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一、 缩 口
缩口是将筒形坯的开口端直径缩小的一种冲压方法，如图5-30所示。常见的缩口方式有：整体凹模缩口（图5-31）、分瓣凹模缩口(图5-32)以及旋压缩口（图5-33）等。本节主要介绍整体凹模缩口。
图5-30
筒形件的缩口
图5-31 整体凹模缩口
1—推料杆
2—上模座 3—凹模
4—定位器
5—下模座
图5-32
分瓣凹模缩口
图5-33
旋压缩口 1—上半模
2—零件 3—下半模
⒈
缩口变形程度
(1)
缩口系数K
表示缩口变形程度的缩口系数K反映了切向变形大小，定义为：
式中  —制件缩口后口部直径；
 —制件缩口前口部直径。
(2)
成形极限
一次缩口所能达到的最小缩口系数称为极限缩口系数 。极限缩口系数与模具的结构形式、材料的厚度和种类、摩擦系数等有关。材料相对厚度愈小，则系数要相应增大。极限缩口系数缩口见表5-20~表5-22。
表5-20
理论计算的极限缩口系数
|
摩擦系数
 |
材
料
屈
服
比 |
|
0.5 |
0.6 |
0.7 |
0.8 |
0.9 |
|
0.1
0.25 |
0.72
0.80 |
0.69
0.75 |
0.65
0.71 |
0.62
0.68 |
0.55
0.65 |
表5-21
球形凹模缩口的极限缩口系数
|
材料抗拉强度
|
相
对
料
厚
t/D0 |
|
0.05 |
0.05~0.02 |
0.02~0.01 |
0.01~0.005 |
0.005~0.003 |
0.003~0.002 |
|
有外部支承的情况 |
|
150
150~250
250~350
350~450
450 |
0.48~0.50
0.51~0.53
0.53~0.55
0.57~0.60 |
0.50~0.52
0.52~0.54
0.54~0.57
0.61~0.64 |
0.52~0.55
0.54~0.57
0.57~0.60
0.66~0.69 |
0.56~0.60
0.57~0.60
0.64~0.67
0.70~0.72 |
0.58~0.61
0.60~0.62
0.67~0.69
0.72~0.74 |
0.61~0.67
0.62~0.67
0.69~0.72
0.77~0.80 |
|
0.61~0.64 |
0.64~0.67 |
0.68~0.71 |
0.72~0.74 |
0.74~0.76 |
0.78~0.82 |
|
有内部支承的情况 |
|
150
150~250
250~350
350~450
450 |
0.32~0.34
0.36~0.38
0.40~0.42
0.45~0.48
0.50~0.52 |
0.34~0.35
0.38~0.40
0.42~0.45
0.48~0.52
0.52~0.54 |
0.35~0.37
0.40~0.42
0.45~0.48
0.56~0.59
0.57~0.60 |
0.37~0.39
0.42~0.44
0.48~0.50
0.59~0.62
0.60~0.63 |
0.39~0.40
0.44~0.46
0.50~0.52
0.64~0.66
0.66~0.68 |
0.40~0.43
0.46~0.50
0.52~0.56
0.66~0.68
0.68~0.77 |
表5-22
钢管的极限缩口系数
|
凹模半角 |
相
对
料
厚
 |
|
2 |
3 |
5 |
8 |
12 |
16 |
|
10°
20° |
0.75
0.81 |
0.72
0.77 |
0.69
0.73 |
0.67
0.70 |
0.65
0.67 |
0.63
0.64 |
为提高极限缩口系数变形程度可以采用变形区局部加热的方法，此外在缩口坯料内填充适当填充材料也可以提高极限变形程度。
(3)
缩口次数
由较大直径一次缩口成较小直径，材料受压缩变形太大有可能出现起皱。此时需要多次缩口。缩口次数n可由零件总缩口系数 与平均缩口系数 估算：
平均缩口系数可以取为1.1倍的极限缩口系数。或参见表5-23给出的不同材料、不同模具形式的平均缩口系数。
表5-23
平均缩口系数
|
材料名称 |
模具形式 |
材料名称 |
模具形式 |
|
无支承 |
外部支承 |
内外支承 |
无支承 |
外部支承 |
内部支承 |
|
软钢
黄铜H62、H68
铝 |
0.70~0.75
0.65~0.70
0.68~0.72 |
0.55~0.60
0.50~0.55
0.53~0.57 |
0.30~0.35
0.27~0.32
0.27~0.32 |
硬铝(退火)
硬铝(淬火) |
0.73~0.80
0.75~0.80
|
0.60~0.63
0.68~0.72 |
0.35~0.40
0.40~0.43 |
⒉
缩口后在长度与厚度方向上的变形
缩口变形主要是切向压缩变形，但在长度与厚度方向处也有少量变形。
长度方向上，当凹模半角不在时，会发生少量伸长变形；当凹模半角较大时，会发生少量压缩变形。
缩口时制件的颈口略有增厚，精确计算可按下式
式中  —缩口前坯料厚度；
 —缩口后坯料厚度；
 —缩口前坯料直径；
—缩口后坯料直径。
应该指出，一般缩口后口部直径会出现0.5%~0.8%回弹。缩口毛坯尺寸可根据变形前后体积不变的原则计算。
⒊
缩口力计算
忽略凹模入口处的弯曲应力，缩口力可按下式计算。
如果考虑弯曲力，缩口力可按下式计算
式中  —缩口力(N)；
—工件原始壁厚(mm)；
—缩口后口部厚度(mm)；
 —按中性层计算的工件原始直径(mm)；
—缩口后直径(mm)；
 —摩擦系数；
 —凹模锥角(度)；
 —材料屈服强度(MPa);
 —材料真实应力(MPa)；
 —凹模圆角半径(mm)；
 —速度系数，对曲柄压力机可以取 。
⒋
缩口模具型式
根据坯料及零件的形状、变形程度及产品技术要求，可以采用自由缩口模具，即无支承模具型式、外部支承以及内外支承的模具型式，见图5-34。
图5-34
缩口模具型式
a)
无支承缩口模
b) 外部支承缩口模c)
内外支承缩口模
无支承模具结构简单，而有支承的模具型式增加了坯料的稳定性，可以提高变形程度。而且，如果缩口内设有芯棒时，还可以提高缩口内径尺寸精度。
二、扩 口
与缩口变形相反，扩口是使管材或冲压空心件口部扩大的一种成形方法，特别在管材加工中应用较多（图5-35）。
⒈ 扩口变形程度
扩口变形程度的表示方法有扩口率 或扩口系数K：
扩口率：
扩口系数：
图5-35
扩口工艺 其中 —坯料扩口后直径； —坯料扩口前直径。
和K的关系：
材料特征、模具约束条件、管口状态、管口形状及扩口方式、分块模中分块的数目、相对料厚都对极限扩口系数有一定影响。在管的传力区部位增加约束，提高抗失稳能力以及对管口部加热等工艺措施可提高极限缩口系数。粗糙的管口不利于扩口工艺，采用刚性锥形凸模的扩口比分瓣凸模筒形扩口较有利。在钢管扩口时相对料厚越大，则极限扩口系数也越大。
如果扩口坯料为拉深的空心开口件，那么还应考虑预成形的影响及材料方向性的影响。实验证明，随着预成形量的增加，极限扩口中率减小。
⒉
扩口力的计算
采用锥形刚性凸模扩口时，单位扩口力可用下式计算（图5-36）：
式中 —单位变形抗力
 ；
—摩擦系数；
—凸模半锥角(度)；
—扩口系数， 。
⒊
扩口的主要方式
扩口的主要方式如图5-37~图5-39所示。
图5-36
锥形刚性凸模扩口
图5-37
手工工具扩口 
图5-38 模具扩口
图5-39
图5-扩口与缩口复合工艺
直径小于20mm，壁厚小于1mm的管材，如果产量不大，可采用如图5-37所示的简单手工工具来进行扩口。但扩口的精度，粗糙度不很理想。当产量大，扩口质量要求高的时候，均需采用模具扩口或用专用机及工具扩口。
当制件两端直径相差较大时，可以采用扩口与缩口复合工艺（图5-39）。
此外，旋压、爆炸成形、电磁成形等新工艺也都在扩口工艺中有许多成功的应用。
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