缩口成形工艺与模具设计

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m s表示。

m s= d

D

式中m s-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m n=( 1.05~1.10) m均

式中m均-平均缩口系数；

m

均=m1+m2+m3+···+mn

n

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；

由图5-27可知，d=35mm, D=49mm,则缩口系数

m=d

D

=

35

49

=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=1.05[ℎ1+D2−d2

8D sinα(1+√D

d

)] (5−25)

图2-29b形式：

H=1.05[ℎ1+ℎ√d

D +D2−d2

8Dsinα

(1+√D

d

)](5−26)

图5-29c形式：

h=ℎ1+1

4(1+√D

d

)√D2−d2(5−27)

由图5-27可知，h=79mm,则毛坯高度为

H=1.05[ℎ1+D2−d2

8D sinα

(1+√

D

d

)]

=1.05×[79+502−352

8×50×sin15°×(1+√50

35

)]mm

=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=k[1.1πDt0σb(1−d

D

)(1+μcotα)

1

cosα

]

=1.15×[1.1×π×49×1×430×(1−35

49)×(1×0.1×cot15°)×1

cos15°

]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

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