模具弹簧的应用和前景展望

刘辉航 浦增玲 万文霞 丁守箴

 摘要 

本文主要通过研制、实践和有关资料，对模具弹簧的应用状况，发展趋势和前景展望作一介绍。

前言 

模具是工业生产的主要工艺装备。现代工业产品的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展水平。第二次世界大战以来，自动化程度的提高使国外模具迅速发展。近年来，国内模具工业发展较快。随着模具工业的发展，模具弹簧的应用数量和规格品种也在日益增多。从弹簧结构形式上看，国际模具弹簧发展大体经历四个阶段。

1、    四十年代中期—五十年代末期，模具弹簧主要结构形式为圆截面钢丝普通圆柱螺旋弹簧，这一阶段的模具工业，主要为战后迅速恢复的机动车辆、采掘、机床纺织等工业服务，性能上没有突破性的改进，因此采用普通弹簧便可满足模具的要求。从美、英、法、日、西德、苏、奥地利、加拿大、比利时等国1952—1962年公布的近3000篇关于弹簧的论文中，未见一篇专门论述模具弹簧的文章。

2、    五十年代末—六十年代末为橡胶弹簧和方形钢丝圆柱螺旋模具强力弹簧崛起应用阶段。在此期间，主要是汽车工业、化工设备、建筑机械、飞机和铁路机车更新换代，塑料工业的发展，要求提高模具的工作频率和承载能力，因而，原来的圆柱截面普通弹簧的承载—变形特性和抗交变载荷的疲劳寿命难以满足模具的要求，因而出现了橡胶和方形截面模具弹簧。

3、    六十年代末—七十年代中期，为异型截面钢丝（矩形、扁形和S、D、S形等）模具强力弹簧的应用发展阶段。这一期间由于电子设备（计算机、通讯和音响产品等）、光学设备（摄像机、复印机等）和精密仪器（测试和测量仪表等）产品的发展，要求模具向着小型、高速、多工位的方向发展，因而促进了强力模具弹簧的发展。

此期间，大规格（窝座孔径20以上）模具强力弹簧得到推广运用和普及，这一阶段国际上有三个突出的特点：（1）模具使用强力弹簧的覆盖面扩大。（2）编制了模具强力弹簧的企标、国标。（3）异形钢丝类型增多，如矩形、扁形和S、D、S形等。

4、     七十年代中期—至今，为小规格（窝座孔径为10—20）异形截面钢丝模具弹簧，模具用的碟形弹簧和氮气弹簧开发阶段。这主要是小型塑料模具和大型冲压模具发展所致。

在此基础上于1990年编制了国际标准（ISO/DIS1043）草案，这标志着模具弹簧以由基础件向标准件过渡，并将在世界范围推广。

以上四个阶段，主要是根据国际上工业先进国家模具弹簧的应用和发展实情来划分的。目前，国内模具弹簧主要用圆截面普通圆柱螺旋弹簧和部分橡胶弹簧（约占90%以上），异形截面钢丝模具强力弹簧的应用从八十年xx始起步，目前应用数量和范围正在缓慢增加，主要情况是：

（1）       用于替代进口模具（主要是日本、德国）和进口设备上的强力弹簧。

（2）       一些具有远见卓识的模具设计人员，在设计时，开始试用。

（3）       由于模具弹簧属于劳力密集型的产品，在国外价格较高。因此。国外也从我国购买小批量模具弹簧进行试销，而有的外商也将这些弹簧换成“中性”商标，返销国内。目前出口的主要是轻载荷、小规格（窝座孔径为10—25）的模具弹簧。综上所述，在国内异形截面钢丝模具弹簧仅仅处于应用起步阶段。

一、应用现状 

目前，圆截面或异形截面（方形、矩形、扁形和S、D、S形等）钢丝圆柱螺旋压缩弹簧、橡胶（氯丁橡胶和聚氨脂橡胶）弹簧、充氮气弹簧和碟形弹簧在不同类型的模具中均有应用。但从应用范围和数量方面分析：圆截面钢丝螺旋弹簧在下降，异形截面钢丝特别是扁形和S、D、S形钢丝圆柱螺旋弹簧在增加，橡胶弹簧特别是聚氨脂橡胶弹簧趋于稳中有增，而碟簧和充氮气弹簧仍在小批量试用阶段，看来是有一定的市场，但若从弹簧静、动态特性，使用维护性和经济性方面综合评价其应用前景，尚有待实践后在论。

二、前景展望 

（一）、模具弹簧的应用前景

从以上介绍可以看出，①圆截面钢丝模具弹簧的应用数量会继续下降。②异形截面弹簧直径大于Ф10范围内的将会有增无减，并且具有较强生命力。③橡胶弹簧，特别是聚氯脂橡胶弹簧因具有独特的优点，应用数量将有所增加。为此国际标准化组织于1990年公布了模具用橡胶弹簧的标准（ISO/DISI0069­—1）。④氮气弹簧和蝶形弹簧，在模具上的应用前景尚有待实践后再论。⑤异型截面模具弹簧的应用数量和范围将会进一步增多。

（二）、异形截面模具弹簧的技术发展前景 

1．   在理论设计上，将会突破静力强度设计，而安全寿命设计和损伤容限设计将会得到进一步的发展。 

2．   异形截面圆柱模具弹簧材料 

a.        截面形状 

正方形截面被淘汰，矩形截面在日本被S、D、S、形代替，扁形截面材料在英、美等地具有较广泛的市场 

b.        化学成份 

目前已突破常用的Cr—V钢（中国的50CrVA，美国的AISIG150，日本的SUP10，英国的DS735ASO，德国的50CrV4，苏联的Г CT50Xф A等），大力采用淬透性和耐冲击性能好Si—Cr钢（日本的SUP12，美国的9254，ISO中的TYPEID，其中Si的含量为1.2~1.7%；Cr的含量为0.5~0.8%，同时琴钢丝和具有同等性能材料的钢丝亦(特别是在常温环境下使用的模具)开始应用(详见JISB5012—86标准)。 

3．     国内外加工设备和材料状况对比：（1）加工设备：在国外为机械；国内为半机械。（2）材料：国外为热处理状态；国内为退火状态。 

（三） 、异形截面强力模具弹簧的市场预测 

1．   国内市场预测 

A．  目前，全国约有模具制造点六千多个（不包括乡镇和个体模具厂），就业人数约三十多万人，总产值约四十多亿元，年产各类模具有一百多万套（不包括简单模具），若按弹簧产值占模具总产值1%计算，每年约有四千多万元。从长远观点分析，市场潜力很大的。 

B．  从进口模具弹簧国产化方面分析，目前，一般模具基本上可满足国内需要，但多工位级进模，大型精密塑料模，复杂压铸模，汽车复盖件模等大型、精密、复杂、长寿命模具，大部分仍需进口。从数量上统计分析，日本占30%，德国占20%，美国、英国、瑞士等约占50%。据有关资料介绍，每年约有八百万美元的模具弹簧的费用支出（含弹簧备件费）。倘若有20%的弹簧国产化，就节约外汇160美元。 

2．   外销市场预测 

模具弹簧在国外属于劳动密集形产品，价格一般较高，比国内高出约2~3倍，所以近年来，亦有少量弹簧出口，但大部分是轻载荷，小规格，扁截面的。从长远观点分析，出口模具弹簧是有一定市场的。 

（四） 、国内开发异形截面强力模具弹簧的前景 

我国弹簧行业与其它零部件行业相比，工业技术是相当落后的，原有的基础十分差、用半机械式加工生产弹簧。这势必影响整个弹簧工业的高速发展，也影响着弹簧新产品——异形截面强力弹簧的发展。为了搞好模具弹簧的开发，研制和批量生产，应注意解决以下问题： 

1．  产品制造中，标准是确保产品质量的依据。现在弹簧制造厂各自制订技术标准和截面规格，有碍异形截面模具弹簧的发展，建议主管部门对此进行统筹规划和安排，尽早制定国家有关标准及产品规格，确保弹簧质量，便于用户的挑选使用。 

2．  材料是弹簧制造厂的“粮食”，直接影响弹簧生产，请冶金部尽早开发、生产使模具弹簧能广泛应用，以减少外汇并走向世界。 

3．   建议机电部将异形截面卷簧机研制开发，纳入计划，下达有关弹簧加工设备定点厂实施。 

4． 专业弹簧制造厂都是小型厂，一般职工为100人左右，建厂50多年的中国弹簧厂职工也不过700多人，所以单依靠企业资金搞科研是有限的，建议由xxxx扶植一些有条件发展的制造厂，增加开发经费，开发模具弹簧设计理论、工艺技术等方面的专题研究。 

5．  异形截面强力弹簧销售近几年在国内市场“形势”大好。在模具弹簧制造方面已{lx1}一步的企业可利用自身优势把产品打入国际市场， 

6．  目前异形截面螺旋弹簧应用数量和范围扩大，而圆截面钢丝螺旋弹簧的应用数量和范围下降，橡胶特别是聚氨脂橡胶弹簧的应用数量稳中有增，蝶形和充氮气弹簧则处于开发阶段。对于各专业厂应根据本单位的技术、设备特长作出相应规划。“听之任之”或“一哄而起”都会给企业带来不必要的损失。