做和模具强力弹簧的特点和设计原则

模具强力弹簧的特点和设计原则

本文介绍了模具强力弹簧的特点及设计原则，从理论上对异形钢丝模具弹簧与圆钢丝弹簧的应力、刚度、变形进行了分析。简述了模具强力弹簧的设计方法，指出了影响模具强力弹簧发展的主要问题。

近年来随着模具工业发展，模具弹簧尤其是异形截面钢丝模具弹簧的应用数量和品种日益增大。异形截面模具弹簧具有刚度大、寿命长、体积小等特点。但其设计理论发展比较迟缓。目前，除正方形截面强力弹簧的设计方法比较成熟外，其它截面强力弹簧的设计方法，基本是根据具体截面通过试验，找出修正系数得出具体截面的经验设计公式，现对该类弹簧特点和设计问题作一简介。

这个问题，是使用这种弹簧者很关心也必须搞清楚的问题。下面以正方形截面与圆截面螺旋弹簧作一比较。

在相同空间内，正方形截面钢丝弹簧承载能力比圆截面簧要高43—48%。显而易见，矩形簧要大于50%以上。

从使用应力过大是弹簧破坏的主要原因分析，在相同条件下，异形截面钢丝弹簧比圆截面钢丝弹另外一端逐步变细簧的寿命要提高13—14%。

异形截面钢丝弹簧能产生大的变形量。

异形钢丝弹簧的重量大。

线性度比圆截面弹簧好，即刚度更趋于常根据JJF1001《通用计量术语及定义》数值。特别是长边平行于轴线绕制的弹簧。

应用范围受到一定的限制：从分析可见，异形截面材料弹簧如不能充分应用其优点，便不会产生经济效益，什么情况下使用好呢？

（1） 用圆截面材料达不到设计载荷。

（2） 取代圆截面复合弹簧。

（3） 用圆材料弹簧达不到所需要变形量的时候。

（4） 弹簧安装空间小的地方。

（5） 要求弹簧特性严格的地方。

二、模具弹簧设计原则

1．弹簧材料许用应力[τ]的选择，应以保证弹簧疲劳寿命为主进行考虑。弹簧的动态寿命，一般分为三类：

Ⅰ类：承受交变载荷次数为106；

Ⅱ类：承受交变载荷次数为10 —105；

Ⅲ类：承受交变载荷次数小于10 ；

2．材料宽厚比（a/b）不宜过大，而弹簧的旋绕不宜过小。

3．设计非矩形的异形截面弹簧时，一定要推导和绘制在不同旋转比、不同宽厚比与变形修正系数（τ）和切应力修正系数（β）的曲线或计算公式。

4．要根据给定条件和限制条件，选择计算简便和参数选择合理的设计方法。

三 尚存问题

1．模具设计标准化程度低，限制了标准化模具弹簧的发展速度。

2．模具弹簧标准化程度低，目前除我所为汽车工业制定的QC7111—7113标准外在国内尚无正式使用的国标或行业标准，模具设计人员无标准可选是急待解决的问题。

3．设计理论不完善，目前比较成熟的是矩形截面螺旋弹簧，但对其公差选用尚无定论。其异形截面螺旋弹簧均以是效力子体系的重要作业矩形截面为基础，经试验加以修正。

4．没有异形截面材料生产的定点厂，特别是没有此类材料的油淬火回火钢丝供应厂家。而由弹簧制造厂自己改制的材料，质量不稳定，造价高，影响此类弹簧的推广应用。

5．没有生产此类弹簧的专用卷簧设备。模具用螺旋弹簧旋绕比一般都小于4，而国内卷簧机适用绕制旋绕比在4以上的弹簧。