模具强力弹簧的特点和设计原则

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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。
. T  o% e$ b: S" v8 Y    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。
2 {6 k- }" _: {$ `- H    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%。
+ T3 V. f' H5 y$ b6 U    异形截面钢丝弹簧能产生大的变形量。
( m7 L# W: J+ `  K6 ?4 c  Y2 u4 y! z) W    异形钢丝弹簧的重量大。
/ m! u. Q! Q2 ?( B4 r    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？
9 O6 N# C) l' `, D4 n3 b: x   （1） 用圆截面材料达不到设计载荷。
; S! O* F9 }! P; C, q; x   （2）取代圆截面复合弹簧。
7 y" s  I) T1 J; i; N* \1 z   （3）用圆材料弹簧达不到所需要变形量的时候。
; a/ V- [5 S+ {% M   （4）弹簧安装空间小的地方。
9 Z' M. r+ a- e4 i$ Y- }  U9 b   （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；
+ h9 I- M5 o7 y8 k- {) W    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。
; V# e4 Z& y7 j" W1 M    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。
5 R6 |0 c3 k9 G8 L: d    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。
1 p; w' L2 k( u; w3 o    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。
: {# E; I4 ]3 m; {. ?    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。