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模具弹簧的特点和设计原则


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103-105; 
  Ⅲ类:承受交变载荷次数小于103; 
  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。
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