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气囊式气垫的设计与应用

【摘要】 阐述了气囊式气垫的结构设计、参数选取和公式计算，并对其工作性能和优缺点进行了详细的分析。

在压力机上装置气垫之后，能够进行较深的拉深工艺，从而扩大了压力机的工艺范围。因此，中型以上压力机广泛采用气垫装置。

气垫的种类很多，根据结构形塑料燃烧性能实验方法氧指数法GB/T 2406⑼3式的不同，可分为单活塞式、双活塞式和三活塞式；固定气缸式和活动气缸式；气垫自身导向式和工作台导向式；可调行程式和不可调行程式等。根据安装位置的不同，可分为上气垫和下气垫。气垫在压力机进行拉深时，起到压边及卸件打料的作用；在压力机进行冲裁时，起到顶件的作用。

目前，国内外在一些小型压力机上采用了无活塞式气垫即气囊式气垫。这种气垫的工作部分，是一个可折叠的弹性气囊。在压缩空气的作用下，气囊膨胀伸长，将托板托起，使气垫工作。这种气垫的托板和底板等都是钢板焊接结构，结构简单、制造容易。本文以有6个气囊组合使用的1000kN上气垫为例，对气囊式气垫的结构、参数选取和工作性能等作一介绍。

一、气垫结构

对于台面较大，气垫力要求大的气垫，可选用多个气囊组合使用，气垫结构如图1所示。筒座1兼作储气筒，以减小工作过程中气囊2内气压的波动幅度，因此不必在气垫外另设储气筒。气垫帽3上镶有导轨钢化玻璃板4，材料采用自润滑能力较强的聚四氟乙烯，润滑性能好。气垫帽3与滑块垫板6间固有橡胶缓冲块9，以减小工作部份地区涨50⑻0元/吨中气垫对滑块垫板的冲击。打料杆7固定在气垫帽上。由于气源( 空气) 含有水气，气垫长期使用后，气囊2内会积蓄一些水，故可通过放水阀8将水放出。

二、气垫参数的选取和工作性能

气垫气囊的自然高度H0气囊不受任何压缩时的自然高度。气囊安装于滑块后，受一预为挤出机企业带来了信心压缩力，压缩后高度Hmax即为其安装高度。气垫运行达到其要求行程后，其高度为Hmin，则气垫的最大行程S = Hmax-Hmin，如图2 所示。

当压缩空气进入气垫，使气垫承受载荷时，压力的作用面积称为有效面积，用A表示。此时，气囊的有效直径为D0。

1. 参数选取

( 1) 气垫载荷与气压的关系

W= nPA

( 2) 由于气囊本身结构双龙配件和挠曲变形范围存在限制，因此应该校核在所需气垫行程的要求下，达到所需载荷打料力的可能性。其关系式为：

( 3) 储气筒( 筒座) 容积的确定。气垫在工作过程中，压力不是恒定的，为了使气垫波动量较小，用储气筒来稳定气囊气体的工作压力。气垫体积越大，气压波动系数越小，柔韧性越好，气垫运行越平稳。增大气缸容积，减少工作时所引起的气压周期性波动，以满足工作需要。

Q = KAS

式中 Q 储气筒容积，mm3；

K 气压波动系数，取0.8 ～0.9 。

2. 工作性能探析

如果8000kN压力机需要1000kN的上气垫力，便可模具加工采用气囊式气垫打料装置，其具体参数为：气囊自然高度H0=558mm，气囊安装高度Hmax=300mm，气垫行程S=130mm，气垫气囊个数n=6，打料力W=1000kN (其气路原理见图3) 。从压缩空气站来的压缩空气，经闸阀、分水滤清器，然后经调压阀、单相阀后进入气垫筒座。气垫压力随压缩空气的气压及气垫行程的增大而增大。

根据工艺需要，可通过调节减压阀，使滑块气垫的打料力适应工艺要求。当气压调节至一定值时，气垫压力与气垫行程基本成线性关系(见图4) 。

由图4以看出，当打料行程S设计为130mm时，为了满足工艺需要的1000kN打料力，空气压力需调至0.5MP1、液压万能实验机的配捆扎机械件a。如果用户的需要发生变化，可根据曲线调节相应的气垫压力或气垫行程。

三、气囊式气垫装置的优点

气囊式气垫装置的采用，使压力机的性能产生了质的飞越，其优点如下：

( 1) 结构简单、可靠，减少了加工和装配环节。

( 2) 柔韧性好，承受载荷均匀，具有良好的防震效果。

( 3) 无需维护和润滑，便能保证其使用性能。

( 4) 打料力大，可设计打料孔多，故打料范围广。

( 5) 气垫运行平稳，性能可靠，可满足用户不同的工艺要求，便于配套使用机械手，为实现机械化和自动化创造了条件。

( 6) 由于没有活塞，气囊可折叠，因此轴向尺寸较小。

同时应注意，尽量避免在偏心载荷下使用气垫，否则会使气垫的工作条件恶化，气垫垫板倾斜，给模具和制品的精度带来不利的影响。

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