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现有的自动锻压机进给凸轮的回程机构选用弹簧的弹性回程时，工作中会产生很大的噪声和容易损坏，有时无法完全跟上工作速度，用户的响应也不太容易使用。根据经验，通过精确的计算，精化和改进后的设计改为特殊的汽缸回程，俗称“气体弹簧”。在产品的应用中，性能优越，完全取代弹簧。
关键词：锻压机；返回机构；改进
（1）工作原理 原机构为自动锻压机的送料传动机构（见图1），由曲柄滑块机构带动送料箱实现线材料的进给运动。主传动曲轴通过胀套带动凸轮3逆时针旋转，通过滚子4，推动摆叉7绕着支点转动，摆叉7通过连杆2的传递，实现摆叉1的往复运动，从而实现线料能够按照生产要求送进。
图1 机构运动
1. 摆叉 2. 连杆 3. 凸轮 4. 滚子5. 调整器 6. 弹簧 7. 摆叉
（2）现状分析 在上述结构中，弹簧6起到弹性返回的作用，在工作过程中使滚子4能紧贴凸轮3，但在现实中弹簧属于易损件，需要定期更换。工作行程较大时，需要弹簧长度会很长，此时不但容易变弯，也直接影响自动锻压机外形尺寸，所以考虑用轴向尺寸短、噪声小、动作反应灵敏、使用可靠和寿命长久耐用的气缸来代替弹簧。
（1）原结构弹簧参数分析以3000kN多工位筒形件冷成形机为例，参数为：切断最大直径为24mm，送料长度40～200mm，弹簧长度564mm，生产率70件/min。
根据已知条件首先计算弹簧的弹簧刚度
式中 kf——弹簧刚度（N/mm）；
G——弹簧材料的切变模量（MPa），弹簧材料选用60Si2MnA，弹簧尺寸如图2所示，查设计手册，其切变模量G=80000MPa；
d ——钢丝直径，16mm；
C——旋绕比，C=D/d= 90mm/16mm=5.625（此处D为弹簧平均直径，取D=90mm）；
n ——工作圈数，n=18。
将各个参数带入公式得到弹簧的弹簧刚度
图2 弹簧尺寸
L1——工作行程。
式中 F——弹簧力（N）；
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经过四杆机构的校验，测得弹簧工作行程为L1=120mm，带入公式中，得到弹簧提供的弹簧力
（2）新型结构设计 根据现场反馈信息，改进设计采用气缸(空气弹簧)代替弹簧。气缸是将压缩空气压力转化为机械能的传动装置，在自动锻压机中得到了广泛的应用。成品的双作用缸最初是设计和选择的(见图3)，但考虑到选择了标准气缸，需要添加方向阀，连接时需要基本部件设计，整体结构更加复杂，并综合考虑了自行设计的气缸(见图4)。
图3 标准气缸
图4 新设计气缸
采用新型气缸后，此气缸只有一个进气口，按设计要求只有推力，没有拉力，符合气弹簧的要求。采用推力公式
式中 F1——气缸推力（N）；
D ——气缸缸径（mm）；
p ——空气工作压力（MPa），按照现场气源提供的压力选取p=0.6MPa。
在实际中，由于漏气和摩擦等损失，引入负载率的概念，它是由负载性质和气缸的运动速度选定的
式中 β——负载率，查阅参考资料得到，一般场合β=65%；
FS——气缸所受的实际负载力（N）。
计算气缸工作速度υ=2×气缸单向行程L1×生产率=2×120mm×70r/min =280mm/s，查标准气缸速度为50~500mm/s，比较后满足要求。
在上述计算中得到弹簧在工作过程中产生的最大弹簧力F=5993N，如果换成气缸，则设FS≈F=5993N。将参数带入公式，计算气缸缸径
按照缸径系列尺寸圆整，取缸径D=140mm。
根据结构尺寸设计新气缸（见图5，产品现场见图6）。本气缸由三部分构成：缸盖4、缸筒3、活塞2。可以看出，该结构没有活塞杆，由两个一端的封闭套筒连接，形成一个封闭的腔，以确保有足够的空间在压缩，以防止过度的压力和加热。打开端盖上的接口以连接进气线。在缸体内壁采用硬铬镀层，提高了钢瓶的耐磨性和使用寿命。该密封总成结构先进，质量好，无需供油，工作正常，缸内初始压力低，使用寿命长。两端通过轴铰与摆架和支座连接，中间采用自润滑轴承。
图5 新气缸结构
1. 自润滑轴承 2. 活塞 3. 缸筒4. 缸盖 5. 连接轴
图6 产品现场
自动锻压机进给凸轮回程机构采用气缸复位，启动速度快，动作响应灵敏。该结构已成功应用于我厂自动上料机的改进设计中，使用效果良好，深受用户欢迎，达到了产品合理化设计的要求，为今后的结构设计提供了经验。
