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目 錄
摘 要
Ⅲ
Abstract Ⅳ
1 緒 論 1
1.1模具在日常生活中的應(yīng)用 1
1.2本課題的研究意義與目的 1
1.3 注塑模的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.4 注塑模的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 2
1.5 氣壓瓶蓋的三維圖 3
2 本課題塑件的工藝分析 4
2.1 塑件材料特性及工藝參數(shù) 4
2.2 塑件的結(jié)構(gòu)、尺寸、精度分析 5
2.3 塑件的體積和質(zhì)量 6
3 澆注方式的設(shè)計(jì) 7
3.1 分型面的設(shè)計(jì) 7
3.2 澆口的選擇 8
3.3 流道的設(shè)計(jì) 10
4 成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
4.1 型腔側(cè)壁的尺寸計(jì)算 12
4.2 型腔和型芯工作尺寸計(jì)算 12
5 選擇合適的注塑機(jī) 16
5.1 注塑機(jī)的類(lèi)型選擇 16
5.2 型腔數(shù)量以及注塑機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)的校核 17
5.3 開(kāi)模行程的校核 17
6 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 18
6.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用 18
I
6.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的形式 18
7 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19
7.1 冷卻系統(tǒng)對(duì)塑件的影響 19
7.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 19
7.3 計(jì)算冷卻時(shí)間 19
7.4 冷卻系統(tǒng)的計(jì)算 20
7.5 凹模冷卻系統(tǒng)的計(jì)算 21
8 抽芯系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 24
8.1 斜導(dǎo)柱的設(shè)計(jì) 24
8.2 滑塊定位設(shè)計(jì) 26
8.3 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及工作過(guò)程 27
9 本課題設(shè)計(jì)的注塑模的工作過(guò)程及原理 28
9.1 注塑模的工作原理 28
9.2 注塑成型的工作過(guò)程 28
結(jié) 論 30
參考文獻(xiàn) 31
II
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氣壓瓶蓋的注塑模具設(shè)計(jì)
摘 要
本課題的設(shè)計(jì)是氣壓瓶蓋注塑模的設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)塑件的工藝分析，設(shè)計(jì)了澆注系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)塑件體積和質(zhì)量計(jì)算，選擇了合適的注塑機(jī)并且進(jìn)行參數(shù)校核，然后根據(jù)塑件尺寸完成對(duì)模具成型零部件的設(shè)計(jì)并計(jì)算詳細(xì)參數(shù)，接著設(shè)計(jì)了合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。根據(jù)生產(chǎn)需求設(shè)計(jì)了冷卻系統(tǒng)并對(duì)其計(jì)算校核，然后設(shè)計(jì)了抽芯系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)塑件與型芯分離并對(duì)注塑模的工作過(guò)程及原理進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。最后根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)和質(zhì)量要求，確定最佳工藝方案為一模一腔的結(jié)構(gòu)方式。本設(shè)計(jì)中使用CAD進(jìn)行繪制圖紙。
關(guān)鍵詞：氣壓瓶蓋；注塑模；成型工藝；CAD；
V
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Design of injection mould for pressure bottle cap
Abstract
The design of this project is the design of the injection mould for the pressure bottle cap.The pouring system was designed by analyzing the process of plastic parts. Through to the plastic volume and quality calculation, choose the suitable injection molding machine and the parameters , then according to the size of plastic parts to complete the mechanism design and calculate the detailed parameters of molding parts,then the model guide mechanism was designed.According to the production requirement, the cooling system is designed and checked,then the core system is designed and the working process and principle of the injection mold are described in detail . Finally, according to the actual production and quality requirements, the optimum technological scheme is determined as the structure of one mould and one cavity. In this design, we use CAD to draw.
Key words: air pressure cap; injection mold;molding process;CAD;
VI
第1章 緒論
1 緒 論
伴隨塑料產(chǎn)業(yè)的迅速成長(zhǎng)和常見(jiàn)塑料和工程塑料在強(qiáng)度和精密度要求的提升，塑料產(chǎn)品的使用規(guī)模和適用領(lǐng)域也是愈發(fā)廣泛。不同的行業(yè)都離不開(kāi)塑料制品的使用，在家用電器、五金行業(yè)和建筑材料的應(yīng)用上也是快速增加。
注塑模具是用來(lái)加工特殊形狀的零部件的成型工具。模具好壞與否對(duì)塑料成型的好壞的影響非常大。作為塑件產(chǎn)出中最重要的一環(huán)，模具的好壞直接決定了產(chǎn)品的質(zhì)量。
注塑成型是加工零件很常用的一種方式。由于注塑成型全面實(shí)行自動(dòng)化和高速化生產(chǎn)，因此具有高效率、高價(jià)值等優(yōu)點(diǎn)。作為注塑成型加工的最常用的工具，注塑模在質(zhì)量、精密度和注塑成型過(guò)程中的效率等方面的水準(zhǔn)，能夠直接影響到注塑產(chǎn)品質(zhì)量的高低。
1.1模具在日常生活中的應(yīng)用
1
生產(chǎn)、生活中我們無(wú)時(shí)無(wú)刻不接觸模具生產(chǎn)產(chǎn)品。在日常作息中約80%的生活用品都是來(lái)自于模具加工，模具行業(yè)可以說(shuō)是工業(yè)領(lǐng)域的一大霸主。在日常生活中，常見(jiàn)的例如電視、烤箱、電磁爐及汽車(chē)上的諸多部件都是通過(guò)注塑成型而產(chǎn)出的。
我們平時(shí)常用到的許多工具,大到大型車(chē)床的底盤(pán)，小到一個(gè)平頭螺絲、螺母以及許多電器的零部件,都離不開(kāi)注塑模具。不同的模具決定著不同零件的外觀,模具的質(zhì)量與零件的質(zhì)量息息相關(guān)。目前來(lái)看,眾多新興領(lǐng)域?qū)λ芰狭悴考枨蟛粩嗌仙?，一個(gè)恰當(dāng)?shù)乃芗蛟S能替換好幾個(gè)金屬零件。目前來(lái)看，不論是工業(yè)上還是日常生活方面，都在不斷的趨向塑料化，由于塑料伴隨著快速發(fā)展其精密度和強(qiáng)度愈來(lái)愈高，這就使得塑料可涉及的范圍愈加廣泛。
1.2本課題的研究意義與目的
本課題的主要工作是設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、價(jià)格低廉的產(chǎn)品且制造容易的氣壓瓶蓋注塑模。文中主要介紹了氣壓瓶蓋在塑料成型中的工藝設(shè)計(jì)，確定了注塑模的工藝設(shè)計(jì)方案及制定了詳細(xì)的工藝加工處理的辦法
綜合應(yīng)用所學(xué)的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)，分析設(shè)計(jì)中容易出錯(cuò)的問(wèn)題，并解決。本課題中，進(jìn)行尺寸的計(jì)算和測(cè)量是不可避免的，因此我們必須掌握繪畫(huà)的基本技巧。并能夠熟練的使用軟件進(jìn)行調(diào)整。為了能夠更好的進(jìn)行畢業(yè)論文的撰寫(xiě)，我們要養(yǎng)成認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖鍪聭B(tài)度。
1.3 注塑模的發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)模具行業(yè)的發(fā)展是制造業(yè)的中流砥柱,與此同時(shí)，制造業(yè)的發(fā)展和模具行業(yè)的發(fā)展之間起著相輔相成的作用。目前來(lái)看，我們國(guó)家的模具廠家已達(dá)到2萬(wàn)多家,在業(yè)職工超過(guò)100萬(wàn)人,通過(guò)模具獲得的收益已達(dá)到550億元[1]。但是，我國(guó)的模具車(chē)床行業(yè)還不算強(qiáng)大。雖然目前我國(guó)模具行業(yè)憑借年進(jìn)出口總量享有全球模具制造大國(guó)的稱(chēng)號(hào)，但因?yàn)榧夹g(shù)方面約束，僅僅局限于中端市場(chǎng)，然而對(duì)國(guó)內(nèi)模具行業(yè)來(lái)說(shuō)，高端市場(chǎng)帶來(lái)的收益才是重頭。
就目前國(guó)內(nèi)來(lái)看，對(duì)于塑料模具來(lái)說(shuō)，總是供不應(yīng)求，中高端水準(zhǔn)的模具已經(jīng)占據(jù)了40%左右的市場(chǎng)需求,這些模具的特點(diǎn)是復(fù)雜、精細(xì)、大型、耐用。而我國(guó)對(duì)于這些高水準(zhǔn)的模具仍需大量進(jìn)口，由此看出在這各行業(yè)我國(guó)與國(guó)外先進(jìn)的水準(zhǔn)還有一定距離。根據(jù)此現(xiàn)狀，許多企業(yè)做出了相應(yīng)的改善，例如招收技術(shù)人才，提升研發(fā)技能,開(kāi)發(fā)新技術(shù)、新工藝并向外推廣。
1.4 注塑模的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
我國(guó)正在完成從進(jìn)口模具到自己研發(fā)模具的轉(zhuǎn)變。根據(jù)當(dāng)下市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，模具行業(yè)發(fā)展良好，市場(chǎng)對(duì)模具需求也很高，企業(yè)也愿意為這個(gè)行業(yè)投入資金，對(duì)模具行業(yè)改進(jìn)和創(chuàng)新的項(xiàng)目也在不斷呈現(xiàn)出來(lái)。另外，在政府的大力支持下，以模具制造為主的產(chǎn)業(yè)園區(qū)和產(chǎn)業(yè)基地在全國(guó)已有100多個(gè)，未來(lái)還將繼續(xù)擴(kuò)大規(guī)模。
在國(guó)外，我國(guó)的模具行業(yè)也有不俗的表現(xiàn)。國(guó)內(nèi)的模具行業(yè)不僅在傳統(tǒng)的市場(chǎng)上迅速擴(kuò)張，同時(shí)也在新興市場(chǎng)上有所建樹(shù)。在醫(yī)療器材、航空航天、軌道建設(shè)等一些高水準(zhǔn)領(lǐng)域帶動(dòng)下，使得我國(guó)模具行業(yè)水準(zhǔn)顯著提升。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，已經(jīng)有一百多個(gè)國(guó)家和地區(qū)愿意進(jìn)口我國(guó)的模具，可以說(shuō)取得了顯著的成效。
1.5 氣壓瓶蓋的三維圖
根據(jù)本課題使用的需求，繪制的氣壓瓶蓋三維圖如下所示：
25
第二章 本課題的塑件工藝分析
第2章 本課題塑件的工藝分析
圖1.1氣壓瓶蓋的三維圖
從三維圖中來(lái)看，塑件的整體是呈現(xiàn)對(duì)稱(chēng)分布的，該零件是屬于簡(jiǎn)單的塑件，塑件的壁厚為。經(jīng)設(shè)計(jì)分析在拐角處倒圓角會(huì)使該塑件更趨于合理。
2 本課題塑件的工藝分析
通過(guò)對(duì)氣壓瓶蓋進(jìn)行工藝分析可得本塑件可用塑料制作，生產(chǎn)方式是批量生產(chǎn)。塑件的壁厚為，成品的工藝性好，可以進(jìn)行注塑成型。以下是詳細(xì)的工藝分析。
2.1 塑件材料特性及工藝參數(shù)
塑料又名改性聚苯乙烯，它比聚苯乙烯的實(shí)際性能和工藝性能更好[2]。在精密、綜合性能要求好的塑件中，使用最普遍的是塑料，它具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，特別是沖擊強(qiáng)度；具有一定的耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性。它通常是無(wú)色無(wú)味無(wú)毒的并且沒(méi)有具體形狀，并且在成型的表面有良好的光澤。與此同時(shí)，也有低耐熱性、耐候性不好和在紫外光下易碎的缺點(diǎn)。
干燥處理：塑料具有吸濕性，在注塑成型之前建議烘干處理。
推薦干燥條件：下至少干燥2小時(shí)，且材料溫度波動(dòng)應(yīng)小于0.1%
熔點(diǎn)：；建議：；模具溫度：
注射壓力：；注射速度：中高速度
圖2.1 市面上常見(jiàn)的ABS塑料
表2.1 ABS注塑工藝參數(shù)表
2.2 塑件的結(jié)構(gòu)、尺寸、精度分析
因?yàn)橐蟮乃芗](méi)有特別的表面精度要求，注塑時(shí)選擇合適的工序來(lái)控制表面精度即可實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也可以滿足氣壓瓶蓋的成型要求。另外，零件的表面不得出現(xiàn)毛刺，瑕疵；內(nèi)部也不得摻有雜質(zhì)，這些只要對(duì)工藝步驟稍加控制即可實(shí)現(xiàn)。氣壓瓶蓋塑件圖如下圖所示：
圖2.2 氣壓瓶蓋塑件圖
2.3塑件的體積和質(zhì)量
為了選擇合適的注塑機(jī)并且確定模具型腔的數(shù)目需要?dú)鈮浩可w塑件的質(zhì)量。
經(jīng)軟件估算塑件體積：V=70.5cm
查表可得ABS塑料的密度為
塑件質(zhì)量：＝73.7g（軟件估算所得）
通過(guò)分析故選擇采用一模一腔的模具結(jié)構(gòu)，接著對(duì)注塑時(shí)所需壓力及現(xiàn)有設(shè)備分析考慮，初步選用注塑機(jī)型。
第3章 澆注方式的設(shè)計(jì)
3 澆注方式的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到塑件的質(zhì)量和注塑成型工藝的調(diào)整難易度[3]，在成型過(guò)程中型腔的裝配位置和澆口的位置選擇合理，可避免注塑模受力不均勻而導(dǎo)致溢料的這種情況發(fā)生[4]。澆口的放置也有講究，應(yīng)放置在避開(kāi)嵌件和細(xì)小型芯的地方，防止沖撞型芯造成變形?？偟膩?lái)說(shuō)，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：
熔融塑料需充分布滿型腔，避免產(chǎn)生渦流，進(jìn)料時(shí)能順利排氣；要適應(yīng)塑料的工藝性；流程不能太長(zhǎng)；澆注系統(tǒng)的位置要選擇在以注塑模中心線對(duì)稱(chēng)的地方來(lái)防止塑件變形。
3.1 分型面的設(shè)計(jì)
3.1.1 分型面的選擇
??塑件的成型和脫模與分型面的選擇息息相關(guān)，總的來(lái)說(shuō)，選擇分型面應(yīng)綜合考慮以下幾點(diǎn)：?
??1)保證塑件質(zhì)量。首先得以保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下進(jìn)行綜合考慮。
??2)便于塑件脫模。這一條是為了降低生產(chǎn)成本提高效率并且減小報(bào)廢率。
??3)簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)。?同一個(gè)塑件的分型面有諸多選擇，但不同的分型面對(duì)應(yīng)的模架設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度不同，因此合適的分型面可以很大程度的簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)降低成本。
本課題的分型面選在塑料件的最大投影處。
如圖所示：
圖3.1 選取的分型面
3.1.2 剪切速率的校核
經(jīng)測(cè)算塑件尺寸精度最好，注射模主流道剪切速率在
澆口的剪切速率。計(jì)算公式如下所示：
（3-1）
其中：——流量速率（cm/s）
——澆注系統(tǒng)斷面半徑（cm）
3.2 澆口的選擇
澆口是處在流道和模腔間的通道。塑件的質(zhì)量和精度很大程度是取決于澆口位置的選擇以及澆口截面大小。
模架的類(lèi)型是考慮如何選擇澆口的重要因素，澆口有兩種辦法去掉，手動(dòng)或者自動(dòng)。
我們需要根據(jù)塑件和它的裝配方式來(lái)考慮來(lái)選擇澆口。
3.2.1澆口的設(shè)計(jì)原則
塑件最大壁厚的地方是選擇澆口放置的最佳位置。澆口位置的設(shè)計(jì)應(yīng)防止導(dǎo)致塑件不美觀或是造成缺損。同時(shí)澆口位置的選取也會(huì)對(duì)熔接痕的位置產(chǎn)生影響。此外，澆口應(yīng)該布置在既不顯眼又無(wú)足輕重的位置。
澆口的尺寸應(yīng)該選在塑件壁厚的50%～80%之內(nèi)。
3.2.2 澆口截面的大小
按常理來(lái)說(shuō)，小的澆口的截面尺寸容易修改,先選個(gè)較小的澆口尺寸進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)校核具體數(shù)據(jù)后在進(jìn)行修改尺寸。澆口偏小可以提高熔融材料流經(jīng)速度,并且熔融材料因澆口偏小流經(jīng)時(shí)產(chǎn)生的較大摩擦力會(huì)迅速提升熔融材料溫度,從而使其不附著于表面,有利于熔融材料充滿型腔。另外,澆口截面較小所以熔料容易在此處固化,這樣可以避免過(guò)量補(bǔ)給從而減小塑件的內(nèi)應(yīng)力,同時(shí)可以減少模具成型的時(shí)間,而且小澆口易去除。
但是澆口尺寸的選定并不是絕對(duì)的，并不是所有塑件都是取小澆口適宜生產(chǎn)，有些塑件會(huì)因?yàn)樾部谶^(guò)早的固化導(dǎo)致不能及時(shí)向型腔內(nèi)進(jìn)料進(jìn)而造成塑件缺陷，所以還得具體情況具體分析。
澆口截面尺寸的確定，可根據(jù)不同的澆口類(lèi)型和塑件的尺寸大小來(lái)確定。本塑件厚度約2.5mm，根據(jù)設(shè)計(jì)原則澆口截面尺寸應(yīng)在1.25～2mm之間，為滿足塑件成型要求，故本澆口截面尺寸取1.5mm。
3.2.3 澆口位置的確定
抉擇澆口位置時(shí)，?？紤]以下幾點(diǎn)問(wèn)題：
1、應(yīng)該把澆口的位置放在塑件壁厚最大的地方，是熔料從厚的一邊流向薄的一邊，并保持熔料在澆口到型腔流速一定。
2、防止熔料在經(jīng)過(guò)澆口時(shí)產(chǎn)生噴射造成塑件有沖紋。
3、應(yīng)把澆口設(shè)置在塑件的受力方向，防止熔料的流動(dòng)方向上應(yīng)力過(guò)高。
4、在選取澆口位置時(shí)考慮到塑件尺寸精度的要求，由于熔料在流經(jīng)澆口到型腔時(shí)里面的變形不一樣，所以可能變形也要考慮。
5、因考慮到塑件的整體美觀性，所以得選在易去除且不明顯得位置。
6、 塑件外形的質(zhì)量精度要求很大程度上也可以決定澆口位置選取。
綜合考慮到本氣壓瓶蓋具體形狀及以上的幾點(diǎn)要求，本塑件的澆口位置選在壺口處。具體位置如下圖所示：
圖3.2 澆口的布置
3.2.4 澆口剪切速率的校核
在這之中：澆口截面,由于當(dāng)量面積， 計(jì)算得。
通過(guò)比較，期望得澆口剪切速率在之間，計(jì)算所得數(shù)據(jù)偏小。但考慮到本課題塑件較為特殊，為一模一腔的結(jié)構(gòu)方式，沒(méi)有分流道，損失得注射壓力較少，熔體充入型腔速度快，易成型，模具各部分受力均勻，所以偏小的澆口的剪切速率是在可接受范圍內(nèi)。
綜上所述，澆口截面尺寸取1.5mm。
3.3 流道的設(shè)計(jì)
3.3.1 主流道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
主流道是是連接著注射機(jī)噴嘴和模具閉合模腔的部分。由于主流道和高溫的塑料熔體及注射機(jī)噴嘴在成型過(guò)程中不停的碰撞接觸，所以主流道常設(shè)計(jì)成可拆卸的主流道襯套即澆口套。為了裝配合理，澆口套中主流道大端直徑D應(yīng)往小的取。因?yàn)镈過(guò)大時(shí)，內(nèi)部注射壓力過(guò)大，此時(shí)澆口套獲得的反作用力也更大，等反作用力足夠大時(shí)澆口套就會(huì)從模具中彈出[5]。具體尺寸如下圖所示：
圖3.3 澆口套
3.3.2 主流道剪切速率校核
（cm/s）
其中：
T注射時(shí)間：T=3（s）；
主流道當(dāng)量截面半徑：（cm）
主流道小端直徑 ，=0.7 （cm）； 主流道大端直徑，=1.5（cm）
根據(jù)計(jì)算所得主流道剪切速率在期望范圍之內(nèi)，即主流道設(shè)計(jì)合理。
第4章 成型零部件的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
4 成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
查表的PP收縮率為Q=1～2.5%，所以平均收縮率為，考慮到受制于現(xiàn)有的模具制造技術(shù)，模具制造公差取。
4.1 型腔側(cè)壁的尺寸計(jì)算
(1)凹模型腔側(cè)壁厚的尺寸計(jì)算
按強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算：
（4-1）
式中各參數(shù)分別為：
p=50Mpa；
[δ]=0.05mm；
[σ]=160MPa
r=28mm
≈16.8mm
通常為了便于加工，我們通常會(huì)取整數(shù)，所以凹模型腔側(cè)壁厚度為17mm。
(2)凹模底板厚度計(jì)算
按強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算，
（4-2）
凹模底板厚度為：
≥{1.22×50×282/160}1/2
≥17.3mm
通常為了便于加工，我們通常會(huì)取整數(shù)，所以凹模底板厚度為18mm。
4.2 型腔和型芯工作尺寸計(jì)算
型腔徑向尺寸已知在規(guī)定條件下的平均收縮率S，塑件的基本尺寸是最大的尺寸，其公差△為負(fù)偏差，因此塑件平均尺寸為，模具型腔的基本尺寸是最小尺寸，公差為正偏差，型腔的平均尺寸為。型腔的平均磨損量為，如以表示型腔尺寸, PP平均收縮率S=2%。
（4-3）
X-修正系數(shù)，取0.5～0.75
-塑件公差,取MT7=0.6
-模具制造公差取
1）徑向計(jì)算公式：
(4-4)
其中：△ ---- 塑件的尺寸公差，單位：㎜；
---- 成型零件的徑向尺寸，單位：㎜；
---- 成型零件的制造公差，(㎜) ；
S ---- 塑件的成型收縮率，取平均值；
---- ，單位：㎜ ；
型腔尺寸：
[28×（1＋0.02）－3/4×0.56]＝27.6mm
2）型腔深度計(jì)算公式：
(4-5)
其中：△ ---- 尺寸公差，單位為㎜；
---- 制造公差，=( 1/3～1/6 ) △ (㎜) ；
S ---- 塑件的成型收縮率；
---- 成型零件的深度方向的尺寸，單位為㎜；
---- 塑件的深度方向基本尺寸，單位為㎜；
凹模深度尺寸計(jì)算：
＝[22.5×(1＋0.02)22.95－2/3×0.34]
＝22mm
2、型芯尺寸的計(jì)算公式：
型芯長(zhǎng)度的計(jì)算公式：
(4-6)
LM= 83mm
其中：△ ---- 尺寸公差，單位為㎜；
---- 制造公差，(㎜) ；
S ---- 成型收縮率 ；
---- 成型零件的徑向尺寸，單位為㎜；
---- ，單位為㎜；
圖4.1 型芯
表4.1型芯尺寸參數(shù)
基本尺寸類(lèi)型
計(jì)算公式
基本尺寸
型芯長(zhǎng)度尺寸
83mm
圖4.2 型腔
表4.2型腔尺寸參數(shù)
基本尺寸類(lèi)型
計(jì)算公式
基本尺寸
型腔徑向尺寸
27.6mm
型腔深度尺寸
22mm
型腔壁厚
17mm
型腔底板厚度
18mm
第5章 選擇合適的注塑機(jī)
5 選擇合適的注塑機(jī)
5.1 注塑機(jī)的類(lèi)型選擇
注塑機(jī)上會(huì)裝配注塑模具，所以在設(shè)計(jì)模具時(shí)，除了應(yīng)了解注射成型工藝外，還需要對(duì)選用的注塑機(jī)有相關(guān)的技術(shù)參數(shù)的了解，這樣才能生產(chǎn)出合格的塑料產(chǎn)品。注塑機(jī)是成型工藝?yán)锉夭豢缮俚迷O(shè)備，按注塑機(jī)外觀來(lái)分類(lèi)，注塑機(jī)可分為立式、臥式及直角式三種。注塑成型時(shí)，注塑模裝配在注射機(jī)的動(dòng)模板上，通過(guò)鎖模裝置固定，在料筒內(nèi)將材料加熱至熔融狀態(tài)，然后注射裝置通過(guò)噴嘴將熔融材料充入型腔，熔料固化冷卻成型后進(jìn)行開(kāi)模，最后由頂出裝置將塑件推出。
選擇型號(hào)為XS-ZY-500的螺桿式注塑機(jī)
表5.1注塑機(jī)參數(shù)
5.2 型腔數(shù)量以及注塑機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)的校核
為了能和注塑機(jī)配套且在保證塑件精密度要求下，提高生產(chǎn)效率和增加經(jīng)濟(jì)收益，模具在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前都要經(jīng)過(guò)計(jì)算確定型腔的數(shù)目。為了便于選定型腔數(shù)目，不妨先假設(shè)本塑件采用一模二腔的結(jié)構(gòu)，即型腔數(shù)目n=2。
按注塑機(jī)的最大注塑量校核型腔的數(shù)量：
(5-1)
其中：
——注塑機(jī)最大注射量，
——澆注系統(tǒng)凝料量，
——單個(gè)塑件的容積，
注塑機(jī)額定的最大注塑量必須大于塑件成型所需的凝料量，所以這邊我們選擇型腔的數(shù)目為n=1。所以通過(guò)校核比對(duì)確定本模具應(yīng)采用一模一腔得型腔結(jié)構(gòu)。
5.3 開(kāi)模行程的校核
注射機(jī)最大開(kāi)模行程由注塑機(jī)的參數(shù)表中可得，而取出塑件的距離即為開(kāi)模行程的最低要求。為此，若想確保塑件和流道中殘留的冷凝料能在開(kāi)模后取出，注塑模具開(kāi)模距離計(jì)算公式：
(5-2)
式中： — 模具開(kāi)模行程
— 脫模距離200mm
— 塑件高度45mm
— 分離定模板與中間板需要的路程40mm
第六章 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)
即
因開(kāi)模距離小于注射機(jī)最大開(kāi)模行程，故滿足要求。
第6章 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
6 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
動(dòng)模和定模應(yīng)該按照固有的方向合模且位置不能有偏差，為了滿足這個(gè)要求就要設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。常見(jiàn)的導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)是在模具四周設(shè)置4對(duì)相配合的導(dǎo)柱和導(dǎo)孔。
6.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用
6.1.1定位作用
模具開(kāi)始閉合，動(dòng)模和定模運(yùn)動(dòng)由導(dǎo)向機(jī)構(gòu)固定方向，以此來(lái)防止影響模具對(duì)合精度從而確保型腔的尺寸和形狀。同時(shí)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)也有一定的定位作用，為了方便調(diào)整和正確裝配。
6.1.2導(dǎo)向作用
模具閉合時(shí)，模具的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)先接觸，然后定模、動(dòng)模按照固定方向和位置合模，從而避免型芯和型腔因錯(cuò)位發(fā)生碰撞。
6.1.3承擔(dān)部分側(cè)向壓力
型腔中被充入受到注射壓力的熔融材料，此時(shí)型腔中的各個(gè)部位都有壓力，如果塑件不是對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，或者模具設(shè)計(jì)成非平衡進(jìn)給的話，壓力就會(huì)不均勻，設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)可分擔(dān)部分側(cè)向壓力。
6.2 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
6.2.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的形式
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種形式，本課題設(shè)計(jì)中選擇的形式是導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，此形式在注射模中應(yīng)用廣泛。
6.2.2導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
本模具根據(jù)模具尺寸計(jì)算得導(dǎo)柱尺寸應(yīng)取d=15mm，為了保護(hù)型芯將四根圓柱形導(dǎo)柱設(shè)置在動(dòng)模一側(cè)并均勻得分布在模具四角，為了避免型芯進(jìn)入凹模型腔時(shí)產(chǎn)生碰撞導(dǎo)致破損，將導(dǎo)柱長(zhǎng)度設(shè)計(jì)得比型芯斷面高出6mm，導(dǎo)柱導(dǎo)套固定得部分得配合按H7/k6執(zhí)行。
第7章 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
7冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
塑料產(chǎn)品是我們?nèi)粘Ｉ钍褂闷毡榈奈锲?，塑料產(chǎn)品的制造離不開(kāi)成型工藝。注塑模具的冷卻系統(tǒng)，不僅影響生產(chǎn)一個(gè)零件的時(shí)間，更關(guān)鍵的是，對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量起著決定的作用。早在上世紀(jì)60年代，已經(jīng)有諸多技術(shù)人員開(kāi)始設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)，并取得了令人矚目得效果，但是隨著時(shí)代在變化，原有的冷卻系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在成型工藝的要求，因此需要更先進(jìn)的技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。
7.1 冷卻系統(tǒng)對(duì)塑件的影響
注塑模具冷卻系統(tǒng)對(duì)塑件的影響主要體現(xiàn)在一下四個(gè)方面：
（1） 成型周期。一個(gè)塑件從成型工藝開(kāi)始到產(chǎn)出所需要的時(shí)間即生產(chǎn)周期，在塑件進(jìn)行成型工藝時(shí)，熔融材料溫度會(huì)達(dá)到200～300℃，然而取出塑件時(shí)的溫度在60～80℃，由此可見(jiàn)在期間很明顯的有一個(gè)降溫的過(guò)程，而這個(gè)過(guò)程就是由注塑模具的冷卻系統(tǒng)來(lái)完成的。
（2） 成型性能。在做成型工藝時(shí)，每個(gè)部分的溫差必須嚴(yán)格把控，如若各部分受熱差異較大，就會(huì)導(dǎo)致注塑成型時(shí)產(chǎn)生變形而影響塑件質(zhì)量，這就決定了塑件的成型性能，控制溫度變化最直接的就是冷卻系統(tǒng)。
（3） 尺寸精度。冷卻系統(tǒng)能夠保證各個(gè)部位處于一個(gè)根據(jù)塑件精度要求確定的恒溫下進(jìn)行成型工藝，由此也可看出冷卻系統(tǒng)對(duì)尺寸精度的影響也不小。
（4） 力學(xué)性能。注塑模具冷卻系統(tǒng)溫度設(shè)置恰當(dāng)，可以很好的改善和控制塑件成型時(shí)內(nèi)部的溫度變化，進(jìn)而降低塑件內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)加強(qiáng)力學(xué)性能。
7.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)的準(zhǔn)則：
（1）塑件收縮均勻需要被保證，成型過(guò)程中的熱平衡需要確保。
（2）冷卻水管的數(shù)量和尺寸直接決定了成型過(guò)程中的冷卻效果。
（3）冷卻水管直徑中心距和型腔壁的距離需要被嚴(yán)格把控。
（4）澆口處尤其需要冷卻，冷卻水的最佳進(jìn)口處應(yīng)在澆口處。
（5）進(jìn)出水的溫度變化很重要，普通模具進(jìn)出水溫度變化在5℃以內(nèi)。
（6）冷卻水的方向不能對(duì)成型過(guò)程產(chǎn)生影響。
（7）冷卻水管不能隨意布置，最基本的要求冷卻水管不能與模具的其他部分相碰撞。
7.3 計(jì)算冷卻時(shí)間
在對(duì)冷卻系統(tǒng)做計(jì)算之前，為估算大致需要的冷卻時(shí)間[6]，假設(shè)閉模和開(kāi)模時(shí)間各3s，頂出時(shí)間需2s，冷卻時(shí)間確定為30s，花20s保壓成型，周期為60s。
其中冷卻時(shí)間根據(jù)塑料和塑件壁厚不同而不同，計(jì)算公式：
t冷=㏑[·] （7-1）
t冷=㏑[·]
= 73（s）
式中：S——塑件壁厚，S取2.5mm；
——熱擴(kuò)散系數(shù)(mm/s)，=0.07；
——成型溫度160-220℃，取200℃；
——平均脫模溫度，取80℃；
——模具溫度40～80℃，取50℃。
通過(guò)計(jì)算得冷卻時(shí)間需要73秒，然而這個(gè)冷卻時(shí)間明顯過(guò)長(zhǎng)，所以本課題設(shè)計(jì)將冷卻管道設(shè)計(jì)在型芯中，冷卻水在型芯中循環(huán)流動(dòng)實(shí)現(xiàn)冷卻，大大提升了冷卻效果。根據(jù)推薦值，在此冷卻時(shí)間取到30秒即可實(shí)現(xiàn)充分冷卻。
7.4 冷卻系統(tǒng)的計(jì)算
型腔內(nèi)產(chǎn)生的總熱量：
（7-2）
=60× 217.6×10×300
=3916.8（KJ/h）
（1）一次注射量（KG）——G=217.6×10
（2）成型周期（S）——t=60
（3）單位熱流量（KJ/h）——=280～350； 取=300
（4）每小時(shí)的注射次數(shù)——n=60
從計(jì)算結(jié)果看，與相差不多但不相等，這是因?yàn)樯婕暗囊蛩剌^多，所以應(yīng)該按來(lái)計(jì)算。
7.5 凹模冷卻系統(tǒng)的計(jì)算
（1）凹模冷卻水流量的計(jì)算
（7-3）
其中：
——水密度10KG/m；
——比熱容4.187×10 J/KG℃；
——出口溫度，取25℃；
——進(jìn)口溫度，取20℃。
（7-4）
（2）冷卻水管的平均流速：
V平均=
V平均=
=4×0.61×10/（3.14×0.0082）
=11.64 m/min
=0.194m/s
式中：d——冷卻水管直徑，取d=8 mm
查表可得，直徑為8mm的冷卻水管的最小流量不小于1.7m/s，因此可判斷冷卻水管中沒(méi)有湍流。
（3）冷卻水壁與水界面的傳熱膜系數(shù)
（7-5）
=
=
=1395 (w/mk)
式中：取7.6。
（4）凹模冷卻管的傳熱面積
（7-6）
=5.52×10 m
式中：——平均溫度，
（）。
（5）冷卻水孔總長(zhǎng)L
（7-7）
=0.22m
（6）冷卻水孔圈數(shù)的確定
，所以冷卻水孔數(shù)位1根
式中：B為一圈冷卻水道長(zhǎng)度。
（7）冷卻水流動(dòng)狀態(tài)檢驗(yàn)
（7-8）
式中：——雷諾數(shù)；
——水粘度，=1×10（m/s）。
（8）進(jìn)口和出口溫度變化的計(jì)算
（7-9）
－=
－=
期望的溫差5℃以內(nèi)，計(jì)算所得的結(jié)果4.99℃符合期望，說(shuō)明實(shí)際應(yīng)用正確。
第8章 抽芯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
8抽芯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
抽芯距
為空深度在這里空深度為壁厚所以
（8-1）
抽心力的計(jì)算公式：
-抽芯力 C-側(cè)型芯截面的周長(zhǎng)(m)
h-側(cè)型芯高度h=20 mm
p-塑件對(duì)側(cè)型芯的收縮應(yīng)力一般
8.1 斜導(dǎo)柱設(shè)計(jì)
(1) 設(shè)計(jì)斜滑塊的要點(diǎn)：
① 斜滑塊的傾斜角度取18 o，導(dǎo)軌總長(zhǎng)的2/3大于斜滑塊的推出距離。
② 導(dǎo)滑槽內(nèi)斜滑塊的滑動(dòng)不能有阻礙。
③ 型芯上端面要比側(cè)抽芯斜滑塊的端面低，且在條件允許下低于型芯端面mm。
(2)斜導(dǎo)柱的規(guī)格的選取
① 斜導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)如下圖所示:
圖8.1 斜導(dǎo)柱
② 計(jì)算斜導(dǎo)柱的傾斜角度a
a為傾斜角，通過(guò)計(jì)算得a取18°。
(3) 確定斜導(dǎo)柱得長(zhǎng)度
斜導(dǎo)柱長(zhǎng)度計(jì)算公式：
(8-2)
為靠近定向模一側(cè)的傾角因所以。
斜導(dǎo)柱的總長(zhǎng)度（mm）；斜導(dǎo)柱固定部分大端直徑（24mm）；h 斜導(dǎo)柱固定板厚度（20mm）；d 斜導(dǎo)柱工作部分直徑（22mm）；S 抽芯距（10mm）。
（8-3）
248mm
(4) 斜導(dǎo)柱受力分析與強(qiáng)度計(jì)算
受力分析如下圖所示：
圖8.2 斜導(dǎo)柱的受力分析
則
則
式中，，是抽芯力，是開(kāi)模力，為斜導(dǎo)柱受的彎曲力，是斜導(dǎo)柱與滑塊間的摩擦力，是滑塊與導(dǎo)滑槽間的摩擦力，F(xiàn)是滑塊受到的正壓力，斜導(dǎo)柱與滑塊，滑塊與導(dǎo)滑模之間的摩擦系數(shù)為0.5。
由式解得：
（8-4）
因摩擦力太小所以可以省略既（）
所以
在有關(guān)資料中可查到最大彎曲力，然后根據(jù)和以及可以查出斜導(dǎo)柱直徑應(yīng)取24mm。
(5)設(shè)計(jì)滑塊
滑塊是斜導(dǎo)柱側(cè)型抽芯機(jī)構(gòu)中不可或缺的部分[11]，它與側(cè)向型芯塊裝配在一塊，成型過(guò)程中滑塊的運(yùn)動(dòng)精度決定了塑件尺寸的精度和分型的方向，本設(shè)計(jì)采用組合式滑塊。
8.2 滑塊定位設(shè)計(jì)
滑塊定位裝置是為了確保模具在完成順利開(kāi)模，再次合模時(shí)，斜導(dǎo)柱仍能與滑塊相互配合，防止兩者產(chǎn)生錯(cuò)位導(dǎo)柱模具損壞[12]。這里采用彈簧銷(xiāo)加擋塊定位。具體設(shè)計(jì)如下圖：
圖8.3 滑塊設(shè)計(jì)
29
第8章 抽芯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
8.3脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及工作過(guò)程
8.3.1脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則
脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)塑件的具體形狀和復(fù)雜程度設(shè)計(jì)，但是設(shè)計(jì)時(shí)須符合以下原則：
（1） 脫模機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力由推出機(jī)構(gòu)提供，一般脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在動(dòng)模內(nèi)。
（2） 脫模機(jī)構(gòu)在脫模時(shí)不能影響塑件的尺寸。
（3） 塑件在開(kāi)模完成后應(yīng)在動(dòng)模內(nèi)并由脫模機(jī)構(gòu)頂出。
（4） 脫模機(jī)構(gòu)需簡(jiǎn)單實(shí)用。
由于本課題設(shè)計(jì)的是氣壓瓶蓋是個(gè)較簡(jiǎn)單的塑件，所以選擇采用簡(jiǎn)單脫模機(jī)構(gòu)，這里根據(jù)塑件具體形狀選擇推桿推出結(jié)構(gòu)。
8.3.2脫模機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程
本塑件的設(shè)計(jì)的抽芯系統(tǒng)為斜導(dǎo)柱抽芯系統(tǒng)，脫模過(guò)程在凹凸模完成分型后進(jìn)行，當(dāng)模具開(kāi)啟時(shí)，開(kāi)模力通過(guò)斜導(dǎo)柱作用于滑塊，迫使滑塊沿斜導(dǎo)柱移動(dòng)，這時(shí)左側(cè)滑塊被定位完成左側(cè)側(cè)孔型芯抽芯，接著右側(cè)滑塊從楔緊塊中滑出，完成噴嘴型芯側(cè)向抽芯，在側(cè)向分型完成后，此時(shí)推出機(jī)構(gòu)開(kāi)始運(yùn)作，推桿推動(dòng)瓣合型芯將塑件與型芯完成分離，實(shí)現(xiàn)脫模。
第9章 本課題設(shè)計(jì)的注塑模的工作過(guò)程及原理
9 本課題設(shè)計(jì)的注塑模的工作過(guò)程及原理
9.1 注塑模的工作原理
模具裝配在注射機(jī)上，定模裝在注射機(jī)的定模板上，動(dòng)模裝在注射機(jī)的移動(dòng)模板上。合模后，注射機(jī)噴嘴將熔融材料射入主流道流經(jīng)澆口處充入閉合模腔，經(jīng)保壓冷卻后塑件成型。開(kāi)模時(shí)左側(cè)斜導(dǎo)柱受到開(kāi)模力，滑塊沿著斜導(dǎo)柱滑動(dòng)，然后經(jīng)彈簧銷(xiāo)定位完成左側(cè)側(cè)孔型芯抽出。與此同時(shí)右側(cè)滑塊沿著斜導(dǎo)柱滑動(dòng)從楔緊塊中滑出完成右側(cè)噴嘴型芯側(cè)向抽芯，接著注塑機(jī)動(dòng)模板帶著動(dòng)模與定模在分型面處分開(kāi)，在凹凸模完全分開(kāi)后，冷凝物從上模中脫落。此時(shí)在注塑機(jī)頂桿的作用下，頂桿帶動(dòng)推桿推動(dòng)瓣合型芯，使塑件完全從型芯上脫落，實(shí)現(xiàn)脫模。當(dāng)模具閉合時(shí)，分型面的開(kāi)始閉合，復(fù)位桿將頂桿復(fù)位，模具再次閉合，完成一次注塑成型。
9.2 注塑成型的工作過(guò)程
注塑成型過(guò)程中，在注射機(jī)的動(dòng)模固定板上裝配上模具動(dòng)模，然后動(dòng)模隨著注射機(jī)合模系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)[13]。合模系統(tǒng)在注射成型開(kāi)始后引導(dǎo)動(dòng)模向定模運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向通過(guò)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)固定，接著動(dòng)模沿著固定的方向在分型面處完成與定模的對(duì)合，然后通過(guò)合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中的導(dǎo)柱和在定模板上的導(dǎo)柱孔來(lái)確保對(duì)合的精度。完成對(duì)合后，定模上的型腔和動(dòng)模上的型芯組成一個(gè)閉合的模腔，閉合模腔的尺寸和形狀與塑件一致。為了防止閉合模腔在熔融材料進(jìn)入時(shí)產(chǎn)生的壓力作用下被分開(kāi)，合模系統(tǒng)會(huì)供應(yīng)合模力將閉合模腔鎖緊。熔融材料從注射機(jī)噴嘴中射出，通過(guò)澆口套中的主流道進(jìn)入模腔，然后從澆口處流入閉合模腔直至完全布滿型腔，在保壓冷卻后塑件成型，合模系統(tǒng)帶動(dòng)動(dòng)模開(kāi)始復(fù)位，此時(shí)凹凸模從分型面處開(kāi)始分開(kāi)。當(dāng)開(kāi)模到一定距離時(shí)，裝配在內(nèi)部的脫模頂出機(jī)構(gòu)會(huì)在合模系統(tǒng)中的推動(dòng)裝置作用下運(yùn)行，然后推動(dòng)動(dòng)模中的推出機(jī)構(gòu)，推出機(jī)構(gòu)會(huì)將塑件、澆口和流道中的冷凝物從動(dòng)模這邊頂出主型芯脫落，就此完成一次注射成型過(guò)程。模具總裝配圖如下所示：
圖9.1模具裝配圖
32
結(jié)論
結(jié) 論
本課題使我初步掌握了模具設(shè)計(jì)的步驟和加工方法，參閱了諸多注塑模具相關(guān)文獻(xiàn)，我先簡(jiǎn)單進(jìn)行了分析了解，并根據(jù)已有的零件圖展開(kāi)了拓展，進(jìn)行了一系列的思考和研究。本模具的設(shè)計(jì)是一個(gè)模具一個(gè)型腔，進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要完成塑件的成型工藝分析，對(duì)其澆注方式即分型面、澆口和流道進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，計(jì)算了模具型腔和型芯的主要尺寸，選擇了合適的注塑機(jī)并進(jìn)行了相關(guān)工藝參數(shù)的校核，并對(duì)模具運(yùn)行時(shí)的合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算，設(shè)計(jì)了較完整的斜導(dǎo)柱抽芯系統(tǒng)，最后對(duì)注塑模的工作過(guò)程及原理作了詳細(xì)的說(shuō)明。
在本設(shè)計(jì)中采用了CAD繪圖，對(duì)氣壓瓶蓋及模具零部件進(jìn)行了繪制。繪制的圖紙要滿足國(guó)標(biāo)的需求，相互之間配合的精度要有明確的表示。在進(jìn)行本課題的設(shè)計(jì)中，既要使用到專(zhuān)業(yè)的理論知識(shí)，又要了解模具的基本結(jié)構(gòu)和特性。也要熟悉公差的配合以及材料的熱處理等基礎(chǔ)知識(shí)，在對(duì)模具圖形進(jìn)行繪制的過(guò)程中，又提高了繪圖軟件的熟練程度。在完成任務(wù)書(shū)的同時(shí)，對(duì)文獻(xiàn)資料的查閱、設(shè)計(jì)的規(guī)范操作以及文檔的排版能力都有了極大的提高。
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