模具综合课程设计最新.docx
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模具综合课程设计最新.docx
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模具综合课程设计最新
综合课程设计
学院:
机械与电气工程学院
专业班级:
09材料成型及控制工程(模具方向)
姓名:
学号:
指导老师:
日期2012.11.19——2012.12.7
综合课程设计(论文)任务书
I、课程设计(论文)题目:
综合课程设计
II、课程设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求:
见产品图(2012年模具设计大赛图)
生产批量:
中批量生产塑料的精度等级:
低精度。
III、课程设计(论文)工作内容及完成时间:
1.分析零件的成型工艺性。
2.制品的基本参数的计算及注塑机的选用。
3.模具类型及结构的确定。
4.模具结构草图的绘制。
5.模具和成型机械关系的校核。
6.模具零件的设计计算。
7.绘制模具成型零件图(A4)(注:
二维图与三维图)。
9.绘制模具装配图(A1)。
8.编写设计说明书。
Ⅳ主要参考资料:
1.塑料成型工艺及模具设计
2.塑料模具设计手册
3.机械设计手册
4.机械制图
5.公差与互换性
6.模具材料手册
机械与电气工程学院09材料专业类模具方向班
学生:
日期:
自2012年11月19日至2012年12月7日
指导教师:
刘国亮涂湘激
助理指导教师(并指出所负责的部分):
教研室主任:
摘要
本次设计主要是一个电子产品外壳塑件的模具设计(是2012年江西省模具设计大赛图)。
要求生产批量:
中批量生产塑料的精度等级:
低精度。
首先分析塑件工艺结构,了解塑件的技术要求,测量塑件尺寸,绘制塑件图,选用ABS材料,设计出一套双模穴的塑料模具。
同时,详细叙述了设计过程如何分析塑件制品的结构、性能,确定成型方案,成型部分的设计,导向机构、浇注系统、顶出机构、排气、冷却系统等,接着分析了如何选择模具钢种、模具标准件。
本套模具设计通过三维软件UG对其造型,分析以及建模,并运用其自带模具外挂生成标准模架及模具标准结构件。
详细介绍了一套塑料模具设计的全部过程。
关键词:
型腔;型芯;模具设计;塑料模具;分型面
1,前言
随着中国当前的经济形势的日趋好转,在“实现中华民族的伟大复兴”口号的倡引下,中国的制造业也日趋蓬勃发展;而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一,模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高,并能获得极大的经济效益,因而引起了各国的高度重视和赞赏。
在日本,模具被誉为“进入富裕的原动力”,德国则冠之为“金属加工业的帝王”,在罗马尼亚则更为直接:
“模具就是黄金”。
可见模具工业在国民经济中重要地位。
我国对模具工业的发展也十分重视,早在1989年3月颁布的《关于当前国家产业政策要点的决定》中,就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务。
近年来,塑料模具的产量和水平发展十分迅速,高效率、自动化、大型、长寿命、精密模具在模具产量中所战比例越来越大。
注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内,塑料受热熔化后,在注塑机的螺杆或活塞的推动下,经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内,塑料在其中固化成型。
本次课程设计的主要任务是塑料饭盒注塑模具的设计。
也就是设计一副注塑模具来生产塑料盒塑件产品,以实现自动化提高产量。
针对盒盖的具体结构,通过此次设计,使我对点浇口双分型面模具的设计有了较深的认识。
同时,在设计过程中,通过查阅大量资料、手册、标准、期刊等,结合教材上的知识也对注塑模具的组成结构(成型零部件、浇注系统、导向部分、推出机构、排气系统、模温调节系统)有了系统的认识,拓宽了视野,丰富了知识,为将来独立完成模具设计积累了一定的经验。
2塑件工艺分析与注射机工艺参数
2.1塑件工艺结构分析
本次设计的产品为电子产品后盖,其三维实体如下图2.1和2.2所示。
2.1,外侧
2.2内侧
(1)该塑件尺寸不大,一般精度等级。
属于中等难度的塑料模具。
包括了模具的基本结构,其中有一处斜顶,八处镶针
(2)由于是低精度要求,采用方便的侧浇口。
(3)从成本上考虑,可以采用一模两腔,单分型面的模架。
(4)材料采用ABS,ABS在升温时粘度增高,所以成型压力较高,故塑件上的脱模斜度宜稍大,要有足够的脱模斜度
防止顶角;ABS易吸水,成型加工前应进行干燥处理;ABS易产生熔接痕,模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力,要注意浇口位置防止和减少熔接痕;在正常的成型条件下,壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。
模具温度应控制在60°~80°。
2.2塑料材料的成型特性与工艺参数
1)选择材料:
ABSAcrylonitrile-butadiene-styrene丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物
2)材料分析:
(1)、基本特性 ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。
这三种组分的各自特性,使ABS具有良好的综合力学性能。
丙烯腈使ABS有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度,丁二烯使ABS坚韧,苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。
ABS无毒、无味,呈微黄色,成型的塑料件有较好的光泽。
密度为1.02~1.05/cm
。
ABS有极好的抗冲击强度,且在低温下也不迅速下降。
有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。
水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响,在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液,不溶于大部分醇类及烃类溶剂,但与烃长期接触会软化溶胀。
ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。
ABS有一定的硬度和尺寸稳定性,易于成型加工。
经过色可配成任何颜色。
其缺点是耐热性不高,连续工作温度为70度左右,热变形温度约为93度左右。
耐气侯性差,在紫外线作用下易变硬发脆。
根据ABS中三种组分之间的比例不同,其性能也略有差异,从而适应各种不同的应用。
根据应用不同可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热型等。
(2)、主要用途ABS在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、仪表盘、水箱外壳、蓄电池、冷藏库和冰霜衬里等。
汽车工业上用ABS制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节管、加热器等,还有用ABS夹层板制小轿车车身。
ABS还可用来制作水表壳、纺织器材、电器零部件、文教体育用品、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。
(3)、成型特点ABS在升温时粘度增高,所以成型压力较高,塑料上的脱模斜度宜稍大;ABS易吸水,成型加工前应进行干燥处理;易产生熔接痕,模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阻力;在正常的成型条件下,壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。
要求塑件精度高时,模具温度可控制在50~60度,要求塑件光泽和耐热时,应控制在60~80度。
3)ABS的注塑工艺参数
1、注塑机类型:
螺杆式
7、保压力
50~70MP
2、喷嘴形式
直通式
8、注射时间
3~5s
3、螺杆转速(r/min)
30~60
9、保压时间
15~30s
4、喷嘴温度
180~190
C
10、模具温度
50~70
5、成型温度
C
料筒:
前200~210
中210~230
后180~200
11、冷却时间
15~30s
6、注射压力
130~150MP
12、成型周期
40~70s
2.3脱模斜度的确定
由于制品冷却后产生收缩时会紧紧包在凸模上,或由于黏附作用而紧贴在型腔内。
为了便于脱模,防止制品表面在脱模时划伤、擦毛等,在制品设计时应考虑其表面在合理的脱模斜度。
本设计中ABS的脱模斜度取0.5°
2.4注射量的计算
根据UG建模得到实体塑件,分析其质量属性下图可得知的质量为m=20.67g,密度由表可查得ρ=1.04~1.07g/㎝³(在本设计中取1.05g/㎝³),所以塑件的体积为:
V=m/p=20.67/1.05=19.69㎝³
而流道凝料的质量m。
,由于是一模两腔,则计算流道凝料的质量一般是m的0.6倍计算。
则总的注射量是:
M理=n×m+m。
=n×m+0.6n×m=2×20.67×1.6=66.144g
故实际注射机的注射量M注应该大于其实际的注射量,即:
M注≥67g
2.5锁模力的计算
注射时,为防止模具分型面被模腔压力顶开,必须对模具施以足够的锁紧力,否则在分型面处将产生溢料。
因此设计模具时应使注射机的锁模力F注大于模具将分型面胀开的力f。
锁模力的计算公式:
锁模力=安全系数×总投影面积×模腔压力×粘度系数
安全系数一般取1.1~1.3本设计中取1.2;粘度系数是关于塑件材料的中种类有关,ABS的粘度系数1.3~1.5,本设计取1.4。
根据PRO/E建模,对塑件投影面积分析得A为7445.7mm2。
流道凝料(包括浇口)在分型面上的投影面积a,在模具设计前是个未知数,根据多型腔模的统计分析,大致是塑件在分型面上的投影面积的0.2~0.5倍,结合本设计的实际情况取s=0.4,则总的投影面积计算为:
A=nA+a=A+sA
所以:
A=2×7445.7+0.4×7445.7=17869.68mm2
从而得到F注≥安全系数×总投影面积×模腔压力×粘度系数=1.2×A×P×1.4
式中,F注——注射机的额定锁模力(N);
P——模具型腔内塑料熔体平均压力(MPa),一般为注射压力的0.25~0.5倍,由于本次采用的是ABS,通常为20~40MPa,在此设计中取35MPa;
F≥17869.68×35×1.2×1.4=1050.737KN,则F≥1055KN。
2.6注射机型号的确定
注射机规格主要是根据塑件的大小及型腔的数目和排列方式来确定,在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下进行注射机相关参数的计算。
在本设计中,根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值,初步选用常熟市塑料机械总厂SZ-250/1250卧式注射机,主要技术参数:
理论注射量/㎝³=250
螺杆(柱塞)直径/㎜=45
注射压力/MPa=160
注射速率/(g/s)=110
塑化能力/(g/s)=18.9
螺杆转速/(r/min)=10~200
锁模力/kN=1250
拉杆内间距/㎜=415×415
移模行程/㎜=360
最大模具厚度/㎜=550
最小模具厚度/㎜=150
锁模型式为双曲肘
喷嘴口直径/㎜=2.5
定位孔直径/㎜=φ160
喷嘴球半径/㎜=SR15
2.7注射机工艺参数的校核
1)注射量的校核
为确保塑件质量,注射模一次成形的塑料重量(塑件和流道凝料重量之和)应该在公称注射量的35%~75%范围内,最大可达80%,最==低不应小于10%。
V公=210㎝³,G公=210×1.05=224.7g
即0.35G公=0.35×224.7=78.645g
0.75G公=0.75×224.7=168.525g
而塑件和流道凝料重量之和M为66.144g,在上述范围内,故最大注射量符合要求。
2)开模行程的校核
开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。
对于液压-机械式锁模机构注塑机,其最大开模行程由注塑机曲轴机构的最大行程决定,与模具厚度无关。
双分型面注射模,其开模行程按下式校核:
S≥H+h+a+(5~10)㎜
式中S——注塑机的最大开模行程(㎜)
H——塑件脱出距离(也可作为凸模高度)(㎜)
h——塑件高度(㎜)
a——定模板与定模的分开距离(㎜)
已知H=20㎜;h=20㎜a=70mm
所以H+h+a+(5~10)=20+20+70+(5~10)=115~120(㎜)
又由于SZ-250/1250卧式注射机的移模行程为360㎜即120㎜<360㎜
所以开模行程也符合要求。
3模具结构零部件的设计
3.1制件在模具中的分布
3.1.1型腔的布置
主要考虑制件在分型后能保留在动模上以便脱模,并结合制件的结构特征应将型腔设置在定模侧,型芯设置在动模侧。
该塑件中批量生产塑料的精度等级:
低精度。
可以采用一模多腔的形式。
但是考虑到塑件右共有一处侧斜顶机构,八处镶针,需在脱模时内侧斜顶机构,又依据模具设计经验,在模具中每增加一个型腔,制品尺寸精度要降低4%;再加上考虑到经济因素,初定为一模两腔的模具结构形式。
3.1.2模具排列形式的确定
采用一模两腔的出模方式,考虑到腔与腔之间的距离,并保证刚度与强度及受力均衡,固采用Y轴对称式,收音机后盖的排模尺寸是X轴距为120mm。
如下图3.1所示:
图3.1型腔分布
3.1.3分型面的选择
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件结构工艺性及尺寸精度、嵌件的位置、塑件的推出、排气等多种因素的影响,因此在选择分型面时应综合分析,应遵循以下几项的设计则:
1)分型面应选择在塑件外形最大轮廓处
2)分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模
3)分型面的选择应保证塑件的精度要求
4)分型面的选择应满足塑件的外观质量要求
5)分型面的选择要便于模具的加工制造
6)分型面的选择应有利于排气
3.2注射模架
3.2.1标准注射模架
根据型芯和型腔尺寸和位置确定模架的结构形式和规格,通过调用UG中的龙记大水口模架块块选取模架:
模架的外形尺寸400mm×400mm
定模固定板400mm×400mm×30mm
定模板400mm×400mm×90mm
动模板400mm×400mm×80mm
垫板400mm×400mm×90mm
动模固定板400mm×400mm×30mm
如图3.2所示:
图3.2模架示意图
3.3.1确定浇口形式及位置
对浇注系统进行设计时,一般应遵循如下基本原则:
(1)了解塑料的成型性能
(2)尽量避免或减少熔接痕
(3)有利于型腔中气体排出
(4)防止型芯的变形和嵌件的位移
(5)尽量采用较短的流程充满型腔
(6)流动距离比和流动面积比的校核
为了提高成型效率和综合考虑以上的基本设计原则并结合制件质量要求,本模具应采用侧浇口,一处侧浇口进料。
浇口位置如图3.3所示
图3.3侧浇口位置
浇口直径可以根据经验公式计算
d=(0.14~0.20)
(3.1)
式中d—浇口直径(mm)
—塑件在浇口处的壁厚(mm)
A—型腔的表面积㎜2
d=(0.14~0.20)
×28523≈1mm
(浇口直径也可根据经验值取d=1mm)
浇口锥角取
浇口倾斜角取
·3.3.2主流道的设计
主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道,通常和注射机喷嘴在同一轴线上,断面为圆形,带有一定锥度。
1)主流道设计成圆锥型,其锥角为2°~6°,内壁粗糙度Ra取0.4um
分流道截面设计成圆型截面,加工容易,且热量损失与压力损失均不大为常用形式。
圆形截面分流道的直径可以根据塑料的流动性等因素确定,该塑料件采用ABS塑料,流动性为中等,所以选圆形截面。
根具经验分流道的直径可以取d=5~6mm。
根据型腔在分型面上的排布情况设置分流道。
2)主流道大端成圆角,半径r=1~3mm,以减小料转向过度时的阻力。
3)在模具结构允许的情况下,主流道尽可能短,一般小于60mm,过长则会影响流体的顺利充型。
4)对于小型模具可将浇口套与定位圈设计成整体式,但在大多数情况下将浇口套与定位圈设计成两个零件,浇口套与定模板采用H7/m6过渡配合与定位圈的配合采用H9/f9间隙配合。
5)浇口套一般选用T10A制造,热处理强度为50~54HRC。
根据“常用塑料直浇口尺寸”表,选主流道始端尺寸d=3mm,大端尺寸D=5mm,浇口套是标准件(基本尺寸为25mm,)始端半径R=机床喷嘴小径d+(0.5~1)=15+(0.5~1)=16mm(标准件是20),锥角a=3º。
其长度尺寸根据要求来定。
主流道内壁抛光时要沿轴向进行。
浇口套与定位圈采用H9/f9的配合。
定位圈在模具安装调试时应插入注射机定模板的定位孔内,用于模具与注射机的安装定位。
定位圈外径比注射机定模板上的定位孔径小0.2mm以下。
浇口套与模板的配合为H7/m6。
主流道如下图3.4所示:
图3.4主流道衬套
3.3.3分流道设计
分流道设计时应注意尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失。
分流道的布置取决于型腔的布局,两者相互影响。
分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态,使塑料熔体尽快地经分流道均衡的分配到各个型腔,分流道的布置形式有平衡式和非平衡式两种,此设计中采用的是平衡式布置,以使各型腔同时均衡的进料,从而保证各型腔成型出来的塑件在强度、性能、重量上的一致性。
1)分流道的形状与尺寸分流道的截面尺寸视塑料的品种、塑件是尺寸、成型工艺条件以及流道长短等因素来确定。
通常圆形截面分流道直径为2~10㎜。
本制件采用的是ABS,由于ABS的流动性能较好且分流道长度教短时,因此分流道采用圆形截面。
初选直径为6㎜,具体尺寸由修模时修正。
2)分流道的长度,具体尺寸根据型腔的太小而定
3)分流道的表面粗糙度,由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却,只有内部的熔体比较理想,因此分流道的表面粗糙糙不能太低,一般Ra取1.6um这样表面稍不光滑,有助于增大塑料熔体的外层流动阻力,避免熔流表面滑移,使中心层有较高的剪切速率,使外层塑料冷却皮固定,形成绝热层。
4)分流道在分型面的布置形式如下图3.5所示
图3.5
根据以上设计参数校核流动比
(3.2)
式中
—流动比距离
Li—模具中各段料流通道及各段型腔的长度(mm)
ti—模具中各段料流通道及各段型腔的截面厚度(mm)
=65/3+140/3+25/3+2
/2+40/2=79因为影响流动比的因素主要是塑料的流动性,ABS塑料的流动性为中等,经查有关资料可知ABS允许的流动比[
]=110~210,所以
〈[
]
3.3.4冷料穴设计
冷料穴位于主流道正对面的动模板上,或处于分流道末端。
其作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋的“冷料”,以避免这些冷料注入型腔而影响塑件质量;还有便于在流道处设置主流道拉料杆的功能。
开模时又可以将主流道的冷凝料拉出,冷料穴直径宜稍大于主流道大端直径,长度约为主流道大端直径。
分流道冷料穴当分流道较长时,可将分流道的尽头沿料流前进方向延长作为分流道冷料穴,以贮存前锋冷料,其长度为分流道直径的1.5~2倍。
3.3.5排气槽的设计
在注塑成型过程中,模具内除了型腔和浇注系统中有的气体外,还有塑件受热或凝固产生的低分子挥发气体,这些气体若不能顺利排出,则可能因充填时气体被压缩而产生高温,引起塑件局部炭化烧焦,使塑件产生气泡,或使塑料熔接面不良而引起缺陷,因而须进行排气设置,排气深度(或间隙)0.025mm。
该套模具的排气方式有
a.利用模具的分型面排气;
b.对于组合式型芯可利用其拼和的缝隙、零件配合的间隙
3.4合模导向机构的设计
合模导向机构对于塑料模具是不可少的部件,因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置,必须导向。
导向机构主要有定位、导向、承受一定侧压力三个作用。
定位作用是为了避免模具装配时方位搞错而损坏模具,并且在模具闭合后使型腔保持正确的形状,不至于因为位置的偏移而引起塑件壁后不均,或者模塑失败;导向作用是在动定模合模时,首先导向机构接触,引导动模、定模正确闭合,避免凸模或型芯撞击型腔,损坏零件;承受一定侧压力指塑料注入型腔过程中会产生单向侧压力,或者由于注射机精度的限制,使导柱在工作中承受一定的侧压力。
3.4.1导柱导向机构
导柱对合导向机构在注塑模中应用最普遍,包括导柱和导套两个零件,分别安装在动模和定模的两半部分。
1)导柱设计
设计原则:
(1).为了使导柱能顺利地进入导套,导柱端部应做成锥形或半球形,导套的前端也应倒角。
(2).导柱设在动模一侧可以保护型芯不受损伤,而设在定模一侧则便于顺利脱模取出塑件,因此可根据需要而决定装配方式。
(3).一般导柱滑动部分的配合形式按H8/f8,导柱和导套固定部分配合按H7/k6,导套外径的配合按H7/k6。
(4).除了动模、定模之间设导柱、导套外,一般还在动模座板与推板之间设置导柱和导套,以保证推出机构的正常运动。
(5).导柱的直径应根据模具大小而定,可参考标准模架数据选取。
一次分型导向机构设计:
导柱固定在固定模板上,与固定模板为H7/m6的过渡配合。
(6).导柱的结构有两种:
一种是除安装部分的凸肩外,长度的其余部分直径相同,称为直导柱;另一种是除安装部分的凸肩外,使安装部分直径比外伸的工作部分直径大,称为阶梯形导柱。
直形导柱和阶梯形导柱的前端都设计为锥形,便于导向。
两种导柱都可以在工作部分带有储油槽,以延长润滑时间。
在该设计中采用直形导柱。
2)导柱尺寸
导柱直径尺寸随模具分型面处模板外形尺寸而定,模板尺寸愈大,导柱间的中心距应愈大,所以导柱所选的直径也应愈大。
除了导柱长度按模具具体结构确定外,导柱其余尺寸随导柱直径而定。
根据查表得导柱的直径是:
30mm;导柱的长度必须比凸模端面的高度要高出6—8㎜,
3)导柱的布置
根据模具的形状和大小,在模具的空余位置设导柱和导套孔。
导柱用
两根至四根不等,其布置原则是必须保证动定模只能按一个方向合模。
3.4.2导套设计
导向孔可带有导套,也可以不带导套;但无论那种形式,都不能设计为盲孔,因为盲孔会增加模具闭合时克服空气的阻力,并使模具不能紧密闭合。
在该设计中采用的带凸头导套的外直径为42mm。
3.5脱模机构的设计和计算
3.5.1设计原则
注射成型每一循环中,塑件必须准确无误的从模具的凹模中或型芯上脱出,完成模具脱模。
脱模机构设计应遵循下述原则:
1)塑件滞留于动模边,以便借助于开模力驱动脱模装置,完成脱模动作,致使模具结构简单。
2)防止塑件结构变形或损坏,正确分析塑件对模腔的粘附力的大小及所部位,有针对性的选择合适的脱模装置,使推出重心与脱模阻力中心相重合。
由于塑件收缩时包紧型芯,因此推出力作用点应尽量靠近型芯,同时推出力应施于塑件刚性和强度最大部位,作用面积也尽可能大一些,以防塑件变形或损坏。
3)由于塑件收缩时包紧型芯,因此推出力作用点应尽量靠近型芯,同时推出力应施于塑件刚性和强度最大部位,作用面积也尽可能大一些,以防塑件变形或损坏。
4)力求良好的塑件外观,在选择顶相互位置时,应尽量设在塑件内部或对塑件影响不大的部位。
在采用推杆脱模时,尤其要注意这个问题。
结构合理可靠,脱模结构应工作可靠,运动灵活,制造方便,更换容易,且有足够的强度和刚度。
3.5.2脱模阻力的计算
塑件在模具冷却定型后,由于体积收缩率将型芯或凸模包紧,在某些塑件结构中还因为塑件与模具之间形成真空(通常在型腔侧),因此形成塑件脱模时的包紧力和吸附力,在塑件脱模时需要有足够的动力克服包紧力和吸附力以及塑件与模具零件间的摩擦力。
由于包紧力与塑件的各个部位有不同的值,与塑件的结构、模具表面都有关。
当脱模斜度越小,接触面积、粗糙度、保压压力越大,保压时间和开模时间越长等,包紧力越大。
在进行脱模机构设计时,主要工作是通过对塑件局部的包紧力的分析,合理设计出顶杆的位置分布、数量及顶杆直径,力求达到定出平衡。
模具包紧力分析图如图3.6所示
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