第1章 基础结构和动作控制机构
1.1 模具弹性配件的选用
模具弹性配件一般指具有弹性功能的零配件，如：弹簧、弹簧胶、氮气弹簧等。这类零件功能相似，都是运用其在外力作用下可以自由伸缩的这一特性。但是由于各自性能不同，所以用法不一。
1.1.1 弹簧
模具中使用的弹簧主要指螺旋弹簧，如图1所示。根据横截面形状不同，螺旋弹簧可分为扁线螺旋弹簧［见图1-1（a）］和圆线螺旋弹簧［见图1-1（b）］。
图1-1 螺旋弹簧
由于圆线螺旋弹簧只能提供较小的弹力，所以，扁线螺旋弹簧在模具中的应用更多一些。
根据压缩量的不同，扁线螺旋弹簧又分为超压缩量、高压缩量、中压缩量、轻小载荷、轻载荷、中载荷、重载荷、超重载荷等类型。压缩量越大，所能提供的弹力越小。
超压缩量、高压缩量、中压缩量这三种类型弹簧，由于所提供的弹力太小，所以在模具中一般不用。模具中常用的是轻小载荷、轻载荷、中载荷三种类型。
为方便识别，在实物中，各不同压缩量的弹簧，外观颜色不同，模具常用的螺旋弹簧如表1-1所示。
弹簧所提供的力是柔性力，随着弹簧压缩量的增加逐渐加大，初始力跟压并状态的力相差很大。
使用范围 顶针板复位、辅助模具开模、滑块限位等。
选用标注 模具在完全闭合的状态下，因使用的位置不同，弹簧有两种不同的状态。
表1-1 模具常用螺旋弹簧
注：从左到右，弹力递增。
① 预压状态。指弹簧预压缩的状态，常见于顶针板的复位弹簧。
② 压缩状态。指弹簧压缩到所需行程的状态，常见于辅助滑块限位的弹簧。
模具设计在选用弹簧时，唯一的判断标准是，弹簧的弹力是否能保证模具顺利生产。模具中用得最多、最需要注意的是顶针板复位弹簧和滑块限位弹簧，当弹簧作为辅助开模时，没有太多的限制。
为保证顶针板能顺利复位，复位弹簧在预压状态下的弹力应大于顶针板自重的2.5倍。
滑块使用弹簧限位时，天侧滑块应取滑块自重的2~2.5倍数值，其他方向滑块，弹簧预压状态的弹力不小于滑块自重即可。
参数计算 无论上述哪种状态，其计算方式都一样，均使用以下公式计算。
弹簧总长＝（行程+预压量）/压缩比
弹簧载荷＝弹簧的刚度×压缩量
式中 弹簧总长—自由状态下弹簧的长度；
行程—需要运动的距离，根据模具中实际需要而定；
预压量—预压缩长度，一般取值为总长的10%；
压缩比—是一个系数，取值不同，弹簧的使用寿命不同，该值可在各配件供应商的资料上查询；
弹簧载荷 —可以理解为弹簧的弹力；
弹簧的刚度—弹簧的弹力增量跟其变形增量的比值。可以理解为每增加1000N的力跟弹簧的压缩长度之比。该值可在配件供应商的资料上查得。
压缩量—弹簧压缩的长度。
实用实例 顶针板复 位弹簧计算（以龙记CI3030标准模架为例）
假设 顶针板所需顶出行程为30mm，顶针板重18.5kg，回针直径20mm，弹簧使用寿命不低于50万次。那么，该选用多大直径、多长的弹簧呢？
解 根据上述公式可得
弹簧总长＝（30+15）÷0.36=125（mm）
4个弹簧预压状态下的载荷＝42.2×15×4＝2532（N）2532N≈258.19kgf
顶针板重量的2.5倍=18.5×2.5=46.25（kgf） 258.19（kgf）
注：kgf是千克力，意思是1kg重的物体在地球上所受的地心引力大约是9.8N。 1kgf=9.8N，1N≈0.1020kgf。为了方便计算，常常取0.1。
根据计算结果，我们使用直径40mm、长度125mm的蓝色弹簧比较合适。
这个是怎么计算的？式中的值是怎么来的？接下来详细讲解一下。
顶针板弹簧，从经济效益和空间占用来讲，应首选弹簧直接安装在回针上。因此，弹簧内径略大于回针即可，由标准件资料可以查得，直径40mm的弹簧内径是20mm，由于弹簧内径是正公差，所以，选用直径40mm的弹簧能顺利安装上去。
弹簧使用寿命不低于50万次，那么，它的压缩比不能大于36%。这是配件供应商给出的大约值，不是极限值，所以，可以直接按36%来计算。
已知行程是30mm，压缩比是36%。我们还需要一个预压值，才能知道弹簧总长，前面说过，预压量一般取弹簧总长的10%。而我们还不知道总长是多少，这好像陷入了一个死角。怎么办？
这时，我们需要先假定一个预压值，来演算出弹簧长度。
假设没有预压，直接用30÷0.36≈83（mm）。代表着弹簧长度肯定不会小于83mm。按照假定，预压值应取83×0.1=8.3（mm）。
预压只取整数，接近8.3的整数值是10，所以按10来计算，把这些值代入公式，可以得出以下结果：
弹簧总长=（30+10）÷0.36≈111.11（mm）
最接近总长111.11mm的弹簧是125mm规格（弹簧是标准件，长度标准在配件供应商的资料上可查）。所以，我们应使用长度为125mm的弹簧，再根据这个结果，反推出预压。
弹簧预压=125×0.36-30=15mm）
根据供应商资料可以查出
40×125的蓝色弹簧刚度是42.2，根据刚度，即可计算出载荷值。
1.1.2弹簧胶（又称优力胶）
弹簧胶（图1-2）是一种介于橡胶跟塑料之间的材料，既有橡胶的弹性，又有塑料的刚性。它可以提供较大的弹力，但压缩行程较短。弹簧胶主要用于在模具中需要提供相对较大弹力、但行程不需要太长的情况下。
图1-2 弹簧胶
由于弹簧胶占用空间小，耐磨性好，提供的弹力较弹簧要大，故作为辅助开模时，弹簧胶比弹簧更好用。
使用范围大力小行程辅助开模，改变开合模顺序等。
设计规范（图1-3）
图1-3 弹簧胶安装示意图
D根据模具大小选择，无强制性要求，适中即可。
A 取值5 ～ 10mm。
B 取值20 ～ 25mm。
C 取值4 ～ 6mm。
1.1.3 氮气弹簧
氮气弹簧（图1-4）目前在模具领域应用得非常广泛，它是将高压氮气充入缸体，靠柱塞活动来实现其功能的。
图1-4 氮气弹簧
氮气弹簧在性能上有着金属弹簧或弹簧胶无法替代的优势。它具有弹力足、行程大、稳定性好、制造精密等优点，常用于模具中对弹力和行程要求比较大的场合。
氮气弹簧主要分为ISO国际标准型、结构紧凑型、超紧凑型、微小型几类，根据模具结构和空间，直接在供应商提供的资料上选择需要使用的型号即可。
设计规范
① 氮气弹簧必须固定在模具上，其固定方式有多种，详细可参考供应商提供的资料。
② 柱塞顶部的接触面应完全贴合模板，不能让它自由空回位，否则非常容易损坏。因此，氮气弹簧工作到底时，必须要有预压缩，预压缩3 ～ 5mm即可。
③ 氮气弹簧不能偏载，工作时的垂直度不能大于0.15°，应保证氮气弹簧柱塞活动方向跟开模方向的平行度，也要注意模具本身倾斜或安装面的斜度。
④ 氮气弹簧正常工作温度在0 ～ 80℃，超过会影响其使用寿命。
⑤ 行程越长，直径越大，价格越贵，所以，一般都选择跟所需行程最接近的型号。