，检查系统的接口等处有无泄漏现象。当油压降至0bar时，打开出油阀E，确保油压为0。

⑻拆卸管线，检查各阀门外的安全螺钉是否紧固。

备注：

1)充油后，需给蓄气缸充氮气，压力为150bar，工作气缸为40bar。(不同的型号需要的压力不同，同时也跟模具斜楔需要的压力相关。)

2)在步骤5和6反复检查是否有气泡的操作过程中，工作气缸G的活塞一定要确保伸缩到位。

在某三厢车型侧围外板模具上的应用实例

在国内某三厢车型侧围外板的冲压模具中，为了避免上一道工序件进行大角度的翻转，我们在最后一道工序中使用了油气混合氮气缸，从而实现A柱上横梁孔位的负角度冲孔工艺。

本案例中使用了1套动力装置+1套输出装置的油气混合动力组合，由1个动力缸驱动1个输出缸，同时，通过模块化的连接，实现1次行程多个冲孔的工艺。以下为该案例的详细介绍。

如图4所示，红色框标识内的①为油气混合氮气缸的动力装置，黄色框标识内的②为输出装置，绿色的管路③为连接两个装置的油管，橙色框的④为与②连接的冲孔模块，模块上安装了5个冲头。

图4 油气混合氮气缸实际应用实例图示

当上模下行时，上模顶块压到下模①中的动力缸时，动力缸将动力经过蓄气缸的气压保压，动力缸中的油在压力的作用下经油管③流到②中的输出缸内，从而使输出缸的活塞上行，推动与其连接的冲孔模块④工作，实现上横梁5个孔位的负角度冲孔动作。