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目 錄
1 概述 1
1.1 模具概述 1
1.2 我國(guó)塑料模具現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1
2 塑料選擇及塑件工藝結(jié)構(gòu)分析 2
2.1 塑料選取及塑料特性分析 2
2.2 塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 2
3 模具設(shè)計(jì) 5
3.1 注射機(jī)的選擇 5
3.1.1注射機(jī)型號(hào)的確定 5
3.1.2型腔數(shù)量的確定和校核 5
3.1.3注射量校核 6
3.1.4注射壓力的校核 6
3.1.5開(kāi)模行程的校核 6
3.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7
3.2.1塑料制件在模具中的位置 7
3.2.2澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8
3.3 排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10
3.4 成型零件的設(shè)計(jì) 10
3.4.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
3.4.2成型零件工作尺寸的計(jì)算 11
3.5 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
3.6 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
3.7 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 17
4 模架設(shè)計(jì) 18
5 脫模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 19
6 設(shè)計(jì)小結(jié) 22
致 謝 23
參考文獻(xiàn) 24
附 錄: 25
1 概述
1. 1模具概述
注塑成型是生產(chǎn)塑料制件最常用的制造方法之一,采用這種方法既可以生產(chǎn)小巧的電子器件和醫(yī)療用品,也可以生產(chǎn)大型的汽車(chē)配件和建筑構(gòu)件,生產(chǎn)的制件具有精度高、復(fù)雜度高、一致性高、生產(chǎn)效率高和消耗低的特點(diǎn),有很大的市場(chǎng)需求和良好的發(fā)展前景。隨著塑料材料技術(shù)和注塑成型加工技術(shù)的不斷進(jìn)步,塑料注塑加工行業(yè)得以持續(xù)發(fā)展。塑料加工是將原材料變?yōu)橹破返年P(guān)鍵環(huán)節(jié),只有迅速的發(fā)展塑料加工業(yè),才可能把各種性能優(yōu)良的高分子材料變成功能各異的制品,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各領(lǐng)域發(fā)揮作用。
模具是塑料成型加工的一種重要的工藝裝備,同時(shí)又是原料和設(shè)備的“效益放大器”,模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價(jià)值,往往是模具自身價(jià)值的幾十倍、上百倍。因此,模具工業(yè)已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè),被稱(chēng)為“工業(yè)之母”,模具生產(chǎn)技術(shù)的高低,已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造技術(shù)的重要標(biāo)志。塑料成型加工及模具技術(shù)不僅隨著高分子材料合成技術(shù)的提高、成型設(shè)備成型機(jī)械的革新、成型工藝的成熟而進(jìn)步,而且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)值模擬技術(shù)等在塑料成型加工領(lǐng)域的滲透而發(fā)展。模具是利用其特定形狀去成型具有一定形狀和尺寸的制品的工具。模具的類(lèi)型很多,按照成形材料的不同可分為沖壓模具、塑料模具、鍛造模具、壓鑄模具、橡膠模具、粉末冶金 模具、玻璃模具和陶瓷模具。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低,已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志,因?yàn)槟>咴诤艽蟪潭壬蠜Q定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)日益與世界經(jīng)濟(jì)的接軌,我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展將面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。我國(guó)的模具工業(yè)的發(fā)展,日益受到人們的重視和關(guān)注。“模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備”也已經(jīng)取得了共識(shí)。注塑成型作為一種重要的成型加工方法,在家電行業(yè)、汽車(chē)工業(yè)、機(jī)械工業(yè)等都有廣泛的應(yīng)用,且生產(chǎn)的制件具有精度高、復(fù)雜度高、一致性高、生產(chǎn)效率高和消耗低的特點(diǎn),有很大的市場(chǎng)需求和良好的發(fā)展前景。
1. 2 我國(guó)塑料模具現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
CAD/CAM/CAE 技術(shù)在塑料模的設(shè)計(jì)制造上應(yīng)用已越來(lái)越普遍,特別是CAD/CAM 技術(shù)的應(yīng)用較為普遍,取得了很大成績(jī)。使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品零件造型分析、模具主要結(jié)構(gòu)及零件的設(shè)計(jì)、數(shù)控機(jī)床加工的編程已成為精密、大型塑料模具設(shè)計(jì)生產(chǎn)的主要手段。應(yīng)用電子信息工程技術(shù)進(jìn)一步提高了塑料模的設(shè)計(jì)制造水平。這不僅縮短了生產(chǎn)前的準(zhǔn)備時(shí)間,而且還為擴(kuò)大模具出口創(chuàng)造了良好的條件,也相應(yīng)縮短了模具的設(shè)計(jì)和制造周期。此外,氣體輔助注射成型技術(shù)的使用更趨成熟,熱流道技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛,精密、復(fù)雜、大型模具的制造水平有了很大提高,模具壽命及效率不斷提高,同時(shí)還采用了先進(jìn)的模具加工技術(shù)和設(shè)備。目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)仍處于高速發(fā)展階段,國(guó)際上經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展趨勢(shì)日趨明顯,這為我國(guó)模具工業(yè)高速發(fā)展提供了良好的條件和機(jī)遇。一方面,國(guó)內(nèi)模具市場(chǎng)將繼續(xù)高速發(fā)展,另一方面,模具制造也逐漸向我國(guó)轉(zhuǎn)移以及跨國(guó)集團(tuán)到我國(guó)進(jìn)行模具采購(gòu)趨向也十分明顯。
因此,放眼未來(lái),國(guó)際、國(guó)內(nèi)的模具市場(chǎng)總體發(fā)展趨勢(shì)前景看好,預(yù)計(jì)中國(guó)模具將在良好的市場(chǎng)環(huán)境下得到高速發(fā)展,我國(guó)不但會(huì)成為模具大國(guó),而且一定逐步向模具制造強(qiáng)國(guó)的行列邁進(jìn)。近年來(lái),我國(guó)塑料模具的質(zhì)量、技術(shù)和制造能力近年來(lái)確實(shí)發(fā)展很快,有些已達(dá)到或接近國(guó)際水平,隨著科技興國(guó)政策的不斷深入,“三資”企業(yè)蓬勃發(fā)展,對(duì)我國(guó)塑料模具設(shè)計(jì)制造水平的提高起到了非常大的作用。然而,由于我國(guó)模具制造基礎(chǔ)薄弱,各地發(fā)展極不平衡,因此從總體上來(lái)看,與國(guó)際先進(jìn)水平相比和與國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求相比,差距還很大。這主要表現(xiàn)在以下方面:塑料模具產(chǎn)品水平不高,與國(guó)外先進(jìn)水平相差甚遠(yuǎn);我國(guó)塑料模制造企業(yè)設(shè)備數(shù)控化率和CAD/CAM 應(yīng)用覆蓋率比國(guó)外低很多,且設(shè)備不配套、利用率低的現(xiàn)象十分嚴(yán)重;開(kāi)發(fā)能力低,在市場(chǎng)上處于被動(dòng)地位,創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益方面,國(guó)內(nèi)大多數(shù)是微利甚至虧損;國(guó)內(nèi)外模具企業(yè)管理上的差距十分明顯;我國(guó)塑料模具市場(chǎng)總體上供不應(yīng)求,特別是大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命塑料模產(chǎn)需矛盾十分明顯。
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)總量和工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展,各行各業(yè)對(duì)模具的需求量越來(lái)越大,技術(shù)要求也越來(lái)越高。雖然模具種類(lèi)繁多,但其發(fā)展重點(diǎn)應(yīng)該是既能滿(mǎn)足大量需要,又有較高技術(shù)含量,特別是目前國(guó)內(nèi)尚不能自給,需大量進(jìn)口的模具和能代表發(fā)展方向的大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具。模具標(biāo)準(zhǔn)件的種類(lèi)、數(shù)量、水平、生產(chǎn)集中度等對(duì)整個(gè)模具行業(yè)的發(fā)展有重大影響。因此,一些重要的模具標(biāo)準(zhǔn)件也必須重點(diǎn)發(fā)展,而且其發(fā)展速度應(yīng)快于模具的發(fā)展速度,這樣才能不斷提高我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化水平,從而提高模具質(zhì)量,縮短模具生產(chǎn)周期,降低成本。由于我國(guó)的模具產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上占有較大的價(jià)格優(yōu)勢(shì),因此對(duì)于出口前景好的模具產(chǎn)品也應(yīng)作為重點(diǎn)來(lái)發(fā)展。根據(jù)上述需要量大、技術(shù)含量高、代表發(fā)展方向、出口前景好的原則選擇重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)品,而且所選產(chǎn)品必須目前已有一定技術(shù)基礎(chǔ),屬于有條件、有可能發(fā)展起來(lái)的產(chǎn)品。
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,各行各業(yè)對(duì)各類(lèi)模具的需求不斷增加,所需品種也越來(lái)越細(xì)化。據(jù)預(yù)測(cè),國(guó)內(nèi)模具發(fā)展的趨勢(shì):
(1)模具日趨大型化;模具的精度將越來(lái)越高;多功能復(fù)合模具將進(jìn)一步發(fā)展;
(2)熱流道模具在塑料模具中的比重將逐漸提高;
(3)隨著塑料成形工藝的不斷改進(jìn)與發(fā)展,氣輔模具及適應(yīng)高壓注射成型等工藝的模具將隨之發(fā)展;
(4)標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日漸廣泛;
(5)快速經(jīng)濟(jì)模具的發(fā)展前景十分廣闊;
(6)以塑代鋼、以塑代木的進(jìn)程進(jìn)一步加快,塑料模具的比例將不斷增大;
(7)模具技術(shù)含量將不斷提高,中、高檔模具比例將不斷增大。
2 塑料選擇及塑件工藝結(jié)構(gòu)分析
2. 1 塑料選取及塑料特性分析
本塑件為散熱蓋。主要形狀大體上類(lèi)似弧形的殼類(lèi)零件,塑件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,零件下部為倒鉤結(jié)構(gòu),具體尺寸請(qǐng)看產(chǎn)品圖紙。塑件的視圖(SolidWorks造型)如圖2—1所示:
(正面) (背面)
圖2—1
2. 2塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析
2.2.1
1) 尺寸精度
由于塑件的尺寸精度主要決定于塑料收縮率的波動(dòng),而本塑件的配合精度不高,所以塑件公差數(shù)值根據(jù)《模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》中表2-17確定。精度等級(jí)根據(jù)表2-18選擇,由于所用材料為ABS所以確定其采用一般精度,為4級(jí)精度,無(wú)公差值者,按8級(jí)精度取值。
2)脫模斜度
由于塑件在冷卻收縮時(shí),會(huì)使它包緊在模具型芯或者型腔中的凸起部分。因此為了便于從塑件中抽出型芯或者從型腔中脫出塑件,防止脫模時(shí)拉住塑件,而又因?yàn)楸舅芗且粋€(gè)殼類(lèi)零件,如不設(shè)適當(dāng)?shù)男倍葘⒈容^難脫模。因此根據(jù)《模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》中表2-19中查得:型腔的脫模斜度選40ˊ~1°20ˊ;型芯選35ˊ~1°。所以選取1o。
3)表面粗糙度
由于塑件的外觀要求不高,所以表面粗糙度也不用很高的要求,一般模具的表面粗糙度要比塑件的要求高1~2級(jí).所以塑件的表面粗糙度在0.8~0.2之間。這里取0.8。
4)形狀
塑件在滿(mǎn)足功能的要求下,其內(nèi)外表面應(yīng)盡可能保證有利于成型和降低成本以及簡(jiǎn)化模具的復(fù)雜度。由于此塑件有一表面在使用過(guò)程中看不到,分析塑件的結(jié)構(gòu),可以把澆口設(shè)在外表面上。
5)壁厚
塑件的壁厚對(duì)塑件的質(zhì)量有很大的影響,壁厚過(guò)小成型時(shí)流動(dòng)阻力大,大型塑件就難以充滿(mǎn)型腔。塑件壁厚的最小尺寸應(yīng)滿(mǎn)足一下幾方面要求:具有足夠的強(qiáng)度和剛度;脫模時(shí)能夠受推出機(jī)構(gòu)的推出力而不變形;能夠受裝配時(shí)的緊固力。查熱塑性塑件最小壁厚及推薦壁厚可知, 所以本塑件壁厚選2.5~3.5 mm。
2. 2.2 結(jié)構(gòu)及選料分析
根據(jù)塑件的分析,所選的材料為ABS。塑件成型性較好,它的流動(dòng)性好,收縮率小,加上塑件的表面質(zhì)量、尺寸問(wèn)題,故適合采用潛伏澆口;
由于模具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,考慮注射機(jī)的各項(xiàng)規(guī)格及工作性能、制品的精度要求、模具制造費(fèi)用、生產(chǎn)效率等,采用雙型腔模具。
通過(guò)使用SolidWorks軟件實(shí)體造型后知
m = 120 g,
取材料密度為 = 1.05g/cm3,
塑件體積: V = 114.29
本塑件材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯,文名稱(chēng)為Acrylonitrile-butadiene-styrene。
俗稱(chēng)為ABS以下均簡(jiǎn)稱(chēng)為ABS 。
ABS樹(shù)脂成微黃色,外觀是不透明粒狀或粉狀熱塑性樹(shù)脂,無(wú)毒、無(wú)味,其制品可著成五顏六色。是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學(xué)單體合成。每種單體都具有不同特性:丙烯腈有高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性;丁二烯具有堅(jiān)韌性、抗沖擊特性;苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強(qiáng)度。從形態(tài)上看,ABS 是非結(jié)晶性材料。 三中單體的聚合產(chǎn)生了具有兩相的三元共聚物,一個(gè)是苯乙烯-丙烯腈的連續(xù)相,另一個(gè)是聚丁二烯橡膠分散相。ABS 的特性主要取決于三種單體的比率以及兩相中的分子結(jié)構(gòu)。這就可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上具有很大的靈活性,ABS 材料具有良好的抗沖擊強(qiáng)度、表面硬度、表面光澤度、尺寸穩(wěn)定性、耐化學(xué)藥品性和電絕緣性,且耐磨性較好。它的不足在于熱變形溫度比較低,低溫抗沖擊性能不夠好,耐候性較差。ABS 塑料的使用范圍為-40~100℃。
注塑模工藝條件干燥處理:ABS 材料具有吸濕性,要求在加工之前進(jìn)行干燥處理。建議干燥條件 為80~90℃下最少干燥2 小時(shí)。材料溫度應(yīng)保證小于0.1%。 熔化溫度:210~280℃;建議溫度:245℃。 模具溫度:25~70℃(模具溫度將影響塑件光潔度,溫度較低則導(dǎo)致光潔度較低);注射速度:中高速度。
ABS 塑料的主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2-1。
表3-1 ABS 塑料的主要技術(shù)指標(biāo)
密度(kg/cm3)
1.02~1.16
抗拉屈服強(qiáng)度(MPa)
50
比體積(cm3/ kg)
0.86~0.96
拉伸彈性模量(MPa)
1.8×103
吸水率(ωp·c×100)
0.2~0.4
抗彎強(qiáng)度(MPa)
80
收縮率(%)
0.4~0.7
沖擊韌度( kJ/m2)
261(無(wú)缺口)/11(缺口)
熔點(diǎn)(℃)
130~160
硬度(HB)
9.7
熱變形溫度(℃)
90~108(0.46 MPa)
80~103(0.185MPa)
體積電阻系數(shù)(Ω?cm)
6.9×1016
3 模具設(shè)計(jì)
3.1 注射機(jī)的選擇
3.1.1注射機(jī)型號(hào)的確定
為了保證注射質(zhì)量和充分發(fā)揮設(shè)備的能力,應(yīng)根據(jù)注射模一次成型的塑料體積和質(zhì)量來(lái)初步確定注射機(jī)的類(lèi)型。根據(jù)理論和在實(shí)際生產(chǎn)中的經(jīng)驗(yàn)得出塑件和澆注道之間材料的總和應(yīng)該在注射機(jī)理論注射量的50%~80%之間。由此得(初步估算澆注系統(tǒng)的質(zhì)量為3g):
由此查表可初選注射機(jī)型號(hào)為XZY-300的注射機(jī),其主要技術(shù)參數(shù)如下:
表2-2
結(jié)構(gòu)形式
臥式
鎖模力/㎏
1500
理論注射量/cm3
320
最大成型面積/㎜2
700
螺桿直徑/㎜
60
最大模具厚度/㎜
355
注射壓力/mPa
77.5
最小模具厚度/㎜
285
噴嘴口孔徑/㎜
4.5
移模行程/㎜
340
噴嘴球半徑/㎜
12
注射行程/㎜
150
3.1.2型腔數(shù)量的確定和校核:
因型腔數(shù)量與注射機(jī)的塑化速率、最大注射量及鎖模量等參數(shù)有關(guān),因此有任何一個(gè)參數(shù)都可以校核型腔的數(shù)量。一般根據(jù)注射機(jī)的最大注射量來(lái)確定型腔數(shù)量;
n ≤( KmN — )/
式中 ——注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù),一般取0.8;×
mN——注射機(jī)允許的最大注射量(g或cm3);
——成型周期(s);
——澆注系統(tǒng)所需塑料質(zhì)量或體積(或);
——單個(gè)塑件的質(zhì)量或體積(或)。
由此可求出:
n≤(0.8×250×1.05-3)/7=29.5
故取n=2滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
3.1.3注射量校核
由《參1》公式(4-4)
n + ≤k
=120, =3 , =320 n=2
∴2×120+3≤0.8×320
即:243≤256
∴注射量滿(mǎn)足要求。
其中: n ―型腔數(shù)量;m―單個(gè)塑件的質(zhì)量或體積;-澆注系統(tǒng)所需塑料質(zhì)量或體積; -注射機(jī)允許的最大注射量; k-注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù),一般取0.8。
3.1.4注射壓力的校核
初選注射機(jī)XZY-300的注射壓力為77.5Mpa,塑料ABS的注射范圍為70~90,故所選的注射機(jī)的注射壓力滿(mǎn)足要求。
3.1.5開(kāi)模行程的校核
不同型號(hào)的注射機(jī)其安裝模具部位的形狀和尺寸各不相同,設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)對(duì)相關(guān)尺寸加以校核,以保護(hù)模具能順利安裝。需校核的主要內(nèi)容有噴嘴尺寸、定位圈尺寸、模具的最大厚度與最小厚度及安裝螺釘孔等。
3.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.2.1塑料制件在模具中的位置
一、 型腔數(shù)量及排列方法
1) 有以上計(jì)算得出,型腔數(shù)為2,即一模2件。
2) 此塑件結(jié)構(gòu)非對(duì)稱(chēng),故塑件在模具型腔位置居中。
二、分型面的設(shè)計(jì)
將模具適當(dāng)?shù)胤殖蓛蓚€(gè)或幾個(gè)可以分離的主要部分,這些可以分離部分的接觸表面分開(kāi)時(shí)能夠取出塑件及澆注系統(tǒng)凝料,當(dāng)成型時(shí)又必須接觸封閉,這樣的接觸表面稱(chēng)為模具的分型面。
根據(jù)塑件的形狀和尺寸,采用單分型面即可滿(mǎn)足要求。所以采用平直分型面,分型面的形狀如圖5—1所示:
圖3—1 分型面形式
本模具采用平直分型面有以下優(yōu)點(diǎn)和符合設(shè)計(jì)基本原則:
1. 分型面在塑件外形最大輪廓處;
2. 便于塑件順利脫模;
3. 保證塑件的精度要求;
4. 滿(mǎn)足塑件的外觀要求;
5. 便于模具加工制造;
6. 減少塑件在合模分型面上的投影面積,可靠鎖模避免漲模溢料現(xiàn)象;
7. 有利于排氣;
8. 保證抽心機(jī)構(gòu)順利抽心。
3.2.2澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理不僅對(duì)塑件性能、結(jié)構(gòu)、尺寸、內(nèi)外在質(zhì)量等影響很大,而且對(duì)于塑件所用的塑料的利用率、成型生產(chǎn)效率等相關(guān),因此這是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括主流道,分流道,澆口和冷料穴四部分。
3.2.2.1主流道的設(shè)計(jì)
主流道(俗稱(chēng)澆口套)是塑料熔體的流動(dòng)通道,在臥式注射機(jī)上主流道垂直于分型面,為使凝料能順利拔出,設(shè)計(jì)成圓錐形,錐角取3°,選用材料為T(mén)10A,熱處理要求淬火53~57HRC。其主要尺寸可由以下計(jì)算獲得:
主流道小端直徑
D為注射機(jī)噴嘴直徑
主流道球面半徑
為噴嘴球面半徑
球面配合高度 h=3~5 mm,?。瑁? mm;
主流道錐角 α=2°~6°,取α=3°;
主流道長(zhǎng)度 L=68.75 mm;(根據(jù)本塑件實(shí)際情況確定)
具體尺寸標(biāo)注如圖5—2所示:
圖3—2
3. 2.2.2分流道的設(shè)計(jì)
分流道是指主流道末端與澆口之間這一段塑料熔體的流動(dòng)通道,它是澆注系統(tǒng)中熔融狀態(tài)的塑料由主流道流入型腔前通過(guò)截面積的變化及流向變換來(lái)獲得平穩(wěn)流態(tài)的過(guò)濾段.因此要求所設(shè)計(jì)的分流道應(yīng)能滿(mǎn)足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài),使塑料熔體盡快地流經(jīng)分流道充滿(mǎn)型腔,并且流動(dòng)過(guò)程中壓力損失及熱量損失盡可能小,能將塑料熔體均衡分配到各個(gè)型腔。
分流道的形狀及尺寸根據(jù)分析,采用半圓形截面的分流道
如下:
圖3—3
3. 2.3 澆口的設(shè)計(jì)
澆口是連接分流道與型腔的通道,根據(jù)《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》書(shū)中表5-5查得,材料ABS適應(yīng)于任何澆口。根據(jù)對(duì)塑件的分析,由于其外表面要求不是很高,再結(jié)合各種澆口的特點(diǎn),選擇用潛伏澆口。潛伏澆口的截面為圓形,尺寸一般為4.1mm
圖3—4 為本設(shè)計(jì)塑件所選的澆口位置
澆口的尺寸的確定
澆口截面積通常為分流道截面積的0.07~0.09 倍,澆口截面積形狀多為矩形和圓形兩種,澆口長(zhǎng)度約為0.5~2mm 左右。澆口具體尺寸一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定,取其下限值,然后在試模時(shí)逐步修正
d=nk
式中 d——澆口直徑(mm)
n——塑料系數(shù),由塑料性質(zhì)決定
k——系數(shù),塑件壁厚的函數(shù),k = 0.206 = 0.206×1.8 = 0.3708
A——型腔表面積(mm)
t——塑件壁厚(mm)
澆口的校核
生產(chǎn)實(shí)踐表明,當(dāng)注射模澆口的剪切速率γ=~γ時(shí),所成型的塑件質(zhì)量較好。
點(diǎn)澆口的經(jīng)驗(yàn)公式
γ=
式中,γ——澆口剪切速率( ) ;
q——熔體的體積容量/s;
Rn—表征流道斷面尺寸的當(dāng)量半徑(cm),
在5×~5×之間,所以滿(mǎn)足剪切速率的要求
3. 2.4 冷料穴的設(shè)計(jì)
用來(lái)容納注射機(jī)所產(chǎn)生的冷料的井穴稱(chēng)為冷料穴。冷料穴除了具有容納冷料的作用以外,同時(shí)還具有在開(kāi)模時(shí)將主流道和分流道的冷凝料勾住,使其保留在動(dòng)模一側(cè),便于脫模的功能。設(shè)計(jì)為端部為錐形拉料桿的冷料穴,開(kāi)模時(shí)主流道凝料被拉料桿拉出,推出后自動(dòng)脫出。
3. 2.5 拉料桿設(shè)計(jì)
拉料桿的作用是勾著澆注系統(tǒng)冷料,使其隨同塑件一起留在動(dòng)?;蚨R粋?cè),為了便于澆道凝料脫模,本設(shè)計(jì)采用Z形拉料桿。
圖3-5 拉料桿
材料:T8A 熱處理50~55HRC d=8mm D=13mm L=118mm
3.3 排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
當(dāng)塑料融體填充型腔時(shí),必須順序排出型腔及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣及塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體。如果型腔內(nèi)因各種原因沒(méi)有將產(chǎn)生的氣體排除干凈,一方面將會(huì)在塑件上形成氣泡、接縫、表面輪廓不清及填充缺料的成型缺陷,另一方面氣體受壓,體積縮小而產(chǎn)生高溫會(huì)導(dǎo)致塑件局部碳化或燒焦,同時(shí)積存的氣體還會(huì)產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度。因此必須考慮排氣問(wèn)題,注射模成型時(shí)排氣通常用如下四種方式進(jìn)行:
(1) 利用配合間隙排氣;
(2) 在分型面上開(kāi)設(shè)排氣槽排氣;
(3) 利用排氣塞排氣;
(4) 強(qiáng)制性排氣;
考慮到本塑件的頂桿數(shù)目比較多,因此可以利用此配合間隙排氣,不專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)排溢系統(tǒng),如在調(diào)試中認(rèn)為必須開(kāi)設(shè)排溢系統(tǒng),到時(shí)也可以開(kāi)設(shè)。塑料熔體在填充模具的型腔過(guò)程中同時(shí)要排出型腔及流道原有的空氣,除此之外,塑料熔體會(huì)產(chǎn)生微量的分解氣體,這些氣體必須及時(shí)排出,否則,被壓縮的氣體會(huì)產(chǎn)生高溫,會(huì)引起塑件局部炭化燒焦,或使塑件產(chǎn)生氣泡,或使塑件熔接不良而引起強(qiáng)度下降,甚至充填不滿(mǎn)等。
模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件,即成型零件設(shè)計(jì),包括凹模、鑲塊、凸模和成型桿等。
3.4 成型零件的設(shè)計(jì)
3.4.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凹模(型腔)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
型腔是成型零件外表面的主要零件,按其結(jié)構(gòu),分為整體式和組合式,此塑件的凹模采用組合式,利用組合式可以使凹模加工起來(lái)更加方便,使其精度高,因此利用螺釘固定起來(lái),在使用中就不易發(fā)生變形,可以滿(mǎn)足成型零件外觀美觀,無(wú)缺陷等技術(shù)要求。
圖3—6
3.4.2 成型零件工作尺寸的計(jì)算
成型零件工作尺寸是成型零件上直接用來(lái)構(gòu)成塑件的尺寸,主要有型腔和型芯的徑向尺寸,型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸,型芯之間的位置尺寸等。
由于考慮到影響因素較多,所以我們一般按照平均收縮率、平均磨損量和模具平均制造公差為基準(zhǔn)的計(jì)算方法。
3.4.2.1型腔和型芯工作尺寸的計(jì)算
(1) 型腔徑向尺寸
由平均收縮率法公式:
)
式中 ——凹模徑向尺寸(mm)
——塑件徑向公稱(chēng)尺寸(mm)
——塑料的平均收縮率(%)
——塑件公差值(mm)
x——修正系數(shù)(0.5~0.75)在此取0.6
其余的同上。
型腔的尺寸如下:
圖3—7
(2) 型芯徑向尺寸
由平均收縮率法公式:
得:
75.0; 10.0; 25.0; 25.0
如圖6—3所示
如圖3—8
3.4.2.2型腔深度尺寸和型芯高度尺寸
型腔深度也由平均收縮率法公式:
得:
42.0; 32.0
型芯高度也由平均收縮率法公式:
得: = 26.0; 小型芯
3 .4.5中心距尺寸
制件上凸臺(tái)之間,凹槽之間或凸臺(tái)到凹槽的中心線(xiàn)之間的距離稱(chēng)為中心距。由于模具上中心距和塑件中心距公差都是雙向等值公差,同時(shí)磨損的結(jié)果不會(huì)使中心距尺寸發(fā)生變化,所以計(jì)算中心尺寸不必考慮磨損量。因此,塑件中心距的基本尺寸Cs和模具上成型零件中心距的基本尺寸CM均為平均尺寸。于是:
標(biāo)注上制造公差后得:
對(duì)于塑件,圖紙上的規(guī)定是:
對(duì)于模具型芯 圖紙上的規(guī)定是:
根據(jù)以上公式得:
3. 4.6 模具型腔側(cè)壁和底板厚度的計(jì)算
(1)、型腔側(cè)壁厚度d 確定
側(cè)壁厚度由于型腔是采用組合式,并且是矩形型腔。
由《參1》表5-17查得:h=42mm
(2)、厚度的計(jì)算
整體式矩形型腔的底板,如果后部沒(méi)有支承板,直接支承在模腳上,中間是懸空的,底板可以看成是周邊固定的受均勻載荷的矩形板,由于溶體的壓力,板中心將產(chǎn)生最大的變形量,按剛度條件,型腔底板厚度為:
式中 ——由型腔邊長(zhǎng)比決定的系數(shù),查《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》表5-15。
——型腔內(nèi)溶體的壓力();
——型腔邊長(zhǎng)();
——鋼的彈性模量,取
——允許變形量;
查表得 =0.0267(由于l/b=1.8125)p=80MPa,b=150mm。=0.05
將上述數(shù)值代入,得
由于考慮到這是近似計(jì)算,所以選取h=25mm。
3.5 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證動(dòng)模和定模上下模合模時(shí),正確定位和導(dǎo)向的零件。合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位,本設(shè)計(jì)采用導(dǎo)柱導(dǎo)向定位。
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)除了有定位和導(dǎo)向作用外,還要承受一定的側(cè)向壓力。塑料熔體在充型過(guò)程中可能產(chǎn)生單面?zhèn)葔毫Γ蛘哂捎诔尚驮O(shè)備精度低的影響,使導(dǎo)柱承受了一定 的側(cè)向壓力,從保證模具的正常工作。
導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的主要零件是導(dǎo)柱和導(dǎo)套。
一、 導(dǎo)柱
導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)形式可采用帶頭導(dǎo)柱和有肩導(dǎo)柱,導(dǎo)柱導(dǎo)面部分長(zhǎng)度比凸模端面高出8~12㎜,以避免出現(xiàn)導(dǎo)柱未導(dǎo)正方向而型芯先進(jìn)入型腔。導(dǎo)柱材料采用T8A,HRC54~58,導(dǎo)柱固定部分表面粗糙度Ra為0.8μm,導(dǎo)向部分Ra為0.8~0.4μm,本設(shè)計(jì)采用四根導(dǎo)柱,固定端與模板間采用H7/m6過(guò)渡配合,導(dǎo)向部分采用H7/f7間隙配合。
形狀和尺寸如下:
圖 3-9導(dǎo)柱尺寸圖
二、導(dǎo)套
導(dǎo)套常采用帶頭導(dǎo)套的形式,采用H7/m6配合鑲?cè)肽0濉>唧w結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)裝配圖。
3.6 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
經(jīng)過(guò)對(duì)產(chǎn)品的分析,我們發(fā)現(xiàn)塑件在下部結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)倒鉤結(jié)構(gòu)。并倒鉤尺寸都比較小,在一般情況下所采用的側(cè)向成型(如斜導(dǎo)柱和滑塊、斜推桿)都可以成型,但考慮到所要求成型的部位是很小的抽芯,沒(méi)有必要作的那么的復(fù)雜和對(duì)材料的浪費(fèi),以對(duì)生產(chǎn)成本的影響,在此選用側(cè)型芯滑塊抽芯機(jī)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)適用于當(dāng)塑件上側(cè)凹或者側(cè)壁有個(gè)別較小凸起時(shí),側(cè)向成型零件抽芯時(shí)抽芯力和抽芯距都不大,此時(shí),只要模具結(jié)構(gòu)允許,可以采用側(cè)型芯滑塊分型與抽芯結(jié)構(gòu)。所選用的形式如下:
(側(cè)型芯滑塊抽芯機(jī)構(gòu))
圖3—10
圖3—11
在所要求設(shè)計(jì)的塑料件,一共有二處要求這樣的側(cè)向成型,但是由于他們是在兩個(gè)側(cè)面上,且對(duì)于整個(gè)塑料件是對(duì)稱(chēng)分布,因此,在整副模具中就需要二個(gè)側(cè)型芯滑塊抽芯機(jī)構(gòu)。這兩個(gè)抽芯都是一樣的,可以只利用一根斜導(dǎo)柱即可。
3.7 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)
(1) 無(wú)論什么塑料進(jìn)行注射成型,均有一個(gè)比較適宜的模具溫度范圍,在此模具溫度范圍內(nèi),塑料熔體的流動(dòng)性好,容易充滿(mǎn)型腔,塑件脫模后收縮和翹曲變形小,形狀與尺寸穩(wěn)定,力學(xué)性能以及表面質(zhì)量較高。為了使模溫控制在一理想的范圍內(nèi),現(xiàn)設(shè)計(jì)一模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。由于本次設(shè)計(jì)的塑料ABS黏度和流動(dòng)性一般,模溫為50~80℃,故無(wú)須設(shè)計(jì)加熱系統(tǒng),只需設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)以確保合理的模溫。常用的冷卻方法有水冷卻、空氣冷卻和油冷卻,本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)采用的是水冷卻,經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。
(2)冷卻的計(jì)算
在單位時(shí)間內(nèi)所需排除的總熱量可近似由下面公式計(jì)算:
Q = nmΔh/60
其中n為每小時(shí)注射次數(shù),m為每次注入模具的塑料質(zhì)量(kg),
Δh為塑料成型時(shí)放出的熱熔量(J/kg)
由于ABS成型周期為50~220S,本次設(shè)計(jì)的塑料注射量較大,故取T=140(S)
n=3600/140=25 (次); m=120g)=0.12(kg); 查《塑料模具設(shè)計(jì)》表3-19得:Δh=326.26~396.48kJ/kg, 取Δh′=380kJ/kg, 所以
Δh=380×0.048=2.52(kJ)=18240(J)
Q = 25×0.048×18240/60
=346.8(J/min)
為了滿(mǎn)足注射模冷卻需要,在單位時(shí)間內(nèi)所需冷卻水量可按下式計(jì)算:
V = Q/ρCρ(t1-t2)
= nmΔh/60ρCρ(t1-t2)
(2) 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則與常見(jiàn)冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
a) 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則
i. 冷卻水道應(yīng)盡量多
ii. 冷卻水道至型腔表面距離應(yīng)盡量相等
iii. 澆口出加強(qiáng)冷卻
iv. 冷卻水道、入口溫差應(yīng)盡量小
v. 冷卻水道應(yīng)沿著塑料收縮的方向設(shè)置
此外,冷卻水道的設(shè)計(jì)還必須盡量避免接近塑件的溶接部位以免產(chǎn)生溶接痕,降低塑件強(qiáng)度;
(3) 冷卻系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的確定
塑件的形狀是變化萬(wàn)千的,因此對(duì)于不同的塑件,冷卻水道的位置形狀也不一樣。本塑件的冷卻水道如圖10—1。
圖3—12
4 模架設(shè)計(jì)
模架的選取應(yīng)綜合考慮型腔的大小與布置、凸凹模結(jié)構(gòu)形式、推出機(jī)構(gòu)、合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等方面。盡量選取標(biāo)準(zhǔn)模架,根據(jù)成型零件的計(jì)算和,還有注射機(jī)的參數(shù),選擇如下模架:
圖4—1
圖4—2
5 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
塑件在從模具上取下以前,還有一個(gè)從模具的成型零件上脫出的過(guò)程,使塑件從成型零件上脫出的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為推出機(jī)構(gòu)。它包括以下幾個(gè)部分,脫模力的計(jì)算、推出機(jī)構(gòu)、復(fù)位機(jī)構(gòu)等的機(jī)構(gòu)形式、安裝定位、尺寸配合以及某些機(jī)構(gòu)所需的強(qiáng)度、剛度或穩(wěn)性校核。在設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)時(shí),應(yīng)遵守以下幾個(gè)原則:
① 推出機(jī)構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)置在動(dòng)模一側(cè);
② 保證塑件不因推出而變形損壞;
③ 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單動(dòng)作可靠;
④ 良好的塑件外殼;
⑤ 合模時(shí)的正確定位;
5. 1 脫模力的計(jì)算
注射成型后,塑件在模具內(nèi)冷卻定型,由于體積的收縮,對(duì)型芯產(chǎn)生包緊力,塑件要從模腔中脫出,就必須克服因包緊力而產(chǎn)生的摩擦阻力。一般而論,塑料制件剛開(kāi)始脫模時(shí),所需克服的阻力最大,所以選擇此時(shí)作為臨界條件。
5. 2 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
推出機(jī)構(gòu)一般包括推桿推出機(jī)構(gòu)、推管推出機(jī)構(gòu)、推件板推出機(jī)構(gòu)、活動(dòng)鑲塊及凹模推出機(jī)構(gòu)、多元綜合推出機(jī)構(gòu)等。考慮到本塑件的形狀較大,而且深度的拉開(kāi)幅度很大,而推管推出機(jī)構(gòu)通常使用于有孔的圓形套類(lèi)塑件,推件板推出機(jī)構(gòu)易使塑件產(chǎn)生變形且易產(chǎn)生毛刺。
一、推出機(jī)構(gòu)的選擇:選擇推桿推出機(jī)構(gòu)
推桿推出是一種最簡(jiǎn)單常用的推出形式。推出元件制造簡(jiǎn)便,更換容易,滑動(dòng)阻力小,推出效果好。
推桿設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下:
1、 推桿應(yīng)設(shè)在塑件能承受較大力的部位,盡量使推出的塑件受力均勻,但不宜與型芯或鑲件距離過(guò)近,以免影響凸凹模的強(qiáng)度
2、 推桿直徑不宜過(guò)細(xì),要有足夠的強(qiáng)度承受推力,一般取直徑2.5-12mm,對(duì)直徑在3mm以下的推桿宜用階梯式,即推桿下部加粗。
3、 推桿裝配后不應(yīng)有軸向顫動(dòng),其端面應(yīng)高出型腔或鑲件平面0.05-0.1mm
4、 塑件澆口處盡量不設(shè)推桿,以防該處內(nèi)應(yīng)力大而碎裂
5、 推桿的布置應(yīng)避開(kāi)冷卻水道和側(cè)抽芯,以免推桿與抽芯機(jī)構(gòu)發(fā)生干擾.如果無(wú)法避開(kāi)側(cè)抽芯,則應(yīng)設(shè)置先復(fù)位機(jī)構(gòu).
根據(jù)塑件的分析和推桿的設(shè)計(jì)要點(diǎn),選擇圓形推桿推出機(jī)構(gòu).
(1) 圓形推桿直徑的確定
根據(jù)壓桿穩(wěn)定公式,可得推桿直徑公式為:
d=K(L2F/nE)
式中 d-推桿的最小直徑mm;
k-安全系數(shù),取k=1.5;
L-推桿的長(zhǎng)度,mm;(L=138 mm)
F-脫模力,N ;
n-推桿數(shù)目;( n=45 )
E-鋼材的彈性模量,Mpa;
K=1.5 E=2.06*100000Mpa F=1.92*10000 L=128
將已知代入式中可得
d=1.5*(1282*192*10000/12/206000)
=1.5*2=3mm
其尺寸形狀如下:
圖 5-1
技術(shù)要求:
1、 材料T8A碳素工具鋼
2、 熱處理要求HRC≧50
3、 工作配合部分表面粗糙度Ra≤0.8μm
(2)、推桿應(yīng)力的校核
由《塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》公式5-58得
g=4Q/(n3.14d2)≤gs
g—推桿應(yīng)力(N/cm2)
gs—推桿鋼材的屈服極限強(qiáng)度N/cm
Q—脫模力(一般中碳鋼gs=32000N/cm2 合金結(jié)構(gòu)鋼gs=42000N/cm2)
Q=19200 n=45 d=3
∴g=4*19200/(45*3.14*0.5*0.5)=2174.0976≤gs
∴推桿應(yīng)力強(qiáng)度足夠。
二、推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向與復(fù)位
為了保證推出機(jī)構(gòu)在工作過(guò)程中靈活、平穩(wěn),每次合模后推出機(jī)構(gòu)能回到原來(lái)的位置,需要設(shè)計(jì)推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向與復(fù)位裝置。
一)、導(dǎo)向零件
推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向零件,通常由推出導(dǎo)柱與推板導(dǎo)套所組成,其導(dǎo)向裝置見(jiàn)裝配圖。
二)、復(fù)位零件
用復(fù)位桿復(fù)位,采用圓形截面,設(shè)置四根復(fù)位位桿,位置設(shè)在推桿固定板的四周,以便推出機(jī)構(gòu)合模時(shí)復(fù)位平穩(wěn),復(fù)位桿端面與所在的動(dòng)模平齊。其尺寸和形狀如下:
圖7—2復(fù)位桿的尺寸圖
6 設(shè)計(jì)小結(jié)
經(jīng)過(guò)三周的時(shí)間,我終于完成了課程設(shè)計(jì)。在這短短的三周內(nèi),我學(xué)到了很多東西,可以說(shuō)是受益非淺。通過(guò)課程設(shè)計(jì)使我真正做到了理論聯(lián)系實(shí)際,基本上達(dá)到了課程設(shè)計(jì)的目的。在宋老師耐心、認(rèn)真的指導(dǎo)下,我順利地完成了這次課程設(shè)計(jì)。 在此次課程設(shè)計(jì)中,主要用到所學(xué)的注射模設(shè)計(jì),以及機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)。著重說(shuō)明了一副注射模設(shè)計(jì)的一般流程,即注射成型的分析、注射機(jī)的選擇及相關(guān)參數(shù)的校核、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、注射模具設(shè)計(jì)的有關(guān)計(jì)算、模具總體尺寸的確定與結(jié)構(gòu)草圖的繪制、模具結(jié)構(gòu)總裝圖和零件工作圖的繪制、全面審核投產(chǎn)制造等。其中模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)既是重點(diǎn)又是難點(diǎn),主要包括成型位置的及分型面的選擇,模具型腔數(shù)的確定及型腔的排列和流道布局和澆口位置的選擇,模具工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),側(cè)面分型及抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),拉料桿的形式選擇,排氣方式設(shè)計(jì)等。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì),使我更加了解模具設(shè)計(jì)的含義,以及懂得如何查閱相關(guān)資料和怎樣解決在實(shí)際工作中遇到的實(shí)際問(wèn)題,這為我以后從事模具方面的職業(yè)打下了良好的基礎(chǔ)。
由于我經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平有限,本次設(shè)計(jì)難免有錯(cuò)誤和欠妥之處,懇請(qǐng)老師們批評(píng)指正。最后我誠(chéng)摯的感謝老師們對(duì)我的教導(dǎo)。
致 謝
在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,我尤其得到了宋老師很大的指導(dǎo)和幫助,在宋老師耐心、認(rèn)真的指導(dǎo)下,我順利地完成了這次課程設(shè)計(jì)。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神,精益求精的工作作風(fēng),深深地感染和激勵(lì)著我。老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo),同時(shí)還在思想、生活上給我以無(wú)微不至的關(guān)懷,在此謹(jǐn)向老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。在設(shè)計(jì)研究過(guò)程中,同學(xué)們也給了我很多獨(dú)特的見(jiàn)解和幫助,使我有了很大的進(jìn)步,正是由于你們的幫助和支持,我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑,直至本文的順利完成。在此表示誠(chéng)摯的、衷心的感謝。最后,再次對(duì)關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝!
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