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任 務(wù) 書
院（系）： 專業(yè)：
班 級(jí)： 學(xué)生： 學(xué)號(hào)：
一、畢業(yè)論文課題 滑蓋手機(jī)底殼的注塑模設(shè)計(jì)
二、畢業(yè)論文工作自 20xx 年 3 月 12 日起至 20xx 年 6 月 15 日止
三、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行地點(diǎn) 學(xué)校
四、畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容要求
(一) 設(shè)計(jì)之原始數(shù)據(jù)：
原始資料：滑蓋手機(jī)底殼實(shí)物一個(gè)
(二) 設(shè)計(jì)計(jì)算及說明部分內(nèi)容：
1.計(jì)算內(nèi)容與方案確定：
（1）成形零件設(shè)計(jì)：動(dòng)、定模型腔尺寸的計(jì)算和布置。
（2）注塑機(jī)的選擇
（3）結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算：頂出機(jī)構(gòu)、抽芯機(jī)構(gòu)、冷卻、澆注、排氣系統(tǒng)等尺寸的計(jì)算與布置。
（4）強(qiáng)度設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計(jì)：各部件的強(qiáng)度校核。
2. 設(shè)計(jì)內(nèi)容：
（1）Pro/E環(huán)境下進(jìn)行產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)；
（2）注射模裝配圖一張以上（0#計(jì)算機(jī)圖）；
（3）各組成零件的零件圖（1#或2#計(jì)算機(jī)圖）；
（4）編寫設(shè)計(jì)（論文）說明書（不少于2.0萬字，全部用計(jì)算機(jī)輸出）；
（5）綜述文獻(xiàn)（要求書寫一篇6000～8000字的與畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容相關(guān)的綜述文章）
(三) 主要參考資料
1、《塑料注射模具設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》，航空工業(yè)出版社。
2、模具實(shí)用技術(shù)叢書編委會(huì)《塑料模具設(shè)計(jì)制造與應(yīng)用實(shí)例》，機(jī)械工業(yè)出版社 2002.7
3、伍先明確、王群等，《塑料模具設(shè)計(jì)指》導(dǎo)，國(guó)防工業(yè)出版社。2006.5
4、鄒繼強(qiáng),《塑料模具設(shè)計(jì)參考資料匯編》 清華大學(xué)出版社2005.9
5、模具實(shí)用技術(shù)叢書編委會(huì)《模具材料與使用壽命》，機(jī)械工業(yè)出版社 2000.4
6、《材料力學(xué)》，高等教育出版社。
7、顏智偉,《塑料模具設(shè)計(jì)與機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)》,國(guó)防工業(yè)出版社,2005.8
8、《塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組, 《塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》
9、阮鋒等，Pro/ENGINEER2001模具設(shè)計(jì)與制造實(shí)用教程，機(jī)械工業(yè)出版社。
10、《Pro/ENGINEER Wildfire模具設(shè)計(jì)實(shí)例教程精解》，機(jī)械工業(yè)出版社。
11、《實(shí)戰(zhàn)Pro/ENGINEER2001模具設(shè)計(jì)》，中國(guó)鐵道出版社。
12、何滿才 《模具設(shè)計(jì)與加工MasterCAM9.0實(shí)例詳解》，人民郵電出版社。2006.0
(四)附屬專題
1、專題外文翻譯
檢索與閱讀與設(shè)計(jì)題目相關(guān)的外文資料，并書面翻譯4篇（并不少于5000字）的外文資料。
指導(dǎo)教師
接受論文任務(wù)開始執(zhí)行日期 20xx 年 3 月 12 日
學(xué)生簽名
2. 基于注塑模具鋼研磨和拋光工序的自動(dòng)化表面處理
摘要
本文研究了注塑模具鋼自動(dòng)研磨與球面拋光加工工序的可能性，這種注塑模具鋼P(yáng)DS5的塑性曲面是在數(shù)控加工中心完成的。這項(xiàng)研究已經(jīng)完成了磨削刀架的設(shè)計(jì)與制造。 最佳表面研磨參數(shù)是在鋼鐵PDS5 的加工中心測(cè)定的。對(duì)于PDS5注塑模具鋼的最佳球面研磨參數(shù)是以下一系列的組合：研磨材料的磨料為粉紅氧化鋁，進(jìn)給量500毫米/分鐘，磨削深度20微米，磨削轉(zhuǎn)速為18000RPM。用優(yōu)化的參數(shù)進(jìn)行表面研磨，表面粗糙度Ra值可由大約1.60微米改善至0.35微米。 用球拋光工藝和參數(shù)優(yōu)化拋光，可以進(jìn)一步改善表面粗糙度Ra值從0.343微米至0.06微米左右。在模具內(nèi)部曲面的測(cè)試部分，用最佳參數(shù)的表面研磨、拋光，曲面表面粗糙度就可以提高約2.15微米到0 0.07微米。
關(guān)鍵詞: 自動(dòng)化表面處理 拋光 磨削加工 表面粗糙度 田口方法
一、引言
塑膠工程材料由于其重要特點(diǎn),如耐化學(xué)腐蝕性、低密度、易于制造,并已日漸取代金屬部件在工業(yè)中廣泛應(yīng)用。 注塑成型對(duì)于塑料制品是一個(gè)重要工藝。注塑模具的表面質(zhì)量是設(shè)計(jì)的本質(zhì)要求,因?yàn)樗苯佑绊懥怂苣z產(chǎn)品的外觀和性能。 加工工藝如球面研磨、拋光常用于改善表面光潔度。
研磨工具(輪子)的安裝已廣泛用于傳統(tǒng)模具的制造產(chǎn)業(yè)。自動(dòng)化表面研磨加工工具的幾何模型將介紹。自動(dòng)化表面處理的球磨研磨工具將得到示范和開發(fā)。 磨削速度, 磨削深度，進(jìn)給速率和砂輪尺寸、研磨材料特性（如磨料粒度大?。┦乔蛐窝心スに囍兄饕膮?shù)，如圖1（球面研磨過程示意圖）所示。注塑模具鋼的球面研磨最優(yōu)化參數(shù)目前尚未在文獻(xiàn)得到確切的依據(jù)。
步距
研磨高度
球磨研磨
進(jìn)給速度
工作臺(tái)
圖1 球面研磨過程示意圖
進(jìn)給
研磨球
工作臺(tái)
研磨深度
研磨表面
近年來 ，已經(jīng)進(jìn)行了一些研究，確定了球面拋光工藝的最優(yōu)參數(shù)(圖2) （球面拋光過程示意圖）。 比如，人們發(fā)現(xiàn), 用碳化鎢球滾壓的方法可以使工件表面的塑性變形減少,從而改善表面粗糙度、表面硬度、抗疲勞強(qiáng)度。 拋光的工藝的過程是由加工中心和車床共同完成的。對(duì)表面粗糙度有重大影響的拋光工藝主要參數(shù)，主要是球或滾子材料，拋光力， 進(jìn)給速率,拋光速度,潤(rùn)滑、拋光率及其他因素等。注塑模具鋼P(yáng)DS5的表面拋光的參數(shù)優(yōu)化，分別結(jié)合了油脂潤(rùn)滑劑，碳化鎢球,拋光速度200毫米/分鐘,拋光力300牛，40微米的進(jìn)給量。采用最佳參數(shù)進(jìn)行表面研磨和球面拋光的深度為2.5微米。 通過拋光工藝，表面粗糙度可以改善大致為40％至90％。
圖2 球面拋光過程示意圖
此項(xiàng)目研究的目的是，發(fā)展注塑模具鋼的球形研磨和球面拋光工序，這種注塑模具鋼的曲面實(shí)在加工中心完成的。表面光潔度的球研磨與球拋光的自動(dòng)化流程工序，如圖3所示。 我們開始自行設(shè)計(jì)和制造的球面研磨工具及加工中心的對(duì)刀裝置。利用田口正交法，確定了表面球研磨最佳參數(shù)。選擇為田口L18型矩陣實(shí)驗(yàn)相應(yīng)的四個(gè)因素和三個(gè)層次。 用最佳參數(shù)進(jìn)行表面球研磨則適用于一個(gè)曲面表面光潔度要求較高的注塑模具。 為了改善表面粗糙, 利用最佳球面拋光工藝參數(shù)，再進(jìn)行對(duì)表層打磨。
PDS試樣的設(shè)計(jì)與制造
選擇最佳矩陣實(shí)驗(yàn)因子
確定最佳參數(shù)
實(shí)施實(shí)驗(yàn)
分析并確定最佳因子
進(jìn)行表面拋光
應(yīng)用最佳參數(shù)加工曲面
測(cè)量試樣的表面粗糙度
球研磨和拋光裝置的設(shè)計(jì)與制造
圖3自動(dòng)球面研磨與拋光工序的流程圖
二、球研磨的設(shè)計(jì)和對(duì)準(zhǔn)裝置
實(shí)施過程中可能出現(xiàn)的曲面的球研磨,研磨球的中心應(yīng)和加工中心的Z軸相一致。 球面研磨工具的安裝及調(diào)整裝置的設(shè)計(jì)，如圖4（球面研磨工具及其調(diào)整裝置）所示。電動(dòng)磨床展開了兩個(gè)具有可調(diào)支撐螺絲的刀架。磨床中心正好與具有輔助作用的圓錐槽線配合。 擁有磨床的球接軌,當(dāng)兩個(gè)可調(diào)支撐螺絲被收緊時(shí)，其后的對(duì)準(zhǔn)部件就可以拆除。研磨球中心坐標(biāo)偏差約為5微米, 這是衡量一個(gè)數(shù)控坐標(biāo)測(cè)量機(jī)性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。 機(jī)床的機(jī)械振動(dòng)力是被螺旋彈簧所吸收。球形研磨球和拋光工具的安裝，如圖5（a. 球面研磨工具的圖片. b.球拋光工具的圖片）所示。為使球面磨削加工和拋光加工的進(jìn)行，主軸通過球鎖機(jī)制而被鎖定。
模柄
彈簧
工具可調(diào)支撐
緊固螺釘
磨球
自動(dòng)研磨
磨球組件
圖4 球面研磨工具及其調(diào)整裝置
圖5 a. 球面研磨工具的圖片. b.球拋光工具的圖片
三、矩陣實(shí)驗(yàn)的規(guī)劃
3.1田口正交表
利用矩陣實(shí)驗(yàn)田口正交法，可以確定參數(shù)的有影響程度。 為了配合上述球面研磨參數(shù)，該材料磨料的研磨球(直徑10毫米),進(jìn)給速率，研磨深度,在次研究中電氣磨床被假定為四個(gè)因素，指定為從A到D（見表1實(shí)驗(yàn)因素和水平）。三個(gè)層次的因素涵蓋了不同的范圍特征,并用了數(shù)字1、2、3標(biāo)明。挑選三類磨料,即碳化硅,白色氧化鋁,粉紅氧化鋁來研究. 這三個(gè)數(shù)值的大小取決于每個(gè)因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果。選定L18型正交矩陣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而研究四——三級(jí)因素的球形研磨過程。
表1實(shí)驗(yàn)因素和水平
因素
水平
1
2
3
A.
碳化硅
白色氧化鋁
粉紅氧化鋁
B.
50
100
200
C.研磨深度（μm）
20
50
80
D.
12000
18000
24000
3.2數(shù)據(jù)分析的界定
工程設(shè)計(jì)問題,可以分為較小而好的類型,象征性最好類型,大而好類型，目標(biāo)取向類型等。 信噪比(S/N)的比值，常作為目標(biāo)函數(shù)來優(yōu)化產(chǎn)品或者工藝設(shè)計(jì)。 被加工面的表面粗糙度值經(jīng)過適當(dāng)?shù)亟M合磨削參數(shù)，應(yīng)小于原來的未加工表面。 因此,球面研磨過程屬于工程問題中的小而好類型。這里的信噪比（S/N）,η,按下列公式定義:
η =?10 log 平方等于質(zhì)量特性
=?10 log （1）
這里，
y——不同噪聲條件下所觀察的質(zhì)量特性
n——實(shí)驗(yàn)次數(shù)
從每個(gè)L18型正交實(shí)驗(yàn)得到的信噪比（S/N）數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算后，運(yùn)用差異分析技術(shù)(變異)和殲比檢驗(yàn)來測(cè)定每一個(gè)主要的因素。 優(yōu)化小而好類型的工程問題問題更是盡量使η最大而定。各級(jí)η選擇的最大化將對(duì)最終的η因素有重大影響。 最優(yōu)條件可視研磨球而待定。
四、實(shí)驗(yàn)工作和結(jié)果
這項(xiàng)研究使用的材料是PDS5工具鋼(相當(dāng)于艾西塑膠模具)， 它常用于大型注塑模具產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)汽車零件領(lǐng)域和國(guó)內(nèi)設(shè)備。 該材料的硬度約HRC33(HS46)。 具體好處之一是, 由于其特殊的熱處理前處理，模具可直接用于未經(jīng)進(jìn)一步加工工序而對(duì)這一材料進(jìn)行加工。式樣的設(shè)計(jì)和制造,應(yīng)使它們可以安裝在底盤，來測(cè)量相應(yīng)的反力。 PDS5試樣的加工完畢后，裝在大底盤上在三坐標(biāo)加工中心進(jìn)行了銑削，這種加工中心是由鋼鐵公司所生產(chǎn)(中壓型三號(hào)),配備了FANUC-18M公司的數(shù)控控制器(0.99型)。用hommelwerket4000設(shè)備來測(cè)量前機(jī)加工前表面的粗糙度,使其可達(dá)到1.6微米。 圖6試驗(yàn)顯示了球面磨削加工工藝的設(shè)置。 一個(gè)由Renishaw公司生產(chǎn)的視頻觸摸觸發(fā)探頭，安裝在加工中心上，來測(cè)量和確定和原始式樣的協(xié)調(diào)。 數(shù)控代碼所需要的磨球路徑由PowerMILL軟件產(chǎn)。這些代碼經(jīng)過RS232串口界面，可以傳送到裝有控制器的數(shù)控加工中心上。
加工中心
數(shù)控機(jī)床
電腦
圖6
完成了L18型矩陣實(shí)驗(yàn)后，表2 （PDS5試樣光滑表層的粗糙度）總結(jié)了光滑表面的粗糙度RA值，計(jì)算了每一個(gè)L18型矩陣實(shí)驗(yàn)的信噪比（S/N）,從而用于方程（1）。通過表2提供的各個(gè)數(shù)值，可以得到四種不同程度因素的平均信噪比（S/N），在圖7中已用圖表顯示。
表2 PDS5試樣光滑表層的粗糙度
實(shí)驗(yàn)
序號(hào)
A
B
C
D
S/N(η(dB))
Mean
1
1
1
1
1
0.35
0.35
0.35
9.119
0.350
2
1
2
2
2
0.37
0.36
0.38
8.634
0.370
3
1
3
3
3
0.41
0.44
0.40
7.597
0.417
4
2
1
2
3
0.63
0.65
0.64
3.876
0.640
5
2
2
3
1
0.73
0.77
0.78
2.380
0.760
6
2
3
1
2
0.45
0.42
0.39
7.530
0.420
7
3
1
3
2
0.34
0.31
0.32
9.801
0.323
8
3
2
1
3
0.27
0.25
0.28
11.471
0.267
9
3
3
2
1
0.32
0.32
0.32
9.897
0.320
10
1
1
2
2
0.35
0.39
0.40
8.390
0.380
11
1
2
3
3
0.41
0.50
0.43
6.968
0.447
12
1
3
1
1
0.40
0.39
0.42
7.883
0.403
13
2
1
1
3
0.33
0.34
0.31
9.712
0.327
14
2
2
2
1
0.48
0.50
0.47
6.312
0.483
15
2
3
3
2
0.57
0.61
0.53
4.868
0.570
16
3
1
3
1
0.59
0.55
0.54
5.030
0.560
17
3
2
1
2
0.36
0.36
0.35
8.954
0.357
18
3
3
2
3
0.57
0.53
0.53
5.293
0.543
控制因素
信噪比
圖7 控制影響因素
球面研磨工藝的目標(biāo)，就是通過確定每一種因子的最佳優(yōu)化程度值，來使試樣光滑表層的表面粗糙度值達(dá)到最小。因?yàn)? log是一個(gè)減函數(shù)，我們應(yīng)當(dāng)使信噪比（S/N）達(dá)到最大。因此，我們能夠確定每一種因子的最優(yōu)程度使得η的值達(dá)到最大。因此基于這個(gè)點(diǎn)陣式實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)轉(zhuǎn)速應(yīng)該是18000RPM，如表3（優(yōu)化組合球面研磨參數(shù)）所示。
表3 優(yōu)化組合球面研磨參數(shù)
因素
水平
白色氧化鋁
50mm/min
20μm
18000rpm
從田口矩陣實(shí)驗(yàn)獲得的球面研磨優(yōu)化參數(shù)，適用于曲面光滑的模具，從而改善表面的粗糙度。選擇香水瓶為一個(gè)測(cè)試載體。對(duì)于被測(cè)物體的模具數(shù)控加工中心，由PowerMILL軟件來模擬測(cè)試。經(jīng)過精銑，通過使用從田口矩陣實(shí)驗(yàn)獲得的球面研磨優(yōu)化參數(shù)，模具表面進(jìn)一步光滑。緊接著,使用打磨拋光的最佳參數(shù)，來對(duì)光滑曲面進(jìn)行拋光工藝，進(jìn)一步改善了被測(cè)物體的表面粗糙度。(見圖 9)。模具內(nèi)部的表面粗糙度用hommelwerket4000設(shè)備來測(cè)量。模具內(nèi)部的表面粗糙度RA的平均值為2.15微米，光滑表面粗糙度RA的平均值為0.45微米，拋光表面粗糙度RA的平均值為0.07微米。被測(cè)物體的光滑表面的粗糙度改善了：(2.15-0.45)/2.15=79.1％，拋光表面的粗糙度改善了：(2.15-0.07)/2.15=96.7％。
拋光表面
Ra=0.07μm
內(nèi)部表面
Ra=2.15μm
光滑表面
Ra=0.45μm
圖8 被測(cè)物體表面粗糙度
五、結(jié)論
在這項(xiàng)工作中,對(duì)注塑模具的曲面進(jìn)行了自動(dòng)球面研磨與球面拋光加工，并將其工藝最佳參數(shù)成功地運(yùn)用到加工中心上。 設(shè)計(jì)和制造了球面研磨裝置(及其對(duì)準(zhǔn)組件)。通過實(shí)施田口L18型矩陣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定了球面研磨的最佳參數(shù)。對(duì)于PDS5注塑模具鋼的最佳球面研磨參數(shù)是以下一系列的組合：材料的磨料為粉紅氧化鋁，進(jìn)給量料500毫米/分鐘，磨削深度20微米，轉(zhuǎn)速為18000RPM。通過使用最佳球面研磨參數(shù)，試樣的表面粗糙度Ra值從約1.6微米提高到0.35微米。應(yīng)用最優(yōu)化表面磨削參數(shù)和最佳拋光參數(shù)，來加工模具的內(nèi)部光滑曲面，可使模具內(nèi)部的光滑表面改善79.1％，拋光表面改善96.7％。
鳴謝
作者感謝中國(guó)國(guó)家科學(xué)理事會(huì)對(duì)本次研究的支持, NSC 89-2212-E-011-059。
原文： Chao-Chang A. Chen · Wen-Tu Li ， Based on the injection mold steel grinding and polishing processes automated surface treatment ， Shiou FJ, Chen CH (2003) Determination of optimal ball-burnishingparameters for plastic injection molding steel. Int J Adv Manuf Technol
1. 模具熱處理及其導(dǎo)向平行設(shè)計(jì)
摘要：
在一系列方式中，傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)方法存在許多缺點(diǎn)。眾所周知,熱處理對(duì)模具起著非常重要的作用。為了克服模具熱處理工藝存在的缺點(diǎn)，一種新的模具熱處理工藝并行設(shè)計(jì)方法已經(jīng)被開發(fā)出來了。熱處理CAD/CAE技術(shù)是集成了并行環(huán)境和有關(guān)模型而建立的。這些調(diào)查研究可以顯著提高效率，降低成本，并保證產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到R和D級(jí)。
關(guān)鍵詞：模具設(shè)計(jì)；熱處理；模具
傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)主要是依照自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)或依照部分實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而不是制造工藝。在設(shè)計(jì)完成之前，模具方案通常要被一次又一次的改進(jìn)，于是有些缺點(diǎn)便出現(xiàn)，例如開發(fā)時(shí)期長(zhǎng)，成本高和實(shí)際效果不明顯。由于對(duì)精確性、使用壽命、開發(fā)期和費(fèi)用的嚴(yán)格要求，先進(jìn)的模具要求設(shè)計(jì)和制造得十分完善。因此越來越先進(jìn)的技術(shù)和創(chuàng)新方法被應(yīng)用其中，例如并行工程、敏捷制造業(yè)、虛擬制造業(yè)同合作設(shè)計(jì)等。模具的熱處理與模具設(shè)計(jì)，制造和裝配同樣重要。因?yàn)樗鼘?duì)模具的制造裝配和使用壽命又及其重要的影響。模具設(shè)計(jì)與制造發(fā)展十分迅速，但是熱處理發(fā)展卻嚴(yán)重滯后它們。隨著模具工業(yè)的發(fā)展，熱處理必須保證模具有良好的制造裝配和磨損耐熱性能。不切實(shí)際的熱處理將導(dǎo)致模具材料過硬或過軟，同時(shí)影響模具裝配性能。傳統(tǒng)的熱處理工藝是按照設(shè)計(jì)師提出的方法和特性制作出來的。這樣會(huì)使模具設(shè)計(jì)師和熱處理工藝師意見產(chǎn)生分歧，而模具設(shè)計(jì)師卻不能充分地了解熱處理工藝和材料的性能，相反熱處理工藝師卻很少了解模具的使用環(huán)境和設(shè)計(jì)思路。這些分歧將在很大程度上影響模具的發(fā)展。因此，如果把熱處理工藝設(shè)計(jì)放在設(shè)計(jì)階段之前，則縮短開發(fā)周期，減少花費(fèi)和保證質(zhì)量等目標(biāo)將會(huì)被考慮，而且從串行到并行的發(fā)展模式也將會(huì)實(shí)現(xiàn)。并行工程是以計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)作為載體，在開始以后，每個(gè)階段和因素都被看作如制造、熱處理、性能等等，以避免出現(xiàn)錯(cuò)誤。并行模式已經(jīng)摒除了串行模式的缺陷，由此帶來了一場(chǎng)對(duì)串行模式的革命。在當(dāng)前的工作中，熱處理被集成到了模具開發(fā)的并行環(huán)境中，同時(shí)也正在進(jìn)行這種系統(tǒng)性和深入性究。
1.熱處理下的并行環(huán)境
并行模式與串行模式存在根本的不同（見圖1）。對(duì)于串行模式，設(shè)計(jì)者大多考慮的是模具的結(jié)構(gòu)與功能，但很難考慮相關(guān)的工藝，以致前者的錯(cuò)誤很容易蔓延到后面。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)本門很少與裝配，預(yù)算會(huì)計(jì)和銷售部門溝通。這些問題當(dāng)然會(huì)影響模具的開發(fā)進(jìn)度和市場(chǎng)前景。然而在并行模式中，不但以上部門關(guān)系聯(lián)系密切，所有參加模具開發(fā)的部門都與買家有密切的交流。這有助于協(xié)調(diào)各部門消除矛盾，提高工作效率，同時(shí)降低成本。
(a)
(b)
(a)串行模式 （b）并行模式
圖1.基于摸具開發(fā)的串行工程與并行工程系統(tǒng)框架示意圖
并行環(huán)境下的熱處理工藝不是在方案和工件確定以后，而是在模具設(shè)計(jì)的時(shí)候制定出來的。這樣的話，將有利于優(yōu)化熱處理工藝，充分利用材料。
2.模具熱處理CAD/CAE一體化
從圖2中可以看出，熱處理工藝的設(shè)計(jì)與模擬是一體化模式的核心。在信息輸入產(chǎn)品模塊中后，經(jīng)熱處理工藝過程產(chǎn)生的熱處理CAD和熱處理CAE模塊將對(duì)于零件圖，熱處理以后模擬溫度場(chǎng)的微觀結(jié)構(gòu)分析和可能出現(xiàn)的缺陷（例如過熱，燒傷）自動(dòng)劃分網(wǎng)絡(luò)，如果優(yōu)化是根據(jù)立體視覺技術(shù)的結(jié)果重新出現(xiàn)，則這項(xiàng)熱處理工藝已經(jīng)被審核。
而且工具與夾具的CAD和CAE也集成于這種系統(tǒng)中
圖2.并行工程熱處理CAD/CAE一體化系統(tǒng)框架示意圖
以并行工程為基礎(chǔ)的集成模式可以與其它類似模式共享信息。這樣使熱處理工藝得到優(yōu)化，并確保改工藝準(zhǔn)確。
2.1采用三維模型和立體視覺技術(shù)的熱處理
在形成模具的基礎(chǔ)上，材料，結(jié)構(gòu)和尺寸的問題能通過熱處理三維模型盡快發(fā)現(xiàn)出來。在熱處理過程中，模具加熱條件和相變條件是切合實(shí)際的，因?yàn)橥ㄟ^計(jì)算相變熱力、相變動(dòng)力、相應(yīng)力、熱應(yīng)力、傳熱速度、流體動(dòng)力等已經(jīng)取得重要突破。例如，能進(jìn)行局部復(fù)雜表面和不對(duì)稱模具的三維熱傳導(dǎo)模型計(jì)算，和能進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的MARC軟件模型。計(jì)算機(jī)能夠在任何時(shí)間提交溫度，微觀結(jié)構(gòu)和應(yīng)力的信息，并通過連接溫度場(chǎng)微觀結(jié)構(gòu)領(lǐng)域和力場(chǎng)來顯示三維形式的全部改變過程。如果再加上這種特性，則各部分性能都能通過計(jì)算機(jī)預(yù)見。
2.2熱處理工藝設(shè)計(jì)
由于對(duì)強(qiáng)度和硬度，表面粗糙度和模具熱處理變形的特殊要求，淬火介質(zhì)的種類、淬火溫度、回火溫度和時(shí)間等參數(shù)特性必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)倪x擇，以及是否使用表面淬火或化學(xué)熱處理，這種特性必須準(zhǔn)確的制定下來。自從計(jì)算機(jī)技術(shù)在最近幾十年迅速的發(fā)展，難以進(jìn)行大型計(jì)算已經(jīng)成為過去。通過模擬和仔細(xì)考慮熱處理特性，熱處理后的成本和所須時(shí)間，這些都并不難優(yōu)化熱處理工藝。
2.3熱處理數(shù)據(jù)庫
熱處理數(shù)據(jù)庫在圖3中描述。數(shù)據(jù)庫是制定熱處理工藝的基礎(chǔ)。一般來說，熱處理數(shù)據(jù)庫分為材料數(shù)據(jù)庫和工藝數(shù)據(jù)庫。通過材料和工藝來預(yù)測(cè)特性已成為一種必然的趨勢(shì)。盡管很難建立一個(gè)特性數(shù)據(jù)庫，但通過一系列的測(cè)試來建立數(shù)據(jù)庫是必要的。材料數(shù)據(jù)庫包括材料牌號(hào)、化學(xué)成分、性能和國(guó)內(nèi)外同級(jí)別目錄表。工藝數(shù)據(jù)庫包括熱處理標(biāo)準(zhǔn)、種類、保溫時(shí)間和冷卻溫度?；跀?shù)據(jù)庫，熱處理工藝可以通過推理規(guī)則創(chuàng)造出來
。
圖3.熱處理數(shù)據(jù)庫
2.4熱處理工具和設(shè)備
在熱處理工藝確定以后，工具及設(shè)備CAD/CAE系統(tǒng)傳送設(shè)計(jì)和制造的數(shù)值信息來控制裝置。通過快速模具成型，可靠的工具和夾具都能被確定。整個(gè)程序通過網(wǎng)絡(luò)傳送，不存在任何人為干擾。
3.關(guān)鍵技術(shù)
3.1溫度，微觀結(jié)構(gòu)，應(yīng)力和特性的聯(lián)系
熱處理程序是一個(gè)溫度，微觀結(jié)構(gòu)和應(yīng)力互相作用的程序。三方面都能影響材料特性（見圖4）。在加熱和冷卻期間，當(dāng)微觀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)熱應(yīng)力和相變遲早會(huì)出現(xiàn)。微觀結(jié)構(gòu)溫度相變和溫度－微觀結(jié)構(gòu)－應(yīng)力特性相互影響。對(duì)相互作用的四個(gè)因素的調(diào)查已經(jīng)取得很大的發(fā)展，但普通的數(shù)學(xué)模型還沒有建立。許多模型能很好的滿足測(cè)試結(jié)果，但不能投入到實(shí)踐當(dāng)中。大部分模型的難點(diǎn)是用分析的方法處理的，同時(shí)數(shù)值方法也運(yùn)用了，導(dǎo)致存在不準(zhǔn)確的計(jì)算
。
圖4.熱處理工藝圖解
即使如此，把經(jīng)驗(yàn)方法與定性分析相比較，通過計(jì)算機(jī)來進(jìn)行熱處理模擬取得了很大的進(jìn)展。
3.2模型的建立和融合
在模具的開發(fā)過程中，涉及到設(shè)計(jì)、制造、熱處理、裝配、維修等。它們應(yīng)該有自己的數(shù)據(jù)庫和模型。它們通過事物的內(nèi)在聯(lián)系建立模型，互相串聯(lián)起來，盡管建立和運(yùn)用動(dòng)態(tài)推理機(jī)制，但其目的在于完成優(yōu)化設(shè)計(jì)。產(chǎn)品模型和其它模型的聯(lián)系已被建立。如果細(xì)小組織模型發(fā)生改變，則產(chǎn)品模型也將改變。事實(shí)上，它屬于數(shù)據(jù)庫與模具之間的聯(lián)系。當(dāng)熱處理模型集成到系統(tǒng)以后，它已不再是一個(gè)孤立的單位，而是一個(gè)部分，同時(shí)在系統(tǒng)中接近其它模型。在搜查后，熱處理數(shù)據(jù)庫的計(jì)算和推理能力，熱處理程序都被幾何模型，模具制造模型和預(yù)算所限制，這是通行的。如果這種限制不服從，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出解釋性的警告。
所用設(shè)計(jì)的細(xì)小組織都是通過互連網(wǎng)連接的。
3.3各部分之間的管理和協(xié)調(diào)
復(fù)雜的模具需要其中各項(xiàng)目組之間密切合作。因?yàn)榭紤]到模具的開發(fā)，各部分都存在缺點(diǎn)，它必須得到管理和協(xié)調(diào)。首先，各項(xiàng)目組應(yīng)該確定其本身的控制條件和資源要求，同時(shí)了解不同環(huán)境下的工作程序，以避免發(fā)生沖突。其次，要提出開發(fā)計(jì)劃和建立監(jiān)控機(jī)制。如果開發(fā)受到限制則可逐步排除。
敏捷管理和協(xié)調(diào)有助于交流信息，提高效率和減少材料。同時(shí)這有利于激發(fā)人的創(chuàng)造力，消除阻礙和制定出最好的方法。
4.總結(jié)
⑴熱處理CAD/CAE技術(shù)已被集成到模具并行設(shè)計(jì)中去，同時(shí)熱處理已被制成圖表，這有利于提高效率，較易發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。
⑵模型的開發(fā)已在同一個(gè)平臺(tái)運(yùn)行。在這個(gè)平臺(tái)中，當(dāng)熱處理工藝制定出來后，設(shè)計(jì)人員可獲得相關(guān)信息和轉(zhuǎn)讓部分信息到其它設(shè)計(jì)部門。
⑶制定出正確的開發(fā)計(jì)劃并按時(shí)調(diào)整可以極大縮短開發(fā)周期和降低成本。
原文： 李雄、張鴻冰、阮雪榆、羅中華、張艷，模具熱處理及其導(dǎo)向平行設(shè)計(jì)[J]， 鋼鐵研究學(xué)報(bào)英文版，2006，13（1）:40-43，74
學(xué)號(hào)：
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
滑蓋手機(jī)底殼的注塑模設(shè)計(jì)
The Injection Mold Design Of Slide Phone Pan
學(xué)院 專業(yè) 班級(jí)
學(xué)生 指導(dǎo)教師（職稱）
完成時(shí)間 20xx 年 03 月 12 日至 20xx 年 06 月 15 日
開題報(bào)告
題目
滑蓋手機(jī)底殼的注塑模設(shè)計(jì)
The Injection Mold Design Of Slide Phone Pan
院 （系）
專業(yè)
年級(jí)
學(xué)號(hào)
姓名
指導(dǎo)教師
20xx年 3 月 12日
畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告
題目
滑蓋手機(jī)底殼的注塑模設(shè)計(jì)
時(shí)間
本課題的目的意義
（含國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析）
畢業(yè)設(shè)計(jì)是整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的重要組成部分，是全面考核學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。通過設(shè)計(jì)，可以使學(xué)生所學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能在總結(jié)提高的基礎(chǔ)上加以綜合應(yīng)用。同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、全面解決問題的能力。要求學(xué)生獨(dú)立完成設(shè)計(jì)內(nèi)容，熟練運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助軟件“Pro/E和MasterCAM”設(shè)計(jì)一套“滑蓋手機(jī)底”注塑模并進(jìn)行仿真和模型加工。并發(fā)揮自己有創(chuàng)見的設(shè)計(jì)思想。搞好本次設(shè)計(jì)，可以達(dá)到如下方面目的：
1、樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握工程設(shè)計(jì)的基本方法，加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)規(guī)定，技術(shù)文件的理解和應(yīng)用，提高查閱科技資料的能力，以便今后熟練的開展工作。
2、培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)作風(fēng)。辯證地綜合有關(guān)資料，判定合理的設(shè)計(jì)方案。
3、運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，獨(dú)立解決設(shè)計(jì)中碰到的各種問題，通過設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖、制表、技術(shù)數(shù)據(jù)處理、撰寫技術(shù)報(bào)告等專業(yè)技能的訓(xùn)練，逐步掌握解決本專業(yè)工程技術(shù)文件及技術(shù)問題的處理方法和手段。
設(shè)計(jì)(論文)的基本條件
及設(shè)計(jì)(論文)依據(jù)
1、《塑料注射模具設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》，航空工業(yè)出版社。
2、模具實(shí)用技術(shù)叢書編委會(huì)《塑料模具設(shè)計(jì)制造與應(yīng)用實(shí)例》，機(jī)械工業(yè)出版社 2002.7
3、伍先明確、王群等，《塑料模具設(shè)計(jì)指》導(dǎo)，國(guó)防工業(yè)出版社。2006.5
4、鄒繼強(qiáng),《塑料模具設(shè)計(jì)參考資料匯編》 清華大學(xué)出版社2005.9
5、模具實(shí)用技術(shù)叢書編委會(huì)《模具材料與使用壽命》，機(jī)械工業(yè)出版社 2000.4
6、《材料力學(xué)》，高等教育出版社。
7、顏智偉,《塑料模具設(shè)計(jì)與機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)》,國(guó)防工業(yè)出版社,2005.8
8、《塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組, 《塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》
9、阮鋒等，Pro/ENGINEER2001模具設(shè)計(jì)與制造實(shí)用教程，機(jī)械工業(yè)出版社。
10、《Pro/ENGINEER Wildfire模具設(shè)計(jì)實(shí)例教程精解》，機(jī)械工業(yè)出版社。
11、《實(shí)戰(zhàn)Pro/ENGINEER2001模具設(shè)計(jì)》，中國(guó)鐵道出版社。
12、何滿才 《模具設(shè)計(jì)與加工MasterCAM9.0實(shí)例詳解》，人民郵電出版社。2006.0
本課題的主要內(nèi)容、
重點(diǎn)解決的問題
主要內(nèi)容：
一、分析產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，初步確定模具結(jié)構(gòu)
二、模具結(jié)構(gòu)型式選擇及論證
1.對(duì)產(chǎn)品詳細(xì)的分析；2.對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行模具設(shè)計(jì)；
三、有關(guān)工藝參數(shù)的計(jì)算，設(shè)計(jì)圖紙，制造及加工工藝，說明書等
重點(diǎn)解決的問題：
1、 Pro/E環(huán)境下設(shè)計(jì)對(duì)象的模具設(shè)計(jì)
2、 模具結(jié)構(gòu)型式選擇及論證
本課題欲達(dá)到的目的
或預(yù)期研究的結(jié)果
通過這次的設(shè)計(jì)，希望能使我們更好的掌握本專業(yè)的專業(yè)知識(shí)和技術(shù)，能更清楚模具設(shè)計(jì)要求和技巧，更明確模具加工與設(shè)計(jì)。同時(shí)也希望我們能更好的把書本的知識(shí)和實(shí)際操作融合在一起。為即將面臨的工作打下牢固的基礎(chǔ)。
計(jì) 劃 進(jìn) 度
時(shí) 間
工 作 內(nèi) 容
備 注
22/3～26/3
查閱、收集國(guó)內(nèi)外與課題有關(guān)文獻(xiàn)資料15篇以上，并寫出6000～8000字的文獻(xiàn)綜述。
29/3～2/4
寫出設(shè)計(jì)開題報(bào)告與導(dǎo)師進(jìn)行設(shè)計(jì)思想交流。
5/4～9/4
檢索與閱讀與設(shè)計(jì)題目相關(guān)的外文資料，并書面翻譯3000～5000漢字（附外文原文及出處）的外文資料；準(zhǔn)備與本設(shè)計(jì)所用的工具書
12/4～16/4
畫出設(shè)計(jì)零件的2D及3D圖。初步確定設(shè)計(jì)方案，畫出草圖。
19/4～23/4
分析確定設(shè)計(jì)的最佳方案。
26/4～30/4
繪制模具總裝配圖和主要零件圖。編寫設(shè)計(jì)（論文）說明書
3/5～28/5
31/5～4/6
修改與完善、打印、裝訂、裝袋
7/6～10/6
答辯前準(zhǔn)備，答辯
指
導(dǎo)
教
師
意
見
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
專
業(yè)
教
研
室
意
見
教研室主任簽名：
年 月 日
4
文獻(xiàn)綜述
學(xué)院（系）
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
有關(guān)注塑模具和手機(jī)外殼模具的文獻(xiàn)檢索
一、引言
模具是機(jī)械制造業(yè)中技術(shù)先進(jìn)、影響深遠(yuǎn)的重要工藝裝備,具有生產(chǎn)效率高、材料利用率高、制件質(zhì)量?jī)?yōu)良、工藝適應(yīng)性好等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械、航天、航空、輕工、電子、電器、儀表等行業(yè)。本次課題滑蓋手機(jī)底殼的注塑模設(shè)計(jì)。隨著塑料制品的廣泛應(yīng)用，對(duì)塑料模具的需求日益增加，塑料模在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要性也日益突出。
二、注塑模具在國(guó)外的情況：
以“歐洲模展上的先進(jìn)模具技術(shù)”的考察報(bào)告以基準(zhǔn)來簡(jiǎn)單介紹一下在EuroMold 2001 上展出的模具大部分為塑料模,許多模具巧妙的設(shè)計(jì)、高超的加工技術(shù)和卓越的質(zhì)量令人贊嘆。例如, Sermo 、EN GEL 等公司展出了多零件、多色、多材料注射模, 回轉(zhuǎn)臺(tái)注射成型和帶分度板座的注射成型系統(tǒng)。利用這些模具和技術(shù)可實(shí)現(xiàn)同一模具中成型多種零件, 并且可實(shí)現(xiàn)多種顏色、多種材質(zhì)塑料的注射成型。MHT 公司展出了1 模144 腔的高效瓶坯模具, 其特點(diǎn)不僅腔數(shù)多, 而且注射周期短, 生產(chǎn)效率高,該模具每小時(shí)可制造瓶坯達(dá)60 000 個(gè)。Solvay 公司展出了其表面涂層專利技術(shù), 可使模具表面層硬度達(dá)1750～3400HV ,厚度為5μm ,大大提高了模具的耐磨性和使用壽命。塑料模制造技術(shù)中一個(gè)突出點(diǎn)就是鋁合金材料的應(yīng)用,Corus 、Pechiney Rhenalu 等公司展出了其鋁合金材料及模具樣品。Corus 公司開發(fā)和生產(chǎn)了HO KO TOL 、WELDURAL 和GIAN TAL 3 個(gè)系列的鋁合金材料。展出的1 副用鋁合金制造的塑料模, 使用壽命已達(dá)30 萬次, 狀況依然完好。Pechiney Rhenalu 公司展出了4 個(gè)系列8 個(gè)等級(jí)的鋁合金材料,宣稱用其M1- 600 鋁材制造塑料模,壽命可達(dá)50 萬次以上。Synventive Molding Solutions 公司的動(dòng)態(tài)進(jìn)料技術(shù)是塑料模技術(shù)中的一個(gè)亮點(diǎn), 這是一項(xiàng)控制熔融塑料在熱流道系統(tǒng)中流動(dòng)的專利技術(shù)。所謂動(dòng)態(tài)進(jìn)料, 就是可為每個(gè)澆口分別設(shè)定注射時(shí)間、注射壓力等參數(shù), 根據(jù)這些設(shè)置進(jìn)行注射, 可以獲得平衡的注射和最佳的質(zhì)量保證。為實(shí)現(xiàn)上述目的,裝置內(nèi)每個(gè)熱流道噴嘴有一個(gè)針閥, 用以調(diào)節(jié)塑料的流動(dòng)。針閥可通過液壓驅(qū)動(dòng)活塞動(dòng)態(tài)地、無級(jí)地移動(dòng), 針閥的位置決定了注射的流量和壓力。在流道內(nèi)有壓力傳感器, 可連續(xù)記錄流道內(nèi)的壓力變化, 并將壓力曲線與預(yù)置的壓力曲線進(jìn)行比較, 通過液壓系統(tǒng)控制針閥位置, 調(diào)整壓力至預(yù)先設(shè)定的值。動(dòng)態(tài)進(jìn)料技術(shù)的另一優(yōu)點(diǎn), 就是允許使用可換模具, 即可使用一標(biāo)準(zhǔn)模具, 對(duì)于不同制件只要更換模芯, 而不必調(diào)整熱流道系統(tǒng)。這樣就可以減少使用的模具數(shù)。動(dòng)態(tài)進(jìn)料裝置也允許使用多模成型, 同時(shí)允許每個(gè)模具使用不同的模芯。對(duì)于單副模具, 即具有一個(gè)模芯和多個(gè)澆口時(shí), 用戶可分別調(diào)節(jié)各個(gè)澆口的注射量、注射時(shí)間和壓力, 從而保證復(fù)雜注射零件的質(zhì)量。
三、注塑模具在國(guó)內(nèi)的情況：
塑料工業(yè)近20年來發(fā)展十分迅速，早在7年前塑料的年產(chǎn)量按體積計(jì)算已經(jīng)超過鋼鐵和有色金屬年產(chǎn)量的總和，塑料制品在汽車、機(jī)電、儀表、航天航空等國(guó)家支柱產(chǎn)業(yè)及與人民日常生活相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。塑料制品成形的方法雖然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料成形模具產(chǎn)量中約半數(shù)以上是注塑模具。隨著塑料制品復(fù)雜程度和精度要求的提高以及生產(chǎn)周期的縮短，主要依靠經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)方法已不能適應(yīng)市場(chǎng)的要求，在大型復(fù)雜和小型精密注射模具方面我國(guó)還需要從國(guó)外進(jìn)口模具。
傳統(tǒng)的注塑成形仿真軟件基于制品的中心層模型。用戶首先要將薄壁塑料制品抽象成近似的平面和曲面，這些面被稱為中心層。在這些中心層上生成二維平面三角網(wǎng)格，利用這些二維平面三角網(wǎng)格進(jìn)行有限元計(jì)算，并將最終的分析結(jié)果在中面上顯示。而注塑產(chǎn)品模型多采用三維實(shí)體模型，由于兩者模型的不一致，二次建模不可避免。但由于注塑產(chǎn)品的形狀復(fù)雜多樣、千變?nèi)f化，從三維實(shí)體中抽象出中心層面是一件十分困難的工作，提取過程非常繁瑣費(fèi)時(shí)，因此設(shè)計(jì)人員對(duì)仿真軟件有畏難情緒，這已成為注塑成形仿真軟件推廣應(yīng)用的瓶頸。
HSCAE 3D 主要是接受三維實(shí)體/ 表面模型的STL 文件格式?，F(xiàn)在主流的CAD/CAM 系統(tǒng)，如UG、Pro/ENGINEER、CATIA 和SolidWorks 等，均可輸出質(zhì)量較高的STL 格式文件。這就是說，用戶可借助任何商品化的CAD/CAE 系統(tǒng)生成所需制品的三維幾何模型的STL 格式文件，HSCAE 3D 可以自動(dòng)將該STL 文件轉(zhuǎn)化為有限元網(wǎng)格模型，通過表面配對(duì)和引入新的邊界條件保證對(duì)應(yīng)表面的協(xié)調(diào)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)基于三維實(shí)體模型的分析，并顯示三維分析結(jié)果，免去了中心層模擬技術(shù)中先抽象出中心層，再生成網(wǎng)格這一復(fù)雜步驟，突破了仿真系統(tǒng)推廣應(yīng)用的瓶頸，大大減輕了用戶建模的負(fù)擔(dān)，降低了對(duì)用戶的技術(shù)要求，對(duì)用戶的培訓(xùn)時(shí)間也由過去的數(shù)周縮短為幾小時(shí)。
注塑制品都是薄壁制品，制品厚度方向的尺寸遠(yuǎn)小于其他兩個(gè)方向的尺寸，溫度等物理量在厚度方向的變化又非常大，若采用單純的有限元或有限差分方法勢(shì)必造成分析時(shí)間過長(zhǎng)，無法滿足模具設(shè)計(jì)與制造的實(shí)際需要。我們?cè)诹鲃?dòng)平面采用有限元法，厚度方向采用有限差分法，分別建立與流動(dòng)平面和厚度方向尺寸相適應(yīng)的網(wǎng)格并進(jìn)行耦合求解，在保證計(jì)算精度的前提下使得計(jì)算速度滿足工程的需要，并采用控制體積法解決了成形中的移動(dòng)邊界問題。對(duì)于內(nèi)外對(duì)應(yīng)表面存在差異的制品，可劃分為兩部分體積，并各自形成控制方程，通過在交接處進(jìn)行插值對(duì)比保證這兩部分的協(xié)調(diào)。
四、高速加工和現(xiàn)代模具制造
1、概述
（1)目前模具高速加工的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)： 目前，采用高速切割生產(chǎn)模具已經(jīng)成為模具制造的大趨勢(shì)，在國(guó)外一些模具生產(chǎn)廠家，高速機(jī)床大面積取代電火花機(jī)床，高速切削大大提高了模具生產(chǎn)效率。機(jī)床企業(yè)瞄準(zhǔn)模具生產(chǎn)企業(yè)，有的加工中心生產(chǎn)廠機(jī)床的60以上賣給模具加工企業(yè)。高速切削逐漸取代電火花精加工模具在國(guó)外的模具制造企業(yè)已經(jīng)普遍采用，高速切削生產(chǎn)模具已經(jīng)成為逐漸模具制造的大勢(shì)，大大提高了模具生產(chǎn)效率和質(zhì)量。采用高速切削代替電火花生產(chǎn)模具，可以明顯提高效率、提高模具精度、使用壽命長(zhǎng)。
(2）、高速加工在模具制造中的應(yīng)用:2.1高速切削的優(yōu)點(diǎn)：1刀具的高轉(zhuǎn)速和機(jī)床的高進(jìn)給以及高加速度，大大提高金屬切除率；2高速切削減小切削力；3高速切削熱大部分由切屑帶走，工件發(fā)熱少；
4高速切削減少振動(dòng)，提高加工質(zhì)量；2.2高速加工應(yīng)用于模具加工的效益:1快速粗加工和精加工，提高加工效率；2高速高精度加工硬切削代替光整加工，表面質(zhì)量高，形狀精度提高，比EDM加工提高效率50%減少手工的修模；3硬切削加工最后成型表面，提高表面質(zhì)量、形狀精度，（不僅是表面粗糙度低，而且表面光亮度高），用于復(fù)雜表面的加工更具優(yōu)勢(shì)；4避免EDM加工生產(chǎn)的 表面損傷，提高模具壽命20%；5結(jié)合CAD/CAM技術(shù)快速加工電極，特別是形狀復(fù)雜、薄壁類電極。
(3)\采用高速切削加工模具需要解決的問題:在國(guó)內(nèi)，由于資金、技術(shù)等方面的原因，應(yīng)用高速切削生產(chǎn)模具還處于初級(jí)階段。還存在機(jī)床、刀具、工藝以及其它方面的一些問題需要逐步解決。缺點(diǎn)是加工成本高，對(duì)刀具的使用有較高的要求，不能使用過大的刀具，要有復(fù)雜的計(jì)算機(jī)編程技術(shù)做支持，設(shè)備運(yùn)行成本高。
2、加工模具的高速加工機(jī)床
模具精加工和硬切削加工需要數(shù)控高速機(jī)床，模板、模架加工需要精密、高效數(shù)控機(jī)床等。許多機(jī)床企業(yè)瞄準(zhǔn)模具生產(chǎn)，有的加工中心生產(chǎn)廠機(jī)床的60%以上賣給模具企業(yè)。模具行業(yè)今后幾年年均有50億元的固定資產(chǎn)投入，其中80%是購買模具加工設(shè)備，也就是說每年有40億人民幣要購買金切機(jī)床。目前我國(guó)數(shù)控機(jī)床的平均利用率大約20%，高速機(jī)床的利用率3~5%。模具企業(yè)也有相當(dāng)?shù)膯挝毁徺I高速機(jī)床，從6000-40000mmp的都有。
（1）高速機(jī)床的技術(shù)參數(shù)要求：加工中心主軸大功率、高轉(zhuǎn)速，滿足粗精加工；精加工模具要用小直徑刀具，機(jī)床一般要達(dá)到15000~20000mmp。通常主軸轉(zhuǎn)速在10000mmp以下的機(jī)床可以進(jìn)行粗加工和半精加工，達(dá)不到精加工的精度；無法達(dá)到400m/min以上的切削速度。
（2）五軸機(jī)床的應(yīng)用增加趨勢(shì)：1加工路線靈活，表面形狀復(fù)雜；2加工范圍大，適合多種類型模具加工；3切削條件好，減少刀具的磨損，提高刀具壽命；
（3）、購買CAD/CAM軟件和高速機(jī)床配套據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年有幾十億美元用于進(jìn)口機(jī)床，大部分電加工機(jī)床和高速機(jī)床需要進(jìn)口。
3、高速切削模具的刀具技術(shù)
高速切削加工還需要配備適宜高速切削的刀具。高速加工刀具材料的進(jìn)展促使了高速加工的發(fā)展。硬質(zhì)合金涂層刀具、聚晶增強(qiáng)陶瓷刀具使得兼顧高硬度的刀刃部和高韌性的基體成為可能。聚晶立方氮化硼（PCBN)刀片，其硬度可達(dá)3500～4500HV。聚晶金剛石（PCD)其硬度可達(dá)6000~10000HV。近年來德國(guó)SCS、日本三菱（神鋼）及住友、瑞士山特維克、美國(guó)肯納飛碩等國(guó)外著名的刀具公司都先后推出了各自的高速切削刀具，不僅有高速切削普通結(jié)構(gòu)鋼的刀具，還有能直接高速切削淬硬鋼的陶瓷刀具等超硬刀具，尤其是涂層刀具 異軍突起，在淬硬鋼的半精加工和精加工中發(fā)揮著巨大作用，新刀具材料和刀具技術(shù)的出現(xiàn)已經(jīng)使高速加工上的瓶頸問題不再會(huì)出現(xiàn)在刀具上。但是，進(jìn)口刀具的昂貴價(jià)格也阻礙高速切削模具的重要因素。
選擇刀具參數(shù)，如負(fù)前角刀具等，刀具要求比普通加工要求抗沖擊韌性更高，還要求抗熱沖擊能力強(qiáng)；2、采取多種方法提高刀具壽命，降低刀具成本。3、采用高速刀柄，目前應(yīng)用最多是HSK刀柄，熱壓裝夾刀具。注意刀具裝夾后的整體平衡；4、當(dāng)前的刀具企業(yè)在解決高速切削刀具技術(shù)方面已經(jīng)已經(jīng)做了很多工作，面向加工的刀具服務(wù)會(huì)幫助解決很多問題，刀具生產(chǎn)廠家成為主體，參考刀具生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)參數(shù)。
4、提高高速切削模具效率的工藝技術(shù)
1、刀具直徑和長(zhǎng)度的選擇2、HSK和EDM的選擇3、干切削和潤(rùn)滑冷卻4、進(jìn)給選擇；通常進(jìn)給量<銑刀直徑10%，進(jìn)給寬度<銑刀直徑40%。
根據(jù)材料情況合理選擇加工工藝參數(shù)：國(guó)外高速銑削加工零件材料質(zhì)量較好，材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相同，加工性能比較穩(wěn)定；而國(guó)外公司生產(chǎn)的刀具也以他們的材料標(biāo)準(zhǔn)做試驗(yàn)；推薦的加工參數(shù)一般比較適合他們的標(biāo)準(zhǔn)，如果使用他們的刀具，與國(guó)內(nèi)的零件材質(zhì)有一定的區(qū)別，在高速銑削時(shí)，這種差別表現(xiàn)得較為明顯，有些參數(shù)可以直接應(yīng)用，但有些效果就比較差。而國(guó)內(nèi)企業(yè)一般選用零件材質(zhì)有一定的標(biāo)準(zhǔn)，所使用的零件材料，特別是能用高速加工的零件材質(zhì)，一般會(huì)局限在某些零件材料范圍內(nèi)，這對(duì)我們應(yīng)用高速加工技術(shù)也提供了有利的條件，會(huì)在較少的加工材料范圍內(nèi)應(yīng)用。這里要強(qiáng)調(diào)的是，一定要在這些材料上選取優(yōu)化出一套適合本企業(yè)的加工工藝參數(shù)，并且納入企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。選用國(guó)產(chǎn)刀具，很少有推薦高速銑削的技術(shù)參數(shù)的，由必要做試驗(yàn)，取得比較滿意的參數(shù)嗎，最好選用固定的刀具生產(chǎn)廠家，減少試驗(yàn)的次數(shù)，形成加工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這樣可以提高設(shè)備有效利用率嗎，降低生產(chǎn)成本，可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。
5、高速切削的加工刀具路徑好編程
1平面進(jìn)給路徑選擇；2輪廓加工路徑選擇；3保持切削載荷平穩(wěn)；4保持相對(duì)平穩(wěn)的進(jìn)給量和進(jìn)給速度；5在平面切削中保持圓拐角；6合理選擇精加工余量。
HSC精加工對(duì)CAN的編程要求：1）盡量避免拐角的銑削運(yùn)動(dòng)：2）盡量避免工件外的進(jìn)刀與退刀運(yùn)動(dòng)，直接從輪廓進(jìn)入下一個(gè)深度。或者采用螺旋線或斜向進(jìn)給切入：3）恒定每刃進(jìn)給嗎，提高質(zhì)量，延長(zhǎng)刀具壽命：4）輪廓加工保持在水平面上等。高速切削CAM軟件；delcam公司幾年前就開始了高速切削加工編程技術(shù)的研究，開發(fā)了高速切削自動(dòng)編程軟件模塊；最近，mastercam公司也開發(fā)了高速切削自動(dòng)編程軟件模塊；國(guó)內(nèi)北航海爾也開發(fā)了高速切削自動(dòng)編程軟件模塊。
6、高速機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)
1高速數(shù)據(jù)處理；2拐角預(yù)測(cè)處理；3NURBS非有理樣條插補(bǔ)曲線加工。
7、高速切削模具的安全問題
1刀具磨損和破壞的監(jiān)測(cè)；2刀片連接的強(qiáng)度；3和普通機(jī)床加工不同，安全防護(hù)和開機(jī)前對(duì)機(jī)床和刀具的嚴(yán)格檢查非常重要。
8、目前我國(guó)在采用高速加工模具技術(shù)中存在的問題
（1）機(jī)床：1國(guó)產(chǎn)高速機(jī)床整體性能尚有差距，功能部件性能還不能滿足要求。包括電主軸的功率和轉(zhuǎn)速，進(jìn)口機(jī)床價(jià)格高；2機(jī)床的高速下動(dòng)態(tài)特性研究還不夠，因而影響整機(jī)的；3五軸機(jī)床還不夠成熟，進(jìn)口機(jī)床價(jià)格太高；4配套技術(shù)和設(shè)備還不完全。
（2）刀具：:1國(guó)產(chǎn)刀具還不能夠適應(yīng)高速切削的應(yīng)用，特別是高速硬切削光整加工，進(jìn)口刀具價(jià)格高，刀具技術(shù)是影響高速切削加工模具的一個(gè)重要因素；2配套技術(shù)還不夠，包括刀柄、成套在線動(dòng)平衡等。
(3)高速模具加工工藝及實(shí)驗(yàn):1由于高速加工模具模具的歷史比較短，缺乏應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)積累；2對(duì)高速切削工藝研究比較少，投入不夠，立項(xiàng)比較困難；3缺少高速切削數(shù)據(jù)庫或手冊(cè)，目前還是空白；4模具生產(chǎn)廠家對(duì)高速切削的認(rèn)識(shí)不夠，缺乏長(zhǎng)期效益的分析對(duì)比。
（4）缺乏高速切削自動(dòng)編程軟件.
（5）缺乏五軸聯(lián)動(dòng)高速切削自動(dòng)編程CAM軟件
模具市場(chǎng)對(duì)的高速加工有強(qiáng)烈的需求，但是技術(shù)跟不上。起步晚，基礎(chǔ)較差，整體技術(shù)不高，發(fā)展緩慢。需要各個(gè)方面協(xié)調(diào)發(fā)展，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，加大投入，綜合利用各個(gè)方面力量推動(dòng)高速切削在模具制造中的應(yīng)用。我們希望，通過各方面的努力，在市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，通過技術(shù)進(jìn)步嗎，像汽車，機(jī)床嗎，家電一樣，在不遠(yuǎn)的將來嗎，我國(guó)不但要成為模具生產(chǎn)大國(guó)，而且要成為模具生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)
五、CAX技術(shù)對(duì)塑模具設(shè)計(jì)的應(yīng)用與發(fā)展
利用注塑模具CAX軟件，設(shè)計(jì)與工程人員可完成注塑制品構(gòu)造、模具概念設(shè)計(jì)、CAE分析、模具評(píng)價(jià)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和CAM等虛擬與現(xiàn)實(shí)工作，利用注塑模流分析技術(shù)，能預(yù)先分析模具設(shè)計(jì)的合理性，減少試模次數(shù)，加快產(chǎn)品研發(fā)，提高企業(yè)效率。
傳統(tǒng)的塑料注射成型開發(fā)方法主要是嘗試法，依據(jù)設(shè)計(jì)者有限的經(jīng)驗(yàn)和比較簡(jiǎn)單的計(jì)算公式進(jìn)行產(chǎn)品和工藝開發(fā)。因此開發(fā)過程中要反復(fù)試模和修模，導(dǎo)致生產(chǎn)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，產(chǎn)品質(zhì)量難以得到保證，對(duì)于成型大型制品和精密制品，問題更加突出。2)二十一世紀(jì)世界制造加工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，對(duì)注塑產(chǎn)品與模具的設(shè)計(jì)制造提出新的挑戰(zhàn)，必須尋求高效、可靠、敏捷、柔性的注塑產(chǎn)品與模具設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)。3)應(yīng)用CAD／CAE／CAM技術(shù)從根本上改變傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)和模具生產(chǎn)方式，提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本，強(qiáng)有力地推動(dòng)了模具行業(yè)的發(fā)展。據(jù)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，國(guó)外采用模具CAD／CAE／CAM技術(shù)可使設(shè)計(jì)時(shí)間縮短50％，制造時(shí)間縮短300／o，成本下降1 0％，塑科原料節(jié)省7％，一次試模成功率提高45％～50％。
CAD概念。運(yùn)用CAD技術(shù)能幫助廣大模具設(shè)計(jì)人員由注塑制品的零件圖迅速設(shè)計(jì)出該制品的全套模具圖，使模具設(shè)計(jì)師從繁瑣、冗長(zhǎng)的手工繪圖和人工計(jì)算中解放出來，將精力集中于方案構(gòu)思、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等創(chuàng)造性工作。2)CAE概念。CAE技術(shù)借助于有限元法、有限差分法和邊界元法等數(shù)值計(jì)算方法分析型腔中塑料的流動(dòng)、保壓和冷卻過程，計(jì)算制品和模具的應(yīng)力分布，預(yù)測(cè)制品的翹曲變形，達(dá)到優(yōu)化制品和模具結(jié)構(gòu)、優(yōu)選成型工藝參數(shù)的目的。3)CAM概念。運(yùn)用CAM技術(shù)能將模具型腔的幾何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為各種數(shù)控機(jī)床所需的加工指令代碼，取代手工編程。采用CAM技術(shù)能顯著提高模具加工的精度及生產(chǎn)管理的效率。
注塑模CAD／CAE／CAM的科學(xué)嚴(yán)密生產(chǎn)組織方式，保證了注塑模的生產(chǎn)質(zhì)量。但注塑模的商品化軟件在功能和精度上還有待于進(jìn)—步發(fā)展。今后的研究和發(fā)展工作主要在于精度的數(shù)字化技術(shù)，對(duì)復(fù)雜形狀的產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，且采集速度要快而精確，并直接建立線框模型。其次就是實(shí)現(xiàn)模具加工的全自動(dòng)化；此外就是要通過信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)技術(shù)價(jià)值、技術(shù)服務(wù)和技術(shù)轉(zhuǎn)讓，從而顯示先進(jìn)信息傳輸工具的優(yōu)越性。
六、手機(jī)外殼模具設(shè)計(jì)制作與分析
1.模具設(shè)計(jì)
（1）模具的基本結(jié)構(gòu)（2）澆道分析與設(shè)計(jì)：澆道的作用在于連接注入口及模穴澆口，主要用于多進(jìn)澆口大件模具或多模穴模具，目的在于使塑料同時(shí)到達(dá)各模穴，使充填速度均勻。（3）型腔：射出成型模具主要由型腔賦予成型品的最終形狀，因此型腔可定義做模具中賦予成型品形狀的零組件。（4）模穴與模心:一般而言，模穴的主要要求為填料快速，容易脫模，表面須光滑模心的要求則為須維持整個(gè)模穴溫度均勻。（5）注入口及注:
入口的襯套注入口或豎澆口的目的在于將來自噴嘴射出的熔融塑料導(dǎo)入模具的澆道系統(tǒng)。外圍襯套則稱為注入口襯套。6）對(duì)位圈或定位圈:對(duì)位圈的目的在于導(dǎo)正射出機(jī)噴嘴位置與模具注入口，避免出料不順。有時(shí)除了定位的功能外，在模具外壁薄而射出壓力高時(shí)，往往需借助對(duì)位圈來保持注入口襯套與模具的對(duì)中。（7）注料系統(tǒng):對(duì)多型腔模具而言，需要一注料系統(tǒng)將塑料平均分配到每個(gè)模穴中。注料系統(tǒng)主要由澆道及澆口兩大部分所組成。（8）澆口設(shè)計(jì):傳統(tǒng)上進(jìn)澆口位置與澆口尺寸、方式的決定是由實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行的，即所謂的試誤法，經(jīng)不斷地試模找出較佳的進(jìn)澆位置。但對(duì)較復(fù)雜的模具或精密模具，經(jīng)驗(yàn)法則難以使用。因此近年來許多研究人員致力于計(jì)算機(jī)輔助工程分析方面研究，希望結(jié)合高分子加工原理與數(shù)值計(jì)算，計(jì)算機(jī)繪圖的技術(shù)，發(fā)展出模具設(shè)計(jì)的輔助軟件，如國(guó)際上知名的MOLDFLOW，C-FLOW，以及CAE-MOLD，MOLDEX3D 系統(tǒng)軟件等。
2、模具的制作流程
從運(yùn)用CAD/CAM 系統(tǒng)采UG.NX Mold Wizard 模模塊來設(shè)計(jì)曲面的建立與編修建構(gòu)成品與模具幾何模型，數(shù)控技術(shù)進(jìn)行手機(jī)上蓋塑料射出模具制作，以模流分析軟件獲得射出成型的加工修件，并對(duì)模具的壽命評(píng)估，達(dá)到
縮短制程時(shí)間、降低成本及提高質(zhì)量的目標(biāo)。
3 、模流分析
試模程序在塑料模具中扮演著相當(dāng)重要的地位，模具根據(jù)的模流分析，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成階段即可通過模流分析軟件仿真模具射出成型的情形，決定模具的設(shè)計(jì)方式，模流分析所產(chǎn)生的參數(shù)可當(dāng)作試模時(shí)的參考，降低模具設(shè)計(jì)的失敗率以及試模時(shí)間與次數(shù)。本研究是以Moldex3D 分析充填過程，為模流設(shè)定參數(shù)，分析的建議結(jié)果相對(duì)照，由于作為壽命評(píng)估，故射膠壓力大，以加速模具磨耗，充填過程中壓力分布、溫度分布、波前圖與模流方向圖，從波前圖與模流方向圖中可觀察熔接線位置，分析圖中顯示厚度相當(dāng)均勻，表面沒有明顯熔接線。
4 、建立公母模
本研究所設(shè)計(jì)的CAD 模型是手機(jī)殼的外型，是采用UG NX 軟件來設(shè)計(jì)，它對(duì)于曲面的建立與編修及加工具有強(qiáng)大的功能。
5 、射出成型
將公、母模與模座組合完成后，并利用模流分析所得知結(jié)果，設(shè)定射出條件。射出機(jī)機(jī)型為臺(tái)中精機(jī)Ve-80，射出材料采用ABS 塑料顆粒材料。
6 、應(yīng)力分析
偏光儀是量測(cè)應(yīng)力變化的實(shí)驗(yàn)儀器，其主要設(shè)備包括偏光板、四分的一波板及光源，把光彈模型置于光彈性實(shí)驗(yàn)儀其中時(shí)，可用來檢驗(yàn)應(yīng)力的方向。
反射式光彈分析儀與穿透式光彈很類似，首先利用可塑性光彈分析材料披覆在像一面鏡子一樣平滑的待測(cè)物表面。再用一光束經(jīng)一面偏光板照射物體，經(jīng)物體面上的反射光投射回同一面偏光板。光源若使用白光的話，光彈條紋是彩色的條紋，可以根據(jù)應(yīng)力條文對(duì)照表來得到某一種顏色的條紋
代表某階段的條紋。在單色的光彈條紋中，粗線的地方代表該點(diǎn)的主應(yīng)力方向x 軸（或y 軸）平行。因此兩道光的相位差，因而造成光場(chǎng)的明暗條紋，光場(chǎng)的條文可以肉眼觀察，條紋越密集的地方，表示應(yīng)力越大，亦即應(yīng)力集中的地方（也是材料發(fā)生破壞時(shí)最先開始的位置）。當(dāng)光穿入透明均向板材料（環(huán)氧樹脂或電木等材料，構(gòu)成暫時(shí)雙折射的特性，板受應(yīng)力立即產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，但如將所加應(yīng)力移走時(shí)此現(xiàn)象即消失）中，則速度會(huì)隨材料的應(yīng)力狀態(tài)而產(chǎn)生輕微的變化。對(duì)于均質(zhì)等向性的材料，兩個(gè)偏光光波沿著主應(yīng)力方向偏，此兩方向的速度并不相等，其差值與主應(yīng)力值的差成正比關(guān)系。
利用CAD 的模具設(shè)計(jì)是從得到制品圖后，設(shè)計(jì)模具構(gòu)造、分面膜、橫澆道、進(jìn)澆口等，然后再?zèng)Q定溫度控制、脫模等，并依制品圖來決定公模與母模的尺寸。成型品充填不足時(shí)，會(huì)發(fā)生氣泡、氣孔、收縮下陷皺紋等，原因有成型空間內(nèi)的成型壓力不足、樹脂的流動(dòng)性不足、排氣不足等，成型壓力不足包括：成型機(jī)的容量不足與成型條件的射出壓力不足。采取的對(duì)策是延長(zhǎng)充填時(shí)間，升高高速充填、模具、樹脂的溫度，增大射出壓力，增大澆口，將澆口位置移到肉厚部，增強(qiáng)通氣孔等等。
七.總結(jié)
總體說來，我們的塑料模具制造水平與世界先進(jìn)水平的差距還是很大的。模具產(chǎn)品水平要比國(guó)際水平低許多，而許多模具的生產(chǎn)周期卻要比國(guó)際水平長(zhǎng)。產(chǎn)品水平低主要表現(xiàn)在模具的精度、型腔表面粗糙度、壽命及結(jié)構(gòu)等方面。目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)仍處于發(fā)展期，國(guó)際上經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展趨勢(shì)日趨明顯，這就為我國(guó)模具工業(yè)的高速發(fā)展提供了良好的條件與機(jī)遇。一方面是國(guó)內(nèi)模具市場(chǎng)將繼續(xù)高速發(fā)展，另一方面是國(guó)際上將模具制造逐漸向我國(guó)轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)和跨國(guó)集團(tuán)到我國(guó)進(jìn)行模具的國(guó)際采購趨向十分明顯。因此，展望未來，國(guó)際、國(guó)內(nèi)的模具市場(chǎng)總體發(fā)展趨勢(shì)前景美好，預(yù)計(jì)中國(guó)模具工業(yè)將在良好的市場(chǎng)環(huán)境下繼續(xù)得到高速發(fā)展。
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