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毕业设计(论文)保持架零件的冲压工艺与模具设计

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毕业设计(论文)保持架零件的冲压工艺与模具设计保持架零件的冲压工艺与模具设计摘要保持架是滚动轴承在工作时的重要轴承零件,由于滑动摩擦而造成轴承发热和磨损,严重时会造成保持架烧伤或断裂,致使轴承不能正常工作。因此要求保持架的材料除具有一定强度外,还必须导热性好,摩擦因数小,耐磨性好,冲击韧性强,密度较小且线胀系数与滚动体相接近。此外,冲压保持架需经受较复杂的冲压变形。如何做到大批量、高精度的高效生产保持架零件,一直以来都是机械工作者的的目标。本次设计是利用冷冲压技术完成保持架零件的高效、中批量加工,具体复合模。在设计过程中,通过了解和掌握冲压模具材料及连续冲压模...

毕业设计(论文)保持架零件的冲压工艺与模具设计
保持架零件的冲压工艺与模具 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 摘要保持架是滚动轴承在工作时的重要轴承零件,由于滑动摩擦而造成轴承发热和磨损,严重时会造成保持架烧伤或断裂,致使轴承不能正常工作。因此要求保持架的 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 除具有一定强度外,还必须导热性好,摩擦因数小,耐磨性好,冲击韧性强,密度较小且线胀系数与滚动体相接近。此外,冲压保持架需经受较复杂的冲压变形。如何做到大批量、高精度的高效生产保持架零件,一直以来都是机械工作者的的目标。本次设计是利用冷冲压技术完成保持架零件的高效、中批量加工,具体复合模。在设计过程中,通过了解和掌握冲压模具材料及连续冲压模具设计的有关知识,首先进行保持架零件的加工的工艺分析、精度和粗糙度、材料和最终工艺 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的确定;接下来对模具进行总体结构设计,完成模具的操作和定位方式、卸料与出料方式、模具类型及精度的确定;再对模具冲压力、凹模刃口尺寸及公差进行计算,并以此为根据初选压力机;最后,完成模具设计的主体部分,主要包括凹模设计、凸模设计、凸凹模设计、卸料与出料零件的选用、模架及其他模具零件的选择主要完成了模具的工作零件、定位零件、导向零件和装配零件的设计,并利用Pro/E软件进行三维造型及工作过程的动画仿真。关键词 保持架;冷冲压;复合模;Pro/E绪论冲压的概念和特点冲压是利用安装在冲压设备(主要是压力机)上的模具对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需零件(俗称冲压或冲压件)的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工,且主要采用板料来加工成所需零件,所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一,隶属于材料成型工程术。冲压所使用的模具称为冲压模具,简称冲模。冲模是将材料(金属或非金属)批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要,没有符合要求的冲模,批量冲压生产就难以进行;没有先进的冲模,先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素,只有它们相互结合才能得出冲压件。与机械加工及塑性加工的其它方法相比,冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。(1)冲压加工的生产效率高,且操作方便,易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工,普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次,高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上,而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。(2)冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度,且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。(3)冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件,如小到钟表的秒表,大到汽车纵梁、覆盖件等,加上冲压时材料的冷变形硬化效应,冲压的强度和刚度均较高。(4)冲压一般没有切屑碎料生成,材料的消耗较少,且不需其它加热设备,因而是一种省料,节能的加工方法,冲压件的成本较低。但是,冲压加工所使用的模具一般具有专用性,有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形,且模具制造的精度高,技术要求高,是技术密集形产品。所以,只有在冲压件生产批量较大的情况下,冲压加工的优点才能充分体现,从而获得较好的经济效益。冲压在现代工业生产中,尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件,如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中,冲压件所占的比重都相当的大,少则60%以上,多则90%以上。不少过去用锻造=铸造和切削加工方法制造的零件,现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说,如果生产中不谅采用冲压工艺,许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。冲压的基本工序及模具由于冲压加工的零件种类繁多,各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同,因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来,可分为分离工序和成形工序两大类;分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压(俗称冲裁件)的工序;成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序,按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序,每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中,当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时,若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案,即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成,称为组合的方法不同,又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式[1]。复合冲压——在压力机的一次工作行程中,在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。级进冲压——在压力机上的一次工作行程中,按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。复合-级进——在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等;按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模,都可看成是由上模和下模两部分组成,上模被固定在压力机工作台或垫板上,是冲模的固定部分。工作时,坯料在下模面上通过定位零件定位,压力机滑块带动上模下压,在模具工作零件(即凸模、凹模)的作用下坯料便产生分离或塑性变形,从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时,模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来,以便进行下一次冲压循环。冲压技术的现状及发展方向随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展,许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现,因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。冲压成形理论及冲压工艺方面冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前,国内外对冲压成形理论的研究非常重视,在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善,近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术,即利用有限元(FEM)等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程,根据分析结果,设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题,并通过在计算机上选择修改相关参数,可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用,也缩短了制模具周期。研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺,也是冲压技术的发展方向之一。目前,国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中,精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法,它扩大了冲压加工范围,目前精密冲裁加工零件的厚度可达25mm,精度可达IT16~17级;用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺,能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件,在特定生产条件下具有明显的经济效果;采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件,具有很重要的实用意义;利用金属材料的超塑性进行超塑成形,可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序,这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性;无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术,我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备,解决了多点压机成形法,从而可随意改变变形路径与受力状态,提高了材料的成形极限,同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力,实现无回弹成形。无模多点成形系统以CAD/CAM/CAE技术为主要手段,能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。冲模是实现冲压生产的基本条件目前正朝着以下两方面发展:一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要,冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展,与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术,各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展;另一方面,为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要,锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前,50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米,多功能级进模不仅可以完成冲压全过程,还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达2~5微米,进距精度2~3微米,总寿命达1亿次。我国主要汽车模具企业,已能生产成套轿车覆盖件模具,在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平,但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平,模具结构、功能方面也接近国际水平,但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量(主轴转速一般为15000~40000r/min),加工精度一般可达10微米,最好的表面粗糙度Ra≤1微米),而且与传统切削加工相比具有温升低(工件只升高3摄氏度)、切削力小,因而可加工热敏材料和刚性差的零件,合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料(60HRC)加工;电火花铣削加工(又称电火花创成加工)是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样),因此不再需要制造昂贵的成形电极,如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床,配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统,体现了当今电火花加工机床的技术水平;慢走丝线切割技术的发展水平已相当高,功能也相当完善,自动化程度已达到无人看管运行的程度,目前切割速度已达到300/min,加工精度可达±1.5微米,表面粗糙度达Ra=01~0.2微米;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤,使得现场自动化检测成为可能。此外,激光快速成形技术(RPM)与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用RPM技术快速成形三维原型后,通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。如清华大学开发研制的“M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺(分层实体制造SSM和熔融挤压成形MEM)的系统,它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造,具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型为基础,采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。冲压设备和冲压生产自动化方面性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件,高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要,目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展,加之机械乃至机器人的大量使用,使冲压生产效率得到大幅度提高,各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后,在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲,从而大幅度提高精度和生产率;在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时,一分钟可冲几百片,并能自动叠成定、转子铁芯,生产效率比普通压力机提高几十倍,材料利用率高达97%;公称压力为250KN的高速压力机的滑块行程次数已达2000次每min以上。在多功能压力机方面,日本田公司生产的2000KN“冲压中心”采用CNC控制,只需5min时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作;美国惠特尼公司生产的CNC金属板材加工中心,在相同的时间内,加工冲压件的数量为普通压力机的四到十倍,并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。近年来,为了适应市场的激烈竞争,对产品质量的要求越来越高,且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求,开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。其中,无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元(FMC)和冲压柔性制造系统(FMS)代表了冲压生产新的发展趋势。FMS系统以数控冲压设备为主体,包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统,生产过程完全由计算机控制,车间实现24小时无人控制生产。同时,根据不同使用要求,可以完成各种冲压工序,甚至焊接、装配等工序,更换新产品方便迅速,冲压件精度也高。冲压 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化及专业化生产方面模具的标准化及专业化生产,已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产,冲模零件既具的一定的复杂性和精密性,又具有一定的结构典型性。因此,只有实现了冲模的标准化,才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化,从而降低模具的成本,提高模具的质量和缩短制造周期。目前,国外先进工业国家模具标准化生产程度已达70%~80%,模具厂只需设计制造工作零件,大部分模具零件均从标准件厂购买,使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越不定期越高,分工越来越细,如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等,甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模,这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展,除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外,标准件品种也有扩展,精度亦有提高。但总体情况还满足不了模具工业发展的要求,主要体现在标准化程度还不高(一般在40%以下),标准件的品种和规格较少,大多数标准件厂家未形成规模化生产,标准件质量也还存在较多问题。另外,标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。本设计的主要任务保持架作为滚动轴承在工作时的重要部件,在工业上用量巨大,且作用关键。其加工精度和表面粗糙度将直接影响轴承的性能。因此,如何做到效率高、精度高的高效生产保持架,一直以来都是机械工作者的的目标。一个冲压模具的设计是否正确合理、先进和适用,对于冲压生产中冲压件合格率的高低,作业循环的快慢,模具的制造难易程度及模具的使用寿命等都具有重要的影响。本课题正是考虑到以上的因素,选择了冲压模具设计。这也正是符合当前研究的热点和市场的需求。不论在科研还是实际生产中都有着深刻的现实意义。冲裁件工艺分析及加工方案确定冲裁件的结构分析以及模具结构的确定如图2-1所示零件:保持架生产批量:中批量材料:20钢t=0.5mm设计该零件的冲压工艺与模具工艺分析1.材料:20钢是优质碳素结构钢,具有良好的可冲压性能。一般用于制造受力不大而韧性要求高的零件。2.工件结构形状:制件需要进行落料、弯曲两道基本工序。3.尺寸精度:零件图上所有尺寸均未标注公差,属自由尺寸,可按IT14级确定工件尺寸的公差。结论:可以冲裁。制件为大批量生产,应重视模具材料和结构的选择,保证磨具的复杂程度和模具的寿命。2.1.2确定工艺方案及模具结构形式根据制件的工艺分析,其基本工序有落料、冲孔、弯曲三道基本工序,按其先后顺序组合,可得如下几种方案;落料——弯曲;单工序模冲压落料——弯曲;连续模冲压。落料——弯曲;复合模冲压。方案(1)属于单工序模冲裁工序冲裁模指在压力机一次行程内完成一个冲压工序的冲裁模。由于此制件生产批量较大,尺寸又较这两种方案生产效率较低,操作也不安全,劳动强度大,故不宜采用。方案(2)属于连续模,是指压力机在一次行程中,依次在模具几个不同的位置上同时完成多道冲压工序的模具。于制件的结构尺寸小,厚度小,连续模结构复杂,又因落料在前弯曲在后,必然使弯曲时产生很大的加工难度,因此,不宜采用该方案。方案(3)属于复合冲裁模,复合冲裁模是指在一次工作行程中,在模具同一部位同时完成数道冲压工序的模具。采用复合模冲裁,其模具结构没有连续模复杂,生产效率也很高,又降低的工人的劳动强度,所以此方案最为合适。根据分析采用方案(3)复合冲裁。1.模具类型的选择 由冲压工艺分析可知,采用复合冲压,所以模具类型为复合模。2.定位方式的选择   因为该模具采用的是条料,控制条料的送进方向采用导料销,有侧压装置。控制条料的送进步距采用活动挡料销定距。3.卸料方式的选择 因为工件料厚为0.5mm,相对较薄,卸料力不大,故可采用弹性料装置卸料。4.导向方式的选择   为了提高模具寿命和工件质量,方便安装调整,该复合模采用对角导柱的导向方式。计算毛坯尺寸相对弯曲半径为:R/t=3.0/0.5=6>0.5式中:R——弯曲半径(mm)t——材料厚度(mm)由于相对弯曲半径大于0.5,可见制件属于圆角半径较大的弯曲件,应该先求变形区中性层曲率半径β(mm)。β=r0+kt 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 (2—1)式中:r0——内弯曲半径t——材料厚度k——中性层系数表2—1板料弯曲中性层系数r0/t0.10.20.250.30.40.50.60.81.OK1(V)0.300.330.350.360.370.380.390.410.42K2(U)0.230.290.310.320.350.370.380.400.41K3(O)—————0.720.700.670.63r0/t1.21.51.8234568K1(V)0.430.450.460.460.470.480.480.490.50K2(U)0.420.440.450.450.460.470.480.490.50K3(O)0.490.560.520.50查表2—1,K=0.49根据公式2—1β=r0+kt=3.0+0.49*0.5=3.245(mm)图2—1计算展开尺寸示意图根据零件图上得知,圆角半径较大(R>0.5t),弯曲件毛坯的长度公式为:LO=∑L直+∑L弯公式(5—2)式中:LO——弯曲件毛坯张开长度(mm)∑L直——弯曲件各直线部分的长度(mm)∑L弯——弯曲件各弯曲部分中性层长度之和(mm)在图2—1中:∑L弯=2πβ=2×3.14×3.245=20.38(mm)LO=∑L直+∑L弯=47.42+20.38=67.42(mm)取LO=68(mm)L=14+2*4=22(mm)根据计算得:工件的展开尺寸为22*68(mm),如图2—2所示。6822图2—2尺寸展开图2.2排样、计算条料宽度及步距的确定2.2.1搭边值的确定排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料,称为搭边。搭边的作用是补偿定位误差,保持条料有一定的刚度,以保证零件质量和送料方便。搭边过大,浪费材料。搭边过小,冲裁时容易翘曲或被拉断,不仅会增大冲件毛刺,有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口,降低模具寿命。或影响送料工作。搭边值通常由经验确定,表所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。表2—2搭边a和a1数值材料厚度圆件及r>2t的工件矩形工件边长L<50mm矩形工件边长L>50mm或r<2t的工件工件间a1沿边a工件间a1沿边a工件间a1沿边a<0.250.25~0.50.5~0.80.8~1.21.2~1.61.6~2.02.0~2.52.5~3.03.0~3.53.5~4.04.0~5.05.0~121.81.21.00.81.01.21.51.82.22.53.00.6t2.01.51.21.01.21.51.82.22.52.83.50.7t2.21.81.51.21.51.82.02.22.52.53.50.7t2.52.01.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t2.81.81.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t3.02.02.01.82.02.22.52.83.23.54.50.9t搭边值是废料,所以应尽量取小,但过小的搭边值容易挤进凹模,增加刃口磨损表4—2给出了钢(WC0.05%~0.25%)的搭边值。对于其他材料的应将表中的数值乘以下列数:钢(WC0.3%~0.45%)0.9钢(WC0.5%~0.65%)0.8硬黄铜1~1.1硬铝1~1.2软黄铜,纯铜1.2该制件是矩形工件,根据尺寸从表4—2中查出:侧搭边值a=2.0(mm)。2.2.2条料宽度的确定计算条料宽度有三种情况需要考虑;eq\o\ac(○,1)有侧压装置时条料的宽度。eq\o\ac(○,2)无侧压装置时条料的宽度。eq\o\ac(○,3)有定距侧刃时条料的宽度。有定距侧刃时条料的宽度。有侧压装置的模具,能使条料始终沿着导料板送进。条料宽度公式:B=(D+2a)eq\o(\s\up6(0),\s\do2(-△))公式(5—2)其中条料宽度偏差上偏差为0,下偏差为—△,见表2—3条料宽度偏差。D——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸。a——侧搭边值。查表2—3条料宽度偏差为0.5根据公式4—1B=(D+2a)eq\o(\s\up6(0),\s\do2(-△))=(68+2×2.0)0-0.5=720-0.5表2—3条料宽度公差(mm)条料宽度B/mm材料厚度t/mm~1.0>1.0~2.0>2.0~3.0~500.40.50.7>50~1000.50.60.8>100~1500.60.70.92.2.3导板间间距的确定导料板间距离公式:A=B+Z公式(2—2)Z——导料板与条料之间的最小间隙(mm);查表2—3得Z=0.1mm根据公式4—2A=B+Z=72+0.1=72.1(mm)表2—4导料板与条料之间的最小间隙Zmin(mm)材料厚度t/mm有侧压装置条料宽度B/mm~50>50~100~1.0>1.0~2.0>2.0~3.00.10.20.40.10.20.42.2.4排样根据材料经济利用程度,排样方法可以分为有废料、少废料和无废料排样三种,根据制件在条料上的布置形式,排样有可以分为直排、斜排、对排、混合排、多排等多重形式。采用少、无废料排样法,材料利用率高,不但有利于一次冲程获得多个制件,而且可以简化模具结构,降低冲裁力,但是,因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差的影响,所以模具冲裁件的公差等级较低。同时,因模具单面受力(单边切断时),不但会加剧模具的磨损,降低模具的寿命,而且也直接影响到冲裁件的断面质量。由于设计的零件是得到十字形零件,所以采用有费料直排法。2.2.5材料利用率的计算冲裁零件的面积为:F=长×宽—4×7×32=22×68—896=600(mm2)毛坯规格为:500×1000(mm)。送料步距为:h=D=68一个步距内的材料利用率为n11=(nF/Bh)×100%n为一个步距内冲件的个数。n11=(nF/Bh)×100%=(1×600/72×68)×100%=81.96%2.3计算总冲压力及压力中心计算冲裁力是为了选择合适的压力机,设计模具和检验模具的强度,压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力,以适宜冲裁的要求,普通平刃冲裁模,其冲裁力Fp一般可以按下式计算:Fp=KptLτ公式(6—1)式中τ——材料抗剪强度,见附表(MPa);L——冲裁周边总长(mm);t——材料厚度(mm);系数Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损,凸模与凹模间隙之波动(数值的变化或分布不均),润滑情况,材料力学性能与厚度公差的变化等因数而设置的安全系数Kp,一般取1.3。当查不到抗剪强度r时,可以用抗拉强度σb代替τ,而取Kp=1的近似计算法计算。根据常用金属冲压材料的力学性能查出20钢的抗剪强度为246~328(MPa),取τ=300(MPa)由于冲裁模具采用弹压卸料装置和自然落料方式。总的冲裁力包括F——总冲压力。Fp——总冲裁力。FQ——卸料力FQ1——推料力。FQ2——顶件力FC——弯曲力根据常用金属冲压材料的力学性能查出LY21—Y的抗剪强度为280~310(MPa)1.总冲裁力:Fp=F1公式(2.1)F1——落料时的冲裁力。落料时的周边长度为:L1=2×(64+14+12)=180(mm)根据公式5—1F1=KptLτ=1.3×0.5×180×300=35.1(KN)总冲裁力:Fp=F1=35.1(KN)表2—5卸料力、推件力和顶件力系数料厚t/mmKxKtKd钢≤0.1>0.1~0.5>0.5~0.25>2.5~6.5>6.50.065~0.0750.045~0.0550.04~0.050.03~0.040.02~0.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝、铝合金纯铜,黄铜0.025~0.080.02~0.060.03~0.070.03~0.09对于表中的数据,厚的材料取小直,薄材料取大值。2.卸料力FQ的计算FQ=KxFp公式(2.2)K——卸料力系数。 查表。2—5得KX=0.045~0.055,取KX=0.055  根据公式6—2 FQ=KXFp        =0.055×35.1        =1.93(KN)3.推料力FQ1的计算FQ1=KtFp公式(2.3)Kt——推料力系数。查表6—5得Kt=0.063,根据公式6—3FQ1=KtFp=0.063×35.1≈2.21(KN)4.顶件力FQ2的计算FQ2=KdFp公式(2.4)Kd——顶件力系数。查表6—5得Kd=0.08根据公式6—4FQ2=KdFp=0.08×35.1≈2.8(KN)5.弯曲力FC的计算影响弯曲力大小的基本因素有变形材料的性能和质量;弯曲件的形状和尺寸;模具结构及凸凹模间隙;弯曲方式等,因此很难用理论的分析法进行准确的计算。实际中常用经验公式进行慨略计算,以作为弯曲工艺设计和选择冲压设备的理论。Ư形弯曲件的经验公式为:Fu=0.7KBt2σb/γ+t公式2.5)Fu——冲压行程结束时不校正时的弯曲力。B——γ弯曲件的宽度(mm)。t——弯曲件的厚度(mm)。γ——内弯曲半径(等于凸模圆角半径)(mm)。σb——弯曲拆料的抗拉强度(MPa)(查机械手册σb=410(MPa)。K——安全系数,一般取1.3.根据公式6—5Fu=0.7KBt2σb/(γ+t)=0.7×1.3×8×0.52×410/(3+0.5)=2.13(KN)对于顶件或压料装置的弯曲模,顶件力或压料力可近似取弯曲力的30%~80%。F压=80%Fu=80%×2.13=1.7(KN)弯曲力:FC=Fu+F压=2.13+1.7=3.83(KN)6.总的冲压力的计算根据模具结构总的冲压力:F=Fp+FQ+FQ1+FQ2+FCF=Fp+FQ+FQ1+FQ2+FC=35.1+1.93+2.21+2.8+3.83=45.87(KN)根据总的冲压力,初选压力机为:?。2.4确定压力中心模具压力中心是指诸冲压合力的作用点位置,为了确保压力机和模具正常工作,应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。否则,会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷,使滑块和导轨间产生过大磨损,模具导向零件加速磨损,降低了模具和压力机的使用寿命。模具的压力中心,可安以下原则来确定:1、对称零件的单个冲裁件,冲模的压力中心为冲裁件的几何中心。2、工件形状相同且分布对称时,冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。3、各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置0,0(x=0,y=0),即为所求模具的压力中心。Xo=L1X1+L2X2+……LnXn/L1+L2+……LnYo=L1Y1+L2Y2+……LnYn/L1+L2+……Ln由于该零件是一个矩形图形,属于对称中心零件,所以该零件的压力中心在图形的几何中心O处。如图2—3所示:o图2—3压力中心2.5本章小结本章主要做了冲裁模具设计的一些前期准备工作,了解了模具设计的设计内容和步骤。同时对冲压件进行了工艺分析,分别计算了冲压件的冲裁力和压力中心,对设计方案进行初步判断,为以后的设计工作做好前期准备。在冲压生产过程中,工艺设计时各种工艺参数的正确采用,是获得优质冲压件的决定因数,而合理、先进的冲压模具则是实现按参数加工的基础和保证;冲压模具设计的合理性、先进性和适用性,对于材料利用率和冲压件合格率和的高低、模具加工的工艺性及模具的使用寿命等都具有重要的影响,其属性的高低是评价一个模具设计的优良的关键。冲裁模凹模和凸模设计3.1冲裁模间隙的确定设计模具时一定要选择合理的间隙,以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求,所需冲裁力小、模具寿命高,但分别从质量,冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值,只是彼此接近。考虑到制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙,只要间隙在这个范围内,就可以冲出良好的制件,这个范围的最小值称为最小合理间隙Cmin,最大值称为最大合理间隙Cmax。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大,故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Cmin。冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量有极其重要的影响,此外,冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。冲裁过程中,凸模与被冲的孔之间,凹模与落料件之间均有摩擦,间隙越小,模具作用的压应力越大,摩擦也越严重,而降低了模具的寿命。较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小,并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制,虽然提高了模具寿命而,但出现间隙不均匀。因此,冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数。根据实用间隙表3—1查得材料20钢的最小双面间隙2Cmin=0.020mm,最大双面间隙2Cmax=0.030mm表3—1冲裁模初始用间隙2c(mm)材料厚度10、20、35、09Mn、Q23516Mn40、5065Mn2Cmin2Cmax2Cmin2Cmax2Cmin2Cmax2Cmin2Cmax小于0.5极小间隙0.50.60.70.80.91.01.21.51.752.02.12.52.753.0.3.54.04.55.56.06.58.00.0200.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.2600.4000.4600.5400.6100.7200.9401.0800.0300.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.5000.5600.6400.7400.8801.0001.2801.4400.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.6800.7800.8400.9401.2000.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9200.9601.1001.2001.3001.6800.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.7800.9801.1400.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9201.0401.3201.5000.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.1263.2落料时凹、凸模刃口尺寸计算3.2.1刃口尺寸计算的基本原则冲裁件的尺寸精度主要取决与模具刃口的尺寸的精度,模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及制造公差,是设计冲裁模主要任务之一。从生产实践中可以发现:1、由于凸、凹模之间存在间隙,使落下的料带有锥度,且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸,冲孔件的小端尺寸等于凸模的尺寸。2、在尺量与使用中,落料件是以大端尺寸为基准。3、冲裁时,凸、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦,凸模越磨愈小,凹模越磨愈大,结果使间隙越来越大。由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需要考虑以下原则:1、落料件尺寸由凹模尺寸决定。故设计落料模时,以凹模为基准,间隙去在凹模上。2、考虑到冲裁中凸、凹模的磨损,设计落料凹模时,凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸;凸凹模间隙则取最小合理间隙值。3、确定冲模刃口制造公差时,应考虑制件的公差要求。如果对刃口精度要求过高(即制造公差过小),会使模具制造困能,增加成本,延长生产周期;如果对刃口要求过低(即制造公差过大)则生产出来的制件有可能不和格,会使模具的寿命降低。若工件没有标注公差,则对于非圆形工件安国家“配合尺寸的公差数值”IT14级处理,冲模则可按IT11级制造;对于圆形工件可按IT17~IT9级制造模具。冲压件的尺寸公差应按“如体”原则标注单项公差,落料件上偏差为零,下偏差为负。3.2.2刃口尺寸的计算冲裁模凹、凸模刃口尺寸有两种计算和标注的方法,即分开加工和配做加工两种方法。前者用于冲件厚度较大和尺寸精度要求不高的场合,后者用于形状复杂或波板工件的模具。对于该工件厚度只有0.5(mm)属于薄板零件,为了保证冲裁凸、凹模间有一定的间隙值,必须采用配合加工。此方法是先做好其中一件(凸模或凹模)作为基准件,然后以此基准件的实际尺寸来配合加工另一件,使它们之间保留一定的间隙值,因此,只在基准件上标注尺寸制造公差,另一件只标注公称尺寸并注明配做所留的间隙值。这δp与δd就不再受间隙限制。根据经验,普通模具的制造公差一般可取δ=△/4(精密模具的制造公差可选4~6μm)。这种方法不仅容易保证凸、凹模间隙枝很小。而且还可以放大基准件的制造公差,使制造容易。在计算复杂形状的凸凹模工作部分的尺寸时,可以发现凸模和凹模磨损后,在一个凸模或凹模上会同时存在三种不同磨损性质的尺寸,这时需要区别对待。eq\o\ac(○,1)第一类:凸模或凹模磨损会增大的尺寸;eq\o\ac(○,2)第二类:凸模或凹模磨损或会减小的尺寸;eq\o\ac(○,3)第三类:凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸;3.2.3计算凸、凹模刃口的尺寸凸模与凹模配合加工的方法计算落料凸凹模的刃口尺寸。1、凹模磨损后变大的尺寸,按一般落料凹模公式计算,即Aa=(Amax-x△)eq\o(\s\up7(+δA),\s\do3(0))公式(9—1)2、凹模磨损后变小的尺寸,按一般冲孔凸模公式计算,因它在凹模上相当于冲孔凸模尺寸,即Ba=(Bmax+x△)eq\o(\s\up6(0),\s\do2(-δA))公式(9—2)3、凹模磨损后无变化的尺寸,其基本计算公式为Ca=(Cmax+0.5△)±0.5δA为了方便使用,随工件尺寸的标注方法不同,将其分为三种情况:工件尺寸为Ceq\o(\s\up6(+△),\s\do2(0))时Ca=(C+0.5△)±0.5δA公式(9—4)工件尺寸为Ceq\o(\s\up6(-△),\s\do2(0))时Ca=(C-0.5△)±0.5δA公式(9—5)工件尺寸为C±△时Ca=C±δA公式(9—6)式中Aa、Ba、Ca——相应的凹模刃口尺寸;Amax——工件的最大极限尺寸;Bmin——工件的最小极限尺寸;C——工件的基本尺寸;△——工件公差;△——工件偏差;x——系数,为了避免冲裁件尺寸偏向极限尺寸(落料时偏向最小尺寸,冲孔时偏向最大尺寸),x值在0.5~1之间,与工件精度有关可查表3—1或按下面关系选取。工件精度IT10以上x=1工件精度IT11~IT13x=0.75工件精度IT14x=0.5δA、0.5δA、δA——凹模制造偏差,通常取δA=△/4。表3—2系数x料厚t(mm)非圆形圆形10.750.50.750.5工件公差△/mm11~22~4>4<0.16<0.20<0.24<0.300.17~0.350.21~0.410.25~0.490.31~0.59≥0.36≥0.42≥0.50≥0.60<0.16<0.20<0.24<0.30≥0.16≥0.20≥0.24≥0.30落料刃口尺寸计算图3—1计算刃口尺寸示意图图上的尺寸均无公差要求,安国家标准IT14级公差要求处理,查公差表得:680-0.74220-0.5240-0.2580-0.25如图8—1所示的固定夹的落料零件图,计算凸、凹模的刃口尺寸。考虑到零件形状比较复杂,采用配作法加工凸、凹模。凹模磨损后其尺寸变化有三种情况,落料时应以凹模的实际尺寸按间隙要求来配作凸模,冲孔时应以凸模的实际尺寸按间隙要求来配制凹模。落料凹模的尺寸从图3—1上可知,A、B、C、D均属磨损后变大的尺寸,属于第一类尺寸,计算公式为:Ba=(Bmax-x△)eq\o(\s\up6(0),\s\do2(-δA))(δA=△/4)查表3—1得:2Cmin=0.020(mm),2Cmax=0.030(mm);查表3—1得:x1=x2=x3=x4=0.75落料凹模的基本尺寸计算如下:根据公式3.1A凹=(Bmax-x△)eq\o(\s\up6(0),\s\do2(-δA))=(68-0.75×0.74)0-0.74/4=67.4450-0.185(mm)B凹=(Bmax-x△)eq\o(\s\up6(0),\s\do2(-δA))=(22-0.75×0.52)0-0.52/4=21.610-0.13(mm)C凹=(Bmax-x△)eq\o(\s\up6(0),\s\do2(-δA))=(4-0.75×0.25)0-0.25/4=3.820-0.06(mm)D凹=(Bmax-x△)eq\o(\s\up6(0),\s\do2(-δA))=(8-0.75×0.25)0-0.25/4=7.820-0.06(mm)凸模安凹模尺寸配制,保证双面间隙(0.020~0.030)(mm).凹模按凸模尺寸配制,保证双面间隙(0.132~0.180)(mm)3.2.4冲裁刃口高度表3—3刃口高度料厚≤0.5>0.5~1>1~2>2~4>4刃口高度h≤6>6~8>8~10>10~12≥14查表3—3,刃口高度为h<=6(mm),取h=6(mm)3.3弯曲部分刃口尺寸的计算3.3.1最小相对弯曲半径rmin/t弯曲时弯曲半径越小,板料外表面的变形程度越大,若弯曲半径过小,则板料的外表面将超过材料的变形极限,而出现裂纹或拉裂。在保证弯曲变形区材料外表面不发生裂纹的条件下,弯曲件列表面所能行成的最小圆角半径称为最小弯曲半径。最小弯曲半径与弯曲件厚度的比值rmin/t称为最小相对弯曲半径,又称为最小弯曲系数,是衡量弯曲变形的一个重要指标。设中性层半径为ρ,则最外层金属(半径为R)的伸长率外为:δ外=(R-ρ)/ρ公式(3.1)设中性层位置在半径为ρ=r+t/2处,且弯曲厚度保持不变,则有R=r+t,固有δ外=1/(2r/t+1)公式(3.2)如将δ外以材料断后伸长率δ带入,则有r/r转化为rmin/t,且有rmin/t=(1-δ)/2δ公式(3.3)根据公式就可以算出最小弯曲半径。最外层金属(半径为R)的伸长率外为:根据公式3.2δ外=1/(2r/t+1)=1÷(2×3÷0.5+1)=0.077最小弯曲半径为:根据公3.3rmin/t=(1-δ)/2δ=(1-0.077)/2×0.077=0.1421、回弹值由工艺分析可知,固定夹弯曲回弹影响最大的部分是最大半径处,r/t=3/0.5=6。此处属于小圆角V形弯曲,故只考虑回弹值。查表得,回弹值为60,由于回弹值很小,故弯曲凸、凹模均可按制件的基本尺寸标注,在试模后稍加修磨即可。表3—4材料校正弯曲回弹材料r/t材料厚度t(mm)<0.80.8~2>2软钢;黄铜;铝;锌<22030402~5406080>5601001402、模具间隙弯曲V形件时,不需要在设计和制造模具时确定间隙。对于U形件的弯曲,必须选择合模具间隙弯曲V形件时,凸、凹模间隙是用调整冲床的闭合高度来控制的适的间隙,间隙过小,会使边部壁厚变薄,降低模具寿命。间隙过大则回弹大,降低制件精度凸、凹模单边间隙Z一般可按下式计算:Z=t+Δ+ct公式(9—4)式中:Z——弯曲凸、凹模单边间隙t——材料的厚度Δ——材料厚度的正偏差C——间隙数查表得:Δ=0C=0.05根据公式9—4Z=t+Δ+ct=0.5+0+0.05×0.5=0.5+0.025=0.525(mm)表3—5薄钢板、黄铜板(带)、铝板厚度公差厚度材料薄钢板黄铜板(带)铝板08FH62,H68,HP—12A11、2A12B级公差C级公差冷扎带冷轧板最小公差最大公差0.2±0.04±0.06-0.03-0.03-0.02-0.040.3±0.04±0.06-0.04-0.04-0.02-0.050.4±0.04±0.06-0.07-0.07-0.03-0.050.5±0.05±0.07-0.07-0.07-0.04-0.120.6±0.06±0.08-0.07-0.08-0.04-0.120.8±0.08±0.10-0.08-0.10-0.04-0.141.0±0.090.12-0.09-0.12-0.04-0.171.2±0.11±0.13-0.10-0.14—1.5±0.12±0.15-0.10-0.16-0.10—-0.272.0±0.15±0.18-0.12-0.18-0.10-0.282.5±0.17±0.20-0.12-0.18-0.20-0.303.0±0.18±0.22-0.14-0.20-0.25-0.353.5±0.20±0.25-0.16-0.23-0.25-0.364.0±0.22±0.30-0.18-0.23-0.25-0.374.5——-0.20-0.26——5.0——-0.20-0.26-0.30-0.37表3—6U形弯曲件凸凹模的间隙系数C值弯曲件边长L/mmB≤2LB>2L材料厚度t/mm<0.50.6~22.1~44.1~5<5.00.6~22.1~44.1~7.57.6~12100.050.050.040.100.100.08200.050.050.040.030.100.100.080.060.06350.070.050.040.030.150.100.080.060.06500.100.070.050.040.200.150.100.060.06700.100.070.050.050.200.150.100.100.081000.070.050.050.150.100.100.081500.100.070.050.200.150.150.102000.100.070.070.200.150.150.103、凸凹模横向尺寸的确定弯曲模的凸凹模工作部分尺寸确定比较复杂,不同的工件形状其横向工作尺寸的确定方法不同。工件标注外形尺寸时,按磨损原则应以凹模为基准,先计算凹模,间隙取在凸模上。当工件为双向对称偏差时,凹模尺寸为:LA=(L-2/1Δ)+δA0公式(3.5)当工件为单向偏差时,凹模实际尺寸为:LA=(L-3/4Δ)+δA0公式(3.6)凸模尺寸为:LT=(LA-Z)0-Δt公式(3.7)或者凸模尺寸按凹模实际尺寸配制,保证单向间隙Z/2。式中:L——弯曲件的基本尺寸(mm)LT、LA——凸模、凹模工作部分尺寸(mm)Δ——弯曲件公差δT、δA——凸、凹制造公差,选用IT7~IT9级精度,亦可按δt=δA=Δ/4选取。2/Z——凸模与凹模的单向间隙工件的外形尺寸为:9.42+0.430由于工件为单向偏差,所以凹模的实际尺寸为:LA=(L-3/4Δ)+δA0凸、凹制造公差,Δt=δA=Δ/4=0.45÷4=0.1125根据公式3.6凹模尺寸为:LA=(L-3/4Δ)+δA0=(9.42-3/4×0.45)+0.11250=9.02+0.11250(mm)根据公式3.7凸模尺寸为:LT=(LA-Z)0-δt=(9.02-0.263)0-0.1125=8.7570-0.1125(mm)根据工件的尺寸要求,凸、凹模刃口处都应有相应的圆角,为保证弯曲件的尺寸精度,圆角应按实际尺寸配制。冲裁模结构零部件设计和选用设计主要零部件时,首先要考虑主要零部件用什么方法加工制造及总体装配方法。结合模具的特点,本模具适宜采用线切割加工凸模固定板、卸料板、凹模及外形凸模、内孔凸模。这种加工方法可以保证这些零件各个内孔的同轴度,使装配工作简化。下面就分别介绍各个零部件的设计方法。4.1工作零件的结构设计凹模采用整体凹模,各种冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工,安排凹模在模架上位置时,要依据计算压力中心的数据,将压力中心与模柄中心重合。模具厚度的确定公式为:H=Kb式中:K——系数值,考虑板料厚度的影响;b——冲裁件的最大外形尺寸;安上式计算后,选取的H值不应小于(15~20)mm;表10—1系数值Ks/mm材料厚度t/mm<1>1~3>3~6<50>50~100>100~200>2000.30~0.400.20~0.300.15~0.200.10~0.150.35~0.500.22~0.350.18~0.220.12~0.180.45~0.600.30~0.450.22~0.300.15~0.22查表10—1得:K=0.2H=0.2×68=13.6mm取H=18mm模具壁厚的确定公式为:C=(1.5~2)H=1.5×18~2×18=27~36mm凹模壁厚取C=30mm凹模宽度的确定公式为:B=b+2C=68+2×30=128mm查表10—1取标准取B=140mm凹模长度的确定公式为:L=22+2×30=82mm凹模的长度要考虑导料销发挥的作用,保证送料粗定位精度。查表10—2取标准L=80mm。(送料方向)凹模轮廓尺寸为140mm×80mm×18mm。凹模材料选用T10A,热处理60~62HRC。表4—2矩形和圆形凹模的外形尺寸矩形凹模的宽度和长度B×L矩形和圆形凹模厚度H63×5063×6310、12、14、16、18、2080×63、80×80、100×63、100×80、100×100、125×8012、14、16、18、120、22125×100、125×125、140×80、140×8014、16、18、20、22、25140×125、140×140、160×100、160×125、160×140、200×100、200×12516、18、
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