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5.3缩口成形工艺和模具设计

缩口（necking）是指将预先拉深成形圆筒或管状坯料，经过缩口
模将其口部缩小一个成形工艺。
5.3.1经典案例
工件名称：气瓶
生产批量：中批量
材料：08钢
料厚：1mm
工件简图：图5-27所表示
5.3.2缩口成形特点和变形程度
1. 缩口成形特点
图5-28为同形件缩口成形示意图。缩口时，缩口端材料在凹模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，能够近似地认为变形区处于两向(切向和径向)受压平面应力状态，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，且厚度方向变形量大于长度方向变形量。
因为切向压应力作用，在缩口时坯料易于失稳起皱；同时非变形区筒壁，因为承受全部缩口压力，也易失稳产生变形，所以预防失稳是缩口工艺关键问题。
2缩口成形变形程度
缩口极限变形程度关键受失稳条件限制，缩口变形程度用总缩口系数表示。
=
式中 -总缩口系数
d -缩口后直径（mm）；
D -缩口前直径（mm）。
缩口系数大小和材料力学性能、料厚、模具形式和表面质量、制件缩口端边缘情况及润滑条件等相关。表5-9所表示为多种材料缩口系数。
当工件需要进行数次缩口时，其各次缩口系数计算为：
首次缩口系数 =0.9

以后各次缩口系数
式中m均-平均缩口系数；
=
案例工艺分析；
气瓶为带底筒形缩口工件，可采取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 多种材料缩口系数

材料
平均缩口系数

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，所以只能采取外支承方法缩口模具，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，工件高度发生改变，缩口毛坯高度按下式计算，式中符号图5-29所表示。
图5-29a形式：

图2-29b形式：

图5-29c形式：

由图5-27可知，h=79mm,则毛坯高度为

取 H=111.3mm,缩口前毛坯图5-30所表示。

2.缩口凹模半锥角a
缩口凹模半锥角a在缩口成形中起着关键作用。通常使用a,<45,最好使a在30以内，当a较为合理时，许可极限缩口系数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；
d-工件缩口部分直径；
-工件和凹模间摩擦因数；
-材料抗拉强度；
-凹模圆锥半角；
-速度系数，用一般压力机时，k=1.15
由附录A 可查得，=430MPa,凹模和工件摩擦因数=0.1，依据图5-27，缩口力F为；

4.缩口模结构设计
常见缩口模结构图5-31所表示。
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
缩口模采取外支承式一次成形，缩口凹模工作表面表面粗糙度为Ra=0.4m,采取后侧导柱、导套模架，导柱、导套加长为210mm。因模具闭合高度为275mm，则选择400KN 开式可倾式压力机。缩口模结构图5-32所表示。
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