《2022年第章其它成形工艺及模具设计方案 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年第章其它成形工艺及模具设计方案 .pdf（26页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1 / 26 第 五 章 其它成形工艺及模具设计在冲压生产中，除常用的冲裁、弯曲和拉深等工序外，还有胀形、翻边、缩口、旋压、校形等基本工序。每种工序都有各自的变形特点，它们可以是独立的冲压工序，如空心零件胀形、钢管缩口、封头旋压等，但在生产中往往和它还和其它冲压工序组合在一起成形一些复杂形状的冲压零件。这些成形工序的共同特点是通过材料的局部变形来改变皮料或工序间的形状，但各自的变形特点差异较大。下面分别介绍胀形、翻边和缩口等成形工序的变形特点、成形工艺和模具设计的基本方法。5.1 胀形胀形与其它冲压成形工序的主要不同之处是，胀形时变形区在板面方向呈双向拉应力状态，在板厚方向上是减薄，即厚度减薄
2、表面积增加。胀形主要用于加强筋、花纹图案、标记等平板毛坯的局部成形；波纹管、高压气瓶、球形容器等空心毛坯的胀形；管接头的管材胀形；飞机和汽车蒙皮等薄板的拉张成形。汽车覆盖件等曲面复杂形状零件成形时也常常包含胀形成分。常用的胀形方法有钢模胀形和以液体、气体、橡胶等作为施力介质的软模胀形。软模胀形由于模具结构简单，工件变形均匀，能成形复杂形状的工件，如液压胀形、橡胶胀形；另外高速、高能特种成形的应用越来越受到人们的重视，爆炸胀形、电磁胀形等。5.2.1 胀形变形特点与胀形极限变形程度1. 胀形变形特点图 5.1.1所示，为球头凸模胀形平板毛坯时的胀形变形区及其主应力和主应变图。图中涂黑部分表示胀形
3、变形区。胀形变形具有如下特点：图 5.1.1? 胀形变形区及其应力应变示意图0，厚向应变t0 ，且在球头凸模胀形时的底部=和=0.5| t | 。所以，胀形变形属板平面方向的双向拉伸应力状态，变形主要是由材料厚度方向的减薄量支持板面方向的伸长量而完成的，变形后材料厚度减薄表面积增大。胀形属伸长类变形。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 26 页2 / 26 2）胀形变形时由于毛坯受到较大压边力的作用或由于毛坯的外径超过凹模孔直径的34倍，使塑性变形仅局限于一个固定的变形范围，板料不向变形区外转移也不从变形区外进入变形区。3）
4、由于胀形变形时材料板面方向处于双向受拉的应力状态，所以变形不易产生失稳起皱现象，成品零件表面光滑，质量好。成形极限主要受拉伸破裂的限制。4）由于毛坯的厚度相对于毛坯的外形尺寸极小，胀形变形时拉应力沿板厚方向的变化很小，因此当胀形力卸除后回弹小，工件几何形状容易固定，尺寸精度容易保证。对汽车覆盖件等较大曲率半经的零件的成形和有些零件的冲压校形，常采用胀形方法或加大其胀形成分的成形方法。2. 胀形极限变形程度胀形的极限变形程度是零件在胀形时不产生破裂所能达到的最大变形。各种胀形的成形极限的表示方法，因不同的变形区分布及模具结构、工件形状、润滑条件、材料性能等因素的影响各不相同，如胀形系数、胀形深度
5、、双向拉应力下的成形极限图FLD ）等，管形毛坯胀形时常用胀形系数表示成形极限，压凹坑等板料胀形时常用胀形深度表示成形极限。胀形系数、胀形深度等方法是以材料发生破裂时试样的某些总体尺寸达到的极限值来表示的。胀形极限变形程度主要取决于材料的塑性和变形的均匀性：塑性好，成形极限可提高；应变硬化指数n 值大，可促使变形均匀，成形极限也可提高；润滑、制件的几何形状、模具结构等，凡是可以使胀形变形均匀的各种因素，均能提高成形极限，如平板毛坯的局部胀形，同等条件下圆形比方形或其它形状的胀形高度值要大。此外，材料厚度增加，也可以使成形极限提高。?5.1.2 平板毛坯的起伏成形平板毛坯在模具的作用下发生局部胀
6、形而形成各种形状的凸起或凹下的冲压方法称为起伏成形，起伏成形主要用于加工加强筋、局部凹槽、文字、花纹等，如图5.1.2所示。由宽凸缘圆筒形零件的拉深可知，当毛坯的外径超过凹模孔直径的34 倍时，拉深就变成了胀形。平板毛坯起伏成形时的局部凹坑或凸台，主要是由凸模接触区内的材料在双向拉应力作用下的变薄来实现的。起伏成形的极限变形程度，多用胀形深度表示，对于形状比较简单的零件可以近似地按单向拉伸变形处理，即： 极=100% 5.1.1 ）式中 极起伏成形的极限变形程度；材料单向拉伸的延伸率；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 26
7、 页3 / 26 起伏成形变形区变形前后截面的长度图 5.1.3 ）；形状系数，加强筋= 0.7 0.75 b）图 5.1.2起伏成形a加强筋； b 局部凹坑欲要提高胀形极限变形程度，可以采用图5.1.4所示的两次胀形法：第一次用大直径的球头凸模使变形区达到在较大范围内聚料和均化变形的目的，得到最终所需的表面积材料；第二次成形到所要求的尺寸。如果制件圆角半径超过了极限范围，还可以采用先加大胀形凸模圆角半径和凹模圆角半径，胀形后再整形的方法成形。另外，降低凸模表面粗糙度值、改善模具表面的润滑条件也能取得一定的效果。图 5.1.3起伏成形变形区变形前后截面的长度图 5.1.4 两次胀形示意图? 1
8、. 压加强筋常见的加强筋形式和尺寸见表5.1.1 。加强筋结构比较复杂，所以成形极限多用总体尺寸表示。当加强筋与边框距离小于33.5 ）时，由于在成形过程中，边缘材料要向内收缩，成形后需增加切边工序，因此应预留切边余量。多凹坑胀形时，还要考虑到凹坑之间的影响。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 26 页4 / 26 用刚性凸模压制加强筋的变形力按式5.1.2 ）计算：b5.1.2 ）式中 ? 变形力 N）；系数，=0.7 1，加强筋形状窄而深时取大值，宽而浅时取小值；加强筋的周长）；料厚 ）；b材料的抗拉强度MPa ）软模胀
9、形的单位压力可按式5.1.3 ）近似计算 不考虑材料厚度变薄）：=b5.1.3 ）式中单位压力；形状系数，球面形状=2，长条形筋=1；球半径或筋的圆弧半径；b材料的抗拉强度t (2 3t (1 2t (7 10 t (1.5 2t (0.5 1.5 t 3h150 300 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 26 页5 / 26 2. 压凹坑压凹坑时，成形极限常用极限胀形深度表示，如果是纯胀形，凹坑深度因受材料塑性限制不能太大。用球头凸模对低碳钢、软铝等胀形时，可达到的极限胀形深度h 约等于球头直径 d 的 1/3 。用平头
10、凸模胀形可能达到的极限深度取决于凸模的圆角半径，其取值范围见表 5.1.2 。表 5.1.2 平板毛坯压凹坑的极限深度简图材料极限深度h 软钢铝黄铜0.15 0.20 ）d 0.10 0.15 ）d 0.15 0.22 ）d 若工件底部允许有孔，可以预先冲出小孔，使其底部中心部分材料在胀形过程中易于向外流动，以达到提高成形极限的目的，有利于达到胀形要求。5.1.3 空心毛坯的胀形空心毛坯胀形是将空心件或管状坯料胀出所需曲面的一种加工方法。用这种方法可以成形高压气瓶、球形容器、波纹管、自行车多通接头图 5.1.5 ）等产品或零件。图5.5.6 、图5.5.7分别是钢模胀形和软模胀形示意图。圆柱形
11、空心毛坯胀形时的应力状态如图55.5.8所示，其变形特点仍然是厚度减薄，表面积增加。图 5.1.5自行车多通接头精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 26 页6 / 26 图 5.1.6? 钢模胀形图 5.1.7 自行车多通接头软模胀形1-凹模； 2-分瓣凸模； 3- 锥形芯轴 1 、 4- 凸模压柱； 2- 分块凹模； 3- 模套4- 拉簧； 5- 毛坯； 6- 顶杆； 7- 下凹模图 5.1.6所示刚模胀形中，分瓣凸模2 在向下动时因锥形芯轴3 的作用向外胀开，使毛坯5 胀形成所需形状尺寸的工件。胀形结束后，分瓣凸模在顶杆
12、6 的作用下复位，拉簧使分瓣凸模合拢复位，便可取出工件。凸模分瓣越多，所得到的工件精度越高，但模具结构复杂，成本也较高。因此，用分瓣凸模钢模胀形不宜加工形状复杂的零件。图 5.1.7所示自行车多通接头软模胀形中，凸模压柱1、4 将力传递给橡胶棒等软体介质，软体介质再将力作用于毛坯上使之胀形，材料向阻力最小的方向变形，并贴合于可以分开的凹模 2，从而得到所需形状尺寸的工件。冲床回程时，橡胶棒复原为柱状，下模推出分块凹模取出工件。1. 胀形系数空心毛坯胀形的变形程度用5.1.4 ）式胀形系数表示，即：=5.1.4 ）式中 , K 为胀形系数，表示极限胀形系数达到胀破时的极限值max）；为毛坯直径；
13、?为胀形后工件的最大直径。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 26 页7 / 26 极限胀形系数与工件切向延伸率的关系式为：= -15.1.5 ）或=1+5.1.6 ）图 5.1.8? 圆柱形空心毛坯胀形时的应力表 5.1.3是一些材料的极限胀形系数和切向许用延伸率的实验值。如采取轴向加压或对变形区局部加热等辅助措施，还可以提高极限变形程度。表 5.1.3? 极限胀形系数和切向许用延伸率材料厚度 ）极限胀形系数切向许用延伸率100L1,L2 纯铝 ?L3,L4 L5,L6 1.0 1.5 2.0 1.28 1.32 1.32
14、 28 32 32 铝合金 LF21-M 0.5 1.25 25 黄铜 H62 H68 0.5 1.0 1.5 2.0 1.35 1.40 35 40 低碳钢 08F 10,20 0.5 1.0 1.20 1.24 20 24 不锈钢 1Cr18Ni9T 0.5 1.0 1.26 1.28 26 28 2. 胀形力钢模胀形所需压力的计算公式可以根据力的平衡方程式推导得到，其表达式为：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 26 页8 / 26 =b .5.1.7 ）式中 ? 所需胀形压力；胀形后高度；材料厚度；摩擦系数，一般=0
15、.15 0.20 ；芯轴锥角，一般=80、100、120、150；b材料的抗拉强度。软模胀形圆柱形空心毛坯时，所需胀形压力，为成形面积，单位压力可按下式计算： b(）(5.1.8）式中，为约束系数，当毛坯两端不固定且轴向可以自由收缩时=0，当毛坯两端固定且轴向不可以自由收缩时=1；其它符号的意义见图5.1.8所示。3. 胀形毛坯尺寸的计算圆柱形空心毛坯胀形时，为增加材料在周围方向的变形程度和减小材料的变薄，毛坯两端一般不固定，使其自由收缩。因此，毛坯长度见图 5.1.8 ）应比工件长度增加一定的收缩量。毛坯长度可按下式近似计算：=1+ 式中 ? 工件的母线长度(；工件切向延伸率。5.1.4胀形
16、模设计举例如图 5.1.9所示胀形零件罩盖，生产批量为中批，材料为10 号钢，料厚0.5 ，设计该零件的模具。简图5-9 所示；1. 零件成形工艺分析该零件侧壁属空心毛坯胀形，底部属起伏成形，具有胀形工艺的典型特点，筒形半成品毛坯由拉深获得。2. 工艺计算1）底部压凹坑计算查表 5.1.2并计算得：极限胀形深度 h=0.15 0.20 ）d =2.25 3 ） ，此值大于工件底部凹坑的实际高度 2 ，可以一次胀形就能获得底部压凹尺寸。压凹坑所需成形力由式5.1.2 ）计算 取 b=430MPa ）：=0.7 150.5 430=7088.55N ）2）侧壁胀形计算胀形系数由式 5.1.4 ）计
17、算：=1.2 查表 5.1.3 ）得极限胀形系数为1.24 。该工序的胀形系数小于极限胀形系数，侧壁可以一次胀成型。侧壁胀形的单位压力近似按两端不固定形式计算，m=0 、b=430MPa ，由式 =24300.546.800.5 260）=9.19 MPa 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 26 页10 / 26 =3.1446.8409.19=54019.55N胀形前毛坯的原始长度由式 5.1.9 ）计算， =0.2 ，可以计算工件母线长=40.8，取修边余量=3，则：=1+0.3 0.4 ）+ =40.81+0.35
18、0.2+3=46.66）取整为 47，则胀形前毛坯取为外径为39、高 47的圆筒形件。3）总成形力=7088.55+54019.55= 61108.1N =61.11(e。压缩类翻边的共同特点是，除靠近竖边根部圆角半径附近区域的金属产生弯曲变形外，毛坯变形区的其余部分在切向压应力的作用下产生切向的压缩变形，其变形特点属于压缩类变形，应力状态和变形特点和拉深相同，极限变形程度主要受毛坯变形区失稳起皱的限制，图5.2.1(f所示翻边都属于压缩类翻边。此外，按竖边壁厚是否有强制变薄，可分为变薄翻边和不变薄翻边。按翻边的毛坯及工件边缘的形状，可分为内孔 圆孔或非圆孔）翻边、平面外缘翻边和曲面翻边等。精
19、选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 26 页12 / 26 图 5.2.1 内孔与外缘翻边零件5.2.1 内孔翻边1. 内孔翻边的变形特点图 5.2.2是圆孔翻边及其应力应变分布示意图。在翻边过程中，毛坯外缘部分由于受到压边力的约束或由于外缘宽度与翻边孔直径之比较大，通常是不变形的不变形区），竖壁部分已经变形，属传力区，带孔底部是变形区。图5.2.2 所示，变形区处于双向拉应力状态 b 图 5.2.2 圆孔翻边及其应力应变分布示意图图 5.2.3 非圆孔翻边a圆孔翻边b 应力应变分布对于非圆孔的内孔翻边，如图5.2.3所示，
20、变形区沿翻边线其应力与应变分布是不匀的。在翻边高度相同的情况下，曲率半径较小的部位，切向拉应力和切向伸长变形较大；而曲率半径较大的部位，切向拉应力和切向伸长变形较小。直线部位与弯曲变形相似，由于材料的连续性，曲线部分的变形将扩展到直线部位，使曲线部分的切向伸长变形得到一定程度的减轻。2. 圆孔翻边的极限变形程度圆孔翻边的变形程度用翻边系数表示，翻边系数为翻边前孔径与翻边后孔径D的比值，其表达式见5.2.1 。=(5.2.1 显然，值越小，变形程度越大。当翻边孔边缘不破裂所能达到的最小翻边变形程度为极限翻边系数，极限翻边系数用 min 表示。表5.2.1给出了低碳钢的一组极限翻边系数值。表 5.
21、2.1 低碳钢的极限翻边系数min凸模形状预制孔形 状预制孔相对直径/100 50 35 20 15 10 8 5 3 1 球形凸模钻孔0.70 0.60 0.52 0.45 0.40 0.36 0.33 0.30 0.25 0.20 冲孔0.75 0.65 0.57 0.52 0.48 0.45 0.44 0.42 0.42 平底凸模钻孔0.80 0.70 0.60 0.50 0.45 0.42 0.40 0.35 0.30 0.25 冲孔0.85 0.75 0.65 0.60 0.55 0.52 0.50 0.48 0.47 注：采用表中min 值时，实际翻边后口部边缘会出现小的裂纹，如果
22、工件不允许开裂，则翻边系数须加大10% 15% 。非圆孔翻边较圆孔翻边的极限翻边系数要小一些，其值可按下式近似计算：= (5.2.2 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 26 页14 / 26 式中，为圆孔翻边的极限翻边系数；为曲率部位中心角。式1800 或直边部分很短时，直边部分的影响已不明显，极限翻边系数的数值按圆孔翻边计算。影响极限翻边系数的主要因素有：1）材料的塑性材料的延伸率 、应变硬化指数和各向异性系数越大，极限翻边系数就越小，有利于翻边。2）孔的加工方法预制孔的加工方法决定了孔的边缘状况，孔的边缘无毛刺、撕裂
23、、硬化层等缺陷时，极限翻边系数就越小，有利于翻边。目前，预制孔主要用冲孔或钻孔方法加工，表5.2.1中数据显示，钻孔比冲孔的min 小。但采用冲孔方法生产效率高，冲孔会形成孔口表面的硬化层、毛刺、撕裂等缺陷，导致极限翻边系数变大。采取冲孔后进行热处理退火、修孔或沿与冲孔方向相反的方向进行翻孔使毛刺位于翻孔内侧等方法，能获得较低的极限翻边系数。3）预制孔的相对直径如表 5.2.1所示，预制孔的相对直径/越小，极限翻边系数越小，有利于翻边。4）凸模的形状表 5.2.1所示，球形凸模的极限翻边系数比平底凸模的小。此外，抛物面、锥形面和较大圆角半径的凸模也比平底凸模的极限翻边系数小。因为在翻边变形时，
24、球形或锥形凸模是凸模前端最先与预制孔口接触，在凹模口区产生的弯曲变形比平底凸模的小，更容易使孔口部产生塑变形。所以相同翻边孔径D和材料厚度t 时，可以翻边的预制孔径更小，因而极限翻边系数就越小。3. 内孔翻边的工艺设计 (5.2.3 =(1-+0.43+0.72=(1-+0.43+0.72 (5.2.4 上式是按中性层长度不变的原则推导的，是近似公式，当=min 时，=。生产实际中往往通过试冲来检验和修正计算值。拉深后再翻边当min 时，可采用先拉深后翻边的方法达到要求的翻边高度，如图5.2.5所示。这时应先确定翻边高度h，再根据翻边高度确定预制孔直径d0 和拉深高度h，从图中的几何关系可得：
25、(5.2.5 1=-+ 上式中当=min 时，=，此时有最小拉深高度。可以根据极限翻边系数求得最小预制孔直径=min，也可以根据式(5.2.5 求得。=+1.14-2(5.2.7 先拉深后翻边的方法是一种很有效的方法，但若是先加工预制孔后拉深，则孔径有可能在拉深过程中变大，使翻边后达不到要求的高度。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 26 页16 / 26 2）凸、凹模形状及尺寸翻边凸模的形状有平底形、曲面形 图 5.2.6翻边凸、凹模形状及尺寸。若翻边成螺纹底孔或需与轴配合的小孔，则取c=0.7左右。b (5.2.8 精
26、选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 26 页17 / 26 式中b材料的抗拉强度。曲面凸模的翻边力可选用平底凸模的翻边力的 b 图 5.2.7? 外缘翻边 内凹外缘翻边 外凸缘翻边翻边近似，变形区主要受切向拉应力作用，属于伸长类平面翻边，材料变形区外缘边所受拉伸变形最大，容易开裂。图5-17所示是外凸缘翻边也称为折边），其应力应变特点类似于浅拉深，变形区主要受切向压应力作用，属于压缩类平面翻边，材料变形区受压缩变形容易失稳起皱。2. 极限变形程度内凹外缘翻边的变形程度用翻边系数表示：精选学习资料 - - - - - - -
27、- - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 26 页18 / 26 5.2.9 ）外凸缘翻边的变形程度用翻边系数表示： (% 用橡胶成形用模具成形用橡胶成形用模具成形L4M L4Y1 LF21M LF21Y1 LF2M LF3Y1 LY12M LY12Y LY11M LY11Y 6 3 6 3 6 3 6 0.5 4 0 40 12 40 12 35 12 30 9 30 0 25 5 23 5 20 5 14 6 14 5 30 8 30 8 25 8 20 8 20 6 H62软H62半硬H68软H68半硬8 4 8 4 45 16 55 16 30 10 35 10
28、 40 14 45 14 10 20 1Cr18Ni9 软1Cr18Ni9 硬10 10 10 10 38 22 15 40 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 26 页19 / 26 3. 平面外缘翻边的毛坯尺寸内凹外缘翻边的毛坯形状计算可参照内孔翻边的方法计算，外凸缘翻边的毛坯形状计算可参照浅拉深的方法计算。但是，在确定毛坯最后形状和尺寸时，如果翻边高度较大，应对毛坯轮廓进行修正，如图5.2.7所示。最终通过试模来确定毛坯尺寸。5.2.3变薄翻边变薄翻边是使已成形的竖边在较小的凸、凹模之间间隙中挤压，使之强制变薄的方法
29、。变薄翻边属体积成形，如果用一般翻边方法达不到要求的翻边高度时，可采用变薄翻边方法增加竖边高度。变薄翻边常用于M5以下的小螺纹底孔翻边，此时凸模下方材料的变形与圆孔翻边相似，但竖边的最终壁厚和高度是靠凸、凹模间的挤压变薄来达到的。变薄翻边的变形程度用变薄系数表示，其表达式为：5.2.13 ）式中，=0.4 0.55 ；为工件竖边厚度；为毛坯厚度。有关变薄翻边的设计工艺参数参考冲压设计资料。5.2.4 翻边模结构设计及举例图 5.2.8所示为内孔翻边模, 其结构与拉深模基本相似。图 5.2.9所示为落料、拉深、冲孔、翻边复合模。拉深冲孔凸凹模8 与落料凹模4 均固定在固定板7 上, 以保证同轴度
30、。冲孔凸模2 压人落料拉深凸凹模l 内, 并以垫片 10 调整它们的高度差, 以此控制冲孔前的拉深高度 , 确保翻出合格的零件高度。该模的工作顺序是: 上模下行 , 首先落料拉深凸凹模1 的落料刃口与凹模4 的作用下落料。上模继续下行, 在凸凹模l 的内壁和凸凹模8 的外壁相互作用下将坯料拉深, 冲床缓冲器的力通过顶杆6 传递给顶件块5 并对坯料施加压料力。当拉深到设计深度后由冲孔凸模2 和凸凹模 8 的内壁刃口进行冲孔，在模具继续下行的冲程中完成翻边。当上模回程时, 在顶件块5 和推件块 3 的作用下将工件顶出,条料由卸料板9 卸下。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳
31、总结 - - - - - - -第 19 页，共 26 页20 / 26 1、8-凸凹模； 2-冲孔凸模； 3- 推件块； 4-落料凹模；5-顶件块； 6- 顶杆； 7- 固定板；卸料板；10 垫片图 5.2.8 内孔翻边模图 5.2.9落料、拉深、冲孔、翻边复合模图 5.2.10为内外缘翻边复合模，毛坯套在件上定位，同时件7 又是内缘翻边的凹模，为保证件 7 的位置准确与外缘翻边凹模3 按 H7/h6 配合装配。压料板5 即起压料作用，同时又起整形作用，在冲压至下止点时，应与下模刚性接触，成形结束后，改件起到顶件作用。b）图 5.2.10 内外缘翻边复合模精选学习资料 - - - - - -
32、 - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 26 页21 / 26 1- 外缘翻边凸模； 2- 凸模固定板； 3- 外缘翻边凹模；4- 内缘翻边凸模；5-压料板； 6- 顶件块； 7- 内缘翻边凹模；8- 推件板5.3 缩口缩口是将预先成形好的圆筒件或管件坯料，通过缩口模具将其口部缩小的一种成形工序。缩口工序的应用比较广泛，可用于子弹壳、炮弹壳、钢制气瓶、自行车车架立管、自行车坐垫鞍管等零件的成形。对细长的管状类零件，有时用缩口代替拉深可取得更好的效果。图 5.3.1a是采用拉深和冲底孔工序成形的制件，共需5 道工序；图b 采用管状毛坯缩口工序，只需三道工序。与缩口
33、相对应的是扩口工序。图 5.3.1 缩口与拉深工序的比较图 5.3.2 缩口成形的变形特点5.3.1缩口成形特点与变形程度1. 缩口成形的变形特点缩口成形的变形特点如图5.3.2所示，变形区主要受两向压应力作用，其中切向压应力 的绝对值最大。 使直径缩小，厚度和高度增加，所以切向压应变 为最大主应变，径向应变，厚向应变t 为拉应变。变形区由于受到较大切向压应力的作用易产生切向失稳而起皱，起传力作用的筒壁区由于受到轴向压应力的作用也容易产生轴向失稳而起皱，所以失稳起皱是缩口工序的主要障碍。缩口属于压缩类成形工序，常见的缩口形式有斜口式、直口式和球面式斜口形式直口形式球面形式2. 缩口变形程度缩口
34、变形程度用缩口系数表示，其表达式为：= 5.3.1）式中为缩口后直径；为缩口前直径。缩口极限变形程度用极限缩口系数表示，取决于对失稳条件的限制，其值大小主要与材料的机械性能、坯料厚度、模具的结构形式和坯料表面质量有关。材料的塑性好、屈强比值大，允许的缩口变形程度大极限缩口系数小）；坯料越厚，抗失稳起皱的能力就越强，有利于缩口成形；采用内支承模芯）模具结构，口部不易起皱；合理模角、小的锥面粗糙度值和好的润滑条件，可以降低缩口力，对缩口成形有利。当缩口变形所需压力大于筒壁材料失稳临界压力时，此时非变形区筒壁将先失稳，也将限制一次缩口的极限变形程度。表 5.3.1是不同材料和不同厚度的平均缩口系数m
35、0 。表 5.3.2是一些材料在不同模具结构形式下的极限缩口系数。当计算出的缩口系数小于表中值时，要进行多次缩口。表 5.3.1? 不同材料和厚度的平均缩口系数m0 材料材料厚度 0.5 1.0 1.0 黄铜0.85 0.80 0.70 0.70 0.65 软钢0.85 0.75 0.70 0.65 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 26 页23 / 26 表 5.3.2 不同模具结构的极限缩口系数材料模具结构形式无支承外支承内外支承软钢0.70 0.75 0.55 0.60 0.30 0.35 黄铜 H62 、H68）
36、0.65 0.70 0.50 0.55 0.27 0.32 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 0.68 0.72 0.40 0.43 5.3.2缩口工艺计算1. 缩口次数及其缩口系数确定当计算出的缩口系数小于极限缩口系数时，要进行多次缩口，其缩口次数由下式确定：5.3.2 ）式中为总缩口系数，=；m0为平均缩口系数，其值参见表5.3.1 。的计算值一般是小数，应进位成整数。多次缩口工序中第一次采用比平均值m0小 10% 的缩口系数，以后各次采用比平均值m0大 5%
37、 10% 的缩口系数。考虑材料的加工硬化以及后续缩口可能增加的生产成本等因素，缩口次数不宜过多。2. 毛坯尺寸计算毛坯尺寸的主要设计参数是缩口毛坯高度，按照图 5.3.3所示的不同的缩口形式，根据体积不变条件，可得如下毛坯高度计算公式：斜口形式，5.3.3 ）直口形式，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 26 页24 / 26 5.3.4 ）球面形式，5.3.5 ）3. 缩口力在有外支承和无支承的缩口模上缩口，其缩口力可按下式估算：5-23 ）式中 ? 缩口力 N）；速度系数，用曲柄压力机=1.15 ；b材料的抗拉强度MP
38、a ）；工件与凹模接触面的摩擦系数；其它符号意义见图5.3.3 。值得注意的是，当缩口变形所需压力大于筒壁材料失稳临界压力时，此时筒壁将先失稳，缩口就无法进行。此时，要对有关工艺参数进行调整。5.3.3模具结构设计及举例缩口模结构根据支承情况分为无支承、外支承和内外支承三种形式图5.3.4 。设计缩口模时，可根据缩口变形情况和缩口件的尺寸精度要求选取相应的支承结构。此外还可采用旋压缩口法，靠旋轮沿一定的轨迹无支承 b外支承 c 内外支承缩口凹模锥角的正确选用很关键。在相同缩口系数和摩擦系数条件下，锥角越小缩口变形力在轴向的分力越小，但同时变形区范围增大使摩擦阻力增加，所以理论上应存在合理锥角合
39、，在此合理锥角缩口时缩口力最小，变形程度得到提高，通常可取2合52.5。由于缩口变形后的回弹，使缩口工件的尺寸往往比凹模内径的实际尺寸稍大。所以对有配合要求的缩口件，在模具设计时应进行修正。图 5.3.5是钢制气瓶缩口模。材料为1 的 08 钢。缩口模采用外支承结构，一次缩口成形。由于气瓶锥角接近合理锥角，所以凹模锥角也接近合理锥角，凹模表面粗糙度0.4 。图 5.3.6为缩口与扩口同时成形复合模。图 5.3.5? 气瓶缩口模图 5.3.5? 挡环缩口扩口复合模1- 顶杆； 2-下模板； 3、14- 螺栓；4、11- 销钉； 5- 下固定板；精选学习资料 - - - - - - - - - 名
40、师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 26 页26 / 26 6- 垫板； 7- 外支承套； 8- 缩口凹模； 9- 顶出器； 10- 上模板；12- 打料杆； 13- 模柄； 15- 导柱； 16- 导套习题与思考题五5-1 何为胀形、翻边、缩口？在这些成形工序中，由于变形过度而出现的材料损坏形式分别是什么？5-2 胀形、翻边、缩口的变形程度分别是如何表示的？如果零件的变形超过了材料的极限变形程度，它们在工艺上分别可以采取哪些措施？5-3 冲头形状对翻边高度有何影响？胀形冲头的圆角半径对局部胀形深度有何影响？5-4 试设计计算图5-4 翻边件的预制孔直径及翻边系数。材料：Q235。图 5-4 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 26 页