缩口成形工艺与模具设计.docx

编号：
时间：2021年x月x日
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第页共NUMPAGES7页
第PAGE\*MERGEFORMAT7页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT7页

5.3缩口成形工艺与模具设计

缩口（necking）是指将预先拉深成形的圆筒或管状坯料，通过缩口
模将其口部缩小的一种成形工艺。
5.3.1典型案例
工件名称：气瓶
生产批量：中批量
材料：08钢
料厚：1mm
工件简图：如图5-27所示
5.3.2缩口成形的特点与变形程度
1.缩口成形的特点
图5-28为同形件缩口成形示意图。缩口时，缩口端的材料在凹模的压力下向凹模内滑动，直径减小，壁厚和高度增加。制件壁厚不大时，可以近似地认为变形区处于两向(切向和径向)受压的平面应力状态，以切向压力为主。应变以径向压缩应变为最大应变，而厚度和长度方向为伸长变形，且厚度方向的变形量大于长度方向的变形量。
由于切向压应力的作用，在缩口时坯料易于失稳起皱；同时非变形区的筒壁，由于承受全部缩口压力，也易失稳产生变形，所以防止失稳是缩口工艺的主要问题。
2缩口成形的变形程度
缩口的极限变形程度主要受失稳条件的限制，缩口变形程度用总缩口系数ms表示。
ms=dD
式中ms-总缩口系数
d-缩口后直径（mm）；
D-缩口前直径（mm）。
缩口系数的大小与材料的力学性能、料厚、模具形式与表面质量、制件缩口端边缘情况及润滑条件等有关。表5-9所示为各种材料的缩口系数。
当工件需要进行多次缩口时，其各次缩口系数的计算为：
首次缩口系数m1=0.9m均

以后各次缩口系数mn=(1.05~1.10)m均
式中m均-平均缩口系数；
m均=m1+m2+m3+···+mnn
案例工艺分析；
气瓶为带底的筒形缩口工件，可采用拉深工艺制成圆筒形件，再进行缩口成形。
缩口系数计算；
表5-9各种材料的缩口系数

材料平均缩口系数m均
支承形式
材料厚度无支承外支承内外支承≤0.5>0.5~1>1铝---0.68~0.720.53~0.570.27~0.32硬铝（退火）---0.73~0.800.60~0.630.35~0.40硬铝（淬火）---0.75~0.800.63~0.720.40~0.43钢0.850.750.7~0.650.70~0.750.55~0.600.30~0.35
由图5-27可知，d=35mm, D=49mm,则缩口系数
m=dD=3549=0.71
因该工件为有底缩口件，所以只能采用外支承方式的缩口模具，查表5-9得许用缩口系数为0.6，则该工件可一次缩口成形。
5.3.3缩口工艺计算
1.毛坯高度计算
缩口后，工件高度发生变化，缩口毛坯高度按下式计算，式中符号如图5-29所示。
图5-29a形式：
H=1.05h1+D2-d28Dsinα1+Dd5-25
图2-29b形式：
H=1.05h1+hdD+D2-d28Dsinα1+Dd5-26
图5-29c形式：
h=h1+141+DdD2-d25-27
由图5-27可知，h=79mm,则毛坯高度为
H=1.05h1+D2-d28Dsinα1+Dd
=1.05×79+502-3528×50×sin15°×1+5035mm
=111.3mm

取 H=111.3mm,缩口前毛坯如图5-30所示。

2.缩口凹模的半锥角a
缩口凹模的半锥角a在缩口成形中起着重要作用。一般使用a,<45,最好使a在30以内，当a较为合理时，允许的极限缩口系数m可比平均缩口系数m均小10%~15%.
3缩口力计算
在无内支承进行时，缩口力F可用下式进行计算。

是中t0-缩口前料厚；
D-缩口前直径；
d-工件缩口部分直径；
μ-工件与凹模间的摩擦因数；
σb-材料抗拉强度；
α-凹模圆锥半角；
k-速度系数，用普通压力机时，k=1.15
由附录A 可查得，σb=430MPa,凹模与工件的摩擦因数μ=0.1，根据图5-27，缩口力F为；
F=k1.1πDt0σb1-dD1+μcotα1cosα
=1.15×1.1×π×49×1×430×1-3549×1×0.1×cot15°×1cos15°N
=25.418kN
4.缩口模结构设计
常见的缩口模结构如图5-31所示。
图5-31缩口模结构
无支承缩口成形外支承缩口成形内支承缩口成形
1-凹模2-外支承3-下支承
缩口模采用外支承式一次成形，缩口凹模工作表面的表面粗糙度为Ra=0.4m,采用后侧导柱、导套模架，导柱、导套加长为210mm。因模具闭合高度为275mm，则选用400KN 开式可倾式压力机。缩口模结构如图5-32所示。
图5-32气瓶缩口模装配图
下模座2、14-螺栓3、10-销钉4-顶杆5-下固定板6-垫板7-外支撑套
8-凹模9-口形凸