缩口
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σθ的绝对值最大。σθ使直径缩小，厚度和高度增加，所以切向压应变εθ为最大主应变，径向应变ερ，厚向应变εt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（图5.3.3）。
图5.3.3 缩口形式
)斜口形式 
)直口形式 
)球面形式
2.缩口变形程度
缩口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m0。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（mm） |
||
|
～0.5 |
>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 |
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） |
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%～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，
（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；
σb—材料的抗拉强度（MPa）；
—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（或芯模）进行缩口变形，其模具是旋轮和芯模。
5.3.4不同支承方法的模具结构形式
a)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，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；
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