缩口成形工艺与模具设计.doc

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 =
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=0.9 m均
以后各次缩口系数 m1 m均
式中m均-平均缩口系数；
m均=
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
《=
〉0.5~1
>1
铝
—

0。68～0。72
0.53～0。57
0。27~0。32
硬铝（退火)

0。73~0。80
0。60~0。63
0.35~0.40
硬铝（淬火)

0.75～0。80
0.63~0。72
0.40~0。43
钢
0。85
0.75
0.7～0。65
0。70～0。75
0。55~0.60
0.30～0。35
由图5-27可知，d=35mm， D=49mm，则缩口系数

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:
图5—29b形式:
由图5—27可知，h=79mm,则毛坯高度为
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-缩口前料厚；
-缩口前直径；
—工件缩口部分直径;
—工件与凹模间的摩擦因数；
—材料抗拉强度；
-凹模圆锥半角；
—速度系数，用普通压力机时，k=1。15
由附录A 可查得，=430Mpa,凹模与工件的摩擦因数=0.1，根据图5—27，缩口力F为；
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
1- 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
2- 8-凹模 9-口形凸模 11—打料杆 12—上模座 13—模柄 15-导柱 16-导套