第1章　基礎結構和動作控制機構

1.1 模具彈性配件的選用

模具彈性配件一般指具有彈性功能的零配件，如：彈簧、彈簧膠、氮氣彈簧等。這類零件功能相似，都是運用其在外力作用下可以自由伸縮的這一特性。但是由于各自性能不同，所以用法不一。

1.1.1 彈簧

模具中使用的彈簧主要指螺旋彈簧，如圖1所示。根據橫截面形狀不同，螺旋彈簧可分為扁線螺旋彈簧［見圖1-1（a）］和圓線螺旋彈簧［見圖1-1（b）］。

由于圓線螺旋彈簧只能提供較小的彈力，所以，扁線螺旋彈簧在模具中的應用更多一些。

根據壓縮量的不同，扁線螺旋彈簧又分為超壓縮量、高壓縮量、中壓縮量、輕小載荷、輕載荷、中載荷、重載荷、超重載荷等類型。壓縮量越大，所能提供的彈力越小。

超壓縮量、高壓縮量、中壓縮量這三種類型彈簧，由于所提供的彈力太小，所以在模具中一般不用。模具中常用的是輕小載荷、輕載荷、中載荷三種類型。

為方便識別，在實物中，各不同壓縮量的彈簧，外觀顏色不同，模具常用的螺旋彈簧如表1-1所示。

彈簧所提供的力是柔性力，隨著彈簧壓縮量的增加逐漸加大，初始力跟壓并狀態的力相差很大。

使用范圍 頂針板復位、輔助模具開模、滑塊限位等。

選用標注 模具在完全閉合的狀態下，因使用的位置不同，彈簧有兩種不同的狀態。

① 預壓狀態。指彈簧預壓縮的狀態，常見于頂針板的復位彈簧。

② 壓縮狀態。指彈簧壓縮到所需行程的狀態，常見于輔助滑塊限位的彈簧。

模具設計在選用彈簧時，唯一的判斷標準是，彈簧的彈力是否能保證模具順利生產。模具中用得最多、最需要注意的是頂針板復位彈簧和滑塊限位彈簧，當彈簧作為輔助開模時，沒有太多的限制。

為保證頂針板能順利復位，復位彈簧在預壓狀態下的彈力應大于頂針板自重的2.5倍。

滑塊使用彈簧限位時，天側滑塊應取滑塊自重的2~2.5倍數值，其他方向滑塊，彈簧預壓狀態的彈力不小于滑塊自重即可。

參數計算 無論上述哪種狀態，其計算方式都一樣，均使用以下公式計算。

彈簧總長＝（行程+預壓量）/壓縮比

彈簧載荷＝彈簧的剛度×壓縮量

式中 彈簧總長—自由狀態下彈簧的長度；

行程—需要運動的距離，根據模具中實際需要而定；

預壓量—預壓縮長度，一般取值為總長的10%；

壓縮比—是一個系數，取值不同，彈簧的使用壽命不同，該值可在各配件供應商的資料上查詢；

彈簧載荷 —可以理解為彈簧的彈力；

彈簧的剛度—彈簧的彈力增量跟其變形增量的比值。可以理解為每增加1000N的力跟彈簧的壓縮長度之比。該值可在配件供應商的資料上查得。

壓縮量—彈簧壓縮的長度。

實用實例 頂針板復 位彈簧計算（以龍記CI3030標準模架為例）

假設 頂針板所需頂出行程為30mm，頂針板重18.5kg，回針直徑20mm，彈簧使用壽命不低于50萬次。那么，該選用多大直徑、多長的彈簧呢？

解 根據上述公式可得

彈簧總長＝（30+15）÷0.36=125（mm）

4個彈簧預壓狀態下的載荷＝42.2×15×4＝2532（N）2532N≈258.19kgf

頂針板重量的2.5倍=18.5×2.5=46.25（kgf） 258.19（kgf）

注：kgf是千克力，意思是1kg重的物體在地球上所受的地心引力大約是9.8N。 1kgf=9.8N，1N≈0.1020kgf。為了方便計算，常常取0.1。

根據計算結果，我們使用直徑40mm、長度125mm的藍色彈簧比較合適。

這個是怎么計算的？式中的值是怎么來的？接下來詳細講解一下。

頂針板彈簧，從經濟效益和空間占用來講，應首選彈簧直接安裝在回針上。因此，彈簧內徑略大于回針即可，由標準件資料可以查得，直徑40mm的彈簧內徑是20mm，由于彈簧內徑是正公差，所以，選用直徑40mm的彈簧能順利安裝上去。

彈簧使用壽命不低于50萬次，那么，它的壓縮比不能大于36%。這是配件供應商給出的大約值，不是極限值，所以，可以直接按36%來計算。

已知行程是30mm，壓縮比是36%。我們還需要一個預壓值，才能知道彈簧總長，前面說過，預壓量一般取彈簧總長的10%。而我們還不知道總長是多少，這好像陷入了一個死角。怎么辦？

這時，我們需要先假定一個預壓值，來演算出彈簧長度。

假設沒有預壓，直接用30÷0.36≈83（mm）。代表著彈簧長度肯定不會小于83mm。按照假定，預壓值應取83×0.1=8.3（mm）。

預壓只取整數，接近8.3的整數值是10，所以按10來計算，把這些值代入公式，可以得出以下結果：

彈簧總長=（30+10）÷0.36≈111.11（mm）

最接近總長111.11mm的彈簧是125mm規格（彈簧是標準件，長度標準在配件供應商的資料上可查）。所以，我們應使用長度為125mm的彈簧，再根據這個結果，反推出預壓。

彈簧預壓=125×0.36-30=15mm）

根據供應商資料可以查出40×125的藍色彈簧剛度是42.2，根據剛度，即可計算出載荷值。

1.1.2彈簧膠（又稱優力膠）

彈簧膠（圖1-2）是一種介于橡膠跟塑料之間的材料，既有橡膠的彈性，又有塑料的剛性。它可以提供較大的彈力，但壓縮行程較短。彈簧膠主要用于在模具中需要提供相對較大彈力、但行程不需要太長的情況下。

由于彈簧膠占用空間小，耐磨性好，提供的彈力較彈簧要大，故作為輔助開模時，彈簧膠比彈簧更好用。

使用范圍大力小行程輔助開模，改變開合模順序等。

設計規范（圖1-3）

D根據模具大小選擇，無強制性要求，適中即可。

A 取值5 ～ 10mm。

B 取值20 ～ 25mm。

C 取值4 ～ 6mm。

1.1.3 氮氣彈簧

氮氣彈簧（圖1-4）目前在模具領域應用得非常廣泛，它是將高壓氮氣充入缸體，靠柱塞活動來實現其功能的。

氮氣彈簧在性能上有著金屬彈簧或彈簧膠無法替代的優勢。它具有彈力足、行程大、穩定性好、制造精密等優點，常用于模具中對彈力和行程要求比較大的場合。

氮氣彈簧主要分為ISO國際標準型、結構緊湊型、超緊湊型、微小型幾類，根據模具結構和空間，直接在供應商提供的資料上選擇需要使用的型號即可。

設計規范

① 氮氣彈簧必須固定在模具上，其固定方式有多種，詳細可參考供應商提供的資料。

② 柱塞頂部的接觸面應完全貼合模板，不能讓它自由空回位，否則非常容易損壞。因此，氮氣彈簧工作到底時，必須要有預壓縮，預壓縮3 ～ 5mm即可。

③ 氮氣彈簧不能偏載，工作時的垂直度不能大于0.15°，應保證氮氣彈簧柱塞活動方向跟開模方向的平行度，也要注意模具本身傾斜或安裝面的斜度。

④ 氮氣彈簧正常工作溫度在0 ～ 80℃，超過會影響其使用壽命。

⑤ 行程越長，直徑越大，價格越貴，所以，一般都選擇跟所需行程最接近的型號。