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河南機(jī)電高等??茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)
落料沖孔彎曲級進(jìn)模設(shè)計(jì)
緒論
1.1現(xiàn)狀
改革開放以來,隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,市場對模具的需求量不斷增長。近年來,模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(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,除了國有專業(yè)模具廠外,集體、合資、獨(dú)資和私營也得到了快速發(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。
隨著與國際接軌的腳步不斷加快,市場競爭的日益加劇,人們已經(jīng)越來越認(rèn)識到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個(gè)鏈條中最基礎(chǔ)的要素之一。 近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度,將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。一些國?nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD,并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件,個(gè)別廠家還引進(jìn)了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件,并成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計(jì)中。
以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術(shù)已取得很大進(jìn)步,東風(fēng)汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。此外,許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力,在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)步;在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面做出了貢獻(xiàn)。
例如,吉林大學(xué)汽車覆蓋件成型技術(shù)所獨(dú)立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件,華中理工大學(xué)模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級進(jìn)模CAD/CAE/CAM軟件,上海交通大學(xué)模具CAD國家工程研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模CAD軟件等在國內(nèi)模具行業(yè)擁有不少的用戶。
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。
1.2 未來沖壓模具制造技術(shù)發(fā)展趨勢
模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價(jià)格低”的要求服務(wù)。達(dá)到這一要求急需發(fā)展如下幾項(xiàng):(1)全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)
模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)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(gè)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。
(2)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。
(3)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。
(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)控柔性同步統(tǒng);
有質(zhì)量監(jiān)測控制系統(tǒng)。
對于現(xiàn)在裝配過程中(1)配合的約束關(guān)系自動生成和識別裝配模型中的配合約束關(guān)系從總體上體現(xiàn)了產(chǎn)品的功能,雖然通過三維幾何建模可以直接地、方便地在圖形上生成組裝體,但是其零件間并未建立配合的約束關(guān)系,因而不能支持設(shè)計(jì)后的約束驅(qū)動修改。如采用人機(jī)交線來一一對應(yīng)地建立各零件間的配合關(guān)系,以供計(jì)算機(jī)算出轉(zhuǎn)移矩陣,則又極為費(fèi)事。因此如何能根據(jù)約束特征來自動生成配合的約束關(guān)系是發(fā)展虛擬裝配技術(shù)的一個(gè)重要內(nèi)容。尤其對于一些復(fù)雜的配合如存在多種約束形式或過定價(jià)時(shí)更為關(guān)鍵,需發(fā)展一些適用的軟件。
????(2)發(fā)展適用的人機(jī)型裝配規(guī)劃技術(shù)構(gòu)建裝配規(guī)劃過程的可視化和人的智能融入化,例如應(yīng)用基于進(jìn)程面向?qū)ο蟮腜etrl網(wǎng)方法,實(shí)現(xiàn)在虛擬環(huán)境下進(jìn)行裝配規(guī)劃的生成。
????(3)裝配干涉檢查和配合力分析的智能化如應(yīng)用多媒體技術(shù)使干涉部位變色、閃爍、聲響,示出干涉區(qū)范圍和干涉量。對配合時(shí)受力狀態(tài)和配合公差的分析結(jié)果提供可視化的直觀形象,以利于優(yōu)化裝配工藝。
????(4)裝配擬實(shí)技術(shù)與產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫PDM結(jié)合?當(dāng)對機(jī)器進(jìn)行故障診斷或修理更換某一零件時(shí),利用PDM中數(shù)據(jù)在虛擬環(huán)境中形象地示出它的相關(guān)特征和配合情況,有利于提供更準(zhǔn)確的維護(hù)信息。對于現(xiàn)在裝配過程中(1)配合的約束關(guān)系自動生成和識別裝配模型中的配合約束關(guān)系從總體上體現(xiàn)了產(chǎn)品的功能,雖然通過三維幾何建模可以直接地、方便地在圖形上生成組裝體,但是其零件間并未建立配合的約束關(guān)系,因而不能支持設(shè)計(jì)后的約束驅(qū)動修改。如采用人機(jī)交線來一一對應(yīng)地建立各零件間的配合關(guān)系,以供計(jì)算機(jī)算出轉(zhuǎn)移矩陣,則又極為費(fèi)事。因此如何能根據(jù)約束特征來自動生成配合的約束關(guān)系是發(fā)展虛擬裝配技術(shù)的一個(gè)重要內(nèi)容。尤其對于一些復(fù)雜的配合如存在多種約束形式或過定價(jià)時(shí)更為關(guān)鍵,需發(fā)展一些適用的軟件。
????(2)發(fā)展適用的人機(jī)型裝配規(guī)劃技術(shù)構(gòu)建裝配規(guī)劃過程的可視化和人的智能融入化,例如應(yīng)用基于進(jìn)程面向?qū)ο蟮腜etrl網(wǎng)方法,實(shí)現(xiàn)在虛擬環(huán)境下進(jìn)行裝配規(guī)劃的生成。
????(3)裝配干涉檢查和配合力分析的智能化如應(yīng)用多媒體技術(shù)使干涉部位變色、閃爍、聲響,示出干涉區(qū)范圍和干涉量。對配合時(shí)受力狀態(tài)和配合公差的分析結(jié)果提供可視化的直觀形象,以利于優(yōu)化裝配工藝。
????(4)裝配擬實(shí)技術(shù)與產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫PDM結(jié)合?當(dāng)對機(jī)器進(jìn)行故障診斷或修理更換某一零件時(shí),利用PDM中數(shù)據(jù)在虛擬環(huán)境中形象地示出它的相關(guān)特征和配合情況,有利于提供更準(zhǔn)確的維護(hù)信息。
1 零件的沖壓工藝性分析
工件名稱:石英表墊片1
生產(chǎn)批量:大批量
材 料:H62軟黃銅
厚 度:0.5mm
工件簡圖:
圖1制件
圖示零件材料為0.5mm厚H62軟黃銅板,能夠進(jìn)行一般的沖壓加工,市場上也容易得到這種材料,價(jià)格適中。
外形落料的工藝性:石英表墊片屬于小尺寸零件,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。
彎曲的工藝性:U彎曲R1.4 mm,高度4 mm,要求一般可以用彎曲工藝來獲得
沖孔的工藝性:φ2.6mm的孔,尺寸精度要求較高,可采用沖孔。
此工件只有外形落料、彎曲和沖孔三個(gè)工序。圖示零件尺寸除φ2.6mm的孔均為未注公差的一般尺寸,按慣例取IT14級,符合一般級進(jìn)沖壓的經(jīng)濟(jì)精度要求,模具精度取IT9級即可。
由以上分析可知,圖示零件具有比較好的沖壓彎曲工藝性,適合沖壓彎曲生產(chǎn)。
2 工藝方案的確定及工藝計(jì)算
2.1 工藝方案的確定
石英表墊片零件所需的基本沖壓工序?yàn)閺澢⒙淞虾蜎_孔,可擬訂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——彎曲。
方案二:沖孔落料彎曲復(fù)合模。
方案三:沖孔落料彎曲級進(jìn)模。
方案一,生產(chǎn)率低,工件的累計(jì)誤差大,占用三套模具生產(chǎn)設(shè)備成本比較高,操作不方便,由于該工件為大批量生產(chǎn),相比較方案二和方案三更具有優(yōu)越性。
方案二:沖孔落料、和彎曲三個(gè)工序都在同一個(gè)工位上完成,生產(chǎn)率較方案一和方案三都高,生產(chǎn)出的制品的精度也較高,占用設(shè)備數(shù)量少,但是其模具比較復(fù)雜,生產(chǎn)強(qiáng)度較高時(shí)模具損耗較大,模具壽命較低,制造成本較方案一和方案二都高。
方案三:沖孔個(gè)工序?yàn)橐粋€(gè)工位,落料和彎曲在一個(gè)工位。其生產(chǎn)效率較方案一高較方案二低,其模具制造難度較方案二小,成本也低:模具壽命較方案二高,
石英表墊片零件為大批量生產(chǎn),且其沖2.6的孔有公差要求其余落料和彎曲的精度要求不太高,且為大批量生產(chǎn),使用方案三角方案一和方案二更適合零件的生產(chǎn)要求。故選方案三,即采用沖孔、落料和彎曲級進(jìn)模。
2.2 排樣設(shè)計(jì)
2.2.1 毛坯的尺寸計(jì)算
該制件彎曲端展開后的長度L和寬度B計(jì)算:
L=10+=13.25mm
U形件的計(jì)算毛坯展開長度的公式查表5—12[3]得:
L=
查表5—8[3] 中性層位移系數(shù)x=0.52
L=(4-1.165)+(4-1.165)+3.14×(1..6-0.5+0.5×0.53)=9.6mm
該毛坯的攻堅(jiān)展開圖如圖2所示:
圖2毛坯的攻堅(jiān)展開圖
一個(gè)工件平展后的面積:S76.32mm2
2.2.2 確定零件的排樣方案
設(shè)計(jì)模具時(shí),條料的排樣很重要。石英表墊片零件具有一頭大一頭小的特點(diǎn),有兩種排列方案;對排調(diào)頭沖和單向排列。
方案一:對排調(diào)頭沖的送料方式,即隔位沖,條料完成一個(gè)方向的沖壓后,將條料水平方向旋轉(zhuǎn)1800,再沖第二遍,在第一次沖裁的間隔中沖裁出第二部分工
圖3排樣圖
方案二:采用單向排列的送料方式,如圖4所示:
圖4排樣圖
2、方案比較:
條料寬度、導(dǎo)尺間寬度和材料利用率的計(jì)算
查表2.5.2[1]取得工件間和側(cè)面的搭邊值為1.8mm和2.0mm。
方案一:步距B=4.8+4.8+5.9=15.5mm
方案二:步距B=4.8+1.8+4.8=11.4mm
條料寬度的計(jì)算:擬采用無側(cè)壓裝置的送料方式,由b-Δ=〔D+2a+c1〕- Δ
D—條料寬度方向沖裁件的最大尺寸
a—側(cè)搭邊值
c1—導(dǎo)料板與最寬條料之間的最小間隙。查表2.5.5[1]取Cmin=0.5mm
代入數(shù)據(jù)計(jì)算,
方案一:取得條料寬度為 b=13.25+2+2+4.5+0.5=22.25mm
導(dǎo)尺間距離的計(jì)算:s=D+2(a+Cmin),代入數(shù)據(jù)計(jì)算得導(dǎo)尺間距離為23.25mm。
方案二:取得條料寬度為 b=13.25+2×2+0.5=17.75mm。
導(dǎo)尺間距離的計(jì)算:由s=D+2(a+Cmin),代入數(shù)據(jù)計(jì)算得導(dǎo)尺間距離為18.75 mm。
材料利用率的計(jì)算:
一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率
=
式中 A—一個(gè)沖裁件的面積,mm2;
B—條料寬度,mm;
s—步距, mm
得
方案一 : ==44.26%
方案二: ==38.81%
所以,選用方案一,即采用對排調(diào)頭沖的排樣方式。
3 工藝計(jì)算
(1)正倒裝結(jié)構(gòu):根據(jù)上述分析,本零件的沖壓包括沖孔和落料和彎曲三個(gè)工序,為方便小孔廢料和成形工件的落下,采用正裝結(jié)構(gòu):即沖孔凹模、落料凹模和都安排在下模。彎曲工序采用倒裝結(jié)構(gòu):即彎曲凸模在下模。
2)送料方式:采用手工送料方式。
3)定位裝置:本工件在級進(jìn)模中尺寸是較小的,又是大批量生產(chǎn),順沖時(shí)第一個(gè)工位采用始用擋料裝置定位,第二個(gè)工位采用固定擋料銷定位。調(diào)頭沖時(shí)第一個(gè)工位設(shè)置一個(gè)始用擋料裝置定位(和順沖時(shí)的始用擋料銷定位不在同一個(gè)位置),第二工位靠固定擋料銷定位。送料時(shí)廢料孔與固定擋料銷作為粗定距,在大凸模上安裝一個(gè)導(dǎo)正銷,利用條料上φ2.6m的孔做導(dǎo)正銷孔進(jìn)行導(dǎo)正,依此作為條料送進(jìn)的精確定距。
3)導(dǎo)向方式: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。由于已經(jīng)采用了手工送料方式,為了提高開敞性和導(dǎo)向均勻性,采用對角導(dǎo)柱模架。
4)卸料方式:本模具采用正裝結(jié)構(gòu),沖孔廢料留在凹??锥粗?,為了簡化模具結(jié)構(gòu),可以在下模座中開有通槽,使廢料從孔洞中落下;彎曲后工件留在上摸的彎曲凹模型腔中,為了簡化模具結(jié)構(gòu),可以在上摸中開有打料孔用打料桿將工件頂出。工件厚度為0.5mm,為了保證工件有比較好的平整度,采用彈性卸料裝置。
3.1 沖裁工序總力的計(jì)算
由工件結(jié)構(gòu)和前面所定的沖壓方案可知,本工件的沖裁力包括以下部分。
沖一個(gè)φ2.6mm孔的力P1、,落外型料的力P2,向下推出φ2.6mm沖孔廢料的力P3,向下推出外形坯件的力P4,彈性卸料板卸板料的力是由壓力機(jī)提供的,其沖裁φ2.6mm和外形坯件后卸條料的力分別為P5和P6。考慮到模具刃部被磨損、凸凹模間隙不均勻和波動、材料力學(xué)性能及材料厚度偏差等因素的影響,實(shí)際計(jì)算沖裁力時(shí)按下面公式:
P=KLtτ
式中 P—沖裁力(kN)
L—沖裁件剪切周邊長度(mm)
t—沖裁件材料厚度(mm)
τ—被沖材料的抗剪強(qiáng)度(MPa)
K—系數(shù),一般取1.3
上式中抗剪強(qiáng)度τ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τ=0.8σb,故沖裁力表達(dá)式又可表示為:P=1.3Ltτ≈Ltσb
式中 σb—被沖材料抗拉強(qiáng)度(MPa)。表8—9[2]得H62軟黃銅的σb=294MPa
P1=2.6π×0.5×294=1200.2N
L2=9.6+4×2+(4.8-3.4)×2+=46.1mm
P2=46.1×0.5×294=6776.7N
推件力 Pt=nKtP
Kt—推件力系數(shù),查表3—22[3]得Kt=0.06
n—同時(shí)卡在凹模的工件(或廢料)數(shù),其中
n=h/t
h—凹模刃部直壁洞口高度(mm),
t—料厚( mm)
表3—63[3]可得和h=4mm,故n=8
P3=8×0.06×1200.2=576.1N
P4=8×0.06×6776.7=3252.9N
頂件力: Pd =KdP
——頂件力系數(shù),查表3—22[3]得Kd =0.06
P5=0.06×1200.2=72.1N
P6=0.06×6776.7=406.7N
工序總力P總=P1+P2+P3+P4+P5+P6=1200.2+6776.7+576.1+3252.9+72.1+406.7
=12284.7N
≈12.3KN
3.2、彎曲力的計(jì)算
根據(jù)制件的設(shè)計(jì)要求,為了提高彎曲件的精度,減小彎曲回彈,擬采用校正彎曲,校正力比彎曲力大的多,而且兩個(gè)力先后作用,因此采用校正彎曲時(shí),一般只計(jì)算校正力:
F校=Ap
F?!U龝r(shí)的彎曲力
A——校正部分的垂直投映面積
p——單位面積上的校正力,查表5—4[3]得p=80~10MPa,取p=90MPa =90N/mm2
A=4×(1.6-0.5) ×2=8.8mm
F校=8.8×90=792N
P總〉F校
此模具先沖裁后彎曲,所以選用壓力機(jī)應(yīng)以沖裁力為基準(zhǔn)。
3.3、彈性橡膠板的計(jì)算
本模具中橡膠板的工作行程由以下幾個(gè)部分組成:凸模修模量5mm;凸模凹進(jìn)卸料板1mm;公件厚度0.5mm;凸模沖裁后進(jìn)入凹模1mm;以上四項(xiàng)長度之和就是橡膠板的工作行程S工作;即
S工作=(5+1+1+0.5)mm=7.5mm
取壓縮量為自由高度的0.3則橡膠的自由高度為:
H自由===30mm
由上面計(jì)算可知:P卸= P5+ P6=72.1+406.7=478.8N
預(yù)壓縮量取15%,由圖1-17可查出P=0.5MPa,此時(shí)橡膠板應(yīng)具有足夠的卸料力,其卸料力的大小用式1-2計(jì)算橡膠板所需的面積。則
A===957.6=9.576≈10
結(jié)合模具的實(shí)際結(jié)構(gòu),將橡膠板分成若干塊安裝。橡膠高度H自由與直徑D之比需要滿下式:
0.5橡膠板的自由高度為30mm,厚度不可低于要求的尺寸,超出這個(gè)厚度時(shí)應(yīng)考慮到每加厚1mm,就將增加相應(yīng)的工作載荷。橡膠板的總面積為10,分為2塊,每個(gè)用螺釘安裝在一塊,,中間鉆孔。兩塊橡膠板的厚度無比一致,不然會造成受力不均勻,運(yùn)動產(chǎn)生歪斜,影響模具的正常工作,卸料板采用45鋼制造,淬火硬度為40---45HRC。
4 壓力機(jī)的選擇
4.1 初選壓力機(jī)
查文獻(xiàn)[4]開式可傾壓力機(jī)參數(shù)初選壓力機(jī)型號為J23-3.15。
型號
公稱壓力/kN
滑塊行程/mm
最大封閉高度/mm
工作臺尺寸/mm
最大裝模高度/mm
可傾斜角/·
連桿調(diào)節(jié)長度/mm
模柄尺寸
mm
直徑
深度
J23-3.15
31.5
25
120
250×160
95
45
25
25
45
4.2 壓力中心的計(jì)算
模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點(diǎn)。為了保證壓力機(jī)和模具的正常工作,應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機(jī)的中心滑塊中心線重合。否則,沖壓時(shí)滑塊就會承受偏心載荷,導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌與模具的導(dǎo)向部分不正常的磨損,還會使合理的間隙得不著保證,從而影響制件的質(zhì)量和降低模具的壽命,甚至損壞模具。
此為多凸模模具的壓力中心,首先計(jì)算大凸模的壓力中心
圖5(a)壓力中心圖
計(jì)算其壓力中心的步驟如下:
①、按比例畫出凸模的工作部分剖面圖(見圖)
②、在任意距離處作x-x軸y-y軸
③、 分別計(jì)算出各線段和圓弧的重心到x-x軸的距離y1, y2, y3, y4和到y(tǒng)-y軸的距離x1, x2, x3, x4,
④、大凸模的壓力中心到坐標(biāo)軸的距離下式確定:
到y(tǒng)-y軸的距離
x0=
=
=4.94mm
到x-x軸的距離
y0=
=
=0mm
⑤、由于另一個(gè)沖孔凸模為規(guī)則的凸模 ,則總的壓力中心為
圖6(b)總壓力中心示意圖
到y(tǒng)-y軸的距離
x0=
==5.7mm
到x-x軸的距離
y0===1.55m
5 工作零部件的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化
5.1 工作零部件的計(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。這時(shí)需要分別計(jì)算和標(biāo)注凸模和凹模的尺寸和公差。
沖孔時(shí),間隙取在凹模上,則:
凸模尺寸
dap=(d+x△)-δp0
凹模尺寸
dd=(d+x△+Zmin)0+δ
式中 Dd Dp——落料凹模和凸模的刃口尺寸,mm
dp dd——沖孔凹模和凸模的刃口尺寸,mm
x——磨損系數(shù),查表2-30[2]得:沖孔時(shí)x=1。
Zmin——雙面間隙,mm
△——工件公差,mm
δ——凸模和凹模的制造公差,mm
①、沖裁孔凸模、凹模刃口尺寸的計(jì)算
凸模尺寸
查表2-29[2]查得δ凸=-0.004,δ凹=+0.006
dap=(d+x△)-δp0 =(2.6+1×0.15)0-0.004 =2.750-0.004
凹模尺寸
由表2-23[2]得Zmin=0.025
dd=(d+x△+Zmin)0+δ=(2.6+1×0.15+0.025)0+0.006 =2.7750+0.006
②、外形落料凸模、凹模刃口尺寸的計(jì)算
因此落料件為復(fù)雜的制件,所以利用凸凹模配合法,這種方法有利于獲得最小的合理間隙,放寬對模具的加工設(shè)備的精度要求。
采用配作法,計(jì)算凹模的刃口尺寸,首先是根據(jù)凹模磨損后輪廓變化情況正確判斷出模具刃口各個(gè)尺寸在磨損過程中是變大還是變小,還是不變這三種情況,然后分別按不同的計(jì)算公式計(jì)算。
a、凹模磨損后會增大的尺寸-------第一類尺寸A
第一類尺寸:Aj=(Amax-x△)0+0.25△
b、凹模磨損后會減小的尺寸-------第二類尺寸B
第二類尺寸:Bj=(Bmax+x△)0-0.25△
c、凹模磨損后會保持不變的尺寸 第三類尺寸C
第三類尺寸:Cj=(Cmin+0.5△)60.125△
其落料凹模的基本尺寸計(jì)算如下:
圖7(a)凹模
第一類尺寸:磨損后增大的尺寸:
查表2—34[2]得x△=0.180 △=0.360
A1=(Amax-x△) 0+0.25△=(10-0.180) 0+0.25×0.360=9.8200+0.090
A2=(Amax-x△) 0+0.25△=(9.6-0.180) 0+0.25×0.360=9..4200+0.090
查表2—34[2]得x△=0.150 △=0.300
A3=(Amax-x△) 0+0.25△=(4-0.150) 0+0.25×0.300=3.85 0+0.075
查表2—34[2]得x△=0.150 △=0.300
A4=(Amax-x△) 0+0.25△=(3.25-0.150) 0+0.25×0.300=3.100+0.075
查表2—34[2]得x△=0.250 △=0.130 δ=+0.06
A5=(Amax-x△) 0+0.25△=(2-0.250) 0+δ=1.750+0.06
落料凸模的基本尺寸與凹模相同,分別是9.82mm、9.42mm、3.85mm、3.10mm、1.75mm不必標(biāo)注公差,但要在技術(shù)條件中注明:凸模實(shí)際刃口尺寸與落料凹模配制,保證最小雙面合理間隙值Zmin=0.025mm。
圖7(b)落料凸模
③. 彎曲凸模、凹模刃口尺寸的計(jì)算
a.凸模圓角半徑
當(dāng)工件的相對彎曲半徑r/t較小時(shí),凸模圓角半徑rT取等于工件物彎曲半徑,但不應(yīng)小于最小彎曲半徑0.175,所以凸模半徑等于r=1.6
b.凹模圓角半徑
凹模圓角半徑不能過小,以免擦傷工件表面,影響沖模壽命。凹模兩邊的圓角半徑應(yīng)一致,否則在彎曲時(shí)坯料會發(fā)生偏侈。rA值通常根據(jù)材料厚度取為:t=0.5 rA=(3~6)t, 取rA =4t=2mm
c.凹模深度
凹模深度l0過小,則坯料兩端未受壓部分太多,工件回彈大于且不平直,影響工件質(zhì)量。若過大,則浪費(fèi)模具鋼材,且需沖床有較大的工作行程。
U形彎曲模:由于彎邊高度不大于U形件,則凹模深度應(yīng)大于零件的高度,h0=3凹模深度l0查表得l0=15mm。
d.彎曲凸凹模橫向尺寸及公差。
決定U形件彎曲凸凹模橫向尺寸及公差的原則是:工件標(biāo)注內(nèi)形尺寸時(shí)應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)件,間隙取在凹模上。而凸凹模的尺寸和公差則應(yīng)根據(jù)工件的尺寸,公差,回彈情況以及模具磨損規(guī)律而定。
尺寸標(biāo)注在內(nèi)形上的彎曲件。
凸模尺寸為 L=(L+0.75△)
凹模尺寸為 L=(L+Z)
L .L----凸,凹模橫向尺寸;
L----彎曲件橫向的最小極限尺寸;
△---彎曲件橫向的尺寸公差,對稱偏差△=2△
---凸模的制造公差,可采用IT7~I(xiàn)T9級精度,一般取凸模的精度比凹模精度高一級。
L=(2.9+0.75×0.6)=3.35
L=(3.35+1.05)=4.4
(2)工作零部件的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化(用一個(gè)整體的凸模固定板)
沖小圓孔的凸模,為了增加凸模的強(qiáng)度與剛度,凸模非工作部分直徑應(yīng)作成逐漸增大的多級臺階形式如圖5所示:
圖8標(biāo)準(zhǔn)凸模示意圖
凸模長度一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要而確定的,其凸模長度用下列公式計(jì)算:
L=h1+h2+h3- h4
式中 L—凸模長度, mm
h1—凸模固定板高度,mm
h2—卸料板高度,mm
h3—橡膠板的厚度 ,mm
h4—凹進(jìn)卸料板內(nèi)1mm
圖9沖孔凹模內(nèi)行示意圖
整體式凹模如圖6裝于下模座上,由于下模座孔口較大因而使工作時(shí)承受彎曲力矩,若凹模高度H及模壁厚度C不足時(shí),會使凹模產(chǎn)生較大變形,甚至破壞。但由于凹模受力復(fù)雜,凹模高度可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算,即
凹模高度H=KB
凹模壁厚C=(1.5~2)H
式中B----凹模孔的最大寬度,mm但B不小于15mm
C-----凹模壁厚,mm 指刃口至凹模外形邊緣的距離;
K=系數(shù),查表8—1[3]得K=0.30
凹模高度H=KB=0.30×15=4.5mm 按表取標(biāo)準(zhǔn)值15mm
凹模壁厚C=1.5H = 1.5×15=22.5mm
凹模上螺孔到凹模外緣的距離一般取(1.7~2.0)d,
圖10螺孔與凹模邊界示意圖
d 為螺孔的距離,由于凹模厚度為10mm,所以根據(jù)表2.46﹝2﹞查得螺孔選用4×M8的螺釘固定在下模座。故選用如圖7:
螺孔到凹模外緣的最小距離a2=1.5d=1.5×8=12mm
螺孔到凹模內(nèi)緣的最小距離d=8mm
a3=1.13d≈9mm
凹模上螺孔間距由表2.47查得最小間距為40mm,最大間距為90mm。 圖7
螺孔到銷孔的距離一般取b>2d,所以b應(yīng)大于16。
根據(jù)上述方法確定凹模外形尺寸須選用矩形凹模板100×80×15
①沖孔小凸模、凹模各尺寸及其組件確定和標(biāo)準(zhǔn)化(包括外形尺寸和厚度)
沖孔小凸模長度 L=15+30+11-1=55mm
由小凸模刃口d=2.75.mm查手冊﹝2﹞表2.54可知 h=3mm, D1=9mm, D=6mm, L=52
小凸模強(qiáng)度校核 要使凸模正常工作,必須使凸模最小斷面的壓應(yīng)力不超過凸模材料的許用壓應(yīng)力,即
對于圓形凸模 dmin≥
式中 dmin—圓形凸模最小截面直徑,mm
t—沖裁材料厚度,mm
—沖裁材料的抗剪強(qiáng)度,MPa
—凸模材料許用強(qiáng)度,?。?.0~1.6)×103MPa
dmin≥==0.52mm 所以承壓能力足夠。
抗縱向彎曲力校核 對于圓形凸模(有導(dǎo)向裝置)
?。蹋恚幔?70d2/
式中 Lmax ——允許的凸模最大自由長度,mm
F ——沖模力,N
d——凸模最小截面的直徑,mm
Lmax≤270d2/=270×2.752/=58.9mm 所以長度適宜。
凸模固定端面的壓力
q =<
式中 q—凸模固定端面的壓力,MPa
F—落料或沖孔的沖裁力,N
—模座材料許用壓應(yīng)力,MPa
q ==83.9MPa
由于采用整體式凹模,所以由外形落料凹模確定其凹模板厚度(圖6),其凹模刃口高度由表2.40查得h=6mm,β=
②外形落料凸模、凹模各尺寸及其組件的確定和標(biāo)準(zhǔn)化(包括外形尺寸和厚度)
外形凸模的設(shè)計(jì):外形凸模用線切割機(jī)床加工成直通式凸模,用兩個(gè)M8的螺釘固定在墊板上,由于采用固定卸料板,凸模按下式計(jì)算:
L=h1+h2+h3-h4
其中:L—凸模長度, mm
h1—凸模固定板高度,mm
h2—卸料板高度,mm
h3—橡膠板的厚度 ,mm
h4—凹進(jìn)卸料板內(nèi)1mm
所以:L=15+30+11-1=55 mm
凸模固定板材料可用45鋼,結(jié)構(gòu)形式和尺寸規(guī)格見手冊﹝2﹞表15.57可得100×80×15
(3)凹模組件的尺寸確定和示意圖
凹模采用整體式凹模,各沖裁的凹??拙捎镁€切割加工,安排凹模在模架上的位置時(shí),要依據(jù)計(jì)算的壓力中心的數(shù)據(jù),使壓力中心與模柄中心重合。
凹模的長度選取要考慮以下因素:
a)便于導(dǎo)尺發(fā)揮作用,保證送料粗定位精度。
選取凹模邊界為100mm×80mm。凹模材料選用Cr12制造,熱處理硬度為58~62HRC。
6 主要工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化
6.1 定位裝置的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化
6.1.1 始用擋料裝置的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化
圖11始用擋料
擋料塊標(biāo)記: 4536 GB/T2866.1—81
材料:45鋼 GB/699—88
熱處理:硬度43~48HRC
技術(shù)條件:按GB2870—81
6.1.2 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
圖12固定擋料銷
選用直徑φ8mm,h=4mm材料為45鋼A型固定擋料銷(JB/T7649.10—94)(應(yīng)先寫標(biāo)準(zhǔn)號,再寫具體選用規(guī)格)
根據(jù)分析選用廢料孔前端定位時(shí)擋料銷位置如圖
根據(jù)計(jì)算固定擋料銷的位置距壓力中心為x=10.47,y=0
6.1.3 導(dǎo)正銷的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化
導(dǎo)正銷主要用于級進(jìn)模上,消除擋料銷的定位誤差,以獲得較精確的工件。導(dǎo)正銷的結(jié)構(gòu)形式,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),尺寸精度,材料的熱處理等可參照J(rèn)B/T7647.1—94和JB/T7647.2—94選定。
導(dǎo)正銷的結(jié)構(gòu)形式查手冊[2](GB…)選用如圖
圖13 導(dǎo)正銷
D=d-2a
D——導(dǎo)正銷直徑的基本尺寸
d——沖孔凸模直徑
2a——導(dǎo)正銷與孔徑兩邊的間隙
沖裁φ2.6mm孔的導(dǎo)正銷 查表得h=t 2a=0.04mm
D=d-2a=2.75-0.04=2.71mm
h=1×0.5=0.5mm
6.1.4 導(dǎo)料板的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化
經(jīng)查表分析得]導(dǎo)料板長度L=100mm,寬度B=32mm ,厚度h=6mm
圖14導(dǎo)料板
6.2 標(biāo)準(zhǔn)模架的選用
由凹模周界選用標(biāo)準(zhǔn)模架
凹模周界L3B=100mm380mm,閉合高度h1=155mm
材料為ZG45(ZG310-570),0I級精度的對角導(dǎo)柱模架。
導(dǎo)柱標(biāo)記:283170 GB/T2861.1—90(先寫GB,再選具體數(shù)值,下同)
323170 GB/T2861.1—90
導(dǎo)套標(biāo)記:283100338 GB/T2861.6—90
323100338 GB/T2861.6—90
上模座標(biāo)記:2003160340 GB/T2855.1—90
下模座標(biāo)記:2003160345 GB/T2855.2—90
模柄標(biāo)記:JB/T7646.1—1994 A503110 JB/T 7646.1
6.3 卸料裝置的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化
在前面已經(jīng)確定了采用彈性卸料板。本模具的卸料板不僅有卸料作用,還具有外形凸模的導(dǎo)向作用,并能對小凸模起保護(hù)作用。卸料板的邊界尺寸經(jīng)查手冊[2]表15.28得:
卸料板長度L =100mm,寬度B=80mm厚度h0=11mm
此模具中,卸料板對沖孔落料凸模起導(dǎo)向作用,卸料板和凸模按H7/h6配合制造
1、 聯(lián)接件的選用與標(biāo)準(zhǔn)化
本模具采用螺釘固定,銷釘定位。具體講
內(nèi)六角螺釘標(biāo)記:35鋼M8365 GB70—85(先寫GB,再選具體數(shù)值,下同)
螺釘標(biāo)記:35鋼M8330 GB68—76
圓柱銷釘標(biāo)記:35鋼6365 GB 119—86
止動圓柱銷標(biāo)記:35鋼436GB119—86
7 裝配圖及壓力機(jī)的校核
7.1 裝配圖
圖15裝配圖
7.3 壓力機(jī)的選擇與校核
模座外形尺寸125×95mm,閉合高度155mm,有文獻(xiàn)[4]中,JC23—35型壓力機(jī)工作臺尺寸為250×160mm,最大閉合高度為180mm,連桿調(diào)節(jié)長度為40mm,所以在工作臺上加一25~60mm的墊板,即可安裝。模柄孔尺寸也于本副模具所選模柄尺寸相符。
8 模具的裝配與調(diào)試
8.1,模具的裝配
[1],裝配凸緣模柄,保持與上模座平面垂直,在上模座和模柄上開螺釘孔,然后用螺釘固定好,裝好后同磨大平面齊平,最后用角尺檢查模柄與上模座的平行度。
[2],將沖孔和彎曲凸模壓入凸模固定板中,壓入時(shí)應(yīng)有非工作端壓入,為便于壓入,四周應(yīng)修成小圓角。凸模壓入型孔少許即進(jìn)行垂直度檢驗(yàn),壓入至1/3時(shí)應(yīng)再作垂直度檢驗(yàn)。壓入后將固定板裝配基面與凸模底面磨平,并以固定板裝配為基準(zhǔn),修磨凸模刃口平面,然后在凸模上開螺釘孔,用螺釘將凸模固定在下墊板上。
[3],根據(jù)凸模把凹模加工出來后,對正用螺釘和銷釘固定,然后裝上導(dǎo)柱導(dǎo)套,然后調(diào)整凸凹模的間隙,調(diào)整間隙后再上緊螺釘和打上銷釘。
8.2模具的調(diào)試
8.2.1 凸,凹模間隙的調(diào)試
沖模凸,凹模的間隙直接影響到制件的質(zhì)量和模具的使用壽命,間隙的大小雖有一定的范圍,但是裝配時(shí)必須調(diào)整一致,才能保證沖模的裝配質(zhì)量。調(diào)整間隙的方法有:透光法,切紙法,墊片法等,一般采用切紙法的。
用相當(dāng)于沖板料后的厚薄均勻的紙片,放在一初步調(diào)整好的凸凹模之間用銅錘敲擊模柄,使模具閉合并沖壓出紙制品,根據(jù)所沖壓出的紙制件周圍是否切斷,有無毛刺,毛邊是否分布均勻來判斷間隙是否合適,若有以上缺點(diǎn)則繼續(xù)調(diào)整。
8.2.2 沖模的試沖
沖模裝配后,要在生產(chǎn)條件下進(jìn)行試沖,其目的是在于檢查沖模的性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。試沖時(shí),合格的沖件數(shù)應(yīng)在20~1000件之間。試沖后,應(yīng)檢驗(yàn)如下問題:
[1],驗(yàn)證所選壓力機(jī)是否合適,沖模能否合理的安裝到壓力機(jī)上而不用任何修改,壓力機(jī)是否有足夠的力量保證沖下制件。
[2],驗(yàn)證該模具生產(chǎn)的制件質(zhì)量是否符合產(chǎn)品所要求的形狀和尺寸精度。
[3],驗(yàn)證該模具能否進(jìn)行生產(chǎn)性使用。
[4],驗(yàn)證沖壓工藝安排是否合理。
[5],為模具設(shè)計(jì)人員反饋信息,了解模具,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)那些不合理的地方需要改進(jìn),了解設(shè)計(jì)時(shí)的目標(biāo)尺寸和實(shí)際尺寸的偏差以提高設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的可靠性。
[6],為沖模投入生產(chǎn)做準(zhǔn)備。試沖中暴露的各種問題通過修正得到解決,才能使沖模正常使用。
8.2.3 試沖過程中的調(diào)整
無論對那種沖模進(jìn)行試沖,試沖前和試沖過程中的調(diào)整是不可少的。沖孔落料彎曲級進(jìn)模試沖時(shí)出現(xiàn)的問題和調(diào)整方法如下:
[1],送料不暢或被卡
由于間隙過小或?qū)Я习宀黄秸隆?
[2],制件有毛刺
刃口不鋒利或淬火硬度低配合間隙過大或過?。?間隙不均勻所致
[3]。彎曲不到位
由于凸模的工作尺寸不精確或沒有考慮反彈。
設(shè)計(jì)總結(jié)
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我們把平時(shí)在課堂上學(xué)到的理論與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)合了起來??此坪唵蔚牧慵胍玫?,也是需要許多工序才能完成的。我們只所以選擇使用模具來達(dá)到這樣的效果,不僅與生產(chǎn)批量有關(guān),還與生產(chǎn)條件有關(guān)。如果是大批量生產(chǎn)的零件使用模具就很容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和現(xiàn)代化。能夠保證零件的尺寸相差不大,以實(shí)現(xiàn)互換。設(shè)計(jì)是一個(gè)關(guān)鍵的工作,要查閱大量資料和統(tǒng)計(jì)計(jì)算工作,設(shè)計(jì)是個(gè)苦差事。
設(shè)計(jì)的好壞直接影響到制件質(zhì)量和勞動強(qiáng)度以及生產(chǎn)成本。所以設(shè)計(jì)者應(yīng)該具備淵博的知識和大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)作為基礎(chǔ),應(yīng)該懂得生產(chǎn)的環(huán)節(jié)。這樣才能設(shè)計(jì)出好的實(shí)用的模具來。
我傾注了大量的勞動和汗水在這個(gè)設(shè)計(jì),由于缺乏經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐。設(shè)計(jì)的十分艱辛,雖然借鑒了許多,還是有好多不明白之處。
參考文獻(xiàn)
[1] 王孝培 主編.沖壓手冊.機(jī)械工業(yè)出版社
[2] 郝濱海 編著.沖壓模具簡明設(shè)計(jì)手冊.化學(xué)工業(yè)出版社
[3] 楊玉英 主編.實(shí)用沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)手冊.機(jī)械工業(yè)出版社
[4] 薛彥成 主編.公差配合與技術(shù)測量.機(jī)械工業(yè)出版社
[5] 高為國 主編.模具材料.機(jī)械工業(yè)出版社
[6] 王秀鳳.萬良輝 主編.冷沖壓模具設(shè)計(jì)與制造.北京航空航天大學(xué)出版社
[7] 翟德梅 主編.模具制造技術(shù)
[8] 中國機(jī)械工業(yè)出版社 組編.冷沖模設(shè)計(jì)及制造.機(jī)械工業(yè)出版社
[9] 劉建超.張寶忠 主編.沖壓模具設(shè)計(jì)與制造.高等教育出版社
[10] 《沖壓加工技術(shù)手冊》編委會編 沖壓加工技術(shù)手冊 [日]
致謝
本設(shè)計(jì)經(jīng)原紅玲講師的精心指導(dǎo)和同學(xué)的熱心幫助才得以如期完成,在此我誠心的向他們感謝。另外還要感謝我的專業(yè)老師們,在大學(xué)三年讓我學(xué)到了扎實(shí)的專業(yè)知識和處理問題的實(shí)用方法,以及其他老師的教導(dǎo),讓我大學(xué)期間學(xué)到了做人的道理與原則。讓我踏上社會,走上工作崗位完成了很好的過度。時(shí)光如梭,三年的大學(xué)生活轉(zhuǎn)眼過去,而我也即將離開可敬的老師和熟悉的同學(xué)朋友們,溶入到社會的大潮中去。在這之際,我們將完成最后的使命——做畢業(yè)設(shè)計(jì)。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,由于資質(zhì)有限,很多知識掌握的不是很牢固,因此在設(shè)計(jì)中遇到了很多的問題。但這并沒有成為我的絆腳石,在指導(dǎo)老師不時(shí)的精心指導(dǎo)和同學(xué)們的熱心幫助下,并通過在圖書館的仔細(xì)查閱,使我克服了一個(gè)又一個(gè)的困難,從而使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)日趨完善。
最后,再次感謝我的指導(dǎo)老師原紅玲的精心指導(dǎo)和各位老師和同學(xué)的大力幫助,使我順利完成任務(wù),并向你們致意深深的敬意,在以后的生活中我一定努力工作,不辜負(fù)你們寄予我的厚望!
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