活動(dòng)圈注塑成型工藝及模具設(shè)計(jì),活動(dòng),流動(dòng),注塑,成型,工藝,模具設(shè)計(jì)
附件1：外文資料翻譯譯文
基于知識與事例的注塑模具分型面設(shè)計(jì)技術(shù)
摘要:在全面地分析了分型面自動(dòng)生成技術(shù)的基礎(chǔ)上，分型面設(shè)計(jì)提出了基于知識與事例推理的分型面設(shè)計(jì)方法，并給出了基于事例推理的分型面設(shè)計(jì)過程。一個(gè)事例庫包含有分型面信息并構(gòu)建了主型狀特征，分型面自動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)合了正向推理方法和相似求解方法。標(biāo)準(zhǔn)知識庫也是建立了包括知識，規(guī)則和經(jīng)驗(yàn)的分型面設(shè)計(jì)。實(shí)例驗(yàn)證了該方法的有效性，提高了模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率
關(guān)鍵詞：注射模 分型面設(shè)計(jì) 基于事例推理 相似求解
0 引言
作為注射模設(shè)計(jì)的重要階段之一，分型面的選擇會直接影響注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模具制作成本，分型面的加工，以及最后加工塑件的質(zhì)量。因此合理的選擇分型面是注射模設(shè)計(jì)成功和了解注射模分模設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的先決條件。在最近的幾年，分型面和注射模具自動(dòng)加工是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。在全球有許多研究人員做了大量的課題研究工作。但是那些先前的工作只是研究幾何型狀和分型面位置的關(guān)系,圍繞著在構(gòu)建數(shù)字模型的基礎(chǔ)上實(shí)質(zhì)分析塑料件的形狀。由于多樣性和塑件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在實(shí)際應(yīng)用中那些方法有一些缺點(diǎn)。
隨著大量的有經(jīng)驗(yàn)和有理論的模具設(shè)計(jì)，分型面設(shè)計(jì)方法中提出了基于模具知識和事例推理并呈現(xiàn)出計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程與模具設(shè)計(jì)相結(jié)合的模具自動(dòng)成型方法。
知識與事例推理就是指應(yīng)用相似判斷和推理處理一個(gè)新的設(shè)計(jì)并構(gòu)建知識庫和事例庫以及基于各自知識與原則。分型面設(shè)計(jì)是成功設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)也是模具成功設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，而新的設(shè)計(jì)不只是適合模具分型面設(shè)計(jì)原則也同樣包括了以前設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)。因此這個(gè)方法更方便、便快，相比與推理來解決分型面設(shè)計(jì)以及構(gòu)建數(shù)字模型更有效。對于許多種類分型面設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來說簡要設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)會更容易通過事例表示。因此知識和事例推理分型面的設(shè)計(jì)方法是非常適合工程師的流行想法和習(xí)慣。
1 基于知識與事例的分型面設(shè)計(jì)構(gòu)架
知識與事例的分型面設(shè)計(jì)的一般方式是找一個(gè)合理的表面設(shè)計(jì)和幾何學(xué)特征。模具主形狀特征就是庫的索引，隨后在事例庫中尋找事例相似的主形狀特征，分型面就能通過相似判斷和推論策略來產(chǎn)生。同時(shí)，相關(guān)的知識和分型面設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)就能總結(jié)到知識庫中。被設(shè)計(jì)者作為分型面設(shè)計(jì)的輔助信息查詢和參考。事例構(gòu)成的推理設(shè)計(jì)方法是對分型面設(shè)計(jì)者理性選擇的指導(dǎo)。
知識與事例的模具分型面設(shè)計(jì)主要由以下各項(xiàng)：①構(gòu)建知識庫，針對注射模設(shè)計(jì)，一個(gè)分型面設(shè)計(jì)規(guī)則知識庫貫穿、整合了分型面設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)的相關(guān)知識與設(shè)計(jì)規(guī)則。②構(gòu)建分型面位置事例庫。一個(gè)分型面位置事例庫是由事例描述和事例庫基于各種模型和先前的成功設(shè)計(jì)事例組成。描述分型面位置的關(guān)鍵是事例模具和主要模型特征組織并通過不同的模型來決定分型面位置。因?yàn)榉中兔娴奈恢弥饕Q于主形狀特征，所以事例庫機(jī)構(gòu)應(yīng)該適合于在設(shè)過程中的查詢。③判定模具主形狀特征。最初部分的形特征應(yīng)該是在分型面位置決定前識別。因此，主特征索引需要找到針對的模具構(gòu)造類型。因此模型部分和模具分型面之間的無縫連結(jié)就能被了解。④系統(tǒng)推論和搜索模型。從分型面位置事例中搜索和匹配相似形狀特征是分型面位置事例搜索過程的主要過程。因此構(gòu)建形狀特征索引模型的核心是準(zhǔn)確認(rèn)識事例推論和快速查詢。⑤自動(dòng)生成分型面。在履行的設(shè)計(jì)進(jìn)程和調(diào)整后，選擇相似的形狀特征模型來決定分型面位置，需要的模具分型面就能自動(dòng)生成了。⑥存儲的事例。豐富的分型面位置事例庫是提高分型面設(shè)計(jì)和推理效果的重要基礎(chǔ)。系統(tǒng)提供系統(tǒng)存儲器和選擇基于分類事例特征的每一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)的最終結(jié)果。
知識與事例的注塑模具分型面設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示
圖1 基于知識與事例的分型面設(shè)計(jì)流程
2 建立知識庫和事例庫
知識庫是重要的資源它能幫助設(shè)計(jì)者選擇分型面位置。知識庫的構(gòu)成和描述應(yīng)該適合實(shí)際模具設(shè)過程并易于設(shè)計(jì)者查詢和參考。因此，通常人們用的分型面設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的知識和原則被總結(jié)并整合。分型面設(shè)計(jì)被確定和被簡單識別。所有的規(guī)則在庫中被數(shù)字和文字描述和表達(dá)，同時(shí)給出了“推薦”和“不推薦”的數(shù)字組成的設(shè)計(jì)方法，使設(shè)計(jì)者能基于實(shí)際設(shè)計(jì)事例作出合理的選擇。
圖2所示了系統(tǒng)通過設(shè)計(jì)規(guī)則選擇分型面的位置。分型面設(shè)計(jì)主要取決于模型主形狀特征和確認(rèn)導(dǎo)入事例搜索的形狀特征。這種關(guān)系結(jié)構(gòu)的事例庫會按照形狀特征和特征樹來確定構(gòu)建的模型，并被分類儲存。通過不同性質(zhì)部分的形狀特征來進(jìn)行分類，部分模型的共有因素就當(dāng)作父節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)能繼承父節(jié)點(diǎn)的所有屬性，并比父節(jié)點(diǎn)多一個(gè)特征。至于單個(gè)事例的關(guān)系會通過一層一層被傳遞。特征屬性的數(shù)目就會不斷增加，特征屬性就會越來越具體和接近實(shí)例，它們之間的關(guān)系也越來越來復(fù)雜。這種分類方法能有助于通過形狀特征尋找事例庫索引和解決復(fù)雜模型問題。
圖2 知識庫分型面設(shè)計(jì)實(shí)例
3 事例描述和查詢
3.1 事例描述
事例庫描述是知識庫運(yùn)行的基礎(chǔ)，它要能描述一個(gè)存在的成功設(shè)計(jì)事例并作為數(shù)據(jù)信息才能被計(jì)算機(jī)識別和處理。內(nèi)容和描述的方法會對處理相似問題的質(zhì)量和效率產(chǎn)生影響。
事例描述可以用部分模型事例表示=分類數(shù)據(jù)+分型面位置。索引信息的形狀特征的一部分，即部分形狀特征是索引能查詢到的相似事例的主形狀特征。分型面位置也是來自這個(gè)事例，因此在分型面位置庫中有一些典型形狀的部分和對應(yīng)分型面位置的部分。公式描述是
事例F,S=事例(F1,F2,?Fn,S1,S2,?Sn)
當(dāng)F=(F1,F2,?Fn),Fj是子形狀特征節(jié)點(diǎn)的注射模事例，i=1,2?,n,n是事例庫的編號，S=(S1,S2,?Sn),Sj是解決方案，也就是分型面位置，j=1,2?,m,其中m是可用的分型面位置事例模型。
分類事例庫如圖3所示，成型加工的形狀描述在事例中按照數(shù)字排列，而下一層包含比上一層多一個(gè)的形狀特征。它繼承和發(fā)展了基于上一層的事例模型信息。圖4給出了復(fù)雜事例的解決方案，這方案是通過調(diào)用部分模型的樣板程序，如此來查找形狀特征事例的索引。
圖3 分型面位置事例庫組織構(gòu)造
圖4 復(fù)雜事例的組織構(gòu)造
3.2 基于乘法規(guī)則的分類查找
事例查找是推論機(jī)制的重要組成，查找的實(shí)質(zhì)是尋找相匹配的程序，因此構(gòu)建推論機(jī)制程序也是構(gòu)建查找策略和相似匹配程序。策略對推論效果和結(jié)論都有好的作用。查詢的目的是找到塑件模具相似主形狀特征的分型面位置事例。因此這種方法的目的是在基于乘法規(guī)則的組織下構(gòu)造事例。分類查找意味著通過查詢程序在事例庫中從頭至尾的尋找，但是那個(gè)分支可以找下去需要根據(jù)乘法規(guī)則來判斷了。
圖5展示了一個(gè)孔特征模型的分階段類型，它可以看作是減法布爾類型通過兩層軸特征和一個(gè)內(nèi)圓的輔助特征相減而成。推論查詢過程是：第一，先行判斷，如果特征1是軸類型，然后軸特征就獲得為事例1；接著進(jìn)行二次判斷，如果特征2還是軸特征類型則完成布爾判斷并減去事例2，中心線位置與先前的位置相同，這樣關(guān)于孔特征的軸類型事例就獲得了。
圖5 建立在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)上的初步推理
應(yīng)用這個(gè)推論方法能獲得高效率，因?yàn)檠刂粭l分支查詢不需要訪問所有的數(shù)據(jù)。如果推論規(guī)則和事例都是成熟的，那么某些模型的相似形狀特征是能在基于乘法規(guī)則下很快的通過分類查找的方法找到的。此外，在基于事例的分型面自動(dòng)設(shè)計(jì)過程中，事例不需要完全與模型相同。只需要主形狀特征相似并且分型面位置相對于這兩個(gè)模型的主形狀特征相似就可以。在這也提出了相似模型分型面的自動(dòng)設(shè)計(jì)。
4 相似模型分型面解決方案
一個(gè)事例的分型面相對于主特征有特別的位置關(guān)系，而這些關(guān)系總是表現(xiàn)在一個(gè)特定的表面上，一個(gè)特定的斷面或經(jīng)過某一個(gè)點(diǎn)以及某個(gè)特征等。這些位置關(guān)系就是2D矢量，也就是
P=X(p,n)
其中 P-特殊位置關(guān)系
X-矢量
p-分型面特征點(diǎn)
n-分型面法向矢量
換句話說，分型面特征由一個(gè)法向矢量n和一個(gè)特殊的點(diǎn)p構(gòu)成。對于每個(gè)分型南事例模型，矢量X是不變化的。至于面與相似的事例模型有關(guān)，如果分型面在最上面，那么點(diǎn)P是分型面的中心點(diǎn)，n是法向矢量。
首先，找到相對于事例模型的關(guān)系點(diǎn)P的位置，然后替換角色模型的位置關(guān)系并確定分型面的位置，解決過程可以用以下式子表示
其中 Sp-表面
Cm-事例模型
Pm-角色模型
fi,fj-Sp,Cm的定位特征
左邊的項(xiàng)目是分型面相對于事例模型的特別位置，并且對目標(biāo)模型有某種聯(lián)系。依據(jù)目標(biāo)模型形成分型面結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，分型面的設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)方面
（1） 分型面是平面。對于這部分的主要特征是平面，有一個(gè)可以直接找到的p點(diǎn)和矢量n。用矢量式表示為X(p,n)，目標(biāo)模型的分型面位置就可以確定了。如圖6所示。依據(jù)事例庫選擇上表面作為分型面。因此點(diǎn)p就是目標(biāo)模型立方體上表面的中心點(diǎn)，當(dāng)n為該表面的法向矢量且這兩個(gè)值能在特征庫中被找到，因此分型面位
置能輕松解決了。
圖6 平面分型面
（2） 梯狀分型面。梯狀分型面特征普遍用在部分模具上，如圖7所示最先要做的是找到矢量X1,X2,...,X5的每一個(gè)梯面，然后梯分型面就通過那些矢量約束的綜
圖7 梯形分型面
合作用得到。
曲面分型面。當(dāng)分型面是曲面時(shí)解決程序是很復(fù)雜的，如圖8所示的部分就是一個(gè)例子，它的主要特征參數(shù)，比如說半圓弧、中心線和它的分布位置，應(yīng)該依照曲面來尋找。然后解決模型的構(gòu)成，再輸入特征參數(shù)到要解決的模型替換后，分面線就會產(chǎn)生，分型面也會獲得。如果分型面是自由形態(tài)的表面，那么
圖8 曲形分型面
目標(biāo)模型會更加復(fù)雜。
（3） 復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模具部分。更多復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模具只是一種相似事例但不存在分型面位置事例庫中，事例模具由推論程序產(chǎn)生也存在著重大的不同。這種事例模具只能解決一部分復(fù)雜結(jié)構(gòu)，但是分模線的位置可能是相似的。
以9所示的圖為例子來說，它包含了幾部分的結(jié)構(gòu)因素，在這沒有相似的事例庫，但是它的分型面還是可以通過運(yùn)用圖6的流程，而且它的上表面可能作為分型面因?yàn)樗鼈兊姆中兔嫖恢檬窍嗨频?。如果像這樣類似的方法解決不了了，那么通過人機(jī)交互來決定分型面的結(jié)果是否要儲存，如此分型面位置事例庫的事例就會不斷增加。
圖9 復(fù)雜部分分型面
5 設(shè)計(jì)舉例
我們的運(yùn)算法則已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)非常好用的工具包并可為Visual C++ AutoCAD 2000 ObjectARX服務(wù)。圖示7是一個(gè)測試模型，其結(jié)果是分型面的輪廓。它是一種典型的梯分型面。在分型面選擇的過程中，知識庫，事例庫，正向推理策略被運(yùn)用。相似求解方法和布爾數(shù)學(xué)方法在子分型面中應(yīng)用在最后的分型面上。圖10是2D局部模型分型面的例證。
圖10 檢驗(yàn)?zāi)＞叻中兔孢x擇
6 結(jié)論
基于知識與事例的注塑模具分型面設(shè)計(jì)的前提是有相似于最先部分索引的形狀特征，并由其決定模具分型面位置的相似解決方法。這種方法在基于豐富知識與事例上會有較高的設(shè)計(jì)效率和可靠性，它也有以下幾項(xiàng)特性
（1） 分型面位置分類事例庫構(gòu)建在大量特征事例的基礎(chǔ)上，它使查詢變得更加方便。
（2） 形狀特征索引，分類查詢是基于乘法規(guī)則的查詢方法。它能高效率和快速推斷出事例模具的那些主形狀特征與模件相似。
（3） 在事例模具與目標(biāo)模具間用相似的形狀特征。類似模具的分型面解決方案就會找到，它能快速準(zhǔn)確的決定分型面的位置。結(jié)果，模具的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率得到提高。
附件2：外文原文（復(fù)印件）
（2010 屆）
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料
題 目 名 稱：
活動(dòng)圈注塑模具成型工藝及模具設(shè)計(jì)
學(xué) 院（部）：
專 業(yè)：
學(xué) 生 姓 名：
班 級：
學(xué)號
指導(dǎo)教師姓名：
職稱
職稱
最終評定成績：
湖南工業(yè)大學(xué)教務(wù)處
2010 屆
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料
第一部分 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
（2010 屆）
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目 名 稱：活動(dòng)圈注塑模具成型工藝及模具設(shè)計(jì)
學(xué) 院（部）：
專 業(yè)：
學(xué) 生 姓 名：
班 級：
學(xué)號
指導(dǎo)教師姓名：
職稱
職稱
最終評定成績
(注：1.畢業(yè)設(shè)計(jì)論文正文不少于10000字 2.圖紙量要求：做工藝、設(shè)計(jì)類課題不少于3張A0，實(shí)驗(yàn)、控制類可參考 ) 2014 年 05 月
湖南工業(yè)大學(xué)
本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
誠信聲明
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），題目《活動(dòng)圈注塑模具成型工藝及模具設(shè)計(jì)》是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果。對本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文章以明確方式注明。除此之外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。本人完全意識到本聲明應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。
作者簽名：
日期： 年 月 日
摘 要
隨著各種性能優(yōu)越的工程塑料的不斷開發(fā)，工業(yè)、民業(yè)的各種塑料制品需要的不斷增長，注塑工藝越來越多地用于制造領(lǐng)域成形各種性能要求的制品。而注塑模具的設(shè)計(jì)質(zhì)量、注塑機(jī)應(yīng)用等直接影響成形制品的生產(chǎn)效率、質(zhì)量及成本。一副好的注射模具可成型上百萬次，由于其壽命的延長，從另一方面降低了塑件的成型成本，并且好的模具由于更換，檢修少，從而提高了其生產(chǎn)效率。為了滿足日益發(fā)展的工業(yè)的要求和民需生活品的需要，我們應(yīng)不斷的研究開發(fā)，設(shè)計(jì)出能提高注射模性能的注射模，以滿足各行各業(yè)的需要。
在本設(shè)計(jì)中，通過運(yùn)用CAD對活動(dòng)圈進(jìn)行一模二穴的設(shè)計(jì)開發(fā)，其中包括凸、凹模的設(shè)計(jì)、推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、注射機(jī)的選擇與校核、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、模架的選擇等各項(xiàng)工作。在本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在成型零部件即凸、凹模的設(shè)計(jì)和澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其中澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一副模具的設(shè)計(jì)靈魂，澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接影響著塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率[1]。因此，對澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是注射模具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)工作。而與此同時(shí)，模具的溫度對塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率也著直接的影響，模具溫度的控制直接影響著模具的凝固時(shí)間和收縮內(nèi)應(yīng)力，從而影響模具的成型周期長短和塑件質(zhì)量好壞，及其表面粗糙度等。在本設(shè)計(jì)中著重設(shè)計(jì)了凸、凹模尺寸、澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的尺寸及其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通過本次設(shè)計(jì)，我們首先學(xué)習(xí)了解了我國塑料模具的現(xiàn)狀和發(fā)展?fàn)顩r、注射模的基本結(jié)構(gòu)和注射模成型工藝過程以及模具設(shè)計(jì)的基本原理。
關(guān)鍵詞：活動(dòng)圈；注射模；設(shè)計(jì)；POM
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湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
ABSTRACT
With the superior performance of the continuous development of engineering plastics, industry, public sector, the needs of a variety of plastic products is growing, injection technology increasingly used in the manufacture of various performance requirements of forming the products. The quality of injection mold design, injection molding machine aPOMlications products, forming a direct impact on productivity, quality and cost. Mold can be a good injection molding millions of times, because of their longer life expectancy, on the other hand reduces the cost of plastic parts molding and die as a result of a good replacement, less maintenance, thereby increasing their production efficiency. In order to meet the growing industry demands and the people need to live goods, we should continue research and development designed to enhance the performance of injection mold injection mold in order to meet the needs of all walks of life.
In this design, through the use of CAD base on the remote control to carry out a second cave-mode design and development, including convex and concave mold design, the introduction of body design, the choice of injection machine and check, gating system design, cooling system design, selection of moldbase work. In this design, is designed to focus on parts and components in the molding that is convex and concave mold design and casting systems, cooling system design. One of gating system and cooling system design is the soul of a mold design, gating system design of a direct impact on the molding plastic parts quality and production efficiency. Therefore, the gating system design is the focus of injection mold design work. During the design focused on the design of the convex and concave mold size, gating system and cooling system size and its system architecture. Through this design, we first learn to understand the plastic mold of our current situation and development situation, the basic structure of injection mold and injection-casting process, as well as the basic principles of mold design.
Keywords: remote base, injection mold, design, POM
湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT 2
目 錄 III
第1章 緒 論 1
1.1蓬勃發(fā)展的模具工業(yè) 1
1.2塑料模具工業(yè)的現(xiàn)狀和技術(shù)的主要發(fā)展方向 1
第2章 活動(dòng)圈塑料模工藝設(shè)計(jì) 3
2.1活動(dòng)圈塑件的工藝分析 3
2.1.1塑料材料的性能及基本成型工藝參數(shù) 3
2.1.2活動(dòng)圈塑料的選材 4
2.1.3 POM材料成型特性 4
2.2注射成型基本過程 5
2.3活動(dòng)圈的設(shè)計(jì)件 7
第3章 注射機(jī)的選擇和校核 8
3.1注射機(jī)規(guī)格的選擇 8
3.2注射機(jī)的校核 8
3.2.1注射機(jī)注射容量的校核 8
3.2.2注射機(jī)注射壓力的校核 9
3.2.3注射機(jī)鎖模力的校核 9
3.2.4注射機(jī)模具厚度校核注射機(jī)模具厚度校核 9
3.2.5注射機(jī)最大開模行程校核 10
3.3確定型腔數(shù)目和分模面的選擇 10
3.3.1確定型腔數(shù)目 10
3.3.2分模面的選擇 10
第4章 澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12
4.1澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12
4.1.1主流道的設(shè)計(jì) 12
4.1.2分流道的設(shè)計(jì) 12
4.1.3澆口設(shè)計(jì) 13
4.1.4冷料穴和拉料桿設(shè)計(jì) 13
4.1.5澆注系統(tǒng)的平衡 14
4.2排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14
4.3冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14
4.3.1設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)的必要性 14
4.3.2冷卻系統(tǒng)尺寸計(jì)算 15
第5章 其他零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
5.1脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
5.1.1脫模機(jī)構(gòu)的分類 17
5.1.2脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 17
5.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
5.2.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 17
5.2.2導(dǎo)柱的外形尺寸計(jì)算 18
5.2.3導(dǎo)向孔的設(shè)計(jì) 18
5.2.4導(dǎo)柱的數(shù)量和布置 18
5.3定位圈 19
5.3.1定位圈的定義 19
5.3.2導(dǎo)柱的數(shù)量和布置 19
5.4主流道襯套 19
5.5其他結(jié)構(gòu)零件設(shè)計(jì) 19
第6章 繪制模具圖 21
6.1 PRO/E創(chuàng)建模具 21
6.2 繪制總裝配結(jié)構(gòu)圖和部分零件圖 21
結(jié) 論 23
參考文獻(xiàn) 24
致 謝 25
湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第1章 緒 論
1.1蓬勃發(fā)展的模具工業(yè)
從20世紀(jì)80年代初開始，發(fā)達(dá)工業(yè)國家的模具工業(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。在隨后隨著模具技術(shù)的不斷發(fā)展，模具工業(yè)也被廣泛的被投用于汽車、電子、電器、航空、儀表、輕工、塑料以及日用品等工業(yè)部門中。在發(fā)達(dá)國家人們認(rèn)為，沒有模具，就沒有高質(zhì)量的產(chǎn)品。并且模具享有“發(fā)展工業(yè)的一把鑰匙”；“一個(gè)企業(yè)的心臟”；“富裕社會的一種動(dòng)力”等之美譽(yù)。改革開放以來，我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以15%的增長速度快速發(fā)展。模具企業(yè)也如雨后春筍，迅速萌生，蓬勃發(fā)展。
隨著模具工業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，我國的模具技術(shù)水平也有較大的提高已能制造體現(xiàn)現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)制造水平的大型、負(fù)責(zé)、精密的模具，部分模具達(dá)到了國際先進(jìn)水平。雖然我國模具工業(yè)有了長足的進(jìn)步，部分模具已經(jīng)到達(dá)了國際先進(jìn)水平，但是無論是數(shù)量上還是在質(zhì)量上仍滿足不了國內(nèi)市場的需要，每年仍需進(jìn)口10多億美元的大型、精密、復(fù)雜模具。為了縮小與發(fā)達(dá)國家的模具行業(yè)的差距，我國的模具正積極的向著開發(fā)大型、精密、復(fù)雜模具；加強(qiáng)模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用；推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)等幾方面進(jìn)行大力發(fā)展。
1.2塑料模具工業(yè)的現(xiàn)狀和技術(shù)的主要發(fā)展方向
（1）現(xiàn)狀
近年來國外塑料模的發(fā)展速度也迅速增長，在諸多國家中（日本、德國、瑞士等）其塑料模工業(yè)的發(fā)展都高于了沖壓模，塑料模生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)經(jīng)額占據(jù)了整個(gè)模具產(chǎn)業(yè)的1/2。國外大量生產(chǎn)的塑料模主要采用多腔模、多層模和多層多腔、多工位多腔等類型模具，多層模已發(fā)展到64×64腔，還研制了多層模專用的注射成形機(jī)，各試飲料塑料瓶、杯子幾鞋模多采用多工位多腔模，飲料瓶模多達(dá)32腔。日本和歐美一些國家用鋁材制作注塑模，由于鋁導(dǎo)熱性比鋼好，是鋼的三倍，注射周期可縮短25~30%，并且模具重量也大為減輕。
塑料模具的發(fā)展是隨著塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的,在我國,起步較晚,但發(fā)展很快,特別是最近幾年，無論在質(zhì)量、技術(shù)和制造能力上都有很大發(fā)展,取得了很大成績。我國在塑料模的發(fā)展中用30年的時(shí)間就走過了國外90年的發(fā)展歷程，現(xiàn)已具備相當(dāng)規(guī)模。在1987年我過塑料產(chǎn)量已達(dá)297萬噸，位居世界第5位。如今我國塑料產(chǎn)業(yè)已形成了相當(dāng)規(guī)模的完整體系，塑料模的設(shè)計(jì)技術(shù)、制造技術(shù)、CAD技術(shù)、CAPOM技術(shù)已有相應(yīng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)應(yīng)用。塑料的生產(chǎn)，成型加工，塑料機(jī)械設(shè)備。模具工業(yè)以及科研等，都已發(fā)展都了一定規(guī)模。
（2）發(fā)展趨勢
隨著人類社會的不斷進(jìn)步和高新技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對產(chǎn)品的要求越來越高，這就促使了我們必須大力研發(fā)模具設(shè)計(jì)技術(shù)。世界各國對塑料模設(shè)計(jì)技術(shù)也給予了高度的重視和關(guān)注并投入重金進(jìn)行研究和開發(fā)。在國際上塑料模具未來的發(fā)展主要向著以下幾方面進(jìn)行：
①在模具設(shè)計(jì)制造中全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)
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，CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向。
②注射模CAD的實(shí)用化
塑料模Mold——Flow或C——Flow軟件和塑料模Mold——Cool或C——Cool軟件已經(jīng)商品化，注射模CAD正向?qū)嵱没较蜻~進(jìn)。我國政府對注射模CAD實(shí)用化進(jìn)程也十分重視。專門組織了“八五”國家重點(diǎn)技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目“注射模CAD/CAM/CAE集成系統(tǒng)研究”。目前，美國PSP公司的IMES專家系統(tǒng)，能幫助模具設(shè)計(jì)人員用專家的知識解決注射模的問題。
③塑料模專用材料研究和開發(fā)
目前，塑料模鋼擁有的類型有：基本型、預(yù)硬化型、時(shí)效硬化型、熱處理硬化型、馬氏體時(shí)效鋼和粉末冶金模具鋼等鋼種。在“八五”期間，國家也組織了諸多鋼鐵廠單位大力研究和開發(fā)塑料模專用系列鋼，這將進(jìn)一步擴(kuò)大和完善塑料模鋼材。
④塑料模加工程控化
機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的密切結(jié)合，日益更多地采用數(shù)控?cái)?shù)顯、計(jì)算機(jī)程序控制的加工方法，實(shí)現(xiàn)高層次、多工位加工，使塑料模在質(zhì)量上、效率上產(chǎn)生一個(gè)新的飛躍。激光成型技術(shù)也在塑料模腔加工中取得了巨大成功。
⑤模具研磨拋光自動(dòng)化、智能化
模具表面的光整加工是模具加工中未能很好解決的難題之一。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,我國目前仍以手工研磨拋光為主,不僅效率低（約占整個(gè)模具周期的1/3),且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,質(zhì)量不穩(wěn)定,制約了我國模具加工向更高層次發(fā)展。因此,研究拋光自動(dòng)化、智能化是重要的發(fā)展趨勢。日本已研制了數(shù)控研磨機(jī),可實(shí)現(xiàn)三維曲面模具的自動(dòng)化研磨拋光。
第2章 活動(dòng)圈塑料模工藝設(shè)計(jì)
2.1活動(dòng)圈塑件的工藝分析
2.1.1塑料材料的性能及基本成型工藝參數(shù)
塑料是指常溫下呈高彈態(tài)的高分子聚合物。它是以樹脂（高分子聚合物）為主要成分，加入各種能改善其加工性能和使用性能的添加劑，在一定溫度、壓力和溶劑等作用下，利用模具可成型為一定幾何形狀和尺寸的塑料制件，并在常溫、常壓下能保持此種形態(tài)的一類材料，它品種繁多，且不同的塑料具有不同的性能。塑料普遍具有質(zhì)量輕、密度小、比強(qiáng)度高、優(yōu)良的電、熱、聲絕緣性能、較強(qiáng)的耐腐蝕性能和較強(qiáng)的光學(xué)性能、耐磨性能等優(yōu)良的性能。塑料成型的成型工藝特性表現(xiàn)在許多方面，有的只與操作有關(guān)，有些特性直接影響成型方法和工藝參數(shù)的選擇。對于熱塑性塑料來說，其成型工藝參數(shù)特性主要包括收縮性、流動(dòng)性、相容性、吸濕性及其熱敏感性以及熱力學(xué)特性、結(jié)晶性及取向性等等[1]
2.1.2活動(dòng)圈塑料的選材
塑料材料是根據(jù)材料的用途來選擇的，而作為活動(dòng)圈，他不需要承載大負(fù)荷，且工作溫度不高，因此對耐熱性的要求也不高。根據(jù)其要求和所用條件范圍看來，一般的結(jié)構(gòu)材料的塑料就可以滿足其要求，所以可在此類材料中選擇活動(dòng)圈材料。而作為一般結(jié)構(gòu)材料的塑料，主要有高，低密度聚乙烯、聚丙烯、POM、聚碳酸酯、有機(jī)玻璃、高抗沖聚苯乙烯、環(huán)氧樹脂玻璃鋼和丙烯晴-丙烯酸酯共聚物等。但基于本設(shè)計(jì)中的塑件是通過注射模成型，并根據(jù)材料在注射模成型時(shí)的優(yōu)良初步選擇了，低密度聚乙烯、聚丙烯、POM、聚碳酸酯等四種材料作為制造活動(dòng)圈的原材料。
2.1.3 POM材料成型特性
①無定形塑料,流動(dòng)性中等,吸濕性小,一般不需要很大程度上的干燥,也可得到表面質(zhì)量較好的塑件。
②高料溫,高模溫,材料分解溫度為>270度，對精度要求較高的塑件,模溫宜取50-60度,對高光澤度高，耐熱塑件,模溫宜取60-80度。
③如出現(xiàn)水紋，需提高材料的流動(dòng)性，采取高料溫、高模溫，或者改變澆口位置等方法。
2.2注射成型基本過程
圖2.1. 注射成型基本過程
生產(chǎn)前的準(zhǔn)備工作一般是，為了使注射成型生產(chǎn)順利進(jìn)行和保證制件質(zhì)量，在生產(chǎn)前進(jìn)行的包括原料的預(yù)處理、清洗機(jī)筒、預(yù)熱嵌件和選擇脫模劑等準(zhǔn)備工作。
1、原料的預(yù)處理
原料的預(yù)處理包括三個(gè)方面：一是，分析檢驗(yàn)成型物料的質(zhì)量。這個(gè)環(huán)節(jié)包括檢驗(yàn)物料的含水量、外觀色澤、顆粒情況、有無雜質(zhì)等，并測試其熱穩(wěn)定性、流動(dòng)性、收縮率等指標(biāo)。對于粉狀物料，在注射成型前還需要將其配制成粒料。二是，著色。根據(jù)制件物品的需要，在塑料成型時(shí)往成型物料中添加一種色料或者是色劑的物質(zhì)，以達(dá)到所需要的色澤。粉狀或粒狀熱塑性塑料的著色，有直接法和間接法兩種工藝方法來實(shí)現(xiàn)。其中前者有稱一次著色法，它是將細(xì)粉狀的著色劑與本色塑料簡單的摻混后即可直接用于成型，或經(jīng)塑煉造型后再用于成型。其方法比較簡單，操作容易。相比來說間接著色法就比較困難，它需要用被稱為“色母料”的高顏料濃度的塑料粒子與本色塑料粒子按比例稱量后放入混合機(jī)，經(jīng)充分?jǐn)嚢韬笤偎屯尚驮O(shè)備中使用。它著色步驟簡單、著色易均勻分散，制件色澤鮮艷且無顏料粉塵污染，并且它還可以實(shí)現(xiàn)著色過程的自動(dòng)化。但是它由于只是和本色塑料粒子簡單混合，無混煉功能或只需要混煉功能很差的成型設(shè)備，所以當(dāng)需要成型顏色均一性高的制品時(shí)不能采用此法著色的成型物料。三是，預(yù)熱干燥。對于吸濕性和粘水性強(qiáng)的物料，根據(jù)注射成型工藝允許的含水量要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥處理，以此來出去物料中過多的水分及揮發(fā)物，以防止成型后制品出現(xiàn)氣泡和銀紋等缺陷，同時(shí)也可以避免注射時(shí)候發(fā)生水降解。但對于吸濕性和粘水性不強(qiáng)的物料，如果包裝儲存的較好也可以不用預(yù)熱干燥。
2、清洗料筒
生產(chǎn)中如果需要改變塑料品種、更換物料、調(diào)換顏色或是發(fā)現(xiàn)成型過程中出現(xiàn)了熱分解或是降解反應(yīng)時(shí)候，都需要對注射機(jī)的料筒進(jìn)行清洗。通常情況下，注塞式機(jī)的料筒存料量大，必須將機(jī)筒拆卸清洗，對螺桿式機(jī)筒，可采用對空注射法清洗。
3、預(yù)熱嵌件
這個(gè)步驟主要用于那種帶有嵌件的塑料制件，由于金屬和塑料收縮率不同，導(dǎo)致嵌件周圍的塑料容易出現(xiàn)收縮應(yīng)力和裂紋，為防止此種現(xiàn)象的發(fā)生，在成型前可以將嵌件先預(yù)熱，減少它在成型時(shí)與塑料熔體的溫差，避免或抑制嵌件周圍的塑料發(fā)生收縮應(yīng)力和裂紋。
4、選擇脫模劑
常用的脫模劑有硬脂酸鋅、液體石蠟（白油）和硅油等。其中除了硬脂酸鋅不能用于聚先胺外，這三種脫模劑對于一般塑料均可使用，尤其是硅油的脫模效果是最好的，只要對模具施用一次，即可以長效脫模，但是價(jià)格昂貴。硬脂酸鋅通常多用于高溫模具而液體石蠟多用于中低溫模具。另外，對于含有橡膠的軟制品或透明制品不宜采用脫模劑，否則將影響制品的透明度。
加料：計(jì)量將粒料和粉料加入料斗，通過料斗進(jìn)入注射機(jī)料筒，物料一般是在注射機(jī)的料筒中塑化。通過對塑化計(jì)量的計(jì)算設(shè)定好后，物料在設(shè)定的計(jì)量中塑化完全，即粒料和粉料變成塑料熔體后，注射模閉合，注射機(jī)注射充模。
注射充模：注射充模一般劃分為流動(dòng)充模、保壓補(bǔ)縮和倒流三個(gè)階段。流動(dòng)充模是指注射機(jī)將塑化好的熔體注射進(jìn)入模腔的過程。在注射過程中注射壓力是隨時(shí)間不斷改變的，在流動(dòng)期內(nèi)，注射壓力和噴嘴處的壓力急劇上升，而模腔（澆口末端）壓力卻近乎于零，故注射壓力主要用來克服熔體在模腔以為的阻力。當(dāng)在充模期間，由于熔體流入模腔，模腔壓力急劇上升，注射壓力和噴嘴壓力也會隨之增加到最大，然后停止變化，此時(shí)注射壓力對熔體起了兩個(gè)作用，一是克服溶體在模腔內(nèi)的流動(dòng)阻力，二是對熔體進(jìn)行一定程度的壓實(shí)。保壓補(bǔ)縮，保壓補(bǔ)縮階段是指從熔體充滿型腔至螺桿開始在機(jī)筒中開始后撤為止。保壓是指注射壓力對模腔內(nèi)的熔體繼續(xù)進(jìn)行壓實(shí)的過程，補(bǔ)縮則是保壓過程中，注射機(jī)對模腔內(nèi)逐漸開始冷卻的熔體因成型收縮而出現(xiàn)的空隙進(jìn)行補(bǔ)料的動(dòng)作。倒流是指柱塞或螺桿在機(jī)筒中向后退時(shí)（即撤除保壓力后），模腔內(nèi)熔體朝著澆口和流道方向進(jìn)行反方向的流動(dòng)。
冷卻定型：冷卻定型從澆口凍結(jié)時(shí)間開始，到制品脫模為止，這是注射成型工藝過程的最后階段。在此階段中需要注意的問題有模腔的壓力、制件密度、熔體在模內(nèi)的冷卻情況以及脫模條件等。
制件的后處理：制件從模具中脫出后，由于成型過程中塑料熔體在溫度和壓力的作用下的變形流動(dòng)行為非常復(fù)雜，再加上流動(dòng)前塑化不均以及充模后冷卻速度的不等，制件內(nèi)常常會出現(xiàn)一些不均勻的結(jié)晶、取向和收縮率，導(dǎo)致制件產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)晶、取向和收縮應(yīng)力，脫模后除引起實(shí)效變形外，還會使制件的力學(xué)性
能、光學(xué)性能及表面質(zhì)量變換，更有甚至開裂，為解決這一系列問題我們必須對制件進(jìn)行相應(yīng)的后處理。
當(dāng)注射過程完成后我們將制品脫模，卸料，清洗模具并可以將凝料返回料筒重新塑化注射，開始循環(huán)進(jìn)行下一個(gè)成型周期。
2.3活動(dòng)圈的設(shè)計(jì)件
該塑件經(jīng)測量所得，其基本幾何值為：
密度：p=0.9g/cm3；
體積：V=21cm3；
質(zhì)量：M=18.9g；
長度：L=150mm；
塑件平均寬度：B=60mm；
投水平投影面積：S=73.4cm2；
制件表面積：S=194.3cm2
第3章 注射機(jī)的選擇和校核
3.1注射機(jī)規(guī)格的選擇
注射機(jī)為塑料注射成型所用的主要設(shè)備，按其外形可以分為立式、臥式、直角式三種注射機(jī)。按塑料在料筒中的塑化方式分可以分為，柱塞式和螺桿式兩種注射機(jī)。
在此我們通過假設(shè)的模腔數(shù)目初步確定注射機(jī)的規(guī)格。初步設(shè)計(jì)模腔個(gè)數(shù)為兩個(gè)，POM材料的密度p為p=0.9g/cm3（0.9~0.91）。通過測量所得出塑件的體積（V）和質(zhì)量（M）以及水平投影面積（S）分別為V=21cm3、M=18.9g、S=73.4cm2。一模設(shè)計(jì)兩個(gè)模腔，那么每次注射機(jī)的注射量必須大于：2M= 2×21cm3=42cm3。根據(jù)注射機(jī)的最大注射量初步選擇型號為XS?Z?60的注射機(jī)，其工藝參數(shù)如下：
螺桿直徑/mm：φ38
注射容量cm3：60
注射壓力/105Pa：122
鎖模力/10KN：500
最大成型面積/cm2：130
模板最大行程/mm：180
定位孔直徑/mm： 55mm
模具厚度/mm：（最大）：200（最小）：70
噴嘴：（球半徑/mm）：12（孔直徑/mm）：φ4
3.2注射機(jī)的校核
3.2.1注射機(jī)注射容量的校核
模具設(shè)計(jì)時(shí)，必須是得在一個(gè)注射成型周期內(nèi)所需注射的塑件料溶體的容量或質(zhì)量在注射機(jī)額定注射量的80%以內(nèi)，且在一個(gè)注射成型周期內(nèi)，需注射入模具內(nèi)的塑料溶體的容量和質(zhì)量，應(yīng)為制件和澆注系統(tǒng)兩部分容量和質(zhì)量之和，即V=nVn+Vj或M=nMn+Mj
式中：V（M）——一個(gè)成型周期內(nèi)所需要注射的塑料容積和質(zhì)量，cm3或g；
n—— 型腔數(shù)目；
Vn（Mn）——單個(gè)塑件的容量或質(zhì)量，cm3或g；
Vj（Mj）——澆注系統(tǒng)凝料的容量和質(zhì)量，cm3或g；
故應(yīng)使0.8Vn+Vj≤0.8Vg或M=0.8Mn+Mj≤0.8Mg式中：Vg（Mg）——注射機(jī)額定注射量，cm3或g；將數(shù)據(jù)代入以上不等式（取其中之一的質(zhì)量不等式來對注射量進(jìn)行校核）得：M=nMn+Mj=2×18.9+5.5=43.3g≤0.8Mg=0.8×60=48g滿足要求上式中的：
Mj=M主流道+M橫澆道+M分流道+M澆口+M拉料鉤≈5.5g
由于為制件所選的材料為POM，該材料非熱敏性材料，所以只需對其進(jìn)行最大注射量即可，不必對其進(jìn)行最小注射量的校核。
3.2.2注射機(jī)注射壓力的校核
注射壓力的校核是校驗(yàn)注射機(jī)的最大注射壓力能否滿足制品的成型要求。只有在注射機(jī)額定的注射壓力內(nèi)才能調(diào)整出某一制件所需要的注射壓力，因此注射機(jī)的最大注射壓力要大于該制件所要求的注射壓力。制件成型時(shí)所需要的注射壓力，與塑料品種、注射機(jī)類型、噴嘴形狀、制件形狀的復(fù)雜程度和澆注系統(tǒng)等因素有關(guān)系?？梢愿鶕?jù)塑料的成型工藝參數(shù)數(shù)據(jù)來確定制品成型時(shí)所需要的注射壓力。根據(jù)塑料成型工藝參數(shù)表查得POM材料的成型注射壓力在（70~120Mpa）之間，而我們所選擇的注射機(jī)的額定注射壓力為119Mpa，在其設(shè)定的注射壓力之間，滿足工藝要求。
3.2.3注射機(jī)鎖模力的校核
當(dāng)高壓的塑料熔體充滿型腔時(shí)，會產(chǎn)生一個(gè)沿注射機(jī)軸向的很大的推力，該推力的大小必須小于注射機(jī)的鎖模力，否則在注射成型時(shí)會因鎖模不緊而發(fā)生溢邊跑料現(xiàn)象。型腔內(nèi)塑料熔體的壓力（MPa）值可根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式算得：P=KPo
式中：P —— 型腔內(nèi)塑料熔體的壓力 （MPa）
Po —— 注射壓力（MPa）
K —— 壓力損耗系數(shù) 0.2~0.4
將數(shù)據(jù)代入上式得：P=KPo=(0.2~0.4)×119MPa=23.8MPa~47.6MPa
在該次設(shè)計(jì)中，并基于POM這種塑料上我們?nèi)⌒颓恢腥垠w的平均壓力為：P=30MPa再由公式T=PS計(jì)算推力大小。
式中：T —— 塑料熔體在注射機(jī)軸向上的推力（MPa）
P —— 型腔內(nèi)塑料熔體的壓力，在此我們?nèi)=30MPa
S —— 制件與澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積（cm2）
將數(shù)據(jù)代入該公式得：T=PS=30MPa×73.4cm2≈220.2KN≤500KN滿足要求經(jīng)校核合格。
3.2.4注射機(jī)模具厚度校核注射機(jī)模具厚度校核
注射機(jī)規(guī)定的模具的最大與最小厚度是指模板閉合后達(dá)到規(guī)定鎖模力時(shí)動(dòng)模板到定模板的最大與最小距離。所以，所設(shè)計(jì)的模具的厚度必須要在注射機(jī)規(guī)定的模具最大與最小厚度范圍內(nèi)，否則將不可能獲得規(guī)定的鎖模力，當(dāng)模具厚度小時(shí)，可以加墊板。根據(jù)要求模具的厚度必須滿足Hmin
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