塑料蓋注塑模具設(shè)計(jì),塑料蓋,注塑,模具設(shè)計(jì)
外文翻譯
外文翻譯
原文：
Injection Molding
Many different processes are used to transform plastic granules, powders, and liquids into product. The plastic material is in moldable form, and is adaptable to various forming methods. In most cases thermosetting materials require other methods of forming. This is recognized by the fact that thermoplastics are usually heated to a soft state and then reshaped before cooling. Theromosets, on the other hand have not yet been polymerized before processing, and the chemical reaction takes place during the process, usually through heat, a catalyst, or pressure. It is important to remember this concept while studying the plastics manufacturing processes and polymers used.
Injection molding is by far the most widely used process of forming thermoplastic materials. It is also one of the oldest. Currently injection molding accounts for 30% of all plastics resin consumption. Since raw material can be converted by a single procedure, injection molding is suitable for mass production of plastics articles and automated one-step production of complex geometries. In most cases, finishing is not necessary. Typical products include toys, automotive parts, household articles, and consumer electronics goods.
Since injection molding has a number of interdependent variables, it is a process of considerable complexity. The success of the injection molding operation is dependent not only in the proper setup of the machine hydraulics, barrel temperature variations, and changes in material viscosity. Increasing shot-to-shot repeatability of machine variables helps produce parts with tighter tolerance, lowers the level of rejects, and increases product quality (i.e., appearance and serviceability).
The principal objective of any molding operation is the manufacture of products: to a specific quality level, in the shortest time, and using repeatable and fully automatic cycle. Molders strive to reduce or eliminate rejected parts in molding production. For injection molding of high precision optical parts, or parts with a high added value such as appliance cases, the payoff of reduced rejects is high.
A typical injection molding cycle or sequence consists of five phases;
1. Injection or mold filling
2. Packing or compression
3. Holding
4. Cooling
5. Part ejection
Plastic granules are fed into the hopper and through an in the injection cylinder where they are carried forward by the rotating screw. The rotation of the screw forces the granules under high pressure against the heated walls of the cylinder causing them to melt. As the pressure building up, the rotating screw is forced backward until enough plastic has accumulated to make the shot. The injection ram (or screw) forces molten plastic from the barrel, through the nozzle, sprue and runner system, and finally into the mold cavities. During injection, the mold cavity is filled volumetrically. When the plastic contacts the cold mold surfaces, it solidifies (freezes) rapidly to produce the skin layer. Since the core remains in the molten state, plastic follows through the core to complete mold filling. Typically, the cavity is filled to 95%~98% during injection. Then the molding process is switched over to the packing phase.
Even as the cavity is filled, the molten plastic begins to cool. Since the cooling plastic contracts or shrinks, it gives rise to defects such as sink marks, voids, and dimensional instabilities. To compensate for shrinkage, addition plastic is forced into the cavity. Once the cavity is packed, pressure applied to the melt prevents molten plastic inside the cavity from back flowing out through the gate. The pressure must be applied until the gate solidifies. The process can be divided into two steps (packing and holding) or may be encompassed in one step(holding or second stage). During packing, melt forced into the cavity by the packing pressure compensates for shrinkage. With holding, the pressure merely prevents back flow of the polymer malt.
After the holding stage is completed, the cooling phase starts. During, the part is held in the mold for specified period. The duration of the cooling phase depends primarily on the material properties and the part thickness. Typically, the part temperature must cool below the material’s ejection temperature. While cooling the part, the machine plasticates melt for the next cycle.
The polymer is subjected to shearing action as well as the condition of the energy from the heater bands. Once the short is made, plastication ceases. This should occur immediately before the end of the cooling phase. Then the mold opens and the part is ejected.
When polymers are fabricated into useful articles they are referred to as plastics, rubbers, and fibers. Some polymers, for example, cotton and wool, occur naturally, but the great majority of commercial products are synthetic in origin. A list of the names of the better known materials would include Bakelite, Dacron, Nylon, Celanese, Orlon, and Styron.
Previous to 1930 the use of synthetic polymers was not widespread. However, they should not be classified as new materials for many of them were known in the latter half of the nineteenth century. The failure to develop them during this period was due, in part, to a lack of understanding of their properties, in particular, the problem of the structure of polymers was the subject of much fruitless controversy.
Two events of the twentieth century catapulted polymers into a position of worldwide importance. The first of these was the successful commercial production of the plastic now known as Bakelite. Its industrial usefulness was demonstrated in1912 and in the next succeeding years. Today Bakelite is high on the list of important synthetic products. Before 1912 materials made from cellulose were available, but their manufacture never provided the incentive for new work in the polymer field such as occurred after the advent of Bakelite. The second event was concerned with fundamental studies of the nature polymers by Staudinger in Europe and by Carohers, who worked with the Du Pont company in Delaware. A greater part of the studies were made during the 1920’s. Staudinger’s work was primarily fundamental. Carother’s achievements led to the development of our present huge plastics industry by causing an awakening of interest in polymer chemistry, an interest which is still strongly apparent today.
The Nature of Thermodynamics
Thermodynamics is one of the most important areas of engineering science used to explain how most things work, why some things do not the way that they were intended, and why others things just cannot possibly work at all. It is a key part of the science engineers use to design automotive engines, heat pumps, rocket motors, power stations, gas turbines, air conditioners, super-conducting transmission lines, solar heating systems, etc.
Thermodynamics centers about the notions of energy, the idea that energy is conserved is the first low of thermodynamics. It is starting point for the science of thermodynamics is entropy; entropy provides a means for determining if a process is possible.
This idea is the basis for the second low of thermodynamics. It also provides the basis for an engineering analysis in which one calculates the maximum amount of useful that can be obtained from a given energy source, or the minimum amount of power input required to do a certain task.
A clear understanding of the ideas of entropy is essential for one who needs to use thermodynamics in engineering analysis. Scientists are interested in using thermodynamics to predict and relate the properties of matter; engineers are interested in using this data, together with the basic ideas of energy conservation and entropy production, to analyze the behavior of complex technological systems.
There is an example of the sort of system of interest to engineers, a large central power stations. In this particular plant the energy source is petroleum in one of several forms, or sometimes natural gas, and the plant is to convert as much of this energy as possible to electric energy and to send this energy down the transmission line.
Simply expressed, the plant does this by boiling water and using the steam to turn a turbine which turns an electric generator.
The simplest such power plants are able to convert only about 25 percent of the fuel energy to electric energy. But this particular plant converts approximately 40 percent; it has been ingeniously designed through careful application of the basic principles of thermodynamics to the hundreds of components in the system.
The design engineers who made these calculations used data on the properties of steam developed by physical chemists who in turn used experimental measurements in concert with thermodynamics theory to develop the property data.
Plants presently being studied could convert as much as 55 percent of the fuel energy to electric energy, if they indeed perform as predicted by thermodynamics analysis.
The rule that the spontaneous flow of heat is always from hotter to cooler objects is a new physical idea. There is noting in the energy conservation principle or in any other law of nature that specifies for us the direction of heat flow. If energy were to flow spontaneously from a block of ice to a surrounding volume of water, this could occur in complete accord with energy conservation. But such a process never happens. This idea is the substance of the second law of thermodynamics.
Clear, a refrigerator, which is a physical system used in kitchen refrigerators, freezers, and air-conditioning units must obey not only the first law (energy conservation) but the second law as well.
To see why the second law is not violated by a refrigerator, we must be careful in our statement of law. The second law of thermodynamics says, in effect, that heat never flows spontaneously from a cooler to a hotter object.
Or, alternatively, heat can flow from a cooler to a hotter object only as a result of work done by an external agency. We now see the distinction between an everyday spontaneous process, such as the flow of heat from the inside to the outside of a refrigerator.
In the water-ice system, the exchange of energy takes place spontaneously and the flow of heat always proceeds from the water to the ice. The water gives up energy and becomes cooler while the ice receives energy and melts.
In a refrigerator, on the other hand, the exchange of energy is not spontaneous. Work provided by an external agency is necessary to reverse the natural flow of heat and cool the interior at the expense of further heating the warmer surroundings.
譯文：
塑料注射成型
許多不同的加工過程習(xí)慣于把塑料顆粒、粉末和液體轉(zhuǎn)化成最終產(chǎn)品。塑料材料用模具成型，并且適合用多種方式成型。在大多數(shù)情況下，熱塑性材料可以用許多方法成型，但熱固性塑料需要用其他方法成型。對(duì)于熱塑性材料有這種事實(shí)的認(rèn)識(shí)，它常常被加熱成為另一種柔軟狀態(tài)，然后在冷卻以前成型。對(duì)于熱固性塑料，換句話說，在它加工以前還沒有形成聚合物，在化學(xué)反應(yīng)加工過程中發(fā)生變化，如通過加熱、催化劑或壓力處理。記住這個(gè)概念在學(xué)習(xí)塑料加工過程和聚合物的形成是很重要的。
塑料注射成型越來越廣泛地運(yùn)用于熱塑性材料的成型工藝。它也是最古老的一種方式。突然間，塑料注射成型材料占所有成型材料消費(fèi)的30%。塑料注射成型適合于大批量生產(chǎn)，當(dāng)原材料被成單一的步驟轉(zhuǎn)換成為塑料物品和單步自動(dòng)化的復(fù)雜幾何形狀制品。在大多數(shù)情況下，對(duì)于這樣的制品，精加工是不需要的。所生產(chǎn)的各種各樣的產(chǎn)品包括：玩具、汽車配件、家用物品和電子消費(fèi)物品。
因?yàn)樗芰献⑸淠＞哂泻芏嘁鬃兊南嗷ビ绊?，那是一種復(fù)雜的虛慎重考慮的加工過程。塑料注射模具設(shè)備的成功是不依賴于機(jī)器變化到恰當(dāng)?shù)牟襟E，只有淘汰了需要注射變化的機(jī)器，才會(huì)導(dǎo)致適應(yīng)液壓變化、料筒溫度變化和材料黏度變化的機(jī)器的產(chǎn)生。增加機(jī)器重復(fù)注射的能力的變化可以幫助減少公差，降低次品等級(jí)和增加產(chǎn)品質(zhì)量。
對(duì)于任何模具注射設(shè)備的操作人員目的是制造產(chǎn)品，成為特等品、用最短的時(shí)間、用重復(fù)精度和全自動(dòng)化生產(chǎn)作為周期。模塑人員在生產(chǎn)過程中總是想盡辦法降低或消除不合格產(chǎn)品。對(duì)于塑料注射模具有高要求的光學(xué)制品，或者有高附加值的制品如：家用電器制品，它的利潤(rùn)大大降低。
一種塑料注射模具的生產(chǎn)周期或順序由五個(gè)階段組成：
注射或填充模具
補(bǔ)料或壓縮
保壓
冷卻
局部注射
塑料顆粒被投入料斗并且打開塑料注射料筒，在那里顆粒被旋轉(zhuǎn)螺桿帶動(dòng)進(jìn)入料筒。螺桿的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)迫塑料顆粒在高壓下擠壓料筒筒壁導(dǎo)致它變成熔體。隨著壓力的增加，旋轉(zhuǎn)螺桿被迫后退直到有足夠的塑料被注射成為儲(chǔ)料。塑料螺桿強(qiáng)迫熔融的塑料從料筒流到噴嘴、主流道經(jīng)澆注系統(tǒng)，最終進(jìn)入模具型腔。當(dāng)注射模具型腔容積被充滿。當(dāng)塑料接觸冷的模具表面，它被固化以減少表層。當(dāng)模具保持熔融狀態(tài)，塑料沿著模芯充滿整個(gè)模具。，利用率特別高，在注射時(shí)型腔被充滿95%~98%。接著成型過程進(jìn)入補(bǔ)料階段。
當(dāng)型腔被充滿，熔融塑料便開始冷卻。冷卻塑料的收縮，就增加了諸如凹痕、孔洞和尺寸不穩(wěn)定等制品缺陷的發(fā)生。為了補(bǔ)償收縮，增加塑料壓入型腔。當(dāng)型腔被封裹，為防止的熔融狀態(tài)塑料從型腔內(nèi)流向出口，把壓力應(yīng)用于熔體。這種壓力必須應(yīng)用直到出口為固態(tài)。這種加工可分為兩步（補(bǔ)料和保壓）或可能包含成為一步（保壓或第二階段）。在補(bǔ)料時(shí)，熔體被補(bǔ)料壓力收縮補(bǔ)償壓入型腔。在保壓時(shí)，壓力僅僅防止聚合物回流。
在保壓階段完成以后，冷卻階段開始。在冷卻時(shí)，是制品在型腔內(nèi)保持需具體說明的一個(gè)階段。在冷卻持久的階段主要依靠材料的特性和制品的收縮率。典型的，制品溫度必須冷卻到材料的注射溫度。在冷卻制品時(shí)，這種機(jī)器塑料熔體被冷卻到下一個(gè)周期。聚合物是以剪切作用為主題的，如同加熱圈獲得能量一樣。當(dāng)注射開始，到塑料注射終止。聚合物會(huì)立刻出現(xiàn)在冷卻階段以前，直到模具打開和制品被注射。
當(dāng)聚合物被編制成有用的文章，它們被稱為：塑料、橡膠和纖維。許多聚合物，例如棉花和羊毛來自自然，但是絕大多數(shù)商業(yè)的產(chǎn)品都是人造的，都來源于此。一系列眾所周知的材料包括酚醛塑料，滌綸，尼龍，聚硅氧烷，有機(jī)玻璃，纖維素，聚丙乙烯和特氟隆。
在1930年以前，商業(yè)用的聚合物沒有廣泛應(yīng)用。然而它們本應(yīng)該作為新材料在19世紀(jì)下半葉出名，卻沒有成功。在該期間，它們所以未能發(fā)展，部分原因是不了解它們的性質(zhì)，特別是，聚合物結(jié)構(gòu)曾是許多無結(jié)果爭(zhēng)論的主題。
二十世紀(jì)的兩次事件使聚合物聲名雀起，并且在世界范圍內(nèi)占據(jù)了很重要的地位。第一次是成功的商業(yè)塑料產(chǎn)品叫做酚醛塑料。它有用的工業(yè)價(jià)值在1912年表現(xiàn)得近乎瘋狂，并且在以后許多年發(fā)揮著巨大的價(jià)值。今天，酚醛塑料仍然在一系列的人造的產(chǎn)品中占有一席之地。在1912年以前，由塑料制造的材料是有用的，但是那種材料的制造從未提供像發(fā)明了酚醛塑料以后，形成新聚合物的動(dòng)力那樣有價(jià)值。第二次事件與基礎(chǔ)學(xué)科的自然聚合物有關(guān)，被歐洲的史濤丁格和美國(guó)的卡羅瑟夫發(fā)現(xiàn)，他們?cè)谔剡_(dá)華州的杜邦公司工作。一些重要的研究在20世紀(jì)20年代被開展，史濤丁格主要從事基礎(chǔ)工作。卡羅瑟夫的成功導(dǎo)致了我們目前巨大塑料工業(yè)的發(fā)展，引起了對(duì)化學(xué)聚合物的關(guān)注，并且在今天仍然引起了強(qiáng)烈而明顯的關(guān)注。
熱力學(xué)的性質(zhì)
熱力學(xué)是工程科學(xué)最重要的領(lǐng)域之一。這門科學(xué)是用來解釋大多數(shù)東西是如何做功的，有些東西為什么不按所預(yù)期的那樣做功，另外一些東西又為什么根本不做功。熱力學(xué)是工程師在設(shè)計(jì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、熱泵、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電站燃汽輪機(jī)、空氣調(diào)節(jié)器、超導(dǎo)電輸電線，太陽能加熱系統(tǒng)等所用的科學(xué)知識(shí)的關(guān)鍵部分。
熱力學(xué)以能的各種概念為中心，能量守恒這一概念是熱力學(xué)的第一定律。這是熱力學(xué)以及工程分析的起點(diǎn)，熱力學(xué)的第二個(gè)要領(lǐng)是熵；熵提供一種用以確定某一過程是否可行的手段。產(chǎn)生熵的過程是可行的，消滅熵的過程是不可行的，這個(gè)要領(lǐng)是熱力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)。
他還為一種工程分析奠定了基礎(chǔ)，在這種工程分析中，人們可以算出從給定的能源中所能獲得的有用功率的最大值，或算出做某種工作所能獲得的有用功率的最小值。
若要在工程分析中應(yīng)用熱力學(xué)，就必須對(duì)能和熵這些概念有一個(gè)清楚的了解?？茖W(xué)家關(guān)心的是利用這些數(shù)據(jù)，結(jié)合能量守恒及熵的產(chǎn)生這些基本概念來分析復(fù)雜系統(tǒng)性能。
舉一個(gè)工程師感興趣的例子———一個(gè)大型中心發(fā)電站。在該發(fā)電站，能源是某種形式的石油，有時(shí)是天然氣；該發(fā)電站的作用是把燃料能盡可能地轉(zhuǎn)化成電能，并把電能沿輸電線輸送出去。
簡(jiǎn)單的說，該發(fā)電站的發(fā)電方式是：使水沸騰，利用蒸汽轉(zhuǎn)動(dòng)汽輪機(jī)，汽輪機(jī)再轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)。
這類發(fā)電站中最簡(jiǎn)單的只能把大約25%的燃料轉(zhuǎn)化成電能。但該發(fā)電站卻能把大約40%的燃料轉(zhuǎn)化成電能，這是因?yàn)樵摪l(fā)電站是經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的結(jié)果，把熱力學(xué)的基本原理仔細(xì)的用于該系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)百個(gè)零部件。
進(jìn)行這些計(jì)算的設(shè)計(jì)工程師，利用了由物理學(xué)家研究出來的有關(guān)蒸汽特性的數(shù)據(jù)；而物理學(xué)家則是利用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，結(jié)合熱力學(xué)理論，研究出這種特性的數(shù)據(jù)的。
目前在研究中的一些發(fā)電站，如果說的確按熱力學(xué)分析所預(yù)測(cè)的那樣工作，可以將多達(dá)55%的燃料能轉(zhuǎn)化成電能。
熱始終是自發(fā)的從較熱的物體流向較冷的物體，這一規(guī)律是一種新的物理概念。在能量守恒原理中或其他任何一種自然規(guī)律中，沒有給我們規(guī)定熱的方向。如果能量能自發(fā)的從冰塊流向周圍的水中，這可能和能量的守恒完全一致，但這一過程決不發(fā)生。這一概念是熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)。很明顯，冷凍機(jī)是一種物理系統(tǒng)，用于廚房的電冰箱、冷場(chǎng)庫(kù)和空調(diào)裝置，它不僅必須遵從第一定律（能量守恒）也必須遵從第二定律。
為了弄清冷凍機(jī)為什么沒有違背第二定律，必須對(duì)這一定律加以說明，熱力學(xué)第二定律實(shí)質(zhì)上是說：熱不會(huì)自發(fā)地從較冷的物體流向較熱的物體。
換句話說，熱之所以能從較冷的物體流向較熱的物體，是外界力量做功的結(jié)果，現(xiàn)在我們弄清了某一日常的自然過程。如水和冰之間的熱流動(dòng)和冷凍機(jī)熱從里面向外面流動(dòng)之間的區(qū)別。
在水、冰系統(tǒng)中，能量的交換是自發(fā)產(chǎn)生的，因而熱的流動(dòng)是水流向冰。水放出了能量從而變冷，而冰吸收熱量從而融化。
另一方面，在冷凍機(jī)中，能量交換不是自發(fā)產(chǎn)生的，而需要改變熱的流動(dòng)方向，并通過進(jìn)一步加熱較暖的周圍環(huán)境而使冷凍機(jī)內(nèi)部變冷，就必須依靠外力做功。
目 錄
第一章 前言 - 4 -
1.1模具工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位 - 4 -
1.2各種模具的分類和占有量 - 5 -
1.3我國(guó)模具工業(yè)的現(xiàn)狀 - 5 -
1.4世界五大塑料生產(chǎn)國(guó)的產(chǎn)能狀況 - 6 -
1.5 我國(guó)模具技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) - 8 -
第二章 注塑件的設(shè)計(jì) - 10 -
2.1 功能設(shè)計(jì) - 10 -
2.2 材料 - 10 -
2.3 結(jié)構(gòu) - 12 -
2.4 塑件工藝性分析 - 13 -
第三章 注塑成型的準(zhǔn)備 - 15 -
3.1 注塑成型工藝簡(jiǎn)介 - 15 -
3.2 注塑成型工藝條件 - 16 -
3.3注塑機(jī)的選擇 - 17 -
3.4注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核和最終選擇 - 19 -
3.5模具開模行程校核 - 20 -
3.6注塑機(jī)的參數(shù)校核 - 21 -
第四章 模具設(shè)計(jì) - 22 -
4.1 塑料配方說明 - 22 -
4.2 分型面的確定 - 22 -
4.3型腔數(shù)目的確定 - 23 -
4.4澆口確定 - 23 -
4.5模具材料的選擇 - 23 -
4.6澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) - 24 -
4.7標(biāo)準(zhǔn)模架的選擇 - 26 -
4.8導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu) - 27 -
4.9頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì) - 28 -
4.10成型零件工作尺寸的計(jì)算 - 30 -
4.11排氣設(shè)計(jì) - 31 -
4.12溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì) - 32 -
第五章模塑的工藝規(guī)程的編制 - 37 -
5.1蓋模塑工藝卡 - 37 -
5.2主要零件的加工工藝過程 - 37 -
結(jié)論 - 40 -
參考文獻(xiàn) - 41 -
致謝 - 42 -
附錄 - 43 -
蓋塑料注塑模具設(shè)計(jì)
摘要 塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長(zhǎng)最快的工業(yè)門類之一，而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類，因此，研究注塑模具對(duì)了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大意義。
本設(shè)計(jì)介紹了注射成型的基本原理，特別是單分型面注射模具的結(jié)構(gòu)與工作原理，對(duì)注塑產(chǎn)品提出了基本的設(shè)計(jì)原則；詳細(xì)介紹了冷流道注射模具澆注系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，并對(duì)模具強(qiáng)度要求做了說明；
通過本設(shè)計(jì)，可以對(duì)注塑模具有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，注意到設(shè)計(jì)中的某些細(xì)節(jié)問題，了解模具結(jié)構(gòu)及工作原理.
關(guān)鍵詞 塑料模具 分型面 標(biāo)準(zhǔn)
The plastic injection modle design of Lid
Abstract Now The plastics industry is one of the growing quickest industry classes in the world, but the injection mold is develops the quick type. Therefore, There have biggist significance to research injection mold to understood that the plastic of production process and improve the product quality.
This design introduced the basic principle of injection molding, specially single is divided the profile to inject mold's structure and the principle of work, That proposes the basic design principle of products; Introduced the details of the system that are cold flow channel injection of mold gating、the temperature control system and the design process of going against system, and has given the explanation to the mold intensity request;
Through this design, may to cast the mold to have a preliminary understanding, notes some certain detail questions in design, understands the mold structure and the principle of working.
Key Word The plastic Mold Parting Line Standard
第一章 前言
1.1模具工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位
模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動(dòng)，使之形成所需要的形體。用模具制造零件以其效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中。
模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，是國(guó)際上公認(rèn)的關(guān)鍵工業(yè)。模具生產(chǎn)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，它在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。振興和發(fā)展我國(guó)的模具工業(yè)，正日益受到人們的關(guān)注。早在1989年3月中國(guó)政府頒布的《關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定》中，將模具列為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位。
模具工業(yè)既是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)組成部分，又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域。模具在機(jī)械，電子，輕工，汽車，紡織，航空，航天等工業(yè)領(lǐng)域里，日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它承擔(dān)了這些工業(yè)領(lǐng)域中60％~90％的產(chǎn)品的零件，組件和部件的生產(chǎn)加工。
模具制造的重要性主要體現(xiàn)在市場(chǎng)的需求上，僅以汽車，摩托車行業(yè)的模具市場(chǎng)為例。汽車，摩托車行業(yè)是模具最大的市場(chǎng)，在工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，這一市場(chǎng)占整個(gè)模具市場(chǎng)一半左右。汽車工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)五大支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車工業(yè)重點(diǎn)是發(fā)展零部件，經(jīng)濟(jì)型轎車和重型汽車，汽車模具作為發(fā)展重點(diǎn)，已在汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策中得到了明確。汽車基本車型不斷增加，2005年將達(dá)到170種。一個(gè)型號(hào)的汽車所需模具達(dá)幾千副，價(jià)值上億元。為了適應(yīng)市場(chǎng)的需求，汽車將不斷換型，汽車換型時(shí)約有80％的模具需要更換。中國(guó)摩托車產(chǎn)量位居世界第一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)摩托車共有14種排量80多個(gè)車型，1000多個(gè)型號(hào)。單輛摩托車約有零件2000種，共計(jì)5000多個(gè)，其中一半以上需要模具生產(chǎn)。一個(gè)型號(hào)的摩托車生產(chǎn)需1000副模具，總價(jià)值為1000多萬元。其他行業(yè)，如電子及通訊，家電，建筑等，也存在巨大的模具市場(chǎng)。
目前世界模具市場(chǎng)供不應(yīng)求，模具的主要出口國(guó)是美國(guó)，日本，法國(guó)，瑞士等國(guó)家。中國(guó)模具出口數(shù)量極少，但中國(guó)模具鉗工技術(shù)水平高，勞動(dòng)成本低，只要配備一些先進(jìn)的數(shù)控制模設(shè)備，提高模具加工質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，溝通外貿(mào)渠道，模具出口將會(huì)有很大發(fā)展。研究和發(fā)展模具技術(shù)，提高模具技術(shù)水平，對(duì)于促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著特別重要的意義。
1.2各種模具的分類和占有量
模具主要類型有：沖模，鍛摸，塑料模，壓鑄模，粉末冶金模，玻璃模，橡膠模，陶瓷模等。除部分沖模以外的的上述各種模具都屬于腔型模，因?yàn)樗麄円话愣际且揽咳S的模具形腔是材料成型。
(1) 沖模：沖模是對(duì)金屬板材進(jìn)行沖壓加工獲得合格產(chǎn)品的工具。沖模占模具總數(shù)的50％以上。按工藝性質(zhì)的不同，沖模可分為落料模，沖孔模，切口模，切邊模，彎曲模，卷邊模，拉深模，校平模，翻孔模，翻邊模，縮口模，壓印模，脹形模。按組合工序不同，沖模分為單工序模，復(fù)合模，連續(xù)模。
(2) 鍛模：鍛模是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下進(jìn)行體積成型是所用模具的總稱。按鍛壓設(shè)備不同，鍛模分為錘用鍛模，螺旋壓力機(jī)鍛模，熱模鍛壓力鍛模，平鍛機(jī)用鍛模，水壓機(jī)用鍛模，高速錘用鍛模，擺動(dòng)碾壓機(jī)用鍛模，輥鍛機(jī)用鍛模，楔橫軋機(jī)用鍛模等。按工藝用途不同，鍛?？煞譃轭A(yù)鍛模具，擠壓模具，精鍛模具，等溫模具，超塑性模具等。
(3) 塑料模：塑料模是塑料成型的工藝裝備。塑料模約占模具總數(shù)的35％，而且有繼續(xù)上升的趨勢(shì)。塑料模主要包括壓塑模，擠塑模，注射模，此外還有擠出成型模，泡沫塑料的發(fā)泡成型模，低發(fā)泡注射成型模，吹塑模等。
(4) 壓鑄模：壓鑄模是壓力鑄造工藝裝備，壓力鑄造是使液態(tài)金屬在高溫和高速下充填鑄型，在高壓下成型和結(jié)晶的一種特殊制造方法。壓鑄模約占模具總數(shù)的6％。
(5) 粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工藝分類粉末冶金模有：壓模，精整模，復(fù)壓模，熱壓模，粉漿澆注模，松裝燒結(jié)模等。
模具所涉及的工藝繁多，包括機(jī)械設(shè)計(jì)制造，塑料，橡膠加工，金屬材料，鑄造（凝固理論），塑性加工，玻璃等諸多學(xué)科和行業(yè)，是一個(gè)多學(xué)科的綜合，其復(fù)雜程度顯而易見。
1.3我國(guó)模具工業(yè)的現(xiàn)狀
自20世紀(jì)80年代以來，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)逐漸起飛，也為模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了巨大的動(dòng)力。20世紀(jì)90年代以后，大陸的工業(yè)發(fā)展十分迅速，模具工業(yè)的總產(chǎn)值在1990年僅60億元人民幣，1994年增長(zhǎng)到130億元人民幣，1999年已達(dá)到245億元人民幣，2000年增至260~270億元人民幣。今后預(yù)計(jì)每年仍會(huì)以10℅~15℅的速度快速增長(zhǎng)。
目前，我國(guó)17000多個(gè)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)，從業(yè)人數(shù)五十多萬。除了國(guó)有的專業(yè)模具廠外，其他所有制形式的模具廠家，包括集體企業(yè)，合資企業(yè)，獨(dú)資企業(yè)和私營(yíng)企業(yè)等，都得到了快速發(fā)展。其中，集體和私營(yíng)的模具企業(yè)在廣東和浙江等省發(fā)展得最為迅速。例如，浙江寧波和黃巖地區(qū)，從事模具制造的集體企業(yè)和私營(yíng)企業(yè)多達(dá)數(shù)千家，成為我國(guó)國(guó)內(nèi)知名的“模具之鄉(xiāng)”和最具發(fā)展活力的地區(qū)之一。在廣東，一些大集團(tuán)公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，為了提高其產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，紛紛加入了對(duì)模具制造的投入。例如，科龍，美的，康佳和威力等知名集團(tuán)都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)則多集中于沿海工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，現(xiàn)已有幾千家。
在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。其中，沖壓模具約占50℅（中國(guó)臺(tái)灣：40℅），塑料模具約占33℅（中國(guó)臺(tái)灣：48℅），壓鑄模具約占6℅（中國(guó)臺(tái)灣：5℅），其他各類模具約占11（中國(guó)臺(tái)灣：7℅）。
中國(guó)臺(tái)灣模具產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)，分為萌芽期（1961——1981），成長(zhǎng)期（1981——1991），成熟期（1991——2001）三個(gè)階段。
萌芽期，工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)備與技術(shù)的不斷改進(jìn)。由于紡織，電子，電氣，電機(jī)和機(jī)械業(yè)等產(chǎn)品外銷表現(xiàn)暢旺，連帶使得模具制造，維修業(yè)者和周邊廠商（如熱處理產(chǎn)業(yè)等）逐年增加。在此階段的模具包括：一般民生用品模具，鑄造用模具，鍛造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡膠模具等。
1981年——1991年是臺(tái)灣模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展最為迅速且高度成長(zhǎng)的時(shí)期。有鑒于模具產(chǎn)業(yè)對(duì)工業(yè)發(fā)展的重要性日益彰顯，自1982年起，臺(tái)灣地區(qū)就將模具產(chǎn)業(yè)納入“策略性工業(yè)適用范圍”，大力推動(dòng)模具工業(yè)的發(fā)展，以配合相關(guān)工業(yè)產(chǎn)品的外銷策略，全力發(fā)展整體經(jīng)濟(jì)。隨著民生工業(yè)，機(jī)械五金業(yè)，汽機(jī)車及家電業(yè)發(fā)展，沖壓模具與塑料模具，逐漸形成臺(tái)灣模具工業(yè)兩大主流。從1985年起，模具產(chǎn)業(yè)已在推行計(jì)算機(jī)輔助模具設(shè)計(jì)和制造等CAD/CAM技術(shù)，所以臺(tái)灣模具業(yè)接觸CAD/CAM/CAE/CAT技術(shù)的時(shí)間相當(dāng)早。
成熟期，在國(guó)際化，自由化和國(guó)際分工的潮流下，1994年，1998年，由臺(tái)灣地區(qū)政府委托金屬中心執(zhí)行“工業(yè)用模具技術(shù)研究與發(fā)展五年計(jì)劃”與“工業(yè)用模具技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展計(jì)劃”，以協(xié)助業(yè)界突破發(fā)展瓶頸，并支持產(chǎn)業(yè)升級(jí)，朝向開發(fā)高附加值與進(jìn)口依賴高的模具。1997年11月間臺(tái)灣憑借模具產(chǎn)業(yè)的實(shí)力，獲得世界模具協(xié)會(huì)（ISTMA）認(rèn)同獲準(zhǔn)入會(huì)，正式成為世界模具協(xié)會(huì)會(huì)員，。整體而言，臺(tái)灣模具產(chǎn)業(yè)在這一階段的發(fā)展，隨著機(jī)械性能，加工技術(shù)，檢測(cè)能力的提升，以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，臺(tái)灣模具廠商供應(yīng)對(duì)象已由傳統(tǒng)的民用家電，五金業(yè)和汽機(jī)車運(yùn)輸工具業(yè)，提升到計(jì)算機(jī)與電子，通信與光電等精密模具，并發(fā)展出汽機(jī)車用大型鈑金沖壓，大型塑料射出及精密鍛造等模具。
1.4世界五大塑料生產(chǎn)國(guó)的產(chǎn)能狀況
美國(guó)塑料(原料)的產(chǎn)量多年來一直雄居各國(guó)之首。早在80年代前期，美國(guó)塑料產(chǎn)量就已達(dá)2000萬噸之多，1986年增至23l0萬噸，占全球總產(chǎn)量8100噸的28.5％，此后美國(guó)塑料產(chǎn)量繼續(xù)呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)之勢(shì)，1988年、1990年、1992年、1994年、1996年和1998年分別增加到2710萬噸、2810萬噸、3010萬噸、3410萬噸、4000萬噸和4360萬噸，占世界總產(chǎn)量的比例從1996年起提高到30％以上。2001年美國(guó)塑料產(chǎn)量為4170萬噸，其中以聚乙烯為最多，達(dá)1500多萬噸。其次分別是氯乙烯650萬噸、聚丙烯720萬噸、聚苯乙烯對(duì)酞酸脂320萬噸、聚苯乙烯280萬噸。國(guó)內(nèi)塑料消費(fèi)量(產(chǎn)量+進(jìn)口量一出口量)，美國(guó)也是全球最多的。美國(guó)的全部塑料消費(fèi)量2001年為4280萬噸。美國(guó)人均塑料消費(fèi)量也是很高的，2000年為159公斤，2001年略減為155公斤 ，居全球第3位。美國(guó)現(xiàn)有各種大小塑料企事業(yè)單位1萬多家，其中職工人數(shù)少于50人的占總數(shù)的53％，50~l00人的占21％，100~500人的占23％，超過500人的占近4％，職工總數(shù)近90萬人。在美國(guó)塑料制品加工業(yè)的就職人數(shù)達(dá)110萬，2001年的出貨金額為2150億美元，人均出貨金額為195美元。
德國(guó)是世界最大的塑料(原料)生產(chǎn)國(guó)之一，上世紀(jì)90年代初的1991年、1992年和1993年，德國(guó)塑料產(chǎn)量都為990多萬噸，1994年增達(dá)超過1000萬噸的1110萬噸．1998年達(dá)近1300萬噸，1999年為近1400萬噸，2000年增至1550萬噸，超過日本為世界第2大塑料生產(chǎn)國(guó)，2001年上升為1580萬噸，2002年已過1600萬噸。2001年德國(guó)生產(chǎn)的種種塑料原料中，聚乙烯為285萬噸(低密度聚乙烯160萬噸，高密度聚乙烯125萬噸)，氯乙烯175萬噸，聚丙烯160萬噸。德國(guó)2001年的國(guó)內(nèi)塑料消費(fèi)量為1280萬噸，其中聚乙烯265萬噸，聚丙烯155萬噸．氯乙烯152萬噸。德國(guó)人均塑料消費(fèi)量2001年為160公斤，在世界上僅少于比利時(shí)的172公斤，高于美國(guó)的155公斤，排在世界第2位。德國(guó)塑料制品加工業(yè)的職工總計(jì)有近30萬人，2001年的出貨金額為360億美元，人均126美元。德國(guó)塑料制品加工企業(yè)中職工少于50人的占44％，50~100人的占28％，100~500人的占25％，500人以上的占4％。
中國(guó)塑料工業(yè)多年持續(xù)高速增長(zhǎng)，1991年產(chǎn)量?jī)H為250萬噸，1995年增為350萬噸，1998年超過700萬噸，到2002年已增達(dá)約1400萬噸，超過日本而成為世界第3大塑料原料生產(chǎn)國(guó)。中國(guó)今年塑料制品市場(chǎng)將持續(xù)走強(qiáng)，在包裝、工程、建材、農(nóng)用和日用塑料制品等各個(gè)領(lǐng)域都將有較大幅度的增長(zhǎng)，需求量將超過2500萬噸。其中包裝塑料制品今年需求量將超過850萬噸，工程塑料制品需求量將達(dá)400萬噸左右，建材塑料制品需求量將達(dá)300萬噸以上，農(nóng)用塑料制品需求量將在500萬噸左右，日用塑料制品需求量約為80萬噸左右。
日本在很長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)都是僅次于美國(guó)的世界第2大塑料生產(chǎn)國(guó)。一直到1997年，日本塑料產(chǎn)量曾經(jīng)連續(xù)多年增長(zhǎng)，年產(chǎn)量在70年代中期就已達(dá)500多萬噸，1987年突破1000萬噸，1991年達(dá)約1300萬噸，1992年和1993年因受日本經(jīng)濟(jì)下滑的影響，產(chǎn)量略有減少，分別降至1258和1225萬噸。從1994年起產(chǎn)量再度增長(zhǎng)，1994年、1995年和1996年分別回升到1300萬噸、1400萬噸和1470萬噸，1997年的產(chǎn)量又比上年增長(zhǎng)3.7％，達(dá)到1521萬噸，首次超過1500萬噸。但這種增勢(shì)在1998年受到遏制，產(chǎn)量大幅度減少。1998年，日本塑料產(chǎn)量為1390萬噸，比上年減少了8.7％。1999年和2000年日本塑料產(chǎn)量分別回升到1432萬噸和1445萬噸，但仍遠(yuǎn)未恢復(fù)到1997年的水平。2001年和2002年日本塑料產(chǎn)量再度下降至1400萬噸以下的1364萬噸和1361萬噸。2002年日本塑料(原料)產(chǎn)量減為1361萬噸。而中國(guó)則增為1366萬噸，日本又退居第4位。
韓國(guó)塑料產(chǎn)量增長(zhǎng)十分迅速，1986年超過200萬噸，1990年增達(dá)300萬噸，1992年突破500萬噸，1994年、1996年和1997年分別上升到600多萬噸、700多萬噸和800多萬噸，1998年產(chǎn)量增至850萬噸，1999年突破900萬噸，2001年達(dá)1200萬噸，躋身于世界5大塑料生產(chǎn)國(guó)之列。韓國(guó)塑料原料產(chǎn)品中以聚乙烯居首，2001年產(chǎn)量為340萬噸(低密度聚乙烯160萬噸，高密度聚乙烯180萬噸)，聚丙烯以238萬噸排在第2位，其次分別是聚酯161萬噸、氯乙烯124萬噸、ABS·AS樹脂86萬噸、聚苯乙烯77萬噸。韓國(guó)國(guó)內(nèi)塑料消費(fèi)量2001年420萬噸，只相當(dāng)于產(chǎn)量的1/3略高。人均塑料消費(fèi)量2001年為106公斤，韓國(guó)塑料制品加工業(yè)的職工總數(shù)2001年為3.1萬人，出貨金額為85億美元，人均276美元。
塑料產(chǎn)量位居世界前10名的國(guó)家和地區(qū)還有法國(guó)660萬噸、比利時(shí)600萬噸、中國(guó)臺(tái)灣598萬噸、加拿大432萬噸和意大利385萬噸(均為2001年產(chǎn)量)。
1.5 我國(guó)模具技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
20世紀(jì)80年代開始，發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家的模具工業(yè)已從機(jī)床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為獨(dú)立的工業(yè)部門，其產(chǎn)值已超過機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)值。改革開放以來，我國(guó)的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以15％的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展。加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投入力度，將技術(shù)進(jìn)步作為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿Α４送?，許多科研機(jī)構(gòu)和大專院校也開展了模具技術(shù)的研究與開發(fā)。模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國(guó)成為世界超級(jí)制造大國(guó)的重要原因。今后，我國(guó)要發(fā)展成為世界制造強(qiáng)國(guó)，仍將依賴于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強(qiáng)國(guó)。
中國(guó)塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)了半個(gè)多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48"（約122CM）大屏幕彩電塑殼注射模具，6.5KG大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車保險(xiǎn)杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具，多形腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)，模具的電加工和數(shù)控加工技術(shù)，快速成型與快速制模技術(shù)，新型模具材料等方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面作出了貢獻(xiàn)。
盡管我國(guó)模具工業(yè)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，部分模具已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但無論是數(shù)量還是質(zhì)量仍滿足不了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需要，每年仍需進(jìn)口10多億美元的各類大型，精密，復(fù)雜模具。與發(fā)達(dá)國(guó)家的模具工業(yè)相比，在模具技術(shù)上仍有不小的差距。今后，我國(guó)模具行業(yè)應(yīng)在以下幾方面進(jìn)行不斷的技術(shù)創(chuàng)新，以縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的距離。
(1) 注重開發(fā)大型，精密，復(fù)雜模具；隨著我國(guó)轎車，家電等工業(yè)的快速發(fā)展，成型零件的大型化和精密化要求越來越高，模具也將日趨大型化和精密化。
(2) 加強(qiáng)模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用；使用模具標(biāo)準(zhǔn)件不但能縮短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造質(zhì)量。因此，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用必將日漸廣泛。
(3) 推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)；模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。實(shí)踐證明，模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向，可顯著地提高模具設(shè)計(jì)制造水平。
(4) 重視快速模具制造技術(shù)，縮短模具制造周期；隨著先進(jìn)制造技術(shù)的不斷出現(xiàn)，模具的制造水平也在不斷地提高，基于快速成形的快速制模技術(shù)，高速銑削加工技術(shù)，以及自動(dòng)研磨拋光技術(shù)將在模具制造中獲得更為廣泛的應(yīng)用。
第二章 注塑件的設(shè)計(jì)
2.1 功能設(shè)計(jì)
功能設(shè)計(jì)是要求塑件應(yīng)具有滿足使用目的功能,并達(dá)到一定的技術(shù)指標(biāo).該塑件是日用品,承受外力的幾率不大,如沖擊載荷,振動(dòng),摩擦等情況比較少;塑件的工作溫度是室溫,這使得在材料選擇時(shí)對(duì)熱變形溫度,脆化溫度,分解溫度的要求降低;作為一種日用品,生產(chǎn)批量應(yīng)該是大批大量生產(chǎn),這樣,就必須考慮生產(chǎn)成本和模具壽命,在材料的選擇時(shí)要綜合各種因素;此外,塑料都會(huì)老化,作為一種光學(xué)用品,還要考慮到材料的光氧化等問題.
2.2 材料
通常,選擇塑件的材料依據(jù)是它所處在的工作環(huán)境及使用性能的要求,以及原材料廠家提供的材料性能數(shù)據(jù).對(duì)于常溫工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)件來說,要考慮的主要是材料的力學(xué)性能,如屈服應(yīng)力,彈性模量,彎曲強(qiáng)度,表面硬度等.該塑件對(duì)材料的要求首先必須是透光性好,其次才是成型難易和經(jīng)濟(jì)性問題,以下是對(duì)幾種透光性能較好材料的性能對(duì)比，如表2-1所示。
表2-1 材料的特性
塑料名稱
PS
PC
PMMA
拉伸強(qiáng)度/MPa
51.9
66~72
——
彎曲強(qiáng)度/MPa
110
95~113
——
斷裂伸長(zhǎng)率/%
2
80~100
——
落球沖擊強(qiáng)度J/m
16
422
——
洛氏硬度（M）
115
82
101
氧指數(shù)（OI）
18.1
24.9
17.3
熱變形溫度/℃
85
134
100
維卡軟化點(diǎn)/℃
105
153
120
馬丁耐熱溫度/℃
——
112
——
體積電阻率/·cm
10~10
2.1×10
10~10
吸水率%
0.05
0.13
1.19
透光度/%
88~92
93
93
霧度%
3
0.9
0.9
折射率
1.592
1.586
1.492
價(jià)格（元/噸）
1150~1230
33000~41000
19500~20700
和機(jī)械加工一樣要考慮到加工工藝問題，模具成型也要考慮到材料的注塑特性，在各特點(diǎn)都相差無幾的情況下，好的成型特性是選擇材料的主要標(biāo)準(zhǔn)，以下是三種材料的性能和成型特性比較，如表2-2所示。
表2-2 材料的性能和成型特性比較
塑料
品種
性能特點(diǎn)
成 型 特 點(diǎn)
模具設(shè)計(jì)
注意事項(xiàng)
使用溫度
主要用途
聚苯乙烯(非結(jié)晶型)
透明性好，電性能好，抗拉強(qiáng)度高，耐磨性好，質(zhì)脆，抗沖擊強(qiáng)度差，化學(xué)穩(wěn)定性教好
成型性能好，成型前可不干燥，但注射時(shí)應(yīng)防止溢料，制品易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，易開裂
因流動(dòng)性好，適宜用點(diǎn)澆口，但因熱膨脹大，塑件中 不宜有嵌件
-30℃~80℃
裝飾制品，儀表殼，絕緣零件，容器，泡沫塑料，日用品等
有機(jī)玻璃（非結(jié)晶型）
透光率最好，質(zhì)輕堅(jiān)韌，電氣絕緣性好/但表面硬度不高，質(zhì)脆易開裂，化學(xué)穩(wěn)定性較好，但不耐無機(jī)酸，易溶于有機(jī)溶劑
流動(dòng)性差，易產(chǎn)生流痕，縮孔，易分解，透明性好，成型前要干燥，注射時(shí)速度不能太高
合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，便于充型，脫模斜度盡可能大，嚴(yán)格控制料溫與模溫，以防分解
收縮率取0.35℅
〈80℃
透明制品，如窗玻璃，光學(xué)鏡片，燈罩等
聚碳酸酯（非結(jié)晶型）
透光率較高，介電性能好，吸水性小，力學(xué)性能好，抗沖擊，抗蠕變性能突出，但耐磨性差，不耐堿，酮，酯
耐寒性好，熔融溫度高，黏性大，成型前需干燥，易產(chǎn)生殘余應(yīng)力，甚至裂紋，質(zhì)硬，易損模具，使用性能好
盡可能使用直接澆口，減小流動(dòng)阻力，塑料要干燥，不宜采用金屬嵌件，脫模斜度〉2?
〈130℃脆化溫度為—100℃
在機(jī)械上做齒輪，凸輪，蝸輪，滑輪等，電機(jī)電子產(chǎn)品零件，光學(xué)零件等
以上的性能分析對(duì)比中看出,在透光度方面三種材料相差不大，成型特性上以聚碳酸酯為好，由于是一般性民用品，所以價(jià)格上是需要考慮的，我們主要要求是價(jià)格和透光度,其它如拉伸強(qiáng)度,斷裂伸長(zhǎng)率等則是次要考慮的指標(biāo)(這由塑件的工作環(huán)境決定). PS為塑件材料是最初選定的.因?yàn)槌速|(zhì)脆和抗拉強(qiáng)度不如其它兩種材料外，它所擁有的特性符合我們的塑件要求，但這些不是我們主要考慮的。
2.3 結(jié)構(gòu)
圖2-1 原始零件圖
塑料制件的結(jié)構(gòu)工藝性是指塑件結(jié)構(gòu)對(duì)成型工藝方法的適應(yīng)性.在塑料生產(chǎn)過程中,一方面成型會(huì)對(duì)塑件的結(jié)構(gòu),形狀,尺寸精度等諸方面提出要求,以便降低模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和制造難度,保證生產(chǎn)出價(jià)廉物美的產(chǎn)品;另一方面,模具設(shè)計(jì)者通過對(duì)給定塑件的結(jié)構(gòu)工藝性進(jìn)行分析,弄清塑件生產(chǎn)的難點(diǎn),為模具設(shè)計(jì)和制造提供依據(jù).
2.3.1 壁厚
各種塑件,不論是結(jié)構(gòu)件還是板壁,根據(jù)使用要求具有一定的厚度,以保證其力學(xué)強(qiáng)度.一般地說,在滿足力學(xué)性能的前提下厚度不宜過厚,不僅可以節(jié)
約原材料,降低生產(chǎn)成本,而且使塑件在模具內(nèi)冷卻或固化時(shí)間縮短,提高
生產(chǎn)率;其次可避免因過厚產(chǎn)生的凹陷,縮孔,夾心等質(zhì)量上的缺陷.以下是PS的壁厚推薦值:
最小壁厚0.75 mm 小型件壁厚1.25mm 中型件壁厚1.6 mm 大型件壁厚3.2~5.4mm
2.3.2 脫模斜度
由于塑件成型時(shí)冷卻過程中產(chǎn)生收縮,使其緊箍
在凸?；蛐托旧?為了便于脫模,防止因脫模力過
大而拉壞塑件或使其表面受損,與脫模方向平行的塑件
內(nèi),外表面都應(yīng)具有合理的斜度.以下是PS的脫模斜度推薦值:
制件外表面 35′~1.35° 制件內(nèi)表面30′~1°
塑件內(nèi)表面在造型時(shí)就有弧度,如果要有
脫模斜度就是在凹槽和鎖位處,這不僅對(duì)脫模有好處，而且可以更好的鎖緊。
2.3.3 圓角
塑件上各處的輪廓過度和壁厚連接處，一般采用圓角連接，有特殊要求時(shí)才采用尖角結(jié)構(gòu)。尖角容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，在受力或受沖擊載荷時(shí)會(huì)發(fā)生破裂。圓角不僅有利于物料充模，同時(shí)也有利于融料在模具型腔內(nèi)的流動(dòng)和塑件的脫模。圓角的取值與應(yīng)力集中的關(guān)系遵循R/T函數(shù)關(guān)系，當(dāng)R/T=0.6以后應(yīng)力集中變的緩和，該塑件大部分的圓角取R1，較大值取到R3。加強(qiáng)肋的圓角半徑值關(guān)系如表2-3所示。
表2-3 肋的圓角半徑值關(guān)系表
肋的高度/mm
6.5
6.5~13
13~19
＞19
圓角半徑 /mm
0.8~1.5
1.5~3.0
2.5~5.0
3~6.5
塑件上其它的特征還有如孔等，各個(gè)特征都有其設(shè)計(jì)原則和特殊功能，因?yàn)樵撍芗]有涉及，所以就不一一介紹
2.4 塑件工藝性分析
2.4.1使用性能、制件技術(shù)要求和生產(chǎn)要求
該塑件為蓋狀，可用于防塵。根據(jù)要求，采用小批量生產(chǎn)，采用注塑成型。
2.4.2了解塑件材料及性能
根據(jù)要求，材料采用PS（聚苯乙烯）塑料，PS質(zhì)硬而脆，制品易帶靜電，表面易吸塵埃。收縮率為5‰；溢邊值為0.04mm
物理性能
電絕緣性尤其高頻絕緣性優(yōu)良,無色透明,透光率僅次于有機(jī)玻璃.著色性,耐水性,化學(xué)穩(wěn)定性良好,強(qiáng)度一般.但質(zhì)脆,易產(chǎn)生應(yīng)力脆裂.不耐苯\汽油等溶劑,適合制作絕緣透明件.裝飾件以及化學(xué)儀器等零件
成型性能
①無定形料,吸濕小,不須充分干燥,不易分解.但熱膨脹系數(shù)大,易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,流動(dòng)性能好.可采用螺桿或柱塞式注射機(jī)成型.
②宜用高料溫,高模溫,低注射壓力延長(zhǎng)注射時(shí)間有利于降低內(nèi)應(yīng)力,防止縮孔變形
③可用各種形式澆口,澆口與塑件圓弧連接,以免去處澆口時(shí)損壞塑件,脫模斜度大,頂出均勻,塑件壁厚均勻,最好不帶鑲件,有鑲件要預(yù)熱.
2.4.3 塑件尺寸精度分析
查表（3—9）［1］
80+0.2，100+0.2， 均為SJ5級(jí)精度，80+0.16為SJ4級(jí)精度
87±0.44，16±0.2，33±0.26，15±0.2均為SJ6級(jí)精度，屬“低精度尺寸”
精度等級(jí)均不高。
其余的尺寸無特殊要求，其尺寸公差均按SJ6級(jí)精度查取
則有：420-0.56，1170-1.0，150-1.0，200+0.44，1150+1.0，380+0.52，140+0.36
2.4.4塑件表面質(zhì)量分析
①必須避免在塑件的分型面處出現(xiàn)毛邊；
②注意通孔處不出現(xiàn)銳邊；
2.4.5塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析
①根據(jù)塑件的尺寸要求，塑件有較好成型性能；
②塑件本身有一定斜度，利于脫模；
③從塑件結(jié)構(gòu)看，設(shè)置一個(gè)分型面。
第三章 注塑成型的準(zhǔn)備
3.1 注塑成型工藝簡(jiǎn)介
注塑成型是利用塑料的可擠壓性與可模塑性，首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注塑機(jī)的料斗送入高溫的機(jī)筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為粘流狀態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動(dòng)下，以很大的流速通過機(jī)筒前端的噴嘴注射進(jìn)入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過一段時(shí)間的保壓冷卻以后，開啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件。一般分為三個(gè)階段的工作。
圖3-1 注塑成型壓力—時(shí)間曲線
(1)物料準(zhǔn)備；成型前應(yīng)對(duì)物料的外觀色澤、顆粒情況，有無雜質(zhì)等進(jìn)行檢驗(yàn)，并測(cè)試其熱穩(wěn)定性，流動(dòng)性和收縮率等指標(biāo)。對(duì)于吸濕性強(qiáng)的塑料，應(yīng)根據(jù)注射成型工藝允許的含水量進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥，若有嵌件，還要知道嵌件的熱膨脹系數(shù)，對(duì)模具進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱，以避免收縮應(yīng)力和裂紋，有的塑料制品還需要選用脫模劑，以利于脫模。
(2)注塑過程；塑料在料筒內(nèi)經(jīng)過加熱達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，進(jìn)入模腔內(nèi)的流動(dòng)可分為注射，保壓，倒流和冷卻四個(gè)階段，注塑過程可以用如圖所示3.1所示。圖中T0代表螺桿或柱塞開始注射熔體的時(shí)刻；當(dāng)模腔充滿熔體（T=T1）時(shí)，熔體壓力迅速上升，達(dá)到最大值P0。從時(shí)間T1到T2，塑料仍處于螺桿（或柱塞）的壓力下，熔體會(huì)繼續(xù)流入模腔內(nèi)以彌補(bǔ)因冷卻收縮而產(chǎn)生的空隙。由于塑料仍在流動(dòng)，而溫度又在不斷下降，定向分子（分子鏈的一端在模腔壁固化，另一端沿流動(dòng)方向排列）容易被凝結(jié)，所以這一階段是大分子定向形成的主要階段。這一階段的時(shí)間越長(zhǎng)，分子定向的程度越高。從螺桿開始后退到結(jié)束（時(shí)間從T2到T3），由于模腔內(nèi)的壓力比流道內(nèi)高，會(huì)發(fā)生熔體倒流，從而使模腔內(nèi)的壓力迅速下降。倒流一直進(jìn)行到澆口處熔體凝結(jié)時(shí)為止。其中，塑料凝結(jié)時(shí)的壓力和溫度是決定塑料制件平均收縮率的重要因素。
(3)制件后處理；由于成型過程中塑料熔體在溫度和壓力下的變形流動(dòng)非常復(fù)雜，再加上流動(dòng)前塑化不均勻以及充模后冷卻速度不同，制件內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)不均勻的結(jié)晶、取向和收縮，導(dǎo)致制件內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)晶、取向和收縮應(yīng)力，脫模后除引起時(shí)效變形外，還會(huì)使制件的力學(xué)性能，光學(xué)性能及表觀質(zhì)量變壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)開裂。故有的塑件需要進(jìn)行后處理，常用的后處理方法有退火和調(diào)濕兩種。
退火是為了消除或降低制件成型后的殘余應(yīng)力，此外，退火還可以對(duì)制件進(jìn)行解除取向，并降低制件硬度和提高韌性，溫度一般在塑件使用溫度以上的10~20度至熱變形溫度以下10~20度之間；調(diào)濕處理是一種調(diào)整制件含水量的后處理工序，主要用于吸濕性很強(qiáng)、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.調(diào)濕處理所用的加熱介質(zhì)一般為沸水或醋酸鉀溶液（沸點(diǎn)為121℃，加熱溫度為100～121℃，保溫時(shí)間與制件厚度有關(guān)，通常取2～9小時(shí)。
3.2 注塑成型工藝條件
(1)溫度；注塑成型過程中需要控制的溫度有料筒溫度，噴嘴溫度和模具溫度等。噴嘴溫度通常略微低于料筒的最高溫度，以防止熔料在直通式噴嘴口發(fā)生“流涎現(xiàn)象”；模具溫度一般通過冷卻系統(tǒng)來控制；為了保證制件有較高的形狀和尺寸精度，應(yīng)避免制件脫模后發(fā)生較大的翹曲變形，模具溫度必須低于塑料的熱變形溫度。PS料與溫度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3-1所示。
表3-1 溫度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)
料筒溫度 /℃
噴嘴溫度/℃
模具溫度/℃
熱變形溫度 /℃
后段
中段
前段
1.82MPA
0.45MPA
150~210
170~230
190~250
240~250
5~75
65~96
——
(2)壓力；注射成型過程中的壓力包括注射壓力，保壓力和背壓力。注射壓力用以克服熔體從料筒向型腔流動(dòng)的阻力，提供充模速度及對(duì)熔料進(jìn)行壓實(shí)等。保壓力的大小取決于模具對(duì)熔體的靜水壓力，與制件的形狀，壁厚及材料有關(guān)。對(duì)于像PS流動(dòng)性好的料，保壓力應(yīng)該小些，以避免產(chǎn)生飛邊，保壓力可取略低于注射壓力。背壓力是指注塑機(jī)螺桿頂部的熔體在螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)后退時(shí)所受到的壓力，背壓力除了可驅(qū)除物料中的空氣，提高熔體密實(shí)程度之外，還可以使熔體內(nèi)壓力增大，螺桿后退速度減小，塑化時(shí)的剪切作用增強(qiáng)，摩擦熱量增大，塑化效果提高，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，背壓的使用范圍約為3.4~27.5MPA。
(3)時(shí)間；完成一次注塑成型過程所需要的時(shí)間稱為成型周期。包括注射時(shí)間，保壓時(shí)間，冷卻時(shí)間，其他時(shí)間（開模，脫模，涂脫磨劑，安放嵌件和閉模等），在保證塑件質(zhì)量的前提下盡量減小成型周期的各段時(shí)間，以提高生產(chǎn)率，其中，最重要的是注射時(shí)間和冷卻時(shí)間，在實(shí)際生產(chǎn)中注射時(shí)間一般為3~5秒，保壓時(shí)間一般為20~120秒，冷卻時(shí)間一般為30~120秒（這三個(gè)時(shí)間都是根據(jù)塑件的質(zhì)量來決定的，質(zhì)量越大則相應(yīng)的時(shí)間越長(zhǎng)）。確定成型周期的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值如表3-2所示。
表3-2 成型周期與壁厚關(guān)系
制件壁厚 /mm
成型周期 / s
制件壁厚 / mm
成型周期 / s
0.5
10
2.5
35
1.0
15
3.0
45
1.5
22
3.5
65
2.0
28
4.0
85
經(jīng)過上面的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和推薦值，可以初步確定成型工藝參數(shù)，因?yàn)楦鱾€(gè)推薦值有差別，而且有的與實(shí)際注塑成型時(shí)的參數(shù)設(shè)置也不一致，結(jié)合兩者的合理因素，初定制品成型工藝參數(shù)如表3-3所示。
表3-3 制品成型工藝參數(shù)初步確定
特性
內(nèi)容
特性
內(nèi)容
注塑機(jī)類型
螺桿式
螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）
48
噴嘴形式
直通式
模具溫度
50
噴嘴溫度(℃)
230
后段溫度(℃)
150~210
中段溫度(℃)
170~230
前段溫度(℃)
190~250
注射壓力MPa
90
保壓力MPa
80
注射時(shí)間s
1.5
保壓時(shí)間 s
5
冷卻時(shí)間s
20
其他時(shí)間s
3
成型周期s
30
成型收縮(%)
0.6
干燥溫度(℃)
60~80
干燥時(shí)間(℃)
1~3
后處理溫度70℃，保溫時(shí)間2小時(shí)。
3.3注塑機(jī)的選擇
3.3.1 注塑機(jī)簡(jiǎn)介
1956年制造出世界上第一臺(tái)往復(fù)螺桿式注塑機(jī),這是注塑成型工藝技術(shù)的一大突破,目前注塑機(jī)加工的塑料量是塑料產(chǎn)量的30%;注塑機(jī)的產(chǎn)量占整個(gè)塑料機(jī)械產(chǎn)量的50%.成為塑料成型設(shè)備制造業(yè)中增長(zhǎng)最快,產(chǎn)量最多的機(jī)種之一.
注塑機(jī)的分類方式很多,目前尚未形成完全統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的分類方法.常用的說法有:
① 按設(shè)備外形特征分類:臥式,立式,直角式,多工位注塑機(jī)；
② 按加工能力分類:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑機(jī)。
此外還有按用途分類和按合模裝置的特征分類,但日常生活中用的較少。
3.3.2 注塑機(jī)基本參數(shù)
注塑機(jī)的主要參數(shù)有公稱注射量,注射壓力,注射速度,塑化能力,鎖模力,合模裝置的基本尺寸,開合模速度,空循環(huán)時(shí)間等.這些參數(shù)是設(shè)計(jì),制造,購(gòu)買和使用注塑機(jī)的主要依據(jù).
① 公稱注塑量；指在對(duì)空注射的情況下,注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時(shí),注射裝置所能達(dá)到的最大注射量,反映了注塑機(jī)的加工能力.
② 注射壓力；為了克服熔料流經(jīng)噴嘴,澆道和型腔時(shí)的流動(dòng)阻力,螺桿(或柱塞)對(duì)熔料必須施加足夠的壓力,我們將這種壓力稱為注射壓力.
③ 注射速率；為了使熔料及時(shí)充滿型腔,除了必須有足夠的注射壓力外,熔料還必須有一定的流動(dòng)速率,描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時(shí)間或注射速度.
常用的注射速率如表3-4所示。
表3-4 注射量與注射時(shí)間的關(guān)系
注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000
注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000
注射時(shí)間/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5
④ 塑化能力；單位時(shí)間內(nèi)所能塑化的物料量.塑化能力應(yīng)與注塑機(jī)的整個(gè)成型周期配合協(xié)調(diào),若塑化能力高而機(jī)器的空循環(huán)時(shí)間長(zhǎng),則不能發(fā)揮塑化裝置的能力,反之則會(huì)加長(zhǎng)成型周期.
⑤ 鎖模力；注塑機(jī)的合模機(jī)構(gòu)對(duì)模具所能施加的最大夾緊力,在此力的作用下模具不應(yīng)被熔融的塑料所頂開.
⑥ 合模裝置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉桿空間,模板間最大開距,動(dòng)模板的行程,模具最大厚度與最小厚度等.這些參數(shù)規(guī)定了機(jī)器加工制件所使用的模具尺寸范圍.
⑦ 開合模速度；為使模具閉合時(shí)平穩(wěn),以及開模,推出制件時(shí)不使塑料制件損壞,要求模板在整個(gè)行程中的速度要合理,即合模時(shí)從快到慢,開模時(shí)由慢到快在到停.
⑧ 空循環(huán)時(shí)間；在沒有塑化,注射保壓,冷卻,取出制件等動(dòng)作的情況下,完成一次循環(huán)所需的時(shí)間.
3.3.3選擇注塑機(jī)
① 由公稱注射量選定注射機(jī)
由注射量選定注射機(jī).由PRO/E建模分析得（材料密度取ρ=1.054g/cm3）:
總體積V=15.18cm3；
總質(zhì)量M=20.55g；
流道凝料V’=0.5V (流道凝料的體積(質(zhì)量)是個(gè)未知數(shù),根據(jù)手冊(cè)取0.5V(0.5M)來估算,塑件越大則比例可以取的越小)；
實(shí)際注射量為:V實(shí)=15.18×1.5=22.77 cm3；
實(shí)際注射質(zhì)量為M實(shí)=1.5M=20.55×1.5=30.83g；
根據(jù)實(shí)際注射量應(yīng)小于0.8倍公稱注射量原則, 即：
0.8V公≧ V實(shí) (3—1)
V公= V實(shí)/0.8=22.77÷0.8=28.46 cm3
② 一次成型的塑料重量（塑件與流道凝料之和）應(yīng)在注塑機(jī)理論注射量的10%-80%之間；既能保證制品質(zhì)量，又可充分發(fā)揮設(shè)備的能力，則選50%-80%為最佳。
③ 塑件的形狀較復(fù)雜，壁厚不均，也無特別高的精度要求，但是塑件的材料為PS，粘度為中等，一般選用的壓力為100-140Mpa，
查3.1[2]，PS的注射壓力在60-100Mpa，塑件的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，取P=80Mpa
① 塑件的投影面積計(jì)算 A=117X42-20X14-5X3.14X4X4X2=41.32 cm2
② 型腔的壓力計(jì)算P腔=2/3×P=53.3Mpa
③ 鎖模力的計(jì)算F=AP腔 =41.32X53.3=22X104N
根據(jù)計(jì)算，查表4.2 [2] 初選柱塞式注射機(jī) ：XS-Z-60
3.4注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核和最終選擇
(1) 模具閉合高度的校核
安裝模具的高度應(yīng)滿足： Hmin＜H＜Hmax
設(shè)計(jì)模具高度為H總=237mm
由于XS-Z-60型注射機(jī)所允許模具的最小厚度為Hmin70mm，最大厚度為Hmax200mm,所以，模具閉合高度不能滿足安裝要求。
改選XS-ZY-125型，最大裝模高度Hmax=300mm，最小裝模高度Hmin=200mm
H總=237mm介于二者之間，滿足模具厚度安裝要求
(2) 注塑機(jī)的有關(guān)參數(shù)
表3-5 XY-ZY-125型注塑機(jī)的主要參數(shù)
注塑機(jī)型號(hào)
XS-ZY-125
額定注射量
125cm3
螺桿（柱塞）直徑
42mm
注射壓力
120Mpa
注射行程
115mm
注射方式
螺桿式
鎖模力
900KN
最大成型面積
320cm2
最大開合模行程
300mm
模具最大厚度
300mm
模具最小厚度
200mm
噴嘴圓弧半徑
R12mm
噴嘴孔直徑
Φ4 mm
頂出形式
兩側(cè)設(shè)有頂桿，機(jī)械頂出
動(dòng)、定模固定板尺寸
428X458mm
拉桿空間
260X290mm
合模方式
液壓、機(jī)械
液壓泵
流量
100、12L/min
壓力
6.5Mpa
電動(dòng)機(jī)功率
11KW
加熱功率
5 KW
機(jī)器外形尺寸
3340X750X1550mm
3.5模具開模行程校核
模具開模行程應(yīng)滿足：Sm
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