(2) 模具结构分析

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(1) 工艺分析

该钢管零件两端分别要进行扩口、缩口两种变形才能制成。要顺利地进行缩口变形，必

须使缩口系数m大于极限缩口系数mmin，这里m = # = || = 0.912 (d为缩口后的管料中心

层直径，D为缩口前的管料中心层直径），由于极限缩口系数的大小与模具支承形式有较大

关系，其中无支承的缩口变形最小，故极限缩口系数值最大，为0.75,即饥„^ = 0.75。

同样，要顺利地进行扩口变形，必须使扩口系数K小于极限扩口系数这里 n c：o c

K=f = ^ff = 1.0A (D为扩口后的管料中心层直径，d为扩口前的管料中心层直径），査 资料可知Kmax = ：L45左右。

显然，缩口：扩口均满足成形条件。考虑到零件生产批量较大，且采用竖直方向扩口、 缩口模加工，模具结构较为简单，零件生产成本较低，因此，设想设计扩口、缩口复合模竖 直方向加工，以有助于生产效率的提髙及质量的保证，为此,需要对该模具结构进行失稳 计算。

(2) 失稳计算

由于该钢管零件长为860mm、细长比# = ^ = 14. 3>10,因此，在扩口过程中，较长

的筒壁要承受全部的变形压力，易产生失稳变形，因此，有必要对其稳定性进行判定后，才 能最终确定工艺方案。

根据资料，发生缩口的缩口力计算公式为:

1 nDtas ^1~j (l+^cota)^

cosa J

式中，F为缩口力；々为速度系数，取1.15; D为管料缩口前的直径（中径），为 57mm; f为管料料厚，为3mm; (Ts为材料屈服强度，取200MPa; d为缩口后的管料中径，

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为52mm; p为工件与凹模接触面的摩擦因数，取0.2; a为凹模圆锥半锥角，经计算为18°。 代入公式，得F=20270. 3N〜20.3kN 根据扩口力实用计算公式：

PV = CTtdo to%

代入数据，得 P>=32216.4N义32.2kN。

钢管在缩口力、扩口力的作用下，其发生成形变形符合“冲压成形变形的趋向性原理”。 即冲压变形力是通过坯料的传力区而施加于变形区，使其产生塑性变形。在成形过程中，变

形区、传力区的范围及尺寸不断变化和相互转化,

则首先发生的是需变形力最小的变形方式，它
0 ^, O/ d+ t  t2 `2 Q: K首先进人塑性状态，产生塑性变形。

(1) 模具结构

设计的扩口、缩口复合模如图5-48所示。考虑到钢管较长，模具置于Y32-300t四柱式 万能油压机上加工，工作时，首先转动定位半环15让开装料空间，钢管中部从侧面通过定 位块13的定位孔定位，底部插入缩口凹模16型腔，随后，将定位半环15回转至限位销7 处完成定位。随着压力机滑块的下行，扩口凸模10穿入钢管上部，在压力机压力作用下， 限位块5首先压缩聚氨酯块6至限位块5与顶块9成刚性接触，钢管逐渐进入带芯轴的卸料 块11的芯轴与缩口凹模16之间的空隙，先发生缩口，至缩口完成，扩口凸模10开始对钢管实施从内向外的扩口，直至导套2下端面与限位柱4上端面接触形成限位，完成整个扩 口、缩口过程。

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为控制扩口部位尺寸及整个零件成形高度，模具中设置了高度限位柱4及限位块5;考 虑到缩口后材料的弹性回复，缩口尺寸会增大，因此，缩口下模尺寸特意相应缩小，尺寸缩 小0.4mm;为控制钢管缩口端部产生的形状变形，带芯轴的卸料块11与缩口凹模16间的 间隙取2. 85mm,略小于料厚3mm,以增加对缩口端部成形尺寸的控制。

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