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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-散熱板沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì)

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1、散熱板沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì) 1 緒 論 模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低,已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志,因?yàn)槟>咴诤艽蟪潭壬蠜Q定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。隨著我國加入WTO,我國模具工業(yè)的發(fā)展將面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。 全套圖紙加扣 3012250582 1.1模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1.1.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀 現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場總體上供不應(yīng)求,市場需求量維持在700億至850億美元,同時,我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機(jī)遇。近幾年,我國模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持15%的年增長率(據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),2005年國內(nèi)模具進(jìn)口總值達(dá)到7

2、00多億,同時,有近250個億的出口),到2007年模具產(chǎn)值預(yù)計(jì)為700億元,模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件出口將從現(xiàn)在的每年9000多萬美元增長到2006年的2億美元左右。單就汽車產(chǎn)業(yè)而言,一個型號的汽車所需模具達(dá)幾千副,價值上億元,而當(dāng)汽車更換車型時約有80%的模具需要更換。2005年我國汽車產(chǎn)銷量均突破550萬輛,預(yù)計(jì)2007年產(chǎn)銷量各突破700萬輛,轎車產(chǎn)量將達(dá)到300萬輛。另外,電子和通訊產(chǎn)品對模具的需求也非常大,在發(fā)達(dá)國家往往占到模具市場總量的20%之多。目前,中國17000多個模具生產(chǎn)廠點(diǎn),從業(yè)人數(shù)約50多萬。1999年中國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達(dá)245億元人民幣。工業(yè)總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分

3、之二,作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中,沖壓模具約占50%,塑料模具約占33%,壓鑄模具約占6%,其它各類模具約占11%。 近年來,我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達(dá)到1~2μm,壽命2億次左右的多工位級進(jìn)模國內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達(dá)到Ra≤1.5μm的精沖模,大尺寸(φ≥300mm)精沖模及中厚板精沖模國內(nèi)也已達(dá)到相當(dāng)高的水平。 1、 模具CAD/CAM技術(shù)狀況 我國模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展已有20多年歷史。由原華中工學(xué)院和武漢733廠于1984年共同完成

4、的精神模CAD/CAM系統(tǒng)是我國第一個自行開發(fā)的模具CAD/CAM系統(tǒng)。由華中工學(xué)院和北京模具廠等于1986年共同完成的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國自行開發(fā)的第一個沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。上海交通大學(xué)開發(fā)的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)也于同年完成。20世紀(jì)90年代以來,國內(nèi)汽車行業(yè)的模具設(shè)計(jì)制造中開始采用CAD/CAM技術(shù)。國家科委863計(jì)劃將東風(fēng)汽車公司作為CIMS應(yīng)用示范工廠,由華中理工大學(xué)作為技術(shù)依托單位,開發(fā)的汽車車身與覆蓋模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過鑒定。在此期間,一汽和成飛汽車模具中心引進(jìn)了工作站和CAD/CAM軟件系統(tǒng),并在模具設(shè)計(jì)制造中實(shí)際應(yīng)用,取得了

5、顯著效益。1997年一汽引進(jìn)了板料成型過程計(jì)算機(jī)模擬CAE軟件并開始用于生產(chǎn)。 21世紀(jì)開始CAD/CAM技術(shù)逐漸普及,現(xiàn)在具有一定生產(chǎn)能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了CAD/CAM技術(shù)。其中部分骨干重點(diǎn)企業(yè)還具備各CAE能力。 模具CAD/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期,降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量,已成為人們的共識。在“八五”、九五“期間,已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù),數(shù)控加工的使用率也越來越高,并陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量CAD/CAM系統(tǒng)。如美國EDS的UG,美國Parametric Technology公司 Pro/Engineer,美國CV公司的CADSS,

6、英國DELCAM公司的DOCT5,日本HZS公司的CRADE及space-E, 以色列公司的Cimatron 還引進(jìn)了AutoCAD CATIA 等軟件及法國Marta-Daravision公司用于汽車及覆蓋件模具的Euclid-IS等專用軟件。國內(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了CAD/CAM技術(shù)/DL圖的設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)均已實(shí)現(xiàn)二維CAD,多數(shù)企業(yè)已經(jīng)向三維過渡,總圖生產(chǎn)逐步代替零件圖生產(chǎn)。且模具的參數(shù)化設(shè)計(jì)也開始走向少數(shù)模具廠家技術(shù)開發(fā)的領(lǐng)域。 在沖壓成型CAE軟件方面,除了引進(jìn)的軟件外,華中科技術(shù)大學(xué)、吉林大學(xué)、湖南大學(xué)等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件,并

7、已在生實(shí)踐中得到成功應(yīng)用,產(chǎn)生了良好的效益。 快速原型(RP)傳統(tǒng)的快速經(jīng)濟(jì)模具相結(jié)合,快速制造大型汽車覆蓋件模具,解決了原來低熔點(diǎn)合金模具靠樣件澆鑄模具,模具精度低、制件精度低,樣樣制作難等問題,實(shí)現(xiàn)了以三維CAD模型作為制模依據(jù)的快速模具制造,它標(biāo)志著RPM應(yīng)用于汽車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。 圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造,近年來也涌現(xiàn)出一些新的快速成型方法,例如目前已開始在生產(chǎn)中應(yīng)用的無模多點(diǎn)成型及激光沖擊和電磁成型等技術(shù)。它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu)點(diǎn)。 2、模具設(shè)計(jì)與制造能力狀況 在國家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導(dǎo)下,經(jīng)過

8、幾十年努力,現(xiàn)在我國沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造能力已達(dá)到較高水平,包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應(yīng)用。 雖然如此,我國的沖壓模具設(shè)計(jì)制造能力與市場需要和國際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。這一些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面,無論在設(shè)計(jì)還是加工工藝和能力方面,都有較大差距。轎車覆蓋件模具,具有設(shè)計(jì)和制造難度大,質(zhì)量和精度要求高的特點(diǎn),可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設(shè)計(jì)制造方法和手段方面基本達(dá)到了國際水平,模具結(jié)構(gòu)周期等方面,與國外相比還存在一定的差距。 標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級進(jìn)模和多功能模具,是我國重點(diǎn)發(fā)展的精密模

9、具品種。有代表性的是集機(jī)電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具,已基本達(dá)到國際水平。 但總體上和國外多工位級進(jìn)模相比,在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上,仍存在一定差距。 汽車覆蓋件模具制造技術(shù)正在不斷地提高和完美,高精度、高效益加工設(shè)備的使用越來越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應(yīng)用已越來越多。NC、DNC技術(shù)的應(yīng)用越來越成熟,可以進(jìn)行傾角加工超精加工。這些都提高了模具面加工精度,提高了模具的質(zhì)量,縮短了模具的制造周期。 模具表面強(qiáng)化技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。工藝成熟、無污染、成本適中的離子滲氮技術(shù)越來越被認(rèn)可,碳化物被覆處理(TD處理)及許多鍍(

10、涂)層技術(shù)在沖壓模具上的應(yīng)用日益增多。真空處理技術(shù)、實(shí)型鑄造技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)等日趨成熟。激光切割和激光焊技術(shù)也得到了應(yīng)用。 雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展,但許多方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍有較大的差距。例如,精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比較低;CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高;許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等,致使相當(dāng)一部分大型、精密、復(fù)雜和長壽命模具依賴進(jìn)口。模具的發(fā)展是體現(xiàn)一個國家現(xiàn)代化水平高低的一個重要標(biāo)志,就我國而言,經(jīng)過了這幾十年曲折的發(fā)展,模具行業(yè)也初具規(guī)模,從當(dāng)初只能靠進(jìn)口到現(xiàn)在部分進(jìn)口已經(jīng)跨了一大步,但還有一些精密的沖模自己還不能生產(chǎn)只能通過

11、進(jìn)口來滿足生產(chǎn)需要。隨著各種加工工藝和多種設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用使的模具的應(yīng)用和設(shè)計(jì)更為方便。隨著信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,模具的設(shè)計(jì)和制造也越來越趨近于國際化?,F(xiàn)在模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造(CAD/CAM)技術(shù)的研究和應(yīng)用。大大提搞了模具設(shè)計(jì)和制造的效率。減短了生產(chǎn)周期。采用模具CAD/CAM技術(shù),還可提高模具質(zhì)量,大大減少設(shè)計(jì)和制造人員的重復(fù)勞動,使設(shè)計(jì)者有可能把精力用在創(chuàng)新和開發(fā)上。尤其是pro/E和UG等軟件的應(yīng)用更進(jìn)一步推動了模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展使模具工作零件的加工趨進(jìn)于自動化。電火花和線切割技術(shù)的廣泛應(yīng)用也對模具行業(yè)起到了飛越發(fā)展。模具的標(biāo)準(zhǔn)化程度在國內(nèi)外現(xiàn)在也比較明顯。特別是對一

12、些通用件的使用應(yīng)用的越來越多。其大大的提高了它們的互換性。加強(qiáng)了各個地區(qū)的合作。對整個模具的行業(yè)水平的提高也起到了重要的作用。 1.1.2國內(nèi)模具發(fā)展趨勢 巨大的市場需求將推動我國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和技術(shù)在過去的十多年得到了快速發(fā)展,但與國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍存在較大差距,尚不能完全滿足國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求。未來的十年,中國模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括以下幾方面:????    1)高速銑削加工   國外近年來發(fā)展的高速銑削加工,大幅度提高了加工效率,并可獲得極高的表面光潔度。另外,還可加工高硬度模塊,還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。高速銑削加工技術(shù)的發(fā)展,對

13、汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。   2)模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)   高速掃描機(jī)和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪P退璧闹T多功能,大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng),可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上,實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的CAD數(shù)據(jù),用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。模具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、家電等行業(yè)得到成功應(yīng)用,相信在“十五”期間將發(fā)揮更大的作用。   3)全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)   模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)

14、計(jì)制造的發(fā)展方向。隨著微機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步,普及CAD/CAM/CAE技術(shù)的條件已基本成熟,各企業(yè)將加大CAD/CAM技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度;進(jìn)一步擴(kuò)大CAE技術(shù)的應(yīng)用范圍。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能,實(shí)現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合,使虛擬制造成為可能。 4)電火花銑削加工   電火花銑削加工技術(shù)也稱為電火花創(chuàng)成加工技術(shù),這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術(shù),它是有高速旋轉(zhuǎn)的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控銑一樣),因此不再需要制造復(fù)雜的成型電極,這顯然是電火花成形加工領(lǐng)域的重大發(fā)展。國外已有使用這種技術(shù)的

15、機(jī)床在模具加工中應(yīng)用。預(yù)計(jì)這一技術(shù)將得到發(fā)展。   5)提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度   我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高,估計(jì)目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已達(dá)到30%左右。國外發(fā)達(dá)國家一般為80%左右。   6)優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù)   選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善應(yīng)發(fā)展工藝先進(jìn)的氣相沉積(TiN、TiC等)、等離子噴涂等技術(shù)。   7)模具研磨拋光將自動化、智能化   模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均

16、有較大的影響,研究自動化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作,以提高模具表面質(zhì)量是重要的發(fā)展趨勢。   8)模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展   這是我國長遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。模具自動加工系統(tǒng)應(yīng)有多臺機(jī)床合理組合;配有隨行定位夾具或定位盤;有完整的機(jī)具、刀具數(shù)控庫;有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng);有質(zhì)量監(jiān)測控制系統(tǒng)。 1.2國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 模具是工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵的工藝裝備,在電子、建材、汽車、電機(jī)、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產(chǎn)品中,60%-80%的零部件都要依靠模具成型。用模具生產(chǎn)制作表現(xiàn)出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性,是其他加工制造方法所無法替代的。模具生產(chǎn)技術(shù)水

17、平的高低,已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志,并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。近幾年,全球模具市場呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面,世界模具市場年交易總額為600~650億美元左右。美國、日本、法國、瑞士等國家年出口模具量約占本國模具年總產(chǎn)值的三分之一。? 國外模具總量中,大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的比例占到50%以上;國外模具企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。2004年中國模協(xié)在德國訪問時,從德國工、模具行業(yè)組織--德國機(jī)械制造商聯(lián)合會(VDMA)工模具協(xié)會了解到,德國有模具企業(yè)約5000家。2003年德國模具產(chǎn)值達(dá)48億歐元。其中(VDMA)會員模具企業(yè)有90家

18、,這90家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國模具產(chǎn)值的90%,可見其規(guī)模效益。 隨著時代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展,國外的一些掌握和能運(yùn)用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具工藝設(shè)計(jì)、高級鉗工及企業(yè)管理人才,他們的技術(shù)水平比較高.故人均產(chǎn)值也較高.我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬美元左右,而國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多15~20萬美元,有的達(dá)到 25~30萬美元。國外先進(jìn)國家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá)70%以上,而我國才達(dá)到45%. 1.3 散熱片零件的沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造方面 1.3.1 散熱片零件的沖壓工藝的設(shè)計(jì)思路 沖壓加工與其它加工方法相比,無論在技術(shù)方面,還是在經(jīng)濟(jì)方面,都具有許多

19、獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn).如:沖壓在少,無切屑加工方法之一,是一種省能,低耗,高效的加工方法,因而制品的成本較低. 沖壓件的尺寸公差由模具保證,具有一模一樣的特征,所以產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,沖壓可以壁薄,重量輕,形狀復(fù)雜,表面質(zhì)量好,剛性好的工件.冷沖壓生產(chǎn)靠壓力機(jī)和模具完成加工過程,其生產(chǎn)效率高,操作方便,易于機(jī)械化與自動化,用普通壓力機(jī)進(jìn)行沖壓加工,每分鐘可達(dá)幾十件,用高速壓力機(jī)生產(chǎn),每分鐘可達(dá)數(shù)百件或千件以上. 1.3.2 散熱片模具的設(shè)計(jì)思路 沖裁是沖壓基本工序之一,它是利用沖壓模在壓力機(jī)作用下,將平板坯料沿一定的輪廓線產(chǎn)生分離的一種沖壓工序。根據(jù)變形機(jī)理的不同,沖裁可分為普通沖裁和精密沖裁,常用的沖

20、裁有落料,沖孔,切口,切斷,剖切等。其中以落料沖孔翻邊應(yīng)用最多,落料是沿工件的外形封閉輪廓線沖切,沖下部分為工件,沖孔是沿工件的內(nèi)形封閉輪廓線沖切,沖下部分為廢料,翻邊主要是內(nèi)孔翻邊和外緣翻邊比較多。 1.3.3散熱片模具設(shè)計(jì)的進(jìn)度 1.了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀,所用時間20天; 2.確定加工方案,所用時間5天; 3.模具的設(shè)計(jì),所用時間30天; 4.模具的調(diào)試.所用時間5天. 2 散熱片沖壓工藝的分析 2.1工件工藝性分析與方案確定 2.1.1散熱片沖裁件工藝性分析

21、 圖1 零件圖 零件名稱:散熱片 材料:鋁L3 料厚:0.5mm 數(shù)量:大批量生產(chǎn) 未注公差尺寸按IT11級精度制造 該零件形狀簡單,對稱,是由圓弧和直線組成的,沖裁件內(nèi)外形所能達(dá)到經(jīng)濟(jì)精度為IT11~I(xiàn)T14,孔中心與邊緣距離尺寸公差為±0.5mm,將以上精度與零件的精度要求相比較,可認(rèn)為該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證,其他未注尺寸,生產(chǎn)批量等情況也均符合沖裁的工藝要求,故可采用沖壓方式進(jìn)行加工。 外形落料的工藝性:散熱片屬于中等尺寸零件,料厚0.5mm,外形復(fù)雜程度一般,尺寸精度要求一般,因此可采用落料工藝獲得。 沖孔的工藝性:內(nèi)

22、孔尺寸精度要求一般,可采用沖孔。 2.1.2工藝方案的確定 該零件所需要的沖壓工序?yàn)闆_孔、落料、翻邊,可擬定出以下三種工藝方案: 方案一:用簡單模分三次加工,即落料——沖孔——內(nèi)孔、外緣翻邊 方案二:沖孔落料復(fù)合?!獌?nèi)孔、外緣翻邊 方案三:沖孔、落料、翻邊級進(jìn)模 采用方案一,生產(chǎn)率低,工件的累計(jì)誤差大,操作不方便,由于該工件為大批量生產(chǎn),方案二和方案三更具有優(yōu)越性。 散熱片零件可以采用沖孔、落料復(fù)合?;驔_孔、落料級進(jìn)模。復(fù)合模模具的形位精度和尺寸精度容易保證,且生產(chǎn)率高,盡管模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜.級進(jìn)模生產(chǎn)率也高,但零件的沖裁精度稍差,與保證沖壓件的形位精度,需要在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷

23、導(dǎo)正,故模具制造,安裝較復(fù)合模并不復(fù)雜。通過對上述三種方案的分析比較,散熱片的沖壓生產(chǎn)采用方案二沖孔落料復(fù)合模更為合理。 2.2排樣設(shè)計(jì) 2.2.1確定零件的排樣 設(shè)計(jì)復(fù)合模時,首先要設(shè)計(jì)條料排樣圖,由于散熱片零件外形矩形,形狀較復(fù)雜,可采用直排排樣的方法,可提高生產(chǎn)率。如下圖二為零件的排樣圖。 圖2 排樣圖 2.2.2條料寬度、導(dǎo)尺間寬度和材料利用率的計(jì)算 查文獻(xiàn)[1]中表2.9取得搭邊值a1=1.8mm,側(cè)面a=2mm。 計(jì)算條料寬度: B=27+2×2=31mm 步距: S=61.8mm 材料利用率的計(jì)算: 計(jì)算沖壓件毛坯的面積:

24、 A=61.8×27-2×3×3×3.14-(4×10+2×2×3.14) =1559.52mm2 一個步距的材料利用率:=A/(Nbs) ×100% 式中 A—一個沖裁件的面積,mm2; n—一個步距內(nèi)的沖裁件數(shù)量; B—條料寬度,mm; s—進(jìn)距, mm 得 =1559.52/(61.8×31)×100%=81.4% 2.3沖裁力的計(jì)算及壓力機(jī)的選定 2.3.1沖裁力的計(jì)算 式中 P—沖裁力(KN)。 K—系數(shù),一般取1.3 L—沖裁件剪切周邊長度(mm)。 t—沖裁件材料厚度

25、(mm) —被沖材料的抗剪強(qiáng)度。 上式中抗剪強(qiáng)度與材料種類和坯料的原始狀態(tài)有關(guān),可在手冊中查詢,為方便計(jì)算,可取材料的σb=1.3τb,故沖裁力表達(dá)式又可表示為: F=Ltτb ≈1.3Ltτb=11960N F卸=K卸F=956.8N F推=nK推F=59800N F總=F+F推+F卸=72716.8N 2.3.2壓力機(jī)的初選 查《沖壓模具簡明設(shè)計(jì)手冊》表13.9選J23-10 其相關(guān)參數(shù)為: 最大封閉高度:180㎜, 工作臺尺寸:360㎜×240㎜ 2.3.3壓力中心的計(jì)算 因?yàn)橹萍臎_孔及落料部分對稱分布,故壓力中心為其幾何中心。 即: ,

26、 。 3 沖壓模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 凸、凹模刃口尺寸計(jì)算 3.1.1沖孔凸模刃口尺寸計(jì)算 查書《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》P21表2.3知: 鋁沖裁模具初始雙面間隙 Zmin=0.02mm Zmax=0.03mm 1、 沖孔Φ6mm的刃口尺寸的計(jì)算。由于制件結(jié)構(gòu)簡單,精度要求不高,所以采用凸模和凹模分開加工的方法制作凸、凹模。 沖孔時以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn),首先確定凸模尺寸,使凸模的基本尺寸接近或等于工件孔的最大極限尺寸;然后將凸模尺寸增大到最小合理間隙即得到凹模尺寸。 查P25表2.

27、5得凸、凹模制造公差: δ凸= -0.02mm δ凹= 0.02mm 校核: Zmax-Zmin=0.01mm δ 凹 +δ 凸 =0mm 滿足: Zmax-Zmin ≧ δ凹 + δ凸的條件。 查表2.6得:IT11級時磨損系數(shù)x=0.75 沖孔時,按式 d凸=(dmin+x△)0-δ =60-0.02 d凹=(d凸+Zmin)+δ0 = 6.0200.02 2、沖孔 R2mm周圍的刃口尺寸的計(jì)算。

28、由于形狀復(fù)雜(尺寸數(shù)多),故選用配作法制作模具刃口。 沖孔時,應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)來配做凹模。工作時,凸模磨損后,沖裁件尺寸變大。 3.1.2落料凸凹模刃口尺寸計(jì)算 落料時,凸凹模按分別制造法計(jì)算。落料時以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn),首先確定凹模尺寸,使凹模的基本尺寸接近或等于工件輪廓的最小極限尺寸;然后將凹模尺寸減小到最小合理間隙值即得到凸模尺寸。 D凹=(Dmin -x△)0+δ凸 =(60-0.75x0.1) 0+δ凸 =59.925 D凸=(D凹-Zmin)0-δ凹 =59.905 以上公式中 D凹、D凸—落料凸凹模的基本尺寸 d凸

29、、d凹—沖孔凸凹模的基本尺寸 Dmin—落料件的最大極限尺寸 Dmin—沖孔件的最小極限尺寸 δ凸、δ凹—凸模、凹模的制造公差 3.2模具類型的選擇 由沖壓工藝分析可知,采用沖孔落料復(fù)合方式?jīng)_壓,所以模具類型為復(fù)合模,本零件的沖壓包括沖孔和落料兩個工序,為方便小孔廢料和成形工件的落下,采用倒裝結(jié)構(gòu),即落料凹模安排在上模,凸凹模安排在下模部分。 本制件是大批量生產(chǎn),安排生產(chǎn)可采用手工送料方式能夠達(dá)到批量生產(chǎn),且能降低模具成本,因此采用手工送料方式。由于制件的精度要求不高,制件的外形復(fù)雜程度一般,所以選用擋料銷、始用擋料銷進(jìn)定

30、位和導(dǎo)向。 為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性,選用導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向。采用手工送料方式,為了提高開敞性和導(dǎo)向均勻性,采用中間導(dǎo)柱模架。 本模具采用正裝結(jié)構(gòu),沖孔廢料和工件留在凹??锥粗校瑸榱撕喕>呓Y(jié)構(gòu),可以在下模座中開有通槽,使廢料和工件從孔洞中落下。工件厚度為0.5mm,料厚比較薄,選用彈性卸料板來卸下條料廢料。 3.3沖壓模主要零部件的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)選用 3.3.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化 凹模刃口的結(jié)構(gòu)形式:凹模結(jié)構(gòu)分為整體式和鑲拼式兩種。整體式凹模刃口形狀分為直壁式和斜壁式。由于本零件結(jié)構(gòu)簡單各面均為垂直面,所以本模具宜采用直壁式。 3.3.2定位零件的設(shè)計(jì) 在本模具中采用的是條料,所以

31、導(dǎo)料銷、擋料銷作為定位裝置,起導(dǎo)向同時起定位的作用。用擋料銷擋住搭邊或沖件輪廓,以限定條料的送進(jìn)距離。在本模具中試用固定擋料銷,其結(jié)構(gòu)簡單、制造容易,在模具中廣泛應(yīng)用作定距裝置。 3.3.3固定擋料銷的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化 固定擋料銷的設(shè)計(jì)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件,選用此擋料銷如圖3 圖3固定擋料銷的結(jié)構(gòu) 3.3.4始用擋料銷位置確定 根據(jù)步距要求,模具上需要一個始用擋料銷。 由始用擋料銷剖視圖知其位置,其中L=61.8mm。如圖4 圖4始用擋料銷 3.3.5導(dǎo)料銷的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化 擋料銷一般有兩個,設(shè)置在條料的同側(cè),條料沿

32、兩個導(dǎo)料銷確定的直線送進(jìn)。從右向左送料時,擋料銷裝在后側(cè);從前向后送料時,導(dǎo)料銷裝在左側(cè)。固定導(dǎo)料銷一般設(shè)計(jì)在凹模上?;顒訐趿箱N一般設(shè)在彈壓卸料板上;導(dǎo)料螺釘一般設(shè)在固定板或下模座平面上。 導(dǎo)料銷的材料一般采用T7,T8,熱處理硬度為46~52HRC,粗糙度在1.6μm以下,裝配時采用H7/s6配合。 3.3.6導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì) 導(dǎo)向裝置用來保證上模相對于下模正確的運(yùn)動,對于生產(chǎn)批量較大,零件的要求較高,壽命要求較長的模具,一般都需要采用導(dǎo)向裝置,本模具中應(yīng)用導(dǎo)柱導(dǎo)套裝置來完成導(dǎo)向。 3.3.7卸料兼壓料板的設(shè)計(jì) 卸料是以圓形彈壓卸料板卸料,出件是通過推桿推件塊將制件從凹模中推出。凸模

33、與卸料板采用間隙配合,為H8/f8。通過頂桿及卸料螺釘?shù)奈恢?,確定彈壓卸料板的最寬度為40㎜。彈壓卸料板和推件塊的厚度分別由凸模和凹模的高度及厚度協(xié)調(diào)決定。它們的材料都是用45鋼。如圖5所示: 圖5卸料兼壓料板 3.4連接與固定裝置的設(shè)計(jì) 3.4.1模柄的設(shè)計(jì) 本模具屬于中小型模具,采用模柄將上模固定在壓力機(jī)的滑塊上。模柄是作為上模與壓力機(jī)滑塊連接的零件。對它的基本要求是:一要與壓力機(jī)滑塊上的模柄孔正確配合,安裝可靠;二要與上模正確而可靠的連接。 在本模具中選用壓入式模柄,通過凸緣與上模座連接并加止轉(zhuǎn)銷防止轉(zhuǎn)動。這種模柄可較好的保證軸線與上模座軸線垂直,適用與各種中、

34、小型模具。 模柄材料通常采用Q235或Q275鋼,在此選用Q235鋼.其支撐面應(yīng)垂直于模柄的軸線(垂直度不應(yīng)超過0.02:100)。 模柄在本模具選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸,并根據(jù)前文壓力機(jī)的參數(shù)確定模柄的直徑和長度。其具體參數(shù)如下:d=Φ40±0.050mm, L=79mm現(xiàn)制草圖如下并標(biāo)明其具體尺寸: 圖6 模柄結(jié)構(gòu)簡圖 3.4.2凸模固定板的選擇 根據(jù)凸模的直徑、高度及緊固螺釘、銷釘、卸料螺釘?shù)鹊某叽缥恢么_定選用矩形固定板,其規(guī)格為L×B×H=80×63×16。如下圖 圖7 凸模固定板 3.4.3墊板的設(shè)計(jì) 墊板的作用是

35、直接承受和擴(kuò)散凸模傳遞的壓力,以降低模座承受的單位壓力,防止模座被壓出凹坑,影響凸模的正常工作。模具中最為常見的凸模墊板,模具是否加裝墊板,要根據(jù)模座所受的壓力大小進(jìn)行判斷,若模座所受單位壓力大于模座的材料的許用壓應(yīng)力,則需加墊板。 墊板的外形尺寸可與固定板相同,其厚度一般取3~10mm。墊板材料為45鋼,淬火硬度為43~48JRC。墊板上,下表面應(yīng)磨平,以保證平行度要求。為了便于模具裝配,墊板上的銷釘通孔直徑可比銷釘直徑增大0.3~10.5mm。 墊板的外形尺寸和固定板相同,厚度取16mm。如下圖: 圖8 墊板 3.4.4螺釘與銷釘?shù)脑O(shè)計(jì) 模具上常用的緊固零件是螺釘和銷釘,螺釘

36、和銷釘都是標(biāo)準(zhǔn)件,設(shè)計(jì)模具是按標(biāo)準(zhǔn)選用即可。螺釘用于固定模具零件,一般選用內(nèi)六角螺釘;銷釘起定位作用,常用圓柱銷釘,螺釘、銷釘規(guī)格根據(jù)沖壓力的大小、凹模厚度等確定。所以螺釘?shù)囊?guī)格選用M12,在根據(jù)實(shí)際要求,查標(biāo)準(zhǔn)選用GB 70-85 M12;銷釘?shù)墓Q直徑可取與螺釘大徑相同或小一個規(guī)格,因此根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選用GB 119-86 A12, 根據(jù)有關(guān)資料,可選取材料為45鋼.根據(jù)定位方式及坯料的形狀與尺寸,選用合適的標(biāo)準(zhǔn)定位零件. 4 模架及組成零件的確定 4.1 模架的選用 本模具選用由上模座,下模座,導(dǎo)柱,導(dǎo)套組成導(dǎo)柱模模架及其零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,在此選用中間導(dǎo)柱模架。 4.1.1上模座的

37、確定 本模中具選用標(biāo)準(zhǔn)模架。如下圖: 圖9 上模座 4.1.2下模座的確定 本模中具選用標(biāo)準(zhǔn)模架。如下圖; 圖10 下模座 5 模具閉合高度及壓力機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核 5.1模具的閉合高度 模具的閉合高度:H閉=h上模座+h墊板+h凸模固定板+h落料凹模+t+h卸料板+h下模座。 H=25+5+16+20+0.5+15+30 = 96.5mm 5.2壓力機(jī)的校核 5.2.1公稱壓力 根據(jù)公稱壓力的選取壓力機(jī)型號為J23-10,它的壓力為72.71KN>211.2KN,所以壓力得以校核; 5.2.2行程次數(shù) 行程次數(shù)為45

38、/min.因?yàn)樯a(chǎn)批量為中批量,又是手工送料,不能太快,因此是得以校核.滿足使用要求。 5.2.3工作臺面的尺寸 根據(jù)下模座L×B=250mm×160mm,且每邊留出30mm~50mm,即L1×B1=290mm×200mm,而壓力機(jī)的工作臺面L2×B2=370 mm×560mm,沖壓件和廢料從下模漏出, 故符合要求,得以校核; 5.2.4 滑塊模柄孔尺寸 滑塊上模柄孔的直徑為Φ40mm,模柄孔深度為60mm,而所選的模柄夾持部分直徑為Φ40mm,長度為56mm故符合要求,得以校核。 6 繪制模具總裝圖和非標(biāo)零件工作圖 圖11裝配圖 由以上

39、設(shè)計(jì),可得到模具的總裝圖即是上圖,其工作過程是:模具在工作時,將毛坯放在凹模上用始用擋料銷進(jìn)行定位,模具下行卸料板接觸毛坯將其壓緊,同時沖孔凸模在下行過程中進(jìn)行沖孔,模具繼續(xù)下行落料凸模進(jìn)行落料。沖裁完成,廢料直接從下方落下,工件卡在凸模上,當(dāng)模具回升時,工件隨凸模一起上行當(dāng)?shù)竭_(dá)一定高度后,卸料板在橡膠塊的作用下將制件卸下,如此繼續(xù)完成下一次工作。 6.1模具的裝配 總裝時,首先應(yīng)根據(jù)主要零件的相互依賴關(guān)系,以及裝配方便和易于保證裝配精度要求來確定裝配基準(zhǔn)件,例如復(fù)合模一般以凸凹模作為裝配基準(zhǔn)件,級進(jìn)模以凹模作為裝配基準(zhǔn)件;其次,應(yīng)確定裝配順序,根據(jù)各個零件與裝配基準(zhǔn)件的依賴關(guān)系和遠(yuǎn)近程度

40、確定裝配順序。裝配結(jié)束后,要進(jìn)行試沖,通過試沖發(fā)現(xiàn)問題,并及時調(diào)整和修理直至模具沖出合格零件為止。 裝配前的準(zhǔn)備通讀設(shè)計(jì)圖樣,了解正裝式復(fù)合模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn);本模具的裝配工藝要點(diǎn)是:同時保證落料和沖孔用凸凹模間隙的均勻,打料機(jī)構(gòu)工作可靠,能及時推出工件,查對各零件已完成裝配前的加工工序,并經(jīng)檢驗(yàn)合格;確定裝配方法和裝配順序:經(jīng)查對認(rèn)定模具零件已加工完成,可采用直接裝配方法,結(jié)合模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn),對凸凹模、凸模先進(jìn)行分組裝配,再進(jìn)行總裝配,選用以凸凹模為基準(zhǔn)件,先裝配上模,再裝配下模及輔助零件;裝配模柄:將模柄壓入上模座后,鉆、鉸銷孔,打入止轉(zhuǎn)銷;裝配凸凹模:按照壓入法操作要求,將凸凹模壓入固定板中,

41、檢查凸凹模相對固定板基準(zhǔn)面的垂直度,并壓入凸模,用工藝定位器法檢查配合間隙的均勻性,待凸凹模全部壓入,認(rèn)定間隙分布均勻后,磨平固定板支撐面和凸凹模刃口面;裝配凸模:將凸模壓入固定板中,按壓入法裝配要領(lǐng),檢查其相對固定板基準(zhǔn)面的垂直度,認(rèn)定合格后,磨平固定板支撐面和刃口面;裝配下模:將組裝好的凸?!潭ò搴拖聣|板,按照設(shè)計(jì)要求位置,安裝在下模座上,緊固螺釘,鉆、鉸銷孔,裝入圓柱銷;裝配上模:將組裝好的凸凹?!潭ò搴蜕蠅|板,安裝在上模座上,緊上螺釘,用工藝定位器法控制上下模的配合間隙,使其均勻,認(rèn)定均勻后,在上模相應(yīng)部位鉆、鉸銷孔,打入圓銷;安裝凹模:將凹模安裝在下模相應(yīng)部位,凹模和凸凹模間隙,

42、用墊片法或直接安裝法控制其均勻性。試切:用紙?jiān)嚊_,觀察沖切紙邊的狀況,經(jīng)調(diào)整并認(rèn)定均勻后,鉆、鉸另一組銷孔,打入圓銷;裝配其他零件并試模:上模安裝頂桿,頂件塊,檢查打料機(jī)構(gòu)工作的可靠性。頂件塊在最低位置時,應(yīng)突出凸凹模刃口0.2~0.5mm。安裝卸料板和彈簧,安裝后的卸料板下平面比凸凹模刃口面低0.2~0.5mm。在設(shè)計(jì)指定的壓力機(jī)上,裝配好的模具進(jìn)行試沖。試模時重點(diǎn)檢查打料機(jī)構(gòu)和頂出機(jī)構(gòu)的動作是否及時、可靠。每一次沖壓后,上模隨壓力機(jī)上行到上死點(diǎn)時,條料和頂出的工件都應(yīng)該出現(xiàn)在下模凹模工作面上,以便及時清除。裝配后應(yīng)保證間隙均勻,落料凹模刃口面應(yīng)高出沖孔凸模工作端面2mm。

43、 結(jié)束語 大學(xué)三年的學(xué)習(xí)即將結(jié)束,畢業(yè)設(shè)計(jì)是其中最后一個實(shí)踐環(huán)節(jié),是對以前所學(xué)的知識及所掌握的技能的綜合運(yùn)用和檢驗(yàn)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。在完成大學(xué)三年的課程學(xué)習(xí)和課程、生產(chǎn)實(shí)習(xí),我熟練地掌握了機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識,對機(jī)械制造、加工的工藝有了一個系統(tǒng)、全面的理解,達(dá)到了學(xué)習(xí)的目的。對于模具設(shè)計(jì)這個實(shí)踐性非常強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題,我們進(jìn)行了大量的實(shí)習(xí)。經(jīng)過在新飛電器有限公司、在洛陽中國一拖的生產(chǎn)實(shí)習(xí),我對于冷沖模具、塑料模具的設(shè)計(jì)步驟有了一個全新的認(rèn)識,豐富和加深了對各種模具的結(jié)構(gòu)和動作過程方面的知識,而對于模具的制造工藝

44、更是有了全新的理解。在指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)下和在工廠師傅的講解下,我們對于模具的設(shè)計(jì)和制造工藝有了系統(tǒng)而深刻的認(rèn)識。同時在實(shí)習(xí)現(xiàn)場親手拆裝了一些典型的模具實(shí)體并查閱了很多相關(guān)資料,通過這些實(shí)踐,我們熟練掌握了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。通過在圖書館借閱相關(guān)手冊和書籍,更系統(tǒng)而全面了細(xì)節(jié)問題,鍛煉了縝密的思維和使我們初步具備了設(shè)計(jì)工作者應(yīng)有的素質(zhì)。 設(shè)計(jì)中,將充分利用和查閱各種資料,并與同學(xué)進(jìn)行充分討論,盡最大努力搞好本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)的過程中,將有一定的困難,但有指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和自己的努力,相信會完滿的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。由于學(xué)生水平有限,而且缺乏經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)中不妥之處在所難免,肯

45、請各位老師指正。 致謝 時光如電,歲月如梭,三年的大學(xué)生活即將結(jié)束,而我也即將離開可敬的老師和熟悉的同學(xué)踏入不是很熟悉的社會中去。在這畢業(yè)之際,作為一名工科院校的學(xué)生,做畢業(yè)設(shè)計(jì)是一件必不可少的事情。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常繁雜的工作,它涉及的知識非常廣泛,很多都是書上沒有的東西,這就要靠自己去圖書館查找自己所需要的資料;還有很多設(shè)計(jì)計(jì)算,這些都要靠自己運(yùn)用自己的思維能力去解決,可以說,沒有一定的毅力和耐心是很難完成這樣復(fù)雜的工作。 在學(xué)校中,我主要學(xué)的是理論性的知識,而實(shí)踐性很欠缺,而畢業(yè)設(shè)計(jì)就相當(dāng)于實(shí)戰(zhàn)前的一次總演練。畢業(yè)設(shè)計(jì)不但把我以前學(xué)的專業(yè)知識系統(tǒng)

46、的連貫起來,也使我在溫習(xí)舊知識的同時也可以學(xué)習(xí)到很多新的知識;這不但提高了我們解決問題的能力,開闊了我們的視野,在一定程度上彌補(bǔ)我們實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不足,為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 由于本人資質(zhì)有限,很多知識掌握的不是很牢固,因此在設(shè)計(jì)中難免要遇到很多難題,在有課程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)及老師的不時指導(dǎo)和同學(xué)的熱心幫助下,克服了一個又一個的困難,使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)日趨完善。畢業(yè)設(shè)計(jì)雖然很辛苦,但是在設(shè)計(jì)中不斷思考問題,研究問題,咨詢問題,一步步提高了自己,一步步完善了自己。同時也汲取了更完整的專業(yè)知識,鍛煉了自己獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力,使我受益匪淺,我相信這些經(jīng)驗(yàn)對我以后的工作一定有很大的幫助,而且也鍛煉我的吃苦耐勞的

47、精神,讓我在這個競爭的社會里有立足之地。 最后,我衷心感謝各位老師特別是我的指導(dǎo)老師老師在這一段時間給予我無私的幫助和指導(dǎo),并向你們致意崇高的敬意,以后到社會上我一定努力工作,不辜負(fù)你們給予我的知識和對我寄予的厚望! 參考文獻(xiàn) [1] 趙志偉等.模具發(fā)展現(xiàn)狀[J].模具制造,2007,6:2~4 [2] 李紹林、馬長福主編.實(shí)用模具技術(shù)手冊[M].上??茖W(xué)技術(shù)出版社, 1998 [3] 陳錫棟、周小玉主編.實(shí)用模具技術(shù)手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001 [4]劉建超、張寶忠主編.沖壓模具設(shè)計(jì)與制造[M].高等教育出版社,2004 [5]王孝培主編.中國模具設(shè)計(jì)大典之沖壓模具設(shè)計(jì)[M].江西科學(xué)技術(shù)出版社,2003 [6]虞蓮蓮、曾正明主編.實(shí)用鋼鐵材料手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2001 [7]寇世瑤主編.互換性與測量技術(shù)[M].高等教育出版社,2004 [8]馮炳堯、韓泰榮、殷振海、蔣文森編.模具設(shè)計(jì)與制造簡明手冊[M].上??茖W(xué)技術(shù)出版社,1988 [9]馮炳堯主編.模具設(shè)計(jì)與制造簡明手冊[M].上??茖W(xué)技術(shù)出社,1985 [10]王孝培主編.沖壓手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社,1988 29

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