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1、1 前 言 板料成形通常稱為沖壓或冷沖,即在室溫下,利用安裝在壓力機(jī)上的沖壓模具(冷沖模、沖模)對(duì)材料(板料、條料或帶料)施加壓力,使其產(chǎn)生分離或發(fā)生塑性變形,從而獲得所需形狀和尺寸、具有一定力學(xué)性能的零件的一種壓力加工方法。 沖壓模具是指在冷沖壓加工中,將材料(金屬或非金屬)加工成零件(或半成品件)的一種特殊工藝裝備。沖壓成型加工必須具備相應(yīng)的模具。模具是技術(shù)密集型產(chǎn)品,其制造屬于單件小批量生產(chǎn)具有難加工、精度高、技術(shù)要求高、生產(chǎn)成本高(約占產(chǎn)品成本的10%30%)的特點(diǎn)。所以,只有在沖壓件生產(chǎn)批量大的情況下,沖壓成型加工的優(yōu)點(diǎn)才能得到充分體現(xiàn),從而獲得好的經(jīng)濟(jì)效益。 沖壓生產(chǎn)具有生產(chǎn)率高,
2、材料利用率高,生產(chǎn)的制件精度高、復(fù)雜程度高、一致性高等一系列突出優(yōu)點(diǎn),因此在批量生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用,在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中占有十分重要的地位,是國(guó)防及民用工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的加工方法。 沖壓加工是完成金屬塑性成形的一種重要手段,它是最基本、最傳統(tǒng)、最重要的金屬加工方法之一。沖模設(shè)計(jì)是沖壓工藝設(shè)計(jì)中關(guān)鍵的一環(huán),工藝設(shè)計(jì)結(jié)果直接影響模具的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)的沖壓產(chǎn)品質(zhì)量。沖壓工藝方案的產(chǎn)生和處理是沖壓工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容,其中工序生成、工序排序及工序組合是工藝方案設(shè)計(jì)的主要工作。 在沖壓生產(chǎn)中,沖壓模具作為沖壓工藝的具體執(zhí)行工具,是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備,是技術(shù)密集型產(chǎn)品。沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本
3、等,與模具設(shè)計(jì)和制造有直接關(guān)系。模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)水平的高低,是衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志之一,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(kāi)發(fā)能力。因此,開(kāi)發(fā)和推廣冷沖壓生產(chǎn)工藝,必須高標(biāo)準(zhǔn)地超前攻克沖模技術(shù),這是必然的邏輯和規(guī)律。早在20世紀(jì)50年代,美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已注意及此,在開(kāi)發(fā)應(yīng)用冷沖壓新技術(shù)的同時(shí),集中了部分優(yōu)勢(shì)人才和資金,結(jié)合市場(chǎng)的需要,將模具作為一個(gè)統(tǒng)一的產(chǎn)業(yè)來(lái)發(fā)展,因而取得明顯的效果。經(jīng)過(guò)多年的耕耘,不僅在模具精度、模具結(jié)構(gòu)、模具壽命、模具周期等方面取得了明顯的突破,而且在板材成形過(guò)程模擬、模具優(yōu)化和可靠性設(shè)計(jì)等方面形成了新的理論和方法,為適應(yīng)新的市場(chǎng)環(huán)境進(jìn)
4、一步實(shí)現(xiàn)快速制模,開(kāi)辟新的效益空間,打下了基礎(chǔ)1。 我國(guó)沖壓模具無(wú)論在數(shù)量上,還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展,但與國(guó)發(fā)經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比,差距仍很大,一些大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命的高檔模具每年仍大量進(jìn)口,特別是中高檔轎車的覆蓋件模具,目前仍主要依靠進(jìn)口。一些低檔次的簡(jiǎn)單沖模,已趨供過(guò)于求,市場(chǎng)竟?fàn)幖ち摇?改革開(kāi)放以來(lái),隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,市場(chǎng)對(duì)模具的需求量不斷增長(zhǎng)。近年來(lái),模具工業(yè)一直以15%左右的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展,模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化,除了國(guó)有專業(yè)模具廠外,集體、合資、獨(dú)資和私營(yíng)也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”;廣東一些大集團(tuán)公
5、司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè),科龍、美的、康佳等集團(tuán)紛紛建立了自己的模具制造中心;中外合資和外商獨(dú)資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。 21世紀(jì)開(kāi)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(shí)。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(lái)越高,并陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量CAD/CAM系統(tǒng)。在現(xiàn)代技術(shù)迅猛發(fā)展的今天,要想圓滿完成一套模具的設(shè)計(jì),除了要有模具設(shè)計(jì)相關(guān)方面的知識(shí)外,還要全面了解與
6、模具制造有關(guān)的新技術(shù)、新方法,從而不斷更新、改進(jìn)落后傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則,形成面向制造、面向世界的模具制造設(shè)計(jì)原則:制造可行性、制造合理性、制造經(jīng)濟(jì)性、制造效率、制造設(shè)備等。這幾方面相互依存、相輔相成,進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮。本次設(shè)計(jì)即是依據(jù)以上原則,盡量兼顧節(jié)材、高效、低成本擬定的工藝方案,從而設(shè)計(jì)模具。 本次設(shè)計(jì)共分為六章:第一章,主要介紹模具設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)和工件圖;第二章,主要從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面對(duì)工件進(jìn)行工藝分析;第三章,通過(guò)工藝分析和比較,選定最佳工藝方案;第四章,主要介紹各個(gè)工序沖裁力的計(jì)算方法,同時(shí)選擇合理的沖壓設(shè)備;第五章,主要介紹落料、沖孔復(fù)合模的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì);第六章,主要介紹彎曲模的
7、結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。2 產(chǎn)品圖本次的設(shè)計(jì)任務(wù)是通過(guò)多道沖壓工序完成螺母板支座的成型。制件圖如圖1-1所示:圖2-1 制件圖3 沖壓工藝分析 該零件為螺母板支座,零件外形對(duì)稱,無(wú)尖角、凹陷或其他形狀突變,是典型的板料沖壓件。零件外形尺寸公差要求不高,壁部圓角半徑r1,相對(duì)圓角半徑r/t0.5,大于參考文獻(xiàn)2表3-5所示的最小彎曲半徑值。彎曲件直邊高度h2t,因此可以彎曲成形。4mm的兩個(gè)孔均布在零件的兩個(gè)彎曲直邊上,孔距有位置要求,但孔徑無(wú)公差配合。10mm圓孔無(wú)公差配合,彎曲角為90,也無(wú)公差配合。 通過(guò)上述工藝分析,可以看出該零件為普通的板料彎曲件,尺寸精度要求不高,因此可以用沖壓方法生產(chǎn)。4 工藝
8、方案的確定4.1 毛坯展開(kāi)尺寸計(jì)算4.1.1 計(jì)算公式的確定 零件有落料,沖孔,彎曲工序,所以應(yīng)將其展開(kāi)計(jì)算:根據(jù)參考文獻(xiàn)1彎曲件r=0.5t:有圓角半徑的彎曲件,其展開(kāi)長(zhǎng)度是根據(jù)彎曲前后應(yīng)變中性層長(zhǎng)度不變的原則進(jìn)行計(jì)算的。彎曲件毛皮長(zhǎng)度等于直線部分的長(zhǎng)度和彎曲部分應(yīng)變中性層展開(kāi)長(zhǎng)度之和。L= l直+l彎式中L彎曲件毛坯長(zhǎng)度(mm) l直彎曲件各直線段長(zhǎng)度之和(mm)l彎彎曲件各彎曲部分(圓弧部分)應(yīng)變中性層展開(kāi)長(zhǎng)度之和(mm)該工件屬于雙直角彎曲且,因此 (文獻(xiàn)1) 圖4-1 4.1.2 毛坯尺寸計(jì)算 當(dāng) (文獻(xiàn)1) 所以毛坯總長(zhǎng)度為所得毛坯如圖3-2所示:圖4-2 產(chǎn)品毛坯圖4.2 確定排
9、樣方式和計(jì)算材料利用率零件外輪廓尺寸較復(fù)雜,考慮操作方便和材料利用率的問(wèn)題,采用雙排。如圖4-3所示。圖4-3 工件排樣圖 由參考文獻(xiàn)2表2-13查得搭邊數(shù)值為: a2.0mm, a12.2mm條料寬 b42242aa1 (422422.02.2)mm 72.2mm進(jìn)距 AB+a (52.712.0)mm 54.71mm選用板料規(guī)格為 2mm800mm2500mm,采用橫排,剪切條料尺寸為72.2mm2500mm。條數(shù) n180072.211條 余5.8mm 每條個(gè)數(shù) n2(25002.224)54.7145個(gè) 余11.85mm 每板個(gè)數(shù) n32n1n221145990個(gè)沖片面積 材料利用率
10、(1096.77990)(8002500)100% 54.3%考慮到?jīng)_裁送料時(shí)板料的定位問(wèn)題,剪切條料尺寸修正為:73.2mm2497.52mm。4.3 沖壓工序性質(zhì)和工序次數(shù)的選擇沖壓該零件,需要的基本工序和次數(shù)有:1落料2沖4孔2個(gè)3沖10孔1個(gè)4彎曲成形4.4 工序組合及其方案比較根據(jù)以上這些工序,可以作出下列組合方案。方案一: 1. 落料 2. 沖10孔1個(gè) 3. 彎曲成形 4. 沖側(cè)壁4孔2個(gè)方案二: 1.落料 2.沖10孔1個(gè) 3.沖4孔2個(gè) 4.彎曲成形方案三: 1.落料 2.沖4孔2個(gè),沖10孔1個(gè) 3.彎曲成形方案四: 1.落料,沖10孔1個(gè) 2. 沖4孔2個(gè) 3.彎曲成形從
11、生產(chǎn)效率、模具結(jié)構(gòu)和壽命方面對(duì)以上四種方案進(jìn)行比較,可以看出: 方案一:將落料和沖孔分開(kāi)加工,有利于降低沖裁力和提高模具壽命,同時(shí)模具結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單。但是,須設(shè)計(jì)四套模具,浪費(fèi)材料,顯然生產(chǎn)效率不高。另外,在彎曲成形之后再?zèng)_側(cè)壁孔,可以提高孔距精度,保證零件質(zhì)量,但在壁部沖孔增加了操作難度,操作不便,同時(shí)模具費(fèi)用也較高。 方案二:情況與方案一基本相同,但彎曲成形安排在沖孔之后,操作方便,彎曲成形在沖孔以后進(jìn)行,彎曲回彈后孔距不易保證,影響零件精度。 方案三:將三個(gè)孔組合到一套模具上沖壓,減少了一套模具,節(jié)省了工序,降低了生產(chǎn)成本。彎曲工序在沖孔之后進(jìn)行,產(chǎn)生與方案二相同的缺點(diǎn)。 方案四:落料與沖
12、孔符合,滿足最小壁厚要求。模具結(jié)構(gòu)緊湊且少一套模具設(shè)計(jì)。彎曲工序在沖孔之后進(jìn)行,與上述方案基本相同。 通過(guò)以上的方案分析,結(jié)合零件對(duì)孔距精度要求不高的情況,可以看出,方案四的模具設(shè)計(jì)無(wú)論是工藝性還是經(jīng)濟(jì)性都比較合理,符合本次設(shè)計(jì),故選用方案四的模具設(shè)計(jì)。5 各工序沖壓力的計(jì)算和沖壓設(shè)備的選擇5.1 沖裁力的計(jì)算5.1.1 沖裁力計(jì)算公式的確定計(jì)算沖裁力的目的是為了合理地選用壓床和設(shè)計(jì)模具。所選用的壓床的噸位必須大于所計(jì)算的沖裁力,以適應(yīng)沖裁的要求2。一般情況下,沖裁件從板料切下以后,徑向因彈性變形而擴(kuò)張,板料上的孔則沿徑向發(fā)生彈性收縮。同時(shí),沖下的零件與余料還要力圖恢復(fù)彈性穹彎。這兩種彈性恢復(fù)
13、的結(jié)果,會(huì)使落料梗塞在凹模內(nèi),而沖裁后剩下的板料則箍緊在凸模上。從凸模上將零件或廢料卸下來(lái)所需要的力稱卸料力。從凹模內(nèi)順著沖裁方向把零件或廢料從凹模腔頂出的力稱推件力。影響這些力的因素較多,主要有材料的機(jī)械性能、材料厚度、模具間隙、零件形狀尺寸以及潤(rùn)滑情況等2。沖裁時(shí)的沖壓力是沖裁力、卸料力和推件力之和,這些力在設(shè)計(jì)模具和選擇壓力設(shè)備時(shí)是否需要考慮進(jìn)去,應(yīng)根據(jù)不同的模具結(jié)構(gòu)區(qū)別對(duì)待。由于本部分落料、沖孔模具的設(shè)計(jì)是采用彈性卸料裝置和下出料方式,所以沖裁力為:F總F+F頂+F卸 (5-1) 本部分設(shè)計(jì)采用平刃口模具沖裁,考慮到模具刃口的磨損,凸、凹模間隙的波動(dòng),材料機(jī)械性能的變化,材料厚度偏差等
14、因素,實(shí)際沖裁力按參考文2獻(xiàn)式(2-1)計(jì)算: F1.3Lt (5-2) 式中 F沖裁力;t材料厚度; 材料抗剪強(qiáng)度,為MPa; L沖裁周長(zhǎng)。5.1.2 所需落料力的計(jì)算 因?yàn)?L(222+152+230.71+218+29)mm 189.42mm查參考文獻(xiàn)3表D-22得:360480MPa取 400MPa代入式(5-2)得: F11.3Lt=.8N5.1.3 所需沖孔力的計(jì)算沖10mm孔所需的沖裁力 因?yàn)?Ld 10mm 31.4mm代入式(5-2)得:F21.3Lt=32656N5.1.4 所需推件力的計(jì)算 頂件力參照參考文獻(xiàn)2計(jì)算:F頂K頂FK頂(F1+F2) (5-3)式中 F頂頂件力
15、,F(xiàn)為N; K頂頂件力系數(shù),其值見(jiàn)表參考文獻(xiàn)2表2-2; F沖裁力,F(xiàn)為N。查參考文獻(xiàn)2表2-2得:K頂0.06代入式(4-3)得:F頂13779.168N5.1.5 所需卸料力的計(jì)算 卸料力參照參考文獻(xiàn)2計(jì)算:F卸K卸FK卸(F1+F4) (5-4)式中 F卸卸料力,F(xiàn)為N; K卸卸料力系數(shù),其值見(jiàn)表參考文獻(xiàn)2表2-10; F沖裁力,F(xiàn)為N。查參考文獻(xiàn)2表2-2得:K卸0.040.05 取 K卸0.045由式(5-4)得:F卸10334.376N5.1.6 所需總沖裁力的確定 F總F1+F2+F頂+F卸.8+32656+13779.168+10334.376N.344N254KN5.2 沖小
16、孔工藝力計(jì)算5.2.1沖裁力的計(jì)算沖小孔時(shí)采用彈性卸料裝置和下出料,故其總沖壓力為 F總F沖+F卸 因?yàn)長(zhǎng)=2d=(23.144)mm=25.12mm查參考文獻(xiàn)3表D-22得:360480MPa取 400MPa 按參考文2獻(xiàn)式(2-1)計(jì)算:F沖1.3Lt=(1.325.122400)N=26124.8N5.2.2 所需卸料力的計(jì)算 卸料力參照參考文獻(xiàn)2計(jì)算:F卸K卸FK卸F沖 (式中 F卸卸料力,F(xiàn)為N; K卸卸料力系數(shù),其值見(jiàn)表參考文獻(xiàn)2表2-10; F沖沖裁力,F(xiàn)為N。查參考文獻(xiàn)2表2-2得:K卸0.040.05 取 K卸0.045由式得:F卸1175.616N故 F總F沖+F卸=(26
17、124.8+1175.616)N=27300.416N5.3 彎曲力的計(jì)算 彎曲力是擬訂板料彎曲加工工藝和選擇設(shè)備的重要依據(jù)之一。板料彎曲時(shí),開(kāi)始是彈性彎曲,其后是變形區(qū)內(nèi)外層纖維首先進(jìn)入塑性狀態(tài),并逐漸向板的中心擴(kuò)展進(jìn)行自由彎曲,最后是凸、凹模與板料相互接觸并沖擊零件的校正彎曲。彎曲力包括自由彎曲力、校正彎曲力和壓料力(或推件力)。5.3.1 自由彎曲力的計(jì)算 自由彎曲力參照參考文獻(xiàn)1式(2.3-37)計(jì)算: (5-5)式中最大自由彎曲力,為N; 材料抗拉強(qiáng)度,為MPa; K安全系數(shù),一般取k1.3; B彎曲件寬度,b為mm。 已知 B9mm t2mm r1mm查參考文獻(xiàn)3表D-22得:b4
18、50600MPa取 b500MPa代入式得:5460N5.3.2 校正彎曲力 校正彎曲力按參考文獻(xiàn)1式(2.3-38)計(jì)算:FjfA (5-6)式中 Fj校正彎曲力,F(xiàn)j為N; A彎曲件校正部分的投影面積,A為mm2; f單位校正力,其值見(jiàn)參考文獻(xiàn)1表2.3-4 因?yàn)?A279mm2 243mm2由參考文獻(xiàn)1表2.3-4查得:f5070MPa 取 f60MPa代入式(5-6)得:Fj14580N5.3.3 壓料力的計(jì)算 壓料力參照參考文獻(xiàn)1按下式計(jì)算:Fd(或Fy)kFz (5-7)式中 Fd頂件力(N) Fy壓料力(N) Fz自由彎曲力(N) K系數(shù),可查表2.3-5 文獻(xiàn)1計(jì)算頂件力時(shí)系數(shù)
19、取0.4 計(jì)算壓料力時(shí)系數(shù)取0.8由式(5-7)得:Fd2184N Fy=4368N5.4 沖壓設(shè)備的選擇在沖壓生產(chǎn)中,最常用的是摩擦壓力機(jī)、偏心壓力機(jī)和曲軸壓力機(jī)(俗稱沖床)以及油壓機(jī)等。沖壓設(shè)備的選擇是沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要內(nèi)容,它直接關(guān)系到?jīng)_壓設(shè)備的安全使用,沖壓工藝能否順利實(shí)現(xiàn)和模具壽命、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、成本高低等重要問(wèn)題。沖壓設(shè)備的選用包括選擇設(shè)備類型和確定設(shè)備規(guī)格兩項(xiàng)內(nèi)容。沖壓設(shè)備類型的選擇主要是根據(jù)沖壓工藝特點(diǎn)和生產(chǎn)率、安全操作等因素來(lái)確定的。在中小型沖壓生產(chǎn)中,主要選用開(kāi)式壓力機(jī);對(duì)需要變形力大的工序(如冷擠壓等),應(yīng)該選用剛性好且比較精密的閉式壓力機(jī);對(duì)于校平、整形
20、和溫、熱擠壓等工序,最好選用摩擦壓力機(jī);對(duì)于薄材料的沖裁工序,最好選用導(dǎo)向準(zhǔn)確的精密壓力機(jī);對(duì)于大型拉深件的沖壓工序,最好選用拉深壓力機(jī);在大量生產(chǎn)中,應(yīng)該選用高速壓力機(jī)或多工位自動(dòng)壓力機(jī);對(duì)于不允許沖模導(dǎo)套離開(kāi)導(dǎo)柱的沖壓工序,最好選用行程可調(diào)整的偏心式壓力機(jī)。經(jīng)過(guò)如上分析,本次螺母板支座沖壓件的設(shè)計(jì)選用開(kāi)式壓力機(jī)。 在壓力機(jī)的類型選定好之后,應(yīng)該進(jìn)一步根據(jù)變形力的大小、沖壓件尺寸和模具尺寸來(lái)確定設(shè)備的規(guī)格。具體地說(shuō),在完成某一工序而選用壓力機(jī)時(shí),必須考慮的參數(shù)有:公稱壓力、滑塊行程、行程次數(shù)、工作臺(tái)面尺寸、閉合高度和電動(dòng)機(jī)的功率等。 在實(shí)際選用設(shè)備時(shí),除了要參照壓力機(jī)的公稱壓力進(jìn)行選擇,還需
21、要考慮模具空間的大小,工藝流程和設(shè)備負(fù)荷等因素,再作合理安排。此次設(shè)計(jì)的模具由于制件尺寸較小,而且整個(gè)模具的外形結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單,只需選用開(kāi)式壓力機(jī)。5.4.1 落料、沖孔模根據(jù)參考文獻(xiàn)5,通過(guò)工藝力及做功校核選擇壓力機(jī)根據(jù)工藝計(jì)算力,可初選J2340設(shè)備,因?yàn)榇藭r(shí)工藝計(jì)算力圖完全落在壓力機(jī)許用負(fù)荷圖安全區(qū)內(nèi)。做功校核。對(duì)J2340壓力機(jī)Sg=7mm,F(xiàn)g=400KN 根據(jù)式(2-18),壓力機(jī)做功能力有 文獻(xiàn)5 而此時(shí)工件變形功A2為 故可選J2340壓力機(jī)通過(guò)計(jì)算及校核可選400KN的開(kāi)式壓力機(jī)。由參考文獻(xiàn)1400KN開(kāi)式可傾工作臺(tái)壓力機(jī)基本參數(shù)如下:公稱壓力 400KN公稱壓力時(shí)滑塊下死點(diǎn)距離
22、 7mm滑塊行程 100mm行程次數(shù) 80次/min最大封閉高度 300mm封閉高度調(diào)節(jié)量 80mm滑塊中心到床身距離 220mm工作臺(tái)尺寸 左右 630mm 前后 420mm工作臺(tái)孔尺寸 左右 300mm 前后 150mm 直徑 200mm立柱間距離 300mm模柄孔尺寸 5070mm工作臺(tái)板厚度 80mm傾斜角 30墊板厚度 65mm5.4.2 沖小孔沖孔模 方法同上述落料沖孔,由同樣的方法可選擇100KN的開(kāi)式壓力機(jī)。由參考文獻(xiàn)1100KN開(kāi)式可傾工作臺(tái)壓力機(jī)基本參數(shù)如下:公稱壓力 100KN公稱壓力時(shí)滑塊下死點(diǎn)距離 4mm滑塊行程 60mm行程次數(shù) 135次/min最大封閉高度 180
23、mm封閉高度調(diào)節(jié)量 50mm滑塊中心到床身距離 130mm工作臺(tái)尺寸 左右 360mm 前后 240mm工作臺(tái)孔尺寸 左右 180mm 前后 90mm 直徑 130mm立柱間距離 180mm模柄孔尺寸 3050mm工作臺(tái)板厚度 50mm傾斜角 305.4.3 彎曲模 由彎曲工藝可知,彎曲時(shí)的校正彎曲力與自由彎曲力、壓料力不是同時(shí)發(fā)生的,且校正彎曲力比自由彎曲力和壓料力大得多。因此,在選擇沖壓設(shè)備時(shí),可僅以校正彎曲力作為依據(jù)1,即F壓力機(jī)(1.11.2)Fj (5-8) 根據(jù)以上計(jì)算,可選用40KN的壓力機(jī)。 參照參考文獻(xiàn)140KN開(kāi)式可傾工作臺(tái)壓力機(jī)基本參數(shù)如下:公稱壓力 40KN公稱壓力時(shí)滑
24、塊下死點(diǎn)距離 3mm滑塊行程 40mm行程次數(shù) 200次/min最大封閉高度 160mm封閉高度調(diào)節(jié)量 35mm滑塊中心到床身距離 100mm工作臺(tái)尺寸 左右 280mm 前后 180mm工作臺(tái)孔尺寸 左右 130mm 前后 60mm 直徑 100mm立柱間距離 130mm模柄孔尺寸 3050mm工作臺(tái)板厚度 35mm傾斜角 305.5 壓力中心的計(jì)算為了保證壓力機(jī)和模具正常地工作,必須使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊中心線相重合。否則在沖壓時(shí)會(huì)使沖模與壓力滑塊歪斜,引起凸、凹模間隙不均和導(dǎo)向零件加速磨損,造成刃口和其它零件的損壞,甚至還會(huì)引起壓力機(jī)導(dǎo)軌磨損,影響壓力機(jī)精度。形狀簡(jiǎn)單而對(duì)稱的工件,
25、如圓形、正多邊形、矩形,其在沖裁時(shí)的壓力中心與工件的幾何中心重合。形狀復(fù)雜的工件、多凸模及連續(xù)模的壓力中心則用解析法或作圖法來(lái)確定。由參考文獻(xiàn)5可知對(duì)于形狀不規(guī)則的沖壓件,其壓力中心可按下列公式計(jì)算:x0(l1x1+l2x2+lnxn)/(l1+l2+ln) (5-9) y0(l1y1+l2y2+lnyn)/(l1+l2+ln) (5-10)式中 l1,l2ln沖裁邊各線段的長(zhǎng)度; x1,x2xn各線段中心的x坐標(biāo)值; y1,y2yn各線段中心的y坐標(biāo)值; x0,y0壓力中心的坐標(biāo)值。由于工件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且左右對(duì)稱,故可設(shè)其壓力中心O點(diǎn)坐標(biāo)為(x0,y0),如圖5-1所示:由圖5-1可知:x02
26、6.55mm由式(5-10)得:y021.47mm即壓力中心O點(diǎn)坐標(biāo)為(26.55,21.47)。圖5-1 壓力中心計(jì)算6 落料沖孔模模具設(shè)計(jì) 圖6-1 落料沖孔模具示意圖6.1 落料、沖孔模簡(jiǎn)介 從工件的外形分析,工件要先經(jīng)落料、沖孔,才能進(jìn)行下一步工序,由此根據(jù)模具設(shè)計(jì)的基本原則,選擇使用落料、沖孔倒裝復(fù)合模。 所謂復(fù)合模,是指在壓力機(jī)的一次行程中,在模具的同一位置上同時(shí)完成落料、沖孔等多個(gè)沖壓工序,而沖件材料無(wú)需隨工序進(jìn)給移動(dòng)的模具。復(fù)合模的結(jié)構(gòu),一般都很緊湊,具備導(dǎo)向、頂料、卸料、緩沖、復(fù)位等多種輔助系統(tǒng)。復(fù)合模雖然生產(chǎn)效率高,沖壓件精度高,但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工制造較困難,模具成本較高
27、。復(fù)合模適于生產(chǎn)精度要求較高的軟材料或薄板料沖壓件。 落料、沖孔復(fù)合模具有復(fù)合形式的凸凹模,它既是落料凸模,又是沖孔凹模。按凸凹模的安裝位置,復(fù)合模分倒裝式和正裝式兩種結(jié)構(gòu)型式。落料凹模裝在上模的復(fù)合模為倒裝復(fù)合模。在這種模具上所產(chǎn)生的沖孔廢料,是由沖孔凸模直接推入下模部分的凸凹模下漏出的,工件則嵌在上模部分的落料凹模內(nèi),必須通過(guò)頂料銷與頂料板頂出。頂料板對(duì)工件不起壓平作用。因此,對(duì)于多孔和對(duì)平直度要求較松的零件,多采用倒裝結(jié)構(gòu)的復(fù)合模1。6.2 凸凹模刃口尺寸計(jì)算 由于落料沖孔件的工作尺寸均未標(biāo)注公差,由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)按IT11級(jí)精度選取,由參考文獻(xiàn)3表E-1查得各部分尺寸公差如下:A122mm
28、0.13mmA29mm 0.09mmA315.355mm 0.13mmA415mm 0.11mmA518mm 0.11mmD110mm 0.09mmD24mm 0.075mm 標(biāo)注公差的落料沖孔件如圖6-2所示:圖6-2 落料沖孔件凸模與凹模分開(kāi)加工:采用這種方法,要分別標(biāo)注凸模和凹模刃口尺寸與制造公差,它適用于圓形或簡(jiǎn)單形狀的工件。為了保證間隙值,必須滿足下列條件2:pdZmaxZmin (6-1)或取: p0.4(ZmaxZmin) (6-2)d0.6(ZmaxZmin) (6-3)沖孔部分尺寸可按參考文獻(xiàn)2式(2-8)和(2-9)計(jì)算: (6-4) (6-5)落料部分尺寸按參考文獻(xiàn)2式(
29、2-6)和(2-7)計(jì)算: (6-6) (6-7)式中 ,沖孔凸、凹模直徑,與為mm; ,落料凹、凸模尺寸,與為mm; 工件制造公差,為mm; Zmax最大合理間隙(雙面),Zmax為mm; Zmin最大合理間隙(雙面),Zmin為mm; p,d凸、凹模的制造公差,p與d為mm; 磨損量,其中系數(shù)x是為了使沖裁件的實(shí)際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸。x值在0.51之間,與工件制造精度有關(guān),可查參考文獻(xiàn)2表2-11。 由參考文獻(xiàn)2表2-5查得:Zmax0.18mm, Zmin0.14mm 則 ZmaxZmin0.180.14mm0.04mm對(duì)于mm由參考文獻(xiàn)2表2-10查出凸、凹模制造公差:
30、 p0.020mm d0.025mm pd0.045mmZmaxZmin由式(6-2)和(6-3)得:p0.016mmd0.024mm由參考文獻(xiàn)2表2-11查出: x1由式(6-6)和(6-7)得:mmmm對(duì)于mm由參考文獻(xiàn)2表2-10查出凸、凹模制造公差: p0.020mm d0.020mm pd0.040mmZmaxZmin由參考文獻(xiàn)2表2-11查出: x1由式(6-6)和(6-7)得:mmmm對(duì)于mm由參考文獻(xiàn)2表2-10查出凸、凹模制造公差: p0.020mm d0.020mm pd0.040mmZmaxZmin由參考文獻(xiàn)2表2-11查出: x1由式(6-6)和(6-7)得:mmmm對(duì)
31、于mm由參考文獻(xiàn)2表2-10查出凸、凹模制造公差: p0.020mm d0.020mm pd0.040mmZmaxZmin由參考文獻(xiàn)2表2-11查出: x1由式(6-6)和(6-7)得:mmmm對(duì)于mm由參考文獻(xiàn)2表2-10查出凸、凹模制造公差: p0.020mm d0.020mm pd0.040mmZmaxZmin由參考文獻(xiàn)2表2-11查出: x1由式(6-6)和(6-7)得:mmmm對(duì)于mm由參考文獻(xiàn)2表2-10查出凸、凹模制造公差: p0.020mm d0.020mm pd0.040mmZmaxZmin由參考文獻(xiàn)2表2-11查出: x1由式(6-4)和(6-5)得:mmmm6.3 復(fù)合模
32、主要零件的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 由所選擇的壓力機(jī)的基本參數(shù),初步確定復(fù)合模的閉合高度為:3005h模22010295h模230 根據(jù)設(shè)計(jì)需要選取模具的閉合高度為: H230mm6.3.1 工作零件的設(shè)計(jì)6.3.1.1凸模結(jié)構(gòu)形式參照參考文獻(xiàn)4表1-10-1此部分沖孔凸模采用B形圓凸模(如圖6-3所示),凸模做成階梯形,用以增加強(qiáng)度,凸模各部分長(zhǎng)度視模具設(shè)計(jì)需要而定。凸模和固定板為過(guò)渡配合,固定板用螺釘、銷釘與上模座連在一起。凸模的固定如圖6-4所示。圖6-3 B形圓凸模圖6-4 凸模的固定6.3.1.2凸模長(zhǎng)度計(jì)算 參照參考文獻(xiàn)4表1-10-1根據(jù)模具設(shè)計(jì)需要選取凸??傞L(zhǎng)度L50mm,凸模臺(tái)階高度H3m
33、m,凸模與凸模固定板配合長(zhǎng)度L123mm。 6.3.1.3凸模強(qiáng)度計(jì)算(1)凸模承壓能力的校核 凸模材料的許用應(yīng)力決定于其熱處理狀況和模具的結(jié)構(gòu)。一般模具鋼(T8A、T10A、GCr15、Cr12MoV等)的許用應(yīng)力,當(dāng)淬火硬度為HRC5862時(shí),可取=15002100MPa。 已知材料厚度t2mm,模具材料為T(mén)10A碳素工具鋼,由參考文獻(xiàn)3表D-22查得其抗剪強(qiáng)度600MPa,取其許用壓應(yīng)力1500MPa。 由參考文獻(xiàn)2可知圓形沖裁凸模的最小直徑: (6-8)式中 dmin凸模最小直徑; t材料厚度; 材料抗剪強(qiáng)度,為MPa; 凸模材料的許用應(yīng)力,單位為MPa。則由式(6-8)可知:dmin
34、3.2mm(2)凸模抗彎能力的校核凸??箯澞芰Φ男:藚⒄諈⒖嘉墨I(xiàn)1表3.1-10相關(guān)規(guī)定按下式進(jìn)行。 (6-9)式中 Lmax凸模許可的最大長(zhǎng)度;(mm) C系數(shù);見(jiàn)表3.1-11 文獻(xiàn)1 E凸模材料彈模量(Mpa) 見(jiàn)D-22 文獻(xiàn)3 沖件抗剪強(qiáng)度(Mpa) 見(jiàn)D-22 文獻(xiàn)3 對(duì)于沖小孔凸模:由式(6-9)可知:Lmax67.2mm對(duì)于沖大孔凸模:由式(6-9)可知:Lmax171.5mm 由以上計(jì)算結(jié)果可知沖孔凸模強(qiáng)度校核合格。6.3.2凹模的設(shè)計(jì) 工件的外形落料凹模采用整體結(jié)構(gòu),直筒形刃口凹模。這種刃口形式強(qiáng)度比較好,孔口尺寸不會(huì)隨著刃口的刃磨而增大,適用于形狀復(fù)雜、精度高的工件。 凹
35、模因其結(jié)構(gòu)形式不一,沖裁時(shí)受力狀態(tài)比較復(fù)雜,現(xiàn)在還不能用理論計(jì)算方法確定其尺寸。在生產(chǎn)實(shí)際中,一般根據(jù)沖裁件的輪廓尺寸和板料厚度,按下式概略計(jì)算凹模的外形尺寸1。 凹模厚度 Hkb(H15mm), 凹模壁厚 c(1.52)H(c3040mm)。式中 b凹??椎淖畲髮挾?,單位為mm,但b不小于15mm; K系數(shù),其值查參考文獻(xiàn)1表3.1-17。 按照上述方法確定的凹模外形尺寸,可以保證凹模有足夠的強(qiáng)度和剛度。所以凹模外形尺寸確定后,一般不作強(qiáng)度校核。 在此次設(shè)計(jì)當(dāng)中: 由參考文獻(xiàn)1表3.1-17查得:K0.42 則有: 凹模厚度:H22.1382mm 凹模壁厚:C33.207344.2764mm
36、 考慮實(shí)際加工生產(chǎn)中各種因素的影響,實(shí)際取凹模厚度H=25mm,確定凹模的外形尺寸為: L125mm B125mm6.3.4 定位零件的設(shè)計(jì) 模具上定位零件的作用是使毛坯或半成品在模具上能夠正確定位。根據(jù)毛坯形狀,尺寸以及模具的結(jié)構(gòu)形式,可以選用不同的定位方式。此部分采用的是彈簧彈頂擋料銷,其規(guī)格為M626JB/T 7649.5。6.3.5 卸料和頂出裝置的設(shè)計(jì)6.3.5.1卸料裝置 此部分設(shè)計(jì)采用彈性卸料板卸料,由彈簧提供卸料力,其外形尺寸為:160mm160mm14mm。6.3.5.2頂出裝置 頂出裝置用于從模具內(nèi)卸下沖件或廢料。頂出裝置有彈性和剛性兩種。本設(shè)計(jì)采用剛性頂出裝置,由打桿和頂
37、件板組成,打桿從模柄孔中穿過(guò)后直接頂在頂件板上,頂件力大而且可靠。6.3.6 導(dǎo)向零件的設(shè)計(jì) 導(dǎo)向零件可以保證模具沖壓時(shí)上下模之間有精確的位置關(guān)系。在中小型模具中廣泛采用的導(dǎo)向零件是導(dǎo)柱和導(dǎo)套。導(dǎo)柱和導(dǎo)套經(jīng)常用兩個(gè),一般導(dǎo)柱安裝在下模座,導(dǎo)套安裝在上模座,分別采用過(guò)盈配合。導(dǎo)柱和導(dǎo)套常用20鋼制作,表面經(jīng)過(guò)滲碳淬火處理,硬度為HRC5862,滲碳深度0.81.2mm。 此部分設(shè)計(jì)采用了A型的導(dǎo)柱和導(dǎo)套,它們的規(guī)格為:GB/T 2861.1-90導(dǎo)柱28200,GB/T 2861.6-90導(dǎo)套2811043,材料均為20鋼。導(dǎo)柱與導(dǎo)套和模座之間為過(guò)盈配合H7/r6,與導(dǎo)柱配合的內(nèi)孔開(kāi)有儲(chǔ)油環(huán)槽用
38、于潤(rùn)滑。導(dǎo)柱和導(dǎo)套之間為H7/h6或H6/h5配合,且使其配合間隙小于沖裁間隙。本設(shè)計(jì)在確定導(dǎo)柱和導(dǎo)套的尺寸規(guī)格時(shí)是根據(jù)所選的標(biāo)準(zhǔn)模架和模具實(shí)際閉合高度確定的,保證了有足夠的導(dǎo)向長(zhǎng)度并且符合安裝要求。6.3.7 固定與連接零件的設(shè)計(jì) 固定與連接零件用來(lái)將凸、凹模固定在上、下模座上,以及將上、下模座固定在壓力機(jī)上。主要的固定與聯(lián)接零件有模柄、模板和固定板,以及墊板、螺釘和銷釘?shù)?。設(shè)計(jì)模具時(shí)這些零件可以按標(biāo)準(zhǔn)選用。6.3.7.1 模柄 模柄是連接上模與壓力機(jī)的零件,1000KN以下壓力機(jī)的模具安裝,一般均采用模柄連接2。在選擇模柄時(shí)先根據(jù)模具大小、上模結(jié)構(gòu)、模架的類型及精度等確定模柄的結(jié)構(gòu)類型,再
39、根據(jù)壓力機(jī)滑塊上模柄孔的尺寸確定模柄的尺寸。一般模柄直徑應(yīng)與模柄孔的直徑相等,模柄的長(zhǎng)度應(yīng)比模柄孔的深度小510mm。 綜合考慮以上各因素,此部分設(shè)計(jì)采用規(guī)格為50mm的凸緣模柄。6.3.7.2 模座 上、下模座用以安裝全部模具零件,構(gòu)成模具的總體和傳遞沖壓力。因此,模座不僅應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度,還要有足夠的剛度。模座的剛度不足,工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的彈性變形而導(dǎo)致模具零件的迅速磨損或破壞,降低模具使用壽命。上、下模座中間聯(lián)以導(dǎo)向裝置的總體稱為模架。設(shè)計(jì)模具時(shí),通常都按標(biāo)準(zhǔn)選用模架和模座,只有在不能使用標(biāo)準(zhǔn)的情況下才自行設(shè)計(jì),自行設(shè)計(jì)模座時(shí),應(yīng)盡量參考標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)主要參數(shù)。設(shè)計(jì)時(shí),圓形模座的外徑應(yīng)比圓形
40、凹模直徑大3070mm;矩形模座的長(zhǎng)度應(yīng)比凹模大4070m,而寬度取與凹模相同或稍大的尺寸。下模座輪廓尺寸應(yīng)比壓力機(jī)工作臺(tái)漏料孔至少大4050mm。模座厚度參照凹模厚度估算,通常取為凹模厚度的11.5倍。 模座材料一般為HT200,鑄鋼ZG270-500或ZG310-570,模座結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足鑄造工藝要求。 本設(shè)計(jì)綜合考慮以上各個(gè)因素,并且由工件的最大外形尺寸、凹模周界以及所選用的壓力機(jī)型號(hào)、壓力機(jī)上工作臺(tái)孔尺寸參考參考文獻(xiàn)1選用后側(cè)導(dǎo)柱型的標(biāo)準(zhǔn)模架。由凹模周界尺寸:L200mm,B160mm,選擇模架的閉合高度為:Hmin210mm,Hmax255mm。 上模座主要參考尺寸: L=200mm B
41、=160mm H=45mm L1=210mm S=210mmA1=110mm A2=195mm R=42mm L2=80mm D=42mm 下模座主要參考尺寸:L=200mm B=160mm H=55mm L1=210mm S=210mm A1=110mm A2=195mm R=42mm L2=80mm D=28mm 根據(jù)模架選擇要求,還應(yīng)該考慮模架與壓力機(jī)的安裝關(guān)系,模座的寬度應(yīng)比壓力機(jī)工作臺(tái)孔的孔徑每邊約大4050mm,而本部分設(shè)計(jì)所選壓力機(jī)的模座比壓力機(jī)要求的稍小,可考慮在模座與壓力機(jī)間加一墊板來(lái)滿足設(shè)計(jì)需要,墊板外形尺寸及內(nèi)孔尺寸根據(jù)壓力機(jī)工作臺(tái)孔的孔徑而定。6.3.7.3 固定板和墊
42、板 1固定板 固定板是將凸模、凸凹模或鑲拼凹模按一定相對(duì)位置壓入固定后,作為一個(gè)整體安裝在上模座或下模座上的板件。固定板的尺寸和輪廓應(yīng)與相應(yīng)的整體凹模一致。凸模固定板的厚度通常按凹模鑲塊的厚度計(jì)算確定。 固定板通常選用Q235或45號(hào)鋼制造,壓裝配合面的粗糙度值應(yīng)達(dá)到Ra1.60.8m。本設(shè)計(jì)選用45號(hào)鋼制造,外形尺寸為:12512524mm。 2墊板 墊板作用主要是承受凸模壓力或凹模壓力,防止過(guò)大的沖壓力在上、下模板上壓出凹坑,影響模具正常工作。墊板厚度取310mm,外形尺寸與凸、凹模固定板相同,材料為45號(hào)鋼,熱處理后硬度HRC43-48。本設(shè)計(jì)中墊板外形尺寸為:1251258mm。四、螺
43、釘與銷釘 螺釘與銷釘用于對(duì)模具板件固定與定位。本設(shè)計(jì)選用螺釘與銷釘如下:上模座、墊板、凸模固定板和凹模的連接采用兩個(gè)5mm的銷釘定位,銷釘布置在對(duì)角,另外采用四個(gè)M6的螺釘緊固。下模座和落料凸模連接采用兩個(gè)6mm的銷釘定位,銷釘布置在對(duì)角,另外采用四個(gè)M6的螺釘緊固。它們的具體位置參見(jiàn)裝配圖和相應(yīng)的零件圖。7 沖孔模具設(shè)計(jì)圖7-1 沖孔模具示意圖7.1 凸凹模刃口尺寸計(jì)算 具體計(jì)算方法如落料沖孔刃口尺寸計(jì)算方法一樣 所以 對(duì)于mm由參考文獻(xiàn)2表2-10查出凸、凹模制造公差: p0.020mm d0.020mm pd0.040mmZmaxZmin由參考文獻(xiàn)2表2-11查出: x1由式(6-4)和
44、(6-5)得:mmmm7.2 沖孔模主要零件的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 由所選擇的壓力機(jī)的基本參數(shù),初步確定復(fù)合模的閉合高度為:1805h模13010175h模140 根據(jù)設(shè)計(jì)需要選取模具的閉合高度為: H140mm7.2.1 工作零件的設(shè)計(jì) 由于該套模具的設(shè)計(jì)與落料沖孔基本相同,工作零件的選擇選擇也相同,所以不做詳細(xì)說(shuō)明。具體尺寸可參考裝配圖即零件圖。 8 彎曲模模具設(shè)計(jì)圖8-1 彎曲模具示意圖8.1 彎曲模工作部分的尺寸計(jì)算8.1.1 凸、凹模圓角半徑凸模圓角半徑rp應(yīng)等于彎曲件內(nèi)側(cè)的圓角半徑r,但不能小于材料所允許的最小彎曲半徑rmin。如果rrmin,彎曲時(shí)應(yīng)取rprmin,隨后增加一次校正工序,校
45、正模的rpr2。 凹模圓角半徑rd不宜過(guò)小,以免彎曲時(shí)擦傷毛坯表面,同時(shí)凹模兩邊的圓角半徑rd應(yīng)當(dāng)一致,用以防止彎曲時(shí)的毛坯偏移。通常rd可以根據(jù)板料厚度t選取2: t2時(shí), rd(36)t t24mm時(shí), rd(23)t t4mm時(shí), rd2t 考慮以上因素,凸、凹模圓角半徑確定如下: 凸模圓角半徑:rpr1mm 凹模圓角半徑:rd(36)t612mm 取 rd5mm。8.1.2 凸、凹模間隙C對(duì)于U形件彎曲,必須合理選擇凸、凹模間隙。間隙過(guò)大,則回彈大,彎曲件尺寸和形狀不宜保證;間隙過(guò)小,彎曲力增大,且使工件變薄,降低模具壽命。生產(chǎn)中常按材料機(jī)械性能和材料厚度選取2:對(duì)于鋼板,C(1.05
46、1.15)t對(duì)于有色金屬,C(1.01.1)t 本設(shè)計(jì)中取 c1.1t2.2mm。8.1.3 凸、凹模的寬度尺寸計(jì)算 本設(shè)計(jì)中彎曲件寬度尺寸標(biāo)注在內(nèi)側(cè),應(yīng)以凸模作為基準(zhǔn),先計(jì)算凸模的尺寸??紤]到模具的磨損和彎曲件的回彈等因素的影響,凸模寬度尺寸應(yīng)按參考文獻(xiàn)2計(jì)算: (8-1) 凹模尺寸Bd按凸模配制,保證單邊間隙C,則BdBp2C (8-2)式中 B彎曲件的基本尺寸; 彎曲件的制造公差; p凸模的制造公差,按IT68級(jí)公差等級(jí)選取。 此外,彎曲模的凸、凹模長(zhǎng)度、凹模深度等工作部分的尺寸,可根據(jù)彎曲件邊長(zhǎng)、壓力機(jī)行程等條件,由設(shè)計(jì)者合理選取2。 已知 mm 凸凹模制造公差按IT7級(jí)選取: 由參考文獻(xiàn)3附表E-1查得 :0.021mm由式(8-1)得:Bpmm代入式(8-2)可得:Bd31.525mm 由參考文獻(xiàn)3附表E-1查得凹模的制造公差為:0.025mm,所以凹模的尺寸為:mm 凹模深度:H35mm。8.2 彎曲模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 此套彎曲模由于沖壓力較小,故在凹模與下模座之間沒(méi)有加墊板,考慮到安裝需要在凸
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