哈理工轴承端盖模具设计与工作演示(拉伸模)(换了这套冲压模)(带CAD图)
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哈理工轴承端盖模具设计与工作演示(拉伸模)(换了这套冲压模)(带CAD图),理工,轴承,模具设计,工作,演示,拉伸,冲压,CAD
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哈尔滨理工大学学士学位论文轴承端盖模具设计与工作演示摘要 本文首先介绍了冲压成形与模具技术概况,包括冲压成形与模具技术的概念、冲压设备的选用、冲压工序的分类,冲模的分类,冲模设计与制造的要求,常见冲压设备种类,设备选用和模具安装等。然后针对轴承端盖,分析了冲压工艺方案,确定了排样方式及设计方法等;在模具结构设计中,主要介绍了拉深力与压力中心的计算,工作零件刃口尺寸计算,工作零件设计及其他模具结构零件设计等。最后选择了模架,绘制了总装图和零件图。所设计的轴承端盖冲压模具结构基本合理,基本符合生产要求。关键词 冲压设备;压力中心;刃口尺寸;拉深工艺不要删除行尾的分节符,此行不会被打印I目录摘要I第1章 绪论11.1 冲压成形与模具技术概述11.1.1 冲压与冲模概念11.1.2 冲压工序的分类11.1.3 冲模的分类11.1.4 冲模设计与制造的要求11.2 冲压设备及选用21.2.1 常见冲压设备21.2.2 冲压设备的选用21.2.3 模具的次序31.3 本章小结3第2章 工艺方案的分析及确定42.1 零件图42.2 零件的工艺分析52.3 工艺方案的确定52.3.1 确定工艺方案52.3.2 计算毛坯尺寸52.3.3 判断拉深次数62.3.4 确定加工工序方案62.4 本章小结7第3章 模具结构设计83.1 拉深力与压力中心的计算83.1.1 拉深方式与拉深力的计算83.1.2 拉深力的计算83.1.3 压边力的计算83.1.4 压力机公称压力计算83.1.5 压力中心的计算93.1.6 冲模刃口尺寸的计算93.2 工作零件刃口尺寸计算103.3 工作零件结构设计与其他模具结构零件103.3.1 拉伸模的间隙103.3.2 拉伸模圆角半径103.3.3 凸、凹模工作部分的尺寸和公差103.3.4 确定凸模通气孔103.3.5 模具其他零件结构尺寸计算103.3.6 本章小结12第4章 设备的选择144.1 压力机的选择原则144.2 校核压力机的电动机功率15第5章 总装图19结论20参考文献21致谢22千万不要删除行尾的分节符,此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”,然后“更新整个目录”。打印前,不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章 绪论1.1 冲压成形与模具技术概述1.1.1 冲压与冲模概念冲压:在温室下,利用安装在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,从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲模:在冲压加工中,将材料加工成零件的一种特殊工艺装备,称为冲压模具。在冲压零件的生产中,合理的冲压成形工艺、先进的模具、高效的冲压设备是必不可少的三要素1。1.1.2 冲压工序的分类冲压加工因制件的形状、尺寸和精度的不同,所采用的工序也不同。根据材料的变形特点可将冲压工序分为分离工序和成形工序两类。分离工序是指坯料在冲压力的作用下,变形部分的应力达到强度极限以后,是坯料发生断裂而产生分离。分离工序主要有剪裁和冲裁等。 成形工序是指坯料在冲压力作用下,变形部分的应力达到屈服极限,但未达到强度极限,是坯料产生索性变形,称为具有一定形状、尺寸与精度制件的加工工序。成形工序主要有弯曲、拉深、翻边、旋压等2。1.1.3 冲模的分类1根据工艺性质分类:冲裁模、弯曲模、拉伸模、成形模。2根据工序组合程度分类:单工序模、复合模、级进模。1.1.4 冲模设计与制造的要求 1冲压原材料利用率高,即材料消耗应尽可能少。2根据工厂的具体生产条件,制定工艺方案应技术上先进可行,经济上合理。3工序组合方式和工序排列顺序应符合冲压变形规律,能确保冲压合格的工件。 4工序数量应尽可能少,生产效率尽可能高。 5制定的工艺规程,应方便工厂的生产组织与管理3。1.2 冲压设备及选用1.2.1 常见冲压设备冲压设备属锻压机械。常见冲压设备有机械压力机和液压机。机械压力机按驱动滑块机构的种类可分为曲柄式和摩擦式,按滑块个数可分为单动和双动,按床身结构形式可分为开式和闭式,按自动化程度可分为普通压力机和高速压力机等。而液压机按工作介质可分为油压机和水压机4。1.2.2 冲压设备的选用压力机应根据冲压工序的性质、生产批量的大小、模具的外形尺寸以及现有设备等情况进行选择。压力机的选用包括选择压力机类型和压力机规格两项内容。1压力机类型的选择(1)中、小型冲压件选用开式机械压力机。(2)大、中型冲压件选用双柱闭式机械压力机。(3)导板模或要求导套不离开导柱的模具,选用偏心压力机。(4)大量生产的冲压件选用高速压力机或多工位自动压力机。(5)校平、整形和温热挤压工序选用摩擦压力机。(6)薄板冲裁、精度冲裁选用刚度高的精密压力机。(7)大型、形状复杂的拉伸件选用双动或三动压力机。(8)小批量生产中大型厚板件的成形工序多采用液压压力机5。2压力机规格的选择(1)工称压力拉深时压力机吨位比计算出的拉伸力大60%100%。(2)滑块行程长度成形拉伸件和弯曲件应使滑行块长度大于制件高度的2.53.0倍。(3)行程次数应根据材料的变形要求和生产率来考虑。(4)工作台面尺寸当制件或废料需下落时,工作台面尺寸必须大于下落件的尺寸。对有弹定装置的模具,工作台面孔尺寸还应大于弹顶装置的外形尺寸。(5)滑块模柄尺寸模柄孔直径要与模柄直径相符合,模柄孔的深度应大于模柄的长度。(6)闭合高度。(7)电动机功率的选择必须保证压力机的电机功率大于冲压时所需要的功率。1.2.3 模具的次序 1根据冲模的闭合高度调整压力机滑块的高度,使滑块在下至点时其底平面与工作台面之间的距离大于冲模的闭合高度。2先将滑块升到上止点,冲模放在压力机工作台面规定位置,在将滑块停在下止点,然后调节滑块的高度,使其底平面与冲模座上平面接触。 3将压力机滑块上调35mm,开动压力机,空程12次,将滑块停于下止点,固定住下模座。4进行试冲,并逐步调整滑块到所需的高度。1.3 本章小结这一章主要模具的基本概念,模具的制造工艺,压力机的选择,模具的组成等方面以及未来前景发展趋势第2章 工艺方案的分析及确定2.1 零件图本文所设计的垫片零件图如图2-1所示。图2-1 轴承端盖零件图根据设计任务书的具体要求,需要完成以下几点:1 深入了解拉深模的设计过程及要领。2 对给定零件进行工艺分析,讨论分析工艺方案。3 按照给出的零件,绘出工件模型,并设计出制造该零件的模具及构成的相关零部件。4 采用Pro/E设计出模具三维总装图、零部件三维图,并绘制标准的二维图。2.2 零件的工艺分析拉深件的工艺性是指从拉深工艺方面来衡量设计是否合理。一般来讲,在满足工件使用要求的条件下,能以最简单最经济的方法将工件拉深出来,就说明该件的拉深工艺性好,否则,该件的工艺性就差。当然工艺性的好坏是相对的,它直接受到工厂的冲压技术水平和设备条件等因素的影响。以上要求是确定拉深件的结构,形状,尺寸等是确定冲裁件工艺实应性的主要因素。根据这一要求对该零件进行工艺分析如下: 1材料:该冲裁材料为20钢是普通碳素钢,具有良好的可冲压性。2零件结构:该拉深件结构简单,比较适合拉深。3尺寸精度:该拉深件尺寸精度采用IT14级。2.3 工艺方案的确定2.3.1 确定工艺方案为了确定零件的成形工艺方案,先应计算拉深次数及有关工序尺2.3.2 计算毛坯尺寸在计算毛坯尺寸时,先把零件分割成简单的几何形状,然后分别计算各个形状的面积最后把形状的面积相加,就得到制件的总面积,再利用圆的面积公式反推直径,即得到毛坯尺寸。 毛坯总面积计算为:底面积:=3.14/430=706.5圆角部分面积: =(2r8)=(23.14830852)=1399.68圆筒部分面积: =(h)=3.1430(452)=4427.46由叠算法计算公式可知所以毛坯总直径: D= =115.44mm22.3.3 判断拉深次数在设计拉深工艺时,必须知道工件能否能一次拉出,还是需要几道工序才能拉成。正确解决这个问题直接关系到拉深工作的经济性和拉深件的质量,拉深次数决定于每次拉深时允许的极限变形程度。圆筒件的拉深变形程度一般用拉深系数表示和衡量。深系数m是指拉深前后拉深件筒部直径(或半成品筒部直径)与拉深前坯料(或半成品)直径的比值。部分拉深件只需一次拉深就能成形,拉深系数就是拉深件筒部直径d与毛坯直径D的比值。由 =1.67 100=100=0.86该拉伸件实际总拉伸系数为m总=0.54判断拉深时是否需要压边:查冲压模具设计与制造P144页表4-6得,因t/D1001.5,故拉伸时不采用压边圈。查冲压模具设计与制造P143页表4-4得首次拉伸的极限拉深系数为0.53 ,故可以一次拉出。2.3.4 确定加工工序方案在对冲压件进行工艺分析的基础上,拟定出几套可能的工艺方案。通过对各种方案综合分析和相对比较,从企业现有的生产技术条件出发,确定出经济上合理、技术上确实可行的最佳工艺方案。确定冲压件的工艺方案时需要考虑冲压工序的性质、数量、顺序、组合方式以及其他辅助工序的安排。根据上述计算结果,此零件需要落料(制成115.44mm的坯料)、冲切展开、一次拉伸和切边共四道工序。没有冲孔,翻边弯曲等工序,且该零件首次拉伸高度较小,坯料直径(115.44)和拉深后的圆筒直径(33)差值较大,为提高生产率,保证冲压件质量的前提下,工序数应尽量减少,可将坯料的落料和展开复合。因此,考虑该零件的冲压工艺工序为:落料,冲切展开,一次拉深,切边模,四道工序。根据冲压模具设计师速查手册P160页的冲压工序顺序原则知一般先拉深大尺寸外形,后拉深小尺寸内形。整形工序、校平工序、切边工序,应放在基本成形以后。再根据冲压模具设计师速查手册P161页冲压工序半成品形状与尺寸的确定,应保证已成形的部分在以后各道工序中不再产生任何变动,而待成形部分必须留有恰当的材料余量,所以切边应在拉深之后综上所述:该零件的冲压工艺方案为:落料冲切展开一次拉深切边。2.4 本章小结本章主要是对设计过程中的工艺计算做出了具体的分析,根据零件的任务要求及设计的原则确定零件工艺性,从材料,公差等级,圆角半径,精度等各方面分析表明该工件拉深工艺性良好,可用拉深工序加工。根据加工工序,计算毛坯的尺寸,判断拉伸次数,以及确定首次拉伸的毛坯尺寸和工序尺寸,查相关资料按照相关工艺方案原则,最终确定加工方案为:落料冲切展开一次拉深切边。在最后的工艺处理中,还涉及到润滑过程及热处理,查资料得润滑选用L-AN10号润滑剂,拉深后就进行高温退火,使处理后的零件达到标准要求。第3章 模具结构设计3.1 拉深力与压力中心的计算3.1.1 拉深方式与拉深力的计算当一次拉深完成以后,为了能够顺利地进行下一次拉深,必须适时的解决出件、卸料等问题。选取的冲裁方式不同时,出件、卸料及排除废料的形式也就不同。因此冲裁方式将直接决定冲裁模的结构形式,并影响冲裁件的质量11。3.1.2 拉深力的计算计算拉深力的目的是为了确定压力机的额定压力,考虑到刃口的磨损、间隙的波动、材料力学性能的变化、板料厚度的偏差等因素的影响,在生产中拉深力便可按下式计算:F= 查冲压模具设计师速查手册P9表2-1得20钢的强度极限= 440MP,查实用冲压模具设计手册P198页表4-20。已知m=0.61,取=0.60,=0.75,取K=0.75。将K=0.75,d=30mm,t=1.5mm,=440MP代入上式,即 F=0.753.14301.5440=46629(N)3.1.3 压边力的计算压边力的计算公式为:Q=-q 已知=5mm,D=115.44mm,d1=45mm,查冲压模具设计与制造P156页表4-13得,取单位面积压边力q=2.5MPa。把已知数据代入上式,得压边力为Q=115.442-(45+25)22.5=20216.48 (N) 3.1.4 压力机公称压力计算根据深拉深时:和,取1.4(F+Q)=1.4(46629+20216.48)=66845.48(N)故压力机的公称压力要大于69kN。3.1.5 压力中心的计算该零件是对称的,所以压力中心在该零件的几何中心。3.1.6 冲模刃口尺寸的计算对于冲制薄材料 ,采用配制法,计算凸模或凹模刃口尺寸,首先是根据凸模或凹模磨损后轮廓变化情况,正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大、变小还是不变这三种情况,然后分别按不不同的公式计算。为保证凸、凹模之间的间隙值,必须采用凸、凹模配合加工的方法。由于此零件要求外形尺寸,所以采用凹模为基准件,根据凹模磨损后的尺寸变化情况。凹模磨损后会增大的尺寸第一类尺寸A 凹模磨损后会减小的尺寸第二类尺寸B 凹模磨损后会基本不变的尺寸第三类尺寸C 式中: A、B、C模具基准件尺寸,单位mm;Amax、Bmin、Cmin工件极限尺寸,单位mm;工件公差,单位mm。 表3-2磨损系数x板料厚度t/mm非 圆 形圆 形10.750.50.750.5工 件 公 差 /mm1122440.160.200.240.300.170.350.210.410.250.490.310.590.360.420.500.600.160.200.240.300.160.200.240.30以上是凹模的计算方法,相应的凸模应按凹模的尺寸配置,3.2 工作零件刃口尺寸计算拉深部分以拉深凹模为基准计算,拉深凸模按间隙值配置。挤压部分以挤压凸模为基准计算,挤压凹模按间隙值配制。既已拉深凹模、挤压凸模为基准,凸凹模按间隙值配制。3.3 工作零件结构设计与其他模具结构零件3.3.1 拉伸模的间隙查冲压模具设计与制造P159页表4-14得拉深模的单边间隙为:Z=(11.1)t,取Z=1.05t=1.05(mm),则拉深模的间隙2Z=21.05=2.1(mm)3.3.2 拉伸模圆角半径凹模的圆角半径,选取=3t=4.5(mm);凸模的圆角半径等 于工件的内圆角半径,即=r=5(mm)。3.3.3 凸、凹模工作部分的尺寸和公差由于工件要求外形尺寸,则以凹模为设计基准。由公式 )计算。将模具公差按IT10级选取,取,将d=30mm,=0.7代入式,则凸模的尺寸为=30.35间隙取在凹模上,将d=33mm,=0.7,Z=2.1mm代入上式 =35.453.3.4 模具其他零件结构尺寸计算模具设计中主要是凹模、凸模、模架、卸料等工件的设计,其相关设计过程及尺寸如下:1落料凹模计算于工件形状简单,料厚为1.5mm,所以采用刃壁无斜度的凹模结构,其特点是刃壁磨后刃口尺寸不变,但由于刃壁后端扩大,所以凹模工作部分强度较差,适用于复合模和薄料冲裁模。其结构如图5-1所示,采用螺钉紧固销钉定位的方法。凹模外形尺寸:凹模厚度根据经验公式 H=KB。式中K为系数,B为凹模孔最大的宽度,即B=73.查冲压模具设计与制造实训教程图5-1 凹模外形 2模架选择由凹模外形尺寸,查实用冲压模具设计手册P385页表10-29,根据闭合高度选择后侧滑动导柱导套模架,由实用冲压模具设计手册P387页 表10-29 按其标准选择具体的结构尺寸:上模板: GB/T 2858.5 20010040下模板: GB/T 2855.6 20010040模具闭合高度: 最大255mm,最小210mm3 固定板 固定板的作用是固定凸凹模等工作零件,形状有矩形和圆形,平面尺寸除保证固定工作零件外,还应该考虑紧固螺钉和定位螺钉的位置,厚度一般取凹模厚度的0.50.8,根据以上原则拟选用GB2858.5-81圆形固定板,规格为16030。4 深凸模设计 采用等截面凸模,以模口定位,螺钉紧固在下模座上,通气孔查表得:d=6.5mm,其长度考虑凸模进入凹模深度,定位模高度,安全距离及凸模的修模量,取H=80mm零件图如图3-2。图3-2凸模3.3.5 本章小结在这一章中主要介绍了拉深模具的相关计算分析,从力学开始分析,主要计算模具工作的拉深力,压边力以及压力机的公称压力,在第三节中开始计算模具工作部分的尺寸包括拉深模的间隙,根据计算公式,由于工件要求内形尺寸,则以凸模为设计基准。再计算出拉深模的圆角半径,由凸模凹模的公式和计算出,凸、凹模工件部分的尺寸和公差,这些计算的为画图工作作出准备,是画图的基础,在第三节还介绍了其它的模具尺寸计算,主要是凹模、凸模、模架、卸料等工件的设计,落料凹模的设计根据经验和计算数值,最终取凹模厚度为20mm。模架的选择为:上模板: GB/T 2858.5,20010040;下模板:GB/T 2855.6,200100405,模具闭合高度:最大255mm,最小210mm,拉深凸模的长度考虑到凸模进入凹模的深度、定位模高度、安全距离及凸模的修模量等,取H=80mm.- 8 -第4章 设备的选择4.1 压力机的选择原则冲压设备的选择直接关系到设备的合理使用,安全,产品质量,模具寿命,生产效率和成本等一系列问题。对于中小型冲裁件,弯曲件或浅拉深件多用具有C形床身的开式曲柄压力机。在大中型和精度要求较高的冲压件生产中,多采用闭式压力机。对于大型,较复杂的拉深件多采用闭式双动拉深压力机。对于形状复杂零件的大量生产,应优先考虑选用多工位自动压力机。而对落料,冲孔件的大量生产,则应选用效率高,精度高的自动高速压力机。在小批生产中尤其式大型厚板的生产,多采用液压机。校正弯曲,校平整形工序要求压力机有较大的刚度,以便或得较高的虫牙件尺寸精度。对曲柄压力机所要考虑到的重要参数是: 1 压力机的许用负荷; 2 完成各工序所需要的压力; 3 行程和行程次数; 4 最大装模高度;5 压力机的台面尺寸应大于冲模的平面尺寸,并留有固定模具的余地,台面上的漏孔应与所要进行的工艺相适合; 6 压力机精度当拉深行程过大,特别是采用落料拉深复合冲压时,不能简单得将落料力与拉深力叠加取选择压力机,因为压力机的公称压力是直滑块在接近下死点时的压力,所以应该注意曲柄压力机的允许压力曲线。如果不注意压力机的压力曲线,很可能由于过早出现最大冲压力而使压力机超载破坏。同时,由于拉深的工作行程大,消耗的功就多,因此还要审核压力机的功率,且压力机滑块的行程必须为拉深行程的两倍以上。对于拉深工作,由于施力行程较大,不能按压力机的额定压力选用,为了选用方便,可以近似得取为:在深拉深时,最大拉深力压力机公称压力;在浅拉深时,最大拉深力压力机公称压力。式中 F拉深力,在用复合模冲压时,还包括其他变形力。取落料力和拉深力中较大的一个力,根据以上原则,初选开式双柱可顷压力机JH23-25,根据公称压力大于125kN,滑块行程s2=231.5=63mm及闭合模具高度H=187mm,查冲压模具设计师速查手册P373表9-3开式压力机主要参数表,采用JH23-25开式双柱可倾压力机。其主要参数如下表5-1:表 5-1 JH23开式双柱压力机参数 公称压力(KN)250滑块行程(mm)75行程次数(次/分钟)80最大闭合高度(mm)260连杆调节长度(mm)55工作台尺寸(mmmm)370560模柄尺寸(mmmm)直径40深度60电动机功率(KW)2.24.2 校核压力机的电动机功率由于拉深行程比较大,消耗功率较多,因此对拉深工作还需验算压力机的电动机功率。在此可以通过拉深功来计算电动机的功率,与电动机的额定功率比较,若,则所选压力机合适。由第二节计算可知,拉深圆筒形件时的最大拉深力: P=75680.9(N)查实用冲压模具设计手册P204页知拉深功 W=c式中, c系数,查实用冲压模具设计手册P204页表4-30,取c=0.77 h拉深高度h=29.5mm则拉深功W=0.7775680.929.5=1719.1J压力机的电动机功率按下式计算: N= 式中,K不平衡系数K=1.21.4,取1.3W拉深功(焦)压力机效率0.60.8取为0.7电动机效率0.90.95取为0.9n 压力机每分钟的行程次数故N=4.73 因为N=4.73kw2.2kw(电动机额定功率),亦即在拉深过程中会发生过载现象,所以认为所选压力机是不合适的。 故重选功率大的压力机JC23-63,其主要参数如下表5 -2:表5-2 JC23-63压力机参数表公称压力(KN)630滑块行程(mm)120行程次数(次/分钟)50最大闭合高度(mm)360连杆调节长度(mm)80工作台尺寸(mmmm)480710模柄尺寸(mmmm)直径50深度80电动机功率(KW)5.5 该压力机的电动机功率: N=2.97kw5.5kw即拉深过程中不会发生过载现象。同时,滑块行程120mm也大于拉深行程29.5mm的两倍以上,故认为是合适的。压力机的公称压力必须大于冲压工艺力。但对工作行程较长的工序,不仅仅是只要满足工艺力的大小就可以了,必须同时考虑满足其工作负荷曲线才行。压力机滑块行程应满足制件在高度上能获得所需尺寸,并在冲压工序完成后能顺利地从模具上取出来。对于拉伸件,则行程应在制件高度两倍以上。压力机的行程次数应符合生产率的要求。压力机的闭合高度、工作台面尺寸、滑块尺寸、模柄孔尺寸等都要能满足模具的正确安装要求,对于曲柄压力机,模具的闭合高度应在压力机的最大装模高度与最小装模高度之间。工作台尺寸一般应大于模具下模座50-70mm(单边),以便于安装,垫板孔径应大于制件或废料投影尺寸,以便于漏料模柄尺寸应与模柄孔尺寸相符。第5章 总装图本模具(装配图如图所示)在一次行程过程中完成制件的拉深模工序的工作:在压力机滑块下行前,卸料板需要用高出凸模1-2毫米。当压力滑块下行时,毛坯料被压在凹模与卸料板之间,继续下行,毛坯料被凸模和凹模,冲头和凸模之间的小间隙冲压成出产品。完全将产品切开后,冲床滑块到最低点,压力滑块上行,卸料板将废料顶出,产品在凹模,上模滑到最高点时,冲床打料将产品打下。完成一次冲压工序。本次设计的拉深模,在压力机的一次行程中,经一次送料定位,在模具的同一部位同时完成拉深模工序,其冲裁件的相互位置精度高,对条料的定位精度也比较高,因为需要用导料板对条料宽度进行导向。冲压件精度高, 可以很好的保证工件的形状和尺寸精度,模具结构较一般,制造精度要求比较高,制造周期短,价格相对较低,节约了成本。工序较集中排除了半成品搬运时间,提高了生产效率。这种模具适用于生产批量大,精度要求高,内外形尺寸差较大的冲裁件。这样操作方便,生产效率提高很多。所选的模架螺钉等零件都是从标准件中选取,这样可有效的降低成本。模具导向并引导柱,导套。长度将确保当模座最低位置(关闭),引导模座15毫米的顶部后高端。下模具的顶部和立柱的底部之间的距离为5mm。在导向柱导销孔至R7 / H5干涉配合,套筒的外径和冲头保持器导向套筒开口至R7 / H5干涉配合的下部。导向套的长度,导柱需要保证当压榨将超过10mm的导向套。导向柱之间和引导套筒间隙H7 / H6适当,导柱和导套是20钢,渗碳淬火温度硬度5660HRC。根据零件的设计,凸凹模的设计,冲压力的计算,中心压力的计算,刃口尺寸计算以及其他模具的相关设计分析等,绘制模具总装配图5-1。 1.下模座; 2零件; 3.凹模; 4.凸模;5.定位销;6.凸模固定板;7.上模座;8模柄杆;9.螺钉; 10.销钉;图5-1模具总装图千万不要删除行尾的分节符,此行不会被打印。“结论”以前的所有正文内容都要编写在此行之前。结论针对轴承端盖的具体结构,设计过程包括对零件的分析,工艺方案的确定,排样的确定,冲裁力,卸料力和推力的计算,刃口尺寸的计算,工作零件结构,凹模,凸模尺寸计算与设计,其他模具零部件的选择以及模架的选择。通过本次设计得知它具有以下一些优点:工件同轴度较好,表面平直,尺寸精度较高; 生产效率高,且不受条料外形尺寸的精度限制,有时废角料也可用以再生产。它的缺点是:模具零部件加工制造比较困难,成本较高,并且凸凹模容易受到最小壁厚的限制,而使得一些内孔间距、内孔与边缘间距较小的下件不宜采用。参考文献1梅伶 模具课程设计指导北京:机械工业出版社,20102魏春雷冲压工艺与模具设计北京:北京理工大学出版社,20083王卫卫材料成形设备北京:机械工业出版社,20104甘永立几何公差与检测上海:上海科学技术出版社,20085杨占尧冲压模具图册北京:高等教育出版社,20086. 孙桓,陈作模,葛文杰机械原理北京:高等教育出版社,20067. 翁其金冷冲压技术北京:机械工业出版社,20008. 丁松聚冷冲模设计北京:机械工业出版社,19949. 成虹冲压工艺与模具设计北京:高等教育出版社,200010. 杜东福冷冲压模具设计长沙:湖南科学技术出版社,198511. 吴诗淳冲压工艺学西安:西北工业大学出版社,199512. 骆志斌模具工实用技术手册南京:江苏科学技术出版社,200013.黄虹塑料成型加工与模具化学工业出版社 2003.314.屈华昌塑料成型工艺与模具设计高等教育出版社 2005.515.石安富,龚云表,等著.实用塑料成型技术手册上海科技教育出版社 1999.816.美T.A 奥斯瓦德 L.特恩格等著吴其晔译 注射成型手册化工出版社 2005.317. F.-S. Chen, P.-Y. Lee, M.-C. Yeh, Mater. Chem. Phys. 53 (1998)1927.18. P. Luo, P.R. Strutt, Mater. Sci. Eng. A 104 (1995) 181185.致谢本文是在论文指导老师陶福春精心指导和大力支持下完成的。老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。在此次课程设计过程中我也学到了许多有关设计方面的知识,对其现状和未来发展趋势有了很大的了解。通过这次模具设计,本人在多方面能力都得到了提高。通过这次课程设计,综合运用了本专业所学课程的理论知识和结合生产实际知识进行一次拉深模具设计,通过实际设计从而培养和提高了自己的独立工作能力,巩固与扩充了拉深模具设计等课程所学的内容,掌握冷拉深模具设计的方法和步骤,掌握拉深模具设计的基本的模具技能,懂得了从分析零件的工艺性入手,确定工艺方案,了解了模具的基本结构,提高了计算能力,绘图能力,熟悉了相应规范和标准,同时对各科相关的课程都有了全面的复习,独立思考的能力也有了提高。并提高了查阅设计资料和手册的能力,熟悉了设计中的标准和规范等。在这次设计过程中,体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力,体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情,从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节,从而加以弥补。哈尔滨理工大学学士学位论文轴承端盖模具设计与工作演示摘要 本文首先介绍了冲压成形与模具技术概况,包括冲压成形与模具技术的概念、冲压设备的选用、冲压工序的分类,冲模的分类,冲模设计与制造的要求,常见冲压设备种类,设备选用和模具安装等。然后针对轴承端盖,分析了冲压工艺方案,确定了排样方式及设计方法等;在模具结构设计中,主要介绍了拉深力与压力中心的计算,工作零件刃口尺寸计算,工作零件设计及其他模具结构零件设计等。最后选择了模架,绘制了总装图和零件图。所设计的轴承端盖冲压模具结构基本合理,基本符合生产要求。关键词 冲压设备;压力中心;刃口尺寸;拉深工艺不要删除行尾的分节符,此行不会被打印I目录摘要I第1章 绪论11.1 冲压成形与模具技术概述11.1.1 冲压与冲模概念11.1.2 冲压工序的分类11.1.3 冲模的分类11.1.4 冲模设计与制造的要求11.2 冲压设备及选用21.2.1 常见冲压设备21.2.2 冲压设备的选用21.2.3 模具的次序31.3 本章小结3第2章 工艺方案的分析及确定42.1 零件图42.2 零件的工艺分析52.3 工艺方案的确定52.3.1 确定工艺方案52.3.2 计算毛坯尺寸52.3.3 判断拉深次数62.3.4 确定加工工序方案62.4 本章小结7第3章 模具结构设计83.1 拉深力与压力中心的计算83.1.1 拉深方式与拉深力的计算83.1.2 拉深力的计算83.1.3 压边力的计算83.1.4 压力机公称压力计算83.1.5 压力中心的计算93.1.6 冲模刃口尺寸的计算93.2 工作零件刃口尺寸计算103.3 工作零件结构设计与其他模具结构零件103.3.1 拉伸膜的间隙103.3.2 拉伸膜圆角半径103.3.3 凸、凹模工作部分的尺寸和公差103.3.4 确定凸模通气孔103.3.5 模具其他零件结构尺寸计算103.3.6 本章小结12第4章 设备的选择144.1 压力机的选择原则144.2 校核压力机的电动机功率15第5章 总装图19结论20参考文献21致谢22千万不要删除行尾的分节符,此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”,然后“更新整个目录”。打印前,不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章 绪论1.1 冲压成形与模具技术概述1.1.1 冲压与冲模概念冲压:在温室下,利用安装在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,从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲模:在冲压加工中,将材料加工成零件的一种特殊工艺装备,称为冲压模具。在冲压零件的生产中,合理的冲压成形工艺、先进的模具、高效的冲压设备是必不可少的三要素1。1.1.2 冲压工序的分类冲压加工因制件的形状、尺寸和精度的不同,所采用的工序也不同。根据材料的变形特点可将冲压工序分为分离工序和成形工序两类。分离工序是指坯料在冲压力的作用下,变形部分的应力达到强度极限以后,是坯料发生断裂而产生分离。分离工序主要有剪裁和冲裁等。 成形工序是指坯料在冲压力作用下,变形部分的应力达到屈服极限,但未达到强度极限,是坯料产生索性变形,称为具有一定形状、尺寸与精度制件的加工工序。成形工序主要有弯曲、拉深、翻边、旋压等2。1.1.3 冲模的分类1根据工艺性质分类:冲裁模、弯曲模、拉伸模、成形模。2根据工序组合程度分类:单工序模、复合模、级进模。1.1.4 冲模设计与制造的要求 1冲压原材料利用率高,即材料消耗应尽可能少。2根据工厂的具体生产条件,制定工艺方案应技术上先进可行,经济上合理。3工序组合方式和工序排列顺序应符合冲压变形规律,能确保冲压合格的工件。 4工序数量应尽可能少,生产效率尽可能高。 5制定的工艺规程,应方便工厂的生产组织与管理3。1.2 冲压设备及选用1.2.1 常见冲压设备冲压设备属锻压机械。常见冲压设备有机械压力机和液压机。机械压力机按驱动滑块机构的种类可分为曲柄式和摩擦式,按滑块个数可分为单动和双动,按床身结构形式可分为开式和闭式,按自动化程度可分为普通压力机和高速压力机等。而液压机按工作介质可分为油压机和水压机4。1.2.2 冲压设备的选用压力机应根据冲压工序的性质、生产批量的大小、模具的外形尺寸以及现有设备等情况进行选择。压力机的选用包括选择压力机类型和压力机规格两项内容。1压力机类型的选择(1)中、小型冲压件选用开式机械压力机。(2)大、中型冲压件选用双柱闭式机械压力机。(3)导板模或要求导套不离开导柱的模具,选用偏心压力机。(4)大量生产的冲压件选用高速压力机或多工位自动压力机。(5)校平、整形和温热挤压工序选用摩擦压力机。(6)薄板冲裁、精度冲裁选用刚度高的精密压力机。(7)大型、形状复杂的拉伸件选用双动或三动压力机。(8)小批量生产中大型厚板件的成形工序多采用液压压力机5。2压力机规格的选择(1)工称压力拉深时压力机吨位比计算出的拉伸力大60%100%。(2)滑块行程长度成形拉伸件和弯曲件应使滑行块长度大于制件高度的2.53.0倍。(3)行程次数应根据材料的变形要求和生产率来考虑。(4)工作台面尺寸当制件或废料需下落时,工作台面尺寸必须大于下落件的尺寸。对有弹定装置的模具,工作台面孔尺寸还应大于弹顶装置的外形尺寸。(5)滑块模柄尺寸模柄孔直径要与模柄直径相符合,模柄孔的深度应大于模柄的长度。(6)闭合高度。(7)电动机功率的选择必须保证压力机的电机功率大于冲压时所需要的功率。1.2.3 模具的次序 1根据冲模的闭合高度调整压力机滑块的高度,使滑块在下至点时其底平面与工作台面之间的距离大于冲模的闭合高度。2先将滑块升到上止点,冲模放在压力机工作台面规定位置,在将滑块停在下止点,然后调节滑块的高度,使其底平面与冲模座上平面接触。 3将压力机滑块上调35mm,开动压力机,空程12次,将滑块停于下止点,固定住下模座。4进行试冲,并逐步调整滑块到所需的高度。1.3 本章小结这一章主要模具的基本概念,模具的制造工艺,压力机的选择,模具的组成等方面以及未来前景发展趋势第2章 工艺方案的分析及确定2.1 零件图本文所设计的垫片零件图如图2-1所示。图2-1 轴承端盖零件图根据设计任务书的具体要求,需要完成以下几点:1 深入了解拉深模的设计过程及要领。2 对给定零件进行工艺分析,讨论分析工艺方案。3 按照给出的零件,绘出工件模型,并设计出制造该零件的模具及构成的相关零部件。4 采用Pro/E设计出模具三维总装图、零部件三维图,并绘制标准的二维图。2.2 零件的工艺分析拉深件的工艺性是指从拉深工艺方面来衡量设计是否合理。一般来讲,在满足工件使用要求的条件下,能以最简单最经济的方法将工件拉深出来,就说明该件的拉深工艺性好,否则,该件的工艺性就差。当然工艺性的好坏是相对的,它直接受到工厂的冲压技术水平和设备条件等因素的影响。以上要求是确定拉深件的结构,形状,尺寸等是确定冲裁件工艺实应性的主要因素。根据这一要求对该零件进行工艺分析如下: 1材料:该冲裁材料为20钢是普通碳素钢,具有良好的可冲压性。2零件结构:该拉深件结构简单,比较适合拉深。3尺寸精度:该拉深件尺寸精度采用IT14级。2.3 工艺方案的确定2.3.1 确定工艺方案为了确定零件的成形工艺方案,先应计算拉深次数及有关工序尺2.3.2 计算毛坯尺寸在计算毛坯尺寸时,先把零件分割成简单的几何形状,然后分别计算各个形状的面积最后把形状的面积相加,就得到制件的总面积,再利用圆的面积公式反推直径,即得到毛坯尺寸。 毛坯总面积计算为:底面积:=3.14/430=706.5圆角部分面积: =(2r8)=(23.14830852)=1399.68圆筒部分面积: =(h)=3.1430(452)=4427.46由叠算法计算公式可知所以毛坯总直径: D= =115.44mm22.3.3 判断拉深次数在设计拉深工艺时,必须知道工件能否能一次拉出,还是需要几道工序才能拉成。正确解决这个问题直接关系到拉深工作的经济性和拉深件的质量,拉深次数决定于每次拉深时允许的极限变形程度。圆筒件的拉深变形程度一般用拉深系数表示和衡量。深系数m是指拉深前后拉深件筒部直径(或半成品筒部直径)与拉深前坯料(或半成品)直径的比值。部分拉深件只需一次拉深就能成形,拉深系数就是拉深件筒部直径d与毛坯直径D的比值。由 =1.67 100=100=0.86该拉伸件实际总拉伸系数为m总=0.54判断拉深时是否需要压边:查冲压模具设计与制造P144页表4-6得,因t/D1001.5,故拉伸时不采用压边圈。查冲压模具设计与制造P143页表4-4得首次拉伸的极限拉深系数为0.53 ,故可以一次拉出。2.3.4 确定加工工序方案在对冲压件进行工艺分析的基础上,拟定出几套可能的工艺方案。通过对各种方案综合分析和相对比较,从企业现有的生产技术条件出发,确定出经济上合理、技术上确实可行的最佳工艺方案。确定冲压件的工艺方案时需要考虑冲压工序的性质、数量、顺序、组合方式以及其他辅助工序的安排。根据上述计算结果,此零件需要落料(制成115.44mm的坯料)、冲切展开、一次拉伸和切边共四道工序。没有冲孔,翻边弯曲等工序,且该零件首次拉伸高度较小,坯料直径(115.44)和拉深后的圆筒直径(33)差值较大,为提高生产率,保证冲压件质量的前提下,工序数应尽量减少,可将坯料的落料和展开复合。因此,考虑该零件的冲压工艺工序为:落料,冲切展开,一次拉深,切边模,四道工序。根据冲压模具设计师速查手册P160页的冲压工序顺序原则知一般先拉深大尺寸外形,后拉深小尺寸内形。整形工序、校平工序、切边工序,应放在基本成形以后。再根据冲压模具设计师速查手册P161页冲压工序半成品形状与尺寸的确定,应保证已成形的部分在以后各道工序中不再产生任何变动,而待成形部分必须留有恰当的材料余量,所以切边应在拉深之后综上所述:该零件的冲压工艺方案为:落料冲切展开一次拉深切边。2.4 本章小结本章主要是对设计过程中的工艺计算做出了具体的分析,根据零件的任务要求及设计的原则确定零件工艺性,从材料,公差等级,圆角半径,精度等各方面分析表明该工件拉深工艺性良好,可用拉深工序加工。根据加工工序,计算毛坯的尺寸,判断拉伸次数,以及确定首次拉伸的毛坯尺寸和工序尺寸,查相关资料按照相关工艺方案原则,最终确定加工方案为:落料冲切展开一次拉深切边。在最后的工艺处理中,还涉及到润滑过程及热处理,查资料得润滑选用L-AN10号润滑剂,拉深后就进行高温退火,使处理后的零件达到标准要求。第3章 模具结构设计3.1 拉深力与压力中心的计算3.1.1 拉深方式与拉深力的计算当一次拉深完成以后,为了能够顺利地进行下一次拉深,必须适时的解决出件、卸料等问题。选取的冲裁方式不同时,出件、卸料及排除废料的形式也就不同。因此冲裁方式将直接决定冲裁模的结构形式,并影响冲裁件的质量11。3.1.2 拉深力的计算计算拉深力的目的是为了确定压力机的额定压力,考虑到刃口的磨损、间隙的波动、材料力学性能的变化、板料厚度的偏差等因素的影响,在生产中拉深力便可按下式计算:F= 查冲压模具设计师速查手册P9表2-1得20钢的强度极限= 440MP,查实用冲压模具设计手册P198页表4-20。已知m=0.61,取=0.60,=0.75,取K=0.75。将K=0.75,d=30mm,t=1.5mm,=440MP代入上式,即 F=0.753.14301.5440=46629(N)3.1.3 压边力的计算压边力的计算公式为:Q=-q 已知=5mm,D=115.44mm,d1=45mm,查冲压模具设计与制造P156页表4-13得,取单位面积压边力q=2.5MPa。把已知数据代入上式,得压边力为Q=115.442-(45+25)22.5=20216.48 (N) 3.1.4 压力机公称压力计算根据深拉深时:和,取1.4(F+Q)=1.4(46629+20216.48)=66845.48(N)故压力机的公称压力要大于69kN。3.1.5 压力中心的计算该零件是对称的,所以压力中心在该零件的几何中心。3.1.6 冲模刃口尺寸的计算对于冲制薄材料 ,采用配制法,计算凸模或凹模刃口尺寸,首先是根据凸模或凹模磨损后轮廓变化情况,正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大、变小还是不变这三种情况,然后分别按不不同的公式计算。为保证凸、凹模之间的间隙值,必须采用凸、凹模配合加工的方法。由于此零件要求外形尺寸,所以采用凹模为基准件,根据凹模磨损后的尺寸变化情况。凹模磨损后会增大的尺寸第一类尺寸A 凹模磨损后会减小的尺寸第二类尺寸B 凹模磨损后会基本不变的尺寸第三类尺寸C 式中: A、B、C模具基准件尺寸,单位mm;Amax、Bmin、Cmin工件极限尺寸,单位mm;工件公差,单位mm。 表3-2磨损系数x板料厚度t/mm非 圆 形圆 形10.750.50.750.5工 件 公 差 /mm1122440.160.200.240.300.170.350.210.410.250.490.310.590.360.420.500.600.160.200.240.300.160.200.240.30以上是凹模的计算方法,相应的凸模应按凹模的尺寸配置,3.2 工作零件刃口尺寸计算拉深部分以拉深凹模为基准计算,拉深凸模按间隙值配置。挤压部分以挤压凸模为基准计算,挤压凹模按间隙值配制。既已拉深凹模、挤压凸模为基准,凸凹模按间隙值配制。3.3 工作零件结构设计与其他模具结构零件3.3.1 拉伸膜的间隙查冲压模具设计与制造P159页表4-14得拉深模的单边间隙为:Z=(11.1)t,取Z=1.05t=1.05(mm),则拉深模的间隙2Z=21.05=2.1(mm)3.3.2 拉伸膜圆角半径凹模的圆角半径,选取=3t=4.5(mm);凸模的圆角半径等 于工件的内圆角半径,即=r=5(mm)。3.3.3 凸、凹模工作部分的尺寸和公差由于工件要求外形尺寸,则以凹模为设计基准。由公式 )计算。将模具公差按IT10级选取,取,将d=30mm,=0.7代入式,则凸模的尺寸为=30.35间隙取在凹模上,将d=33mm,=0.7,Z=2.1mm代入上式 =35.453.3.4 模具其他零件结构尺寸计算模具设计中主要是凹模、凸模、模架、卸料等工件的设计,其相关设计过程及尺寸如下:1落料凹模计算于工件形状简单,料厚为1.5mm,所以采用刃壁无斜度的凹模结构,其特点是刃壁磨后刃口尺寸不变,但由于刃壁后端扩大,所以凹模工作部分强度较差,适用于复合模和薄料冲裁模。其结构如图5-1所示,采用螺钉紧固销钉定位的方法。凹模外形尺寸:凹模厚度根据经验公式 H=KB。式中K为系数,B为凹模孔最大的宽度,即B=73.查冲压模具设计与制造实训教程图5-1 凹模外形 2模架选择由凹模外形尺寸,查实用冲压模具设计手册P385页表10-29,根据闭合高度选择后侧滑动导柱导套模架,由实用冲压模具设计手册P387页 表10-29 按其标准选择具体的结构尺寸:上模板: GB/T 2858.5 20010040下模板: GB/T 2855.6 20010040模具闭合高度: 最大255mm,最小210mm3 固定板 固定板的作用是固定凸凹模等工作零件,形状有矩形和圆形,平面尺寸除保证固定工作零件外,还应该考虑紧固螺钉和定位螺钉的位置,厚度一般取凹模厚度的0.50.8,根据以上原则拟选用GB2858.5-81圆形固定板,规格为16030。4 深凸模设计 采用等截面凸模,以模口定位,螺钉紧固在下模座上,通气孔查表得:d=6.5mm,其长度考虑凸模进入凹模深度,定位模高度,安全距离及凸模的修模量,取H=80mm零件图如图3-2。图3-2凸模3.3.5 本章小结在这一章中主要介绍了拉深模具的相关计算分析,从力学开始分析,主要计算模具工作的拉深力,压边力以及压力机的公称压力,在第三节中开始计算模具工作部分的尺寸包括拉深模的间隙,根据计算公式,由于工件要求内形尺寸,则以凸模为设计基准。再计算出拉深模的圆角半径,由凸模凹模的公式和计算出,凸、凹模工件部分的尺寸和公差,这些计算的为画图工作作出准备,是画图的基础,在第三节还介绍了其它的模具尺寸计算,主要是凹模、凸模、模架、卸料等工件的设计,落料凹模的设计根据经验和计算数值,最终取凹模厚度为20mm。模架的选择为:上模板: GB/T 2858.5,20010040;下模板:GB/T 2855.6,200100405,模具闭合高度:最大255mm,最小210mm,拉深凸模的长度考虑到凸模进入凹模的深度、定位模高度、安全距离及凸模的修模量等,取H=80mm.- 8 -第4章 设备的选择4.1 压力机的选择原则冲压设备的选择直接关系到设备的合理使用,安全,产品质量,模具寿命,生产效率和成本等一系列问题。对于中小型冲裁件,弯曲件或浅拉深件多用具有C形床身的开式曲柄压力机。在大中型和精度要求较高的冲压件生产中,多采用闭式压力机。对于大型,较复杂的拉深件多采用闭式双动拉深压力机。对于形状复杂零件的大量生产,应优先考虑选用多工位自动压力机。而对落料,冲孔件的大量生产,则应选用效率高,精度高的自动高速压力机。在小批生产中尤其式大型厚板的生产,多采用液压机。校正弯曲,校平整形工序要求压力机有较大的刚度,以便或得较高的虫牙件尺寸精度。对曲柄压力机所要考虑到的重要参数是: 1 压力机的许用负荷; 2 完成各工序所需要的压力; 3 行程和行程次数; 4 最大装模高度;5 压力机的台面尺寸应大于冲模的平面尺寸,并留有固定模具的余地,台面上的漏孔应与所要进行的工艺相适合; 6 压力机精度当拉深行程过大,特别是采用落料拉深复合冲压时,不能简单得将落料力与拉深力叠加取选择压力机,因为压力机的公称压力是直滑块在接近下死点时的压力,所以应该注意曲柄压力机的允许压力曲线。如果不注意压力机的压力曲线,很可能由于过早出现最大冲压力而使压力机超载破坏。同时,由于拉深的工作行程大,消耗的功就多,因此还要审核压力机的功率,且压力机滑块的行程必须为拉深行程的两倍以上。对于拉深工作,由于施力行程较大,不能按压力机的额定压力选用,为了选用方便,可以近似得取为:在深拉深时,最大拉深力压力机公称压力;在浅拉深时,最大拉深力压力机公称压力。式中 F拉深力,在用复合模冲压时,还包括其他变形力。取落料力和拉深力中较大的一个力,根据以上原则,初选开式双柱可顷压力机JH23-25,根据公称压力大于125kN,滑块行程s2=231.5=63mm及闭合模具高度H=187mm,查冲压模具设计师速查手册P373表9-3开式压力机主要参数表,采用JH23-25开式双柱可倾压力机。其主要参数如下表5-1:表 5-1 JH23开式双柱压力机参数 公称压力(KN)250滑块行程(mm)75行程次数(次/分钟)80最大闭合高度(mm)260连杆调节长度(mm)55工作台尺寸(mmmm)370560模柄尺寸(mmmm)直径40深度60电动机功率(KW)2.24.2 校核压力机的电动机功率由于拉深行程比较大,消耗功率较多,因此对拉深工作还需验算压力机的电动机功率。在此可以通过拉深功来计算电动机的功率,与电动机的额定功率比较,若,则所选压力机合适。由第二节计算可知,拉深圆筒形件时的最大拉深力: P=75680.9(N)查实用冲压模具设计手册P204页知拉深功 W=c式中, c系数,查实用冲压模具设计手册P204页表4-30,取c=0.77 h拉深高度h=29.5mm则拉深功W=0.7775680.929.5=1719.1J压力机的电动机功率按下式计算: N= 式中,K不平衡系数K=1.21.4,取1.3W拉深功(焦)压力机效率0.60.8取为0.7电动机效率0.90.95取为0.9n 压力机每分钟的行程次数故N=4.73 因为N=4.73kw2.2kw(电动机额定功率),亦即在拉深过程中会发生过载现象,所以认为所选压力机是不合适的。 故重选功率大的压力机JC23-63,其主要参数如下表5 -2:表5-2 JC23-63压力机参数表公称压力(KN)630滑块行程(mm)120行程次数(次/分钟)50最大闭合高度(mm)360连杆调节长度(mm)80工作台尺寸(mmmm)480710模柄尺寸(mmmm)直径50深度80电动机功率(KW)5.5 该压力机的电动机
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