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編號：
畢業(yè)設(shè)計(論文)外文翻譯
（譯文）
學(xué) 院： 機電工程學(xué)院
專 業(yè)： 機械制造及其自動化
學(xué)生姓名： 何奕潮
學(xué) 號： 1000110122
指導(dǎo)教師單位： 桂林電子科技大學(xué)
姓 名： 彭曉楠
職 稱： 副教授
2014年 5 月 26 日
摘 錄
巨大線束網(wǎng)絡(luò)的塑料裝飾構(gòu)件集成的發(fā)現(xiàn)在汽車領(lǐng)域上是降低汽車重量的一個很有吸引力的方式。當任何異物插入注射成型的部分，在聚合物中橫截面的變化導(dǎo)致了縮痕是審美缺陷而不是塑料裝飾是可以接受的組件。
在本文中，插入成型采用注射成型過程分量的方法來減少或消除縮痕線。采用L9正交試驗設(shè)計實驗框架用來研究工藝參數(shù)的影響，部分的肋的幾何形狀，并在水槽的標記線本身存在的形成。水槽深度被定義為在表面輪廓可以感覺到的剩余的偏轉(zhuǎn)。一個描述性的模擬研究提出在不同的肋的幾何形狀的觀察水池深度標記的工藝參數(shù)、模具溫度、熔體溫度和包裝的時間是不同的。仿真結(jié)果表明，較高的模具溫度可有效地最小化的下沉深度為所有的肋的幾何形狀，而熔體溫度和包時間的影響取決于特定的肋的幾何形狀。研究結(jié)果還表明，適當?shù)慕M合肋的幾何形狀和工藝參數(shù)消除了水槽標記。
感 謝
我要感謝我的導(dǎo)師 David C. Angstadt 博士的指導(dǎo)和在這個項目的整個過程中的信任和支持。Angstadt 博士的不斷的反饋和很高的期望，驅(qū)使我不斷進取，完成這項工作。我衷心感謝 Mica Grujicic博士讓我進入Moldflow。
特別感謝我的研究生同學(xué)Peiman Mosaddegh 和Celina Renner這項工作的過程中的無私幫助。我還要感謝我的朋友 Nitendra Nath，Gayatri Keskar，Sonia Ramnani，Shyam Panyam，Judhajit Roy 和 Ajit Kanda的不斷鼓勵和幫助。最后，我要感謝我的家人和朋友們所有的愛和關(guān)懷，如果沒有這些的話，這項工作將是不完整的。
第1章 引言
汽車制造商正越來越多地用塑料解決方案來減輕重量。最近的一項研究表明，塑料占了10%的汽車的總重量。塑料在汽車從內(nèi)部的保險杠到外部的門體都存在。隨著塑料使用的增加，塑料已在汽車電氣設(shè)備的使用有了巨大的增加。這導(dǎo)致的一個廣泛的網(wǎng)絡(luò)線的需要。這些線形成一個汽車網(wǎng)絡(luò)。在一個典型的汽車中的線束重量大約70公斤，幾乎2公里長[ 1 ]。因此，電氣線束連同塑料從一端到另一端。
需要注意的是，在汽車線束的導(dǎo)線尺寸的選擇是維持布線堅固而不是導(dǎo)線的電流承載能力。這一結(jié)果在較粗的導(dǎo)線的選擇是一個特定的應(yīng)用程序所需的?？紤]到塑料線束在車身整合將是有益的存在。如果線是由一些方法嵌入到塑料組件本身，儀表的選擇標準可以利用塑料部件硬度需要。這將導(dǎo)致在一個較小的導(dǎo)線將成為節(jié)省重量的使用途徑。通過消除保護帶、管和夾緊裝置的使用來進一步減少線束的重量。另外，如果把連接器納入塑料部件中，電氣連接將建在部件組裝；因此，節(jié)省時間和設(shè)計一個萬無一失的方法來避免錯誤連接。嵌件注射成型的大規(guī)模生產(chǎn)線是這樣的組件生產(chǎn)最簡單最便宜的方法。雖然這種方法有許多優(yōu)點，但使用此過程的主要因素是防止該制造方法的使用過程中伴隨表面缺陷，通常下沉標記。
對這種方法的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃谄嚨哪どa(chǎn)。其中一個領(lǐng)域的應(yīng)用可能是儀表板。一個儀表板有各種電線沿著它的應(yīng)用如娛樂系統(tǒng)、燈光、空調(diào)機組等。例如，汽車收音機大約需要1.5A的工作電流。平均線規(guī)為20 導(dǎo)線與一個0.8毫米的鋼絲直徑可以進行輸電1.5A，滿足車載收音機的要求。使用插入成型線在控制臺向無線供電意味著控制臺表面必須無缺陷。因此，本研究的目的是選擇導(dǎo)線尺寸為0.8mm。
本研究的目的是消除或減少縮痕并用0.8mm直徑鋼絲插入模制組件。
1.1 注射成型工藝
注射成型是塑料部件循環(huán)用于大規(guī)模生產(chǎn)的最常見的制造技術(shù)。注塑成型，顧名思義，是由熔融聚合物注射到模具的壓力下得到成品。這是一個高效率、低成本需要非常少的的過程，在大多數(shù)情況下，沒有整理工藝的高耐控制性和可重復(fù)性。無論是熱塑性塑料和熱固性塑料都可以注塑成型，制造復(fù)雜的零件。
注塑周期
注塑周期開始的兩個半模模腔閉合創(chuàng)建。其次是充盈階段、壓緊階段和冷卻階段。
充盈階段：當周期開始，針筒向前運動。成型周期的開始是由手動控制或由自動和半自動閉合模具成型周期觸發(fā)。加熱線圈的熔體在螺桿的聚合物材料。螺桿前進，產(chǎn)生壓力，迫使熔融的塑料通過噴嘴進入模具型腔通過澆口和流動腔。這個階段持續(xù)到模腔被完全填充。圖1顯示了在注塑周期的各個階段。
壓緊階段：在充填階段結(jié)束時幾乎完全填充模具型腔時壓緊周期開始。在這一階段，腔體內(nèi)的壓力一直維持到凍結(jié)為止。通過保持模具內(nèi)的壓力，由于冷卻后少量的聚合物熔體流入空腔。
冷卻階段：在壓緊階段材料最終允許冷卻進一步留在模具中，直到它本身具有足夠的剛性，被移除。三個階段中冷卻周期最長，其次是壓緊階段。在這一階段，熱量在模具的冷卻系統(tǒng)的指定冷卻時間下完成。
圖1：注塑周期
嵌件成型工藝
嵌件成型是將插入模腔的周圍注入聚合物。這個過程形成了一個單一成分組成的插入嵌入塑料。嵌件本身可能是一個金屬物體在某種情況下的導(dǎo)線或其它聚合物。一些嵌件成型常見的應(yīng)用是電氣插頭、螺紋緊固件、保險杠、汽車尾燈和螺栓組件等。在塑料部件嵌入成型線的主要優(yōu)勢在于導(dǎo)致減少裝配時間和勞動力成本，自先前獨立的線束和裝飾形成單一的構(gòu)件。有一部分而不是兩部分同樣也會使結(jié)構(gòu)更堅固可靠。這樣的組合可以允許使用更薄的電線達到體重的減少。
圖2嵌件成型機電連接器
可維護性和可修復(fù)性都被認為這種方法是能用于集成電線束、塑料件。在任何時間內(nèi)部的配線組件甚至一個小故障出現(xiàn)，那么整個部分將會會被取代。從客觀角度來說，這不是一個經(jīng)濟的選擇。
第二章 噴射模塑法
這種注射成型工藝的主要優(yōu)點是在大規(guī)模進行重復(fù)相同的零件的能力。這就要求一直制造無缺陷的零件。進入一個好的注射成型的部分的重要方面：
1、 部分設(shè)計
2、模具設(shè)計
3、高分子材料
4、加工參數(shù)
5、成型機
結(jié)合上述方面適當?shù)倪M行了良好的無缺陷的塑件。下一部分將這些方面的簡要討論注塑成型。
高分子材料
高分子顧名思義是由鏈的單體通過共價鍵結(jié)合在一起的聚合物。單體是聚合物鏈周期性重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元。圖3顯示了乙烯單體，n個單體一起使聚乙烯聚合物。聚合物大致分為熱固塑料，熱塑性塑料和彈性體。
圖3 乙烯單體
熱固塑料
熱固塑料是由共價鍵組成。該熱固性塑料加熱發(fā)生化學(xué)固化。該固化形成共價鍵的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。這些塑料在聚合物鏈和多個聚合物鏈之間的存在。聚合物鏈之間的共價鍵熔化使熱固性塑料形成。熱固性一旦形成便不能再次熔化成為一個新的形狀，這意味著它們不能回收利用。相比于熱塑性塑料的這些聚合物更硬、更強。一些常見的熱固性塑料有橡膠、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、三聚氰胺樹脂等。
熱塑性塑料
熱塑性聚合物共價鍵在鏈與鏈本身是由范德華力連接在一起，但比共價鍵弱的。由于這些弱鍵連接鏈的存在，這些聚合物可重熔改造成不同的熱固性聚合物。根據(jù)聚合物結(jié)構(gòu)可進一步分為的非晶態(tài)和半結(jié)晶聚合物兩大類。
非晶態(tài)聚合物的聚合物鏈的隨機結(jié)構(gòu)。他們沒有明顯的熔點，他們會從固體到液體相反，他們有一個玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）的聚合物鍵的削弱和聚合物流動。非晶態(tài)聚合物均勻收縮在流動方向和橫向方向。一些常見的非晶態(tài)聚合物為聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）。
半結(jié)晶聚合物是那些有一個有序分子結(jié)構(gòu)的形成與非晶區(qū)圍繞這些補償?shù)木w結(jié)構(gòu)的晶體。這些聚合物有一個非常明確的熔融溫度（Tm）在他們的半結(jié)晶結(jié)構(gòu)消失。他們通常不收縮的流動方向與橫向流動。一些常見的半結(jié)晶聚合物高密度聚乙烯（HDPE）、聚丙烯（PP）。
彈性體
高于玻璃的轉(zhuǎn)化變溫度以上的熱塑性塑料是高度彈性的塑料。他們有一個范德華力和共價鍵使彈性體具有高彈性的混合物。由于其結(jié)構(gòu)可以形成和顯示較大的彈性變形。一些常見的彈性體是天然橡膠、丁基橡膠、聚丁二烯。
注模機
一個典型的注塑機由以下部分組成：
l 噴射系統(tǒng)：它由料斗、往復(fù)螺桿和噴嘴組成。本系統(tǒng)的功能是以高分子為材料，將它熔化產(chǎn)生壓力并注射到模具中。料斗持有的顆?；蝾w粒形式的材料并將其提供到桶中。其中桶內(nèi)往復(fù)螺桿和加熱塑化的聚合物材料帶。螺桿壓縮材料并把它傳送到噴嘴是筒和模具之間的連接處。
l 模具系統(tǒng)：模具的工藝成形裝置。它有所需部分的逆幾何的需要。它包括固定和移動盤、底座板、模腔澆口、流道系統(tǒng)、冷卻模具、冷卻通道，模腔澆口加入形成按流道系統(tǒng)熔融的路線產(chǎn)生的聚合物模具型，并使模具表面溫度保持在所需的值。模具作為熔體凍結(jié)形成模制部分充當散熱系統(tǒng)。
l 液壓系統(tǒng)：它由泵、閥門、液壓馬達以及相關(guān)管道和儲存器。它為操作模具開合提供動力，夾緊力在封閉循環(huán)保持模具，移動桿和平移旋轉(zhuǎn)螺絲。夾緊單元保持兩半模具合成一個模腔。如果鎖模壓力太小，導(dǎo)致模具不能正常關(guān)閉致使聚合物通過分模線泄露和建立坐標太高的夾緊壓力最終對模具的磨損和損壞。
l 控制系統(tǒng)：全電子控制工藝參數(shù)，如溫度、壓力、螺桿轉(zhuǎn)速及位置、模具的開合、次集體形式的機控制系統(tǒng)。它是運行自動操作必不可少的機器。
注塑成型缺陷
在這種情況下，上述參數(shù)不適當控制常造成各種常見缺陷。其中有些是下面提到的：
1、 尺寸偏差的變化是零件的尺寸從一批批注塑過程到注塑模生產(chǎn)的機器設(shè)置保持不變。不可靠機器控制，造型小窗口或不穩(wěn)定的物質(zhì)，通常導(dǎo)致的尺寸變化。
2、凹痕是模制零件的表面局部凹陷。的空隙中的核心的真空氣泡。工藝參數(shù)的組合導(dǎo)致的凹痕和空隙。
3、氣泡是空氣模制零件內(nèi)。在模具排氣不當導(dǎo)致這些。
4、焊縫和融合線在成型零件表面看到線。焊接線形成獨立的熔體流動前沿的相反方向流動滿足。將12線形成時的流動前沿的相互平行的滿足?？祝迦攵鄠€大門，壁厚變化導(dǎo)致多流動方面導(dǎo)致焊縫和融合線。
5、Flash是過度的物質(zhì)泄漏的地方，如模具分型線的分離。低壓力鉗，在合模間隙，高熔體溫度和不當?shù)耐L(fēng)會導(dǎo)致過度的閃光。
6、噴射時，聚合物注入模具在高流速導(dǎo)致部分填充的空腔極端而逐步開始在門口。噴射導(dǎo)致的表面和內(nèi)部缺陷的薄弱環(huán)節(jié)。模具設(shè)計不當和注入剖面隨著熔體溫度的選擇可能會導(dǎo)致噴射。
7、黑色的斑點或條紋，脆性，燒痕和變色的黑斑，由于材料降解或截留的空氣形成。
8、分層剝離的模制零件的表面層。不相容的聚合物共混物，低的熔體溫度，水分過多或脫模劑可能會導(dǎo)致剝離。
9、魚的眼睛unmolten材料被注入模具型腔和出現(xiàn)在模制部件的表面。低筒溫度，材料的污染或較低的螺桿轉(zhuǎn)速和背壓導(dǎo)致魚的眼睛。
收縮與翹曲
所有的聚合物進行大體積的變化作為他們從他們的熔融階段剛性固體。在沒有任何外部壓力，固體體積通常是液體體積的75%。在注塑成型的情況下由于灌裝是迫于壓力，體積變化約為15%。在改變尺寸的聚合物的體積結(jié)果作為一個部分結(jié)冰導(dǎo)致的收縮和翹曲劇變。
收縮與翹曲是兩種最常見的，幾乎是不可避免的，適當?shù)恼疹櫩梢钥刂圃诳山邮艿姆秶鷥?nèi)的缺陷。部分收縮的部分的尺寸的減少。收縮的發(fā)生是由于聚合物熔體的收縮，它經(jīng)歷了冷卻和熱能量損失。作為熱能量是從聚合物的質(zhì)量，聚合物鏈開始放松他們的緊張狀態(tài)導(dǎo)致部分熔融相期間收縮。
如果收縮均勻，零件不變形，只是部分的端尺寸小于模具尺寸。在這種情況下，在聚合物的百分比的變化是知道，問題的變維數(shù)可以很容易地創(chuàng)建一個比所需零件尺寸較大的模具解決。均勻收縮是可以接受的可以接受的，可以通過控制冷卻速率和包裝。
當收縮是不均勻的，零件容易變形，結(jié)果是部分翹曲。作為部分縮小不平等的冷卻時，在應(yīng)力發(fā)展的一部分，根據(jù)零件的剛度，它經(jīng)歷了變形。翹曲的一些原因是不同的墻段，在薄片澆口，造成焊縫線芯，像半結(jié)晶熱塑性塑料材料的各向異性收縮14的非均勻特性如前所述等。
收縮發(fā)生在3個階段[ 6 ]：
1、 模內(nèi)收縮發(fā)生的包裝和冷卻階段期間。
2、作為–模具收縮發(fā)生在模具打開。
3、后收縮發(fā)生在48小時結(jié)束后的模具已噴出的收縮。尺寸的變化主要是由于老化，匍匐，結(jié)晶等。
凹痕
縮痕是局部凹陷在注射成型由于微分冷卻部分形成。凹痕審美缺陷單獨不影響強度的部分。為組件形成的筋膜的產(chǎn)品，下陷導(dǎo)致的拒絕和不可接受的。
隨著熔體注入模具中，熔融聚合物來與模具接觸冷卻器。與模壁接觸的聚合物開始凍結(jié)。作為聚合物冷卻發(fā)生體積收縮。因此，在橫截面開始收縮的聚合物需要更多的高分子材料在核心部分補償收縮。如果熔融的聚合物不提供這部分往往把冷凍的皮膚層對導(dǎo)致沉標記如圖4所示的核心。
由于水槽的標記的性質(zhì)，被反射的光在不同的角度使他們看得見的眼睛。這種視覺缺陷，使部分審美不能接受的15所有筋膜的應(yīng)用。由于這項研究的目的是試圖將導(dǎo)線插入裝飾，它是可見的，貫穿汽車標記，減少和消除是重要的匯。
如果有一個插入在模目前，它作為一個散熱片和聚合物在插入也冷卻和凝固?，F(xiàn)在，截面相對較薄的部分我們已經(jīng)2冰凍層塑料。
在這項研究中，一個電線插入肋截面。在這種結(jié)構(gòu)中，線現(xiàn)在作為散熱器的塑料熔體和抑制收縮在銷的法蒂和A.H. [ 7 ]的觀察。
圖4 凹痕
注射成型工藝參數(shù)
部件的質(zhì)量取決于制造零件的加工條件?？刂瞥翗擞浭侨菀卓刂坪陀兄卮笥绊懙膮?shù)如下：
1、 高分子材料：聚合物的收縮特性需要加以考慮，選擇材料的應(yīng)用是至關(guān)重要的，如果零件尺寸。根據(jù)不同的熱塑性材料的結(jié)構(gòu)，（無定形或半結(jié)晶）的一些見解可以預(yù)測聚合物的行為，這是處理。和昌費森[ 8 ]觀察到高密度聚乙烯（HDPE）半結(jié)晶性塑料收縮超過通用聚苯乙烯（GPPS）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）是無定形的。他們還觀察到，在流收縮HDPE比沿流動方向。對GPS和ABS相反的是真實的。
2、模具溫度：這是模具的壁面溫度。隨著熔體溫度的冷卻速率決定的模具溫度
聚合物成型。較高的模具溫度導(dǎo)致更長的冷卻時間，但同時成型后的收縮率下降和模制部分更加穩(wěn)定和持久的。
3、熔化溫度：這是熔體的溫度。較高的熔體溫度，較低的熔融使熔體流動充填模腔時容易粘。這也意味著部分需要更長的冷卻之前，它噴射。
4、注射速度和壓力：它是速度和壓力在空腔內(nèi)填充的材料。如果注射速度太慢，材料開始前涼腔填充和所需的壓力上升。同時門凍結(jié)過的太快，防止包裝階段完成。如果速度17太高，它會導(dǎo)致在熔體溫度升高造成更多的收縮一部分冷卻。高的噴射壓力可以提高表面的一部分完成的同時，太高會導(dǎo)致模具打開和閃爍。
5、保壓壓力和時間：增加保壓壓力和時間減小收縮。保壓壓力應(yīng)足夠高，否則它會逆轉(zhuǎn)導(dǎo)致過度收縮門附近區(qū)域的聚合物流動。同樣，過短的保壓時間也導(dǎo)致反流如果門不凍的。
6、冷卻溫度和時間：如果部分彈出在較高溫度下在較厚的截面中心還處于過渡階段，頂針可以留下他們的標記或變形的部分。如果冷卻時間過長，成型應(yīng)力的發(fā)展導(dǎo)致成型后的翹曲里面。還大的冷卻時間導(dǎo)致增加的周期時間，這可能是不經(jīng)濟的大規(guī)模生產(chǎn)。
第三章 計算機輔助工程
計算機輔助工程
在決策階段，今天的計算機使用的是不可避免的。利用計算機模擬工程應(yīng)用中被稱為CAE或計算機輔助工程。
一個物理過程可以表示為一個數(shù)學(xué)模型[ 9 ]。數(shù)學(xué)模型是一般性質(zhì)的一組常微分。計算機可以使用的數(shù)值方法，如果在特定的位置一定的條件是已知的解決這些方程。這可以通過使用有限元分析（FEA）實現(xiàn)涉及離散幾何空間點集的節(jié)點。節(jié)點還連接構(gòu)成要素。這些元素定義的部分的幾何形狀。元素形成一個網(wǎng)格。如果部分是二維的，網(wǎng)格是由三角形或四邊形元素作為元素的情況下，3D四面體。這些模型現(xiàn)在代表的幾何和數(shù)學(xué)模型，對方程的解進行了模擬。利用數(shù)值方法通常是解決復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型[ 10 ]所需的計算機代碼。
利用CAE流體流動過程，質(zhì)量守恒原理，動量和能量的使用。這些方程對每個元素的解決。發(fā)現(xiàn)在每個節(jié)點上的每一個時間步來模擬流體流動的19解這些方程。
質(zhì)量守恒原理是由[ 12 ]，
其中：
是速度矢量
動量守恒原理，
其中：
是流體密度
是引力效應(yīng)
流體壓力
是刪除算子,i,j,k是在R3的基礎(chǔ)標準
與X，Y，Z坐標軸坐標。
是流體粘度
是剪切速率
能量守恒原理：
其中：
是流體的比熱
是流體的溫度
是流體膨脹
是流體的熱導(dǎo)率
所有的聚合物加工方法中，CAE在時間和收費軟件的投資條款在實際制作的部分機器上的儲蓄是最有利可圖的，當用于注射成型工藝。相比其他塑料的制造工藝，百分比的組分用注射成型工藝是遠遠大于任何其他如擠出，吹塑，熱成型等。同時，在最好的結(jié)果后，模具是由太貴了。相比，實驗成本，投資于模擬在實際進行的任何模具研究過程更有利可圖。由于低成本的模擬和計算的進步領(lǐng)域越來越多的人轉(zhuǎn)向CAE初始決策。這種LED為眾多公司有自己的代碼，與他們的優(yōu)點和缺點。模流分析，Moldflow的塑料Insight是一些比較知名的軟件用于分析。本研究是利用Moldflow的塑料Insight進行。
Moldflow的塑料Insight的MPI /流動，冷卻，翹曲分析注塑成型的不同階段，MPI /纖維收縮，應(yīng)力，專門對付結(jié)果和MPI /氣，微孔發(fā)泡，共注射和反應(yīng)注塑成型模擬塑料成型過程以外的注射成型。研究了嵌件成型工藝，MPI /流和經(jīng)模塊使用。流模塊用于填充和包裝階段21研究，經(jīng)計算模塊結(jié)束時的冷卻循環(huán)塑件翹曲。
Moldflow的塑料Insight（MPI）是一個產(chǎn)品套件的設(shè)計來模擬塑料注射成型工藝及其變體，如氣體輔助注射成型，注射壓縮成型和熱固性塑料加工[ 11 ]。
使用Moldflow模擬的整個過程，包括建模，劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格編輯，模型驗證，作業(yè)準備，作業(yè)控制，結(jié)果可視化，并生成報告。它允許自由選擇注塑機，材料，模具設(shè)計，模具材料，在作出任何決定的過程參數(shù)和噴射的標準。利用Moldflow軟件的一個主要優(yōu)點是它的圖書館在290機描述和超過7500的熱塑性材料提供了靈活地選擇和嘗試不同的組合沒有實際投資創(chuàng)造了很多的原型。
有限元分析網(wǎng)格
Moldflow的三種網(wǎng)格的平面網(wǎng)格，融合網(wǎng)格和三維網(wǎng)格如圖5所示。平面網(wǎng)格應(yīng)用部分的厚度被忽略。網(wǎng)格是在平面或用三角形元素含部分的中心線確定的平面。厚度屬性被指定到這個層面，故名2.5D模型。融合網(wǎng)格也被稱為雙域TM是另一個2.5D網(wǎng)。部分被建模為外表面或三角形的22元素。臉上的元素對齊和匹配。表面網(wǎng)格之間的距離確定的部分的厚度。流是在頂部和底部的模具型腔表面模擬。使用此網(wǎng)格模擬的目的提供了最快的結(jié)果在所有三個網(wǎng)格。三維網(wǎng)格descritizes整個部分成四面體單元，是一個真正的代表性零件的幾何形狀。它是用來當部分考慮的粗短和厚寬比為4:1。
流量分析使用平面和融合網(wǎng)格，Hele-Shaw流動模型進行以下假設(shè)：
1、廣義牛頓流體層流流動。
2、性和重力作用被忽略。
3、在平面的熱傳導(dǎo)和對流是可以忽略不計的相比，在厚度方向上的4導(dǎo)。從邊緣的熱損失可以忽略的三角形元素。這些假設(shè)，特別是厚矮胖的部分將給出錯誤的結(jié)果，因此，應(yīng)避免使用這些模型。取而代之的是一個三維網(wǎng)格應(yīng)用。
三維網(wǎng)格使較少的假設(shè)相比，平面和融合曲面。三維網(wǎng)格使用[ 12 ]：
1、采用全三維Navier斯托克斯方程解算器。
2、解決了質(zhì)量，動量，和能量守恒。
3、解決了計算壓力，導(dǎo)致一個更準確的解決方案流的溫度和在每個節(jié)點的三個方向的速度。
4、考慮在所有方向的熱傳導(dǎo)。
5、慣性和重力的影響，包括在計算。
6、拉伸粘度的影響，被認為是壓力依賴的粘度的影響。
三維網(wǎng)格分析采用Navier斯托克斯方程研究熔融塑料的行為。Navier斯托克斯方程描述的流體運動–。它是基于質(zhì)量守恒原理，動量和能量[ 13 ]。
對可壓縮流動方程的廣義形式給出，
其中：
是流體密度
是流動速度矢量
是該刪除操作
是壓力
是作用于流體的體力
第二粘度系數(shù)
包裝分析，Moldflow使用共軛的偏微分方程的求解–壓力梯度。共軛梯度法是對線性方程組的矩陣是對稱正定的[ 14 ]系統(tǒng)數(shù)值解的迭代法。
分析過程定義
模擬的過程中，獲得的結(jié)果與實際，確定過程中有用的模擬是至關(guān)重要的。這涉及到建模的材料，機器和設(shè)置參數(shù)的機器。Moldflow材料庫進行數(shù)學(xué)模型定義的所有主要的塑料制造商的材料特性。本機是在其行程長度，螺釘直徑的定義，夾緊力和喜歡。機器的圖書館具有良好定義的機的主要制造商和一些基于其噸位。
充填階段使用注射速度分布的定義，從填充包裝階段的轉(zhuǎn)換點，模具和熔體溫度。注射速度剖面可定義的絕對值或百分比的最大速度或流量過行程長度或時間。切換是在RAM位置定義的術(shù)語，體積填充率，注射或液壓壓力和注射時間。
包裝階段使用保壓壓力定義的文件。包裝的階段描述的液壓，注射或最大的機壓在幾秒鐘的時間百分比。流程定義的兩端與冷卻時間或噴射標準。
第4章 仿真方法論
概述
如前所述，控制下沉深度我們不得不處理等多因素，
1、材料成型
2、零件的幾何形狀
3、的工藝參數(shù)，即
a.模具溫度
b.模具溫度
c.包裝的壓力和時間
d.冷卻時間
e.注塑壓力和時間
f.切換點從填充包裝的時間
從以前在這一領(lǐng)域的研究，幾何和材料選用塑料制品的收縮特性起主要作用。常和厄內(nèi)斯特[ 7 ]發(fā)現(xiàn)材料中起主要作用的收縮值。阿拉姆和卡拉姆[ 15 ]利用流道平衡的模具的幾何形狀的一部分來優(yōu)化收縮。史密斯和南[ 16 ]發(fā)現(xiàn)改變肋入口形狀和誘導(dǎo)不等流速從肋骨兩側(cè)減少下沉深度33%。因此，幾何和材料的主要因素，而工藝參數(shù)進行微調(diào)的過程。本文采用的策略是前26的效果比較插入成型在匯線通過模擬注塑成型過程的一部分，與無線在它。分析了不同的幾何形狀，其次對縮痕的幾何形狀的影響是下一個工藝參數(shù)對槽深度的影響。從這些試驗中我們希望達成最佳的幾何形狀和最佳沉標記特征參數(shù)組合。
既然我們已經(jīng)研究了多參數(shù)，實驗設(shè)計（DOE）技術(shù)實現(xiàn)做同樣的系統(tǒng)。在前面的部分，縮痕可以通過正確的組合的各種參數(shù)如零件設(shè)計減少或消除（即幾何形狀的一部分）的工藝參數(shù)，用于聚合物材料的應(yīng)用。一個系統(tǒng)的方法來研究這些參數(shù)的效果是通過使用DOE技術(shù)。DOE實驗的框架是用來量化的因素之間的不確定的因素的相互作用的測量統(tǒng)計通過強迫的變化應(yīng)有條不紊地由數(shù)學(xué)系統(tǒng)表[ 17 ]。美國能源部允許的參數(shù)對過程的影響研究。美國能源部在各種情況下，如實現(xiàn)預(yù)期的目標，相似的細調(diào)諧過程是適用的，最大化或最小化的響應(yīng)或減少變異或使給定過程的魯棒性。在這項研究的目的是達到最小或沒有插入模制塑料零件下陷。
一些常見的術(shù)語在處理與美國能源部：
-因素是可以控制和影響最終結(jié)果的性能參數(shù)，
-對參數(shù)水平值或設(shè)置的因素，在美國能源部的研究，
- DOE響應(yīng)性能或輸出實現(xiàn)因素的特定組合在特定的水平。
DOE技術(shù)是基于蓄意的變化的一個或多個因素，觀察其對這些變化的響應(yīng)。
材料的選擇
提高性能的一部分，而不是使用一個單一的聚合物的兩種或兩種以上的聚合物的應(yīng)用。當混合聚合物具有不同的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的材料性能是個體平均成品聚合物，然后將所得的混合物的聚合物共混物。ABS / PC是一種混合。性能的ABS / PC共混物落在PC和ABS之間，這是由于其低成本、高性能如隨著PC機的一些主要生產(chǎn)廠家有良好的力學(xué)性能和耐沖擊、耐熱ABS高加工拜耳變得越來越流行（Bayblend），陶氏化學(xué)（脈沖）GE塑料（性能）之間的人。
PC / ABS共混物的優(yōu)勢[ 18 ]：
1、表現(xiàn)出良好的尺寸穩(wěn)定性，
2、低失真和收縮，
3、低吸濕性，
4、高軟化點（維卡B = 112-134oC，隨著PC含量的增加而增加），
5、剛度和硬度媲美PC，
6、好的缺口沖擊強度下降到50oC，
7、在低電壓/低功率范圍內(nèi)有良好的電性能。
Bayblend fr110 [ 19 ]是由拜耳聚合物PC / ABS共混物。它具有理想的性能，如熔體流動的超高，沖擊強度和剛度。它也可以很容易地畫，金屬或裝飾模具使更多的變化，形狀，紋理和最終產(chǎn)品的顏色，如果產(chǎn)品將有重大作用的美學(xué)的有形成分的一個重要的考慮因素。Bayblend FR 110色彩穩(wěn)定性良好，并保持高的沖擊強度，即使在較低的溫度下使汽車的內(nèi)部和外部的部分的一個很好的選擇。一些的Bayblend在汽車中的應(yīng)用示例如圖6所示。
圖6大眾甲殼蟲內(nèi)飾部分，駕駛艙在中央控制臺Bayblend在阿爾法166
幾何參數(shù)的選擇
由于這項研究的動機是試圖實現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)選擇研究的幾何形狀有類似于通常所觀察到的一些幾何結(jié)構(gòu)的塑件。為了提高塑料件的結(jié)構(gòu)強度通常筋提供的部分。如前所述，塑料可以作為薄銅導(dǎo)線支撐結(jié)構(gòu)，我們使用了一個平板肋骨對房子的電線作為我們的測試幾何。
板的厚度為3mm和肋的幾何形狀將會改變研究庫特性的影響。
一個肋骨的指南建議，肋片厚度不應(yīng)超過的部分厚度50%防止縮痕。邁克爾·布蘭南和杰里尼克爾斯[ 20 ]利用幾何特征，降低名義厚度在兩肋的兩側(cè)，該聚合物的較小的橫截面會導(dǎo)致更快的冷卻導(dǎo)致較小的收縮，從而沒有凹痕。他們實現(xiàn)了這個方法，防止沉標記而使用的肋骨是壁厚的72%。
四種類型的幾何形狀，選擇研究。方板（100×100×3毫米）與肋底板。四種不同的肋的幾何形狀和線的組合定位的研究：
A. 矩形肋（5 x 100 x 1 mm）線被集中在平底板平面（圖7）。
B.矩形肋（5 x 100 x 2 mm）絲，它被封閉在肋截面在所有時間（圖8）。
C.半圓筋（100×3毫米）線在平面底板中心平面（圖9）。
D.半圓筋（100×5毫米）的位置使得它被封閉在肋截面在所有時間（圖10）。
在這項研究中，肋片厚度為166%部分的厚度，這顯然違反了50%條規(guī)則，因此工藝參數(shù)微調(diào)的下沉深度觀察起主要作用。
圖7配置：矩形肋；線被集中在平底板平面
圖8配置B：矩形肋與導(dǎo)線完全在肋
圖9配置：半圓形肋；C線在平面底板中心平面
圖10配置：半圓形肋；絲等，它是包裹在肋骨部分
圖11配置：半圓形實肋
實驗設(shè)計
田口DOE技術(shù)標準和公認的DOE技術(shù)由日本工程師田口玄一提出[ 21 ]。使用DOE技術(shù)的主要優(yōu)點是，它允許我們研究了大量的參數(shù)，而不需要對所有可能的組合進行試驗。使用這種方法的一個重要優(yōu)點是，試驗矩陣是正交的性質(zhì)[ 22 ]。正交陣列可以確保沒有給出一個因素更重的實驗相比其他因素的正交性。確保任何特定因素對響應(yīng)的估計不受其他因素的影響，各因素的影響可通過數(shù)學(xué)計算獨立于其他因素影響扭曲。
采用正交試驗設(shè)計以提高注塑過程已經(jīng)由不同的作者成功地應(yīng)用。該技術(shù)已通過道C.常和厄內(nèi)斯特費森III [ 7 ]研究了收縮特性及注塑件的優(yōu)化實現(xiàn)，S. J.廖等人。[ 23 ]用這個方法來減少收縮和翹曲或薄壁零件的找到最佳的工藝條件，K. M. B.揚森，D. J.范戴克，M. H. husselman [ 5 ]研究了工藝參數(shù)對注射成型過程中收縮的影響。gaitonde訴N等人。[ 24 ]用這種方法實現(xiàn)更好的性能和增強聚酰胺無筋。
DOE的定義開始實驗接著選擇工藝參數(shù)進行研究的目的和范圍。在考慮的參數(shù)的數(shù)量是固定的，一個合適的實驗設(shè)計，研究了那些影響經(jīng)濟的方式。田口設(shè)計范圍從研究3因素2水平的試驗設(shè)計4 L81這是用來在3水平40因素L4設(shè)計研究。很明顯，這些設(shè)計使我們能夠研究大量的因素多水平的試驗組數(shù)比較小。一旦試驗設(shè)計確定實際的實驗，這在我們的例子中是模擬的，開始。所收集的數(shù)據(jù)進行分析，得到的結(jié)果是用來改善的過程。
從以前的試驗中觀察到下列因素影響的響應(yīng)（下沉深度）最多，因此選擇用于進一步的研究使用DOE：
a.模具溫度（°C）
b.熔體溫度（°C）
c.包裝的時間（秒）
如注入剖面的其它因素，切換點，保壓壓力門位置保持不變。冷卻時間影響到最終的翹曲最。因為在包裝階段是非常低的流量，包裝的時間，也可以在總的冷卻時間的材料具有冷卻模具內(nèi)的計數(shù)。使所有部件的冷卻時間的影響，而不是定義彈射準則為秒的冷卻時間，模具的溫度是。一旦模具達到指定溫度，部分噴射。
我們選擇了3因素3水平的各因素，我們有2個可能的設(shè)計L9和L27。我們選擇L9，只需要9試驗來研究這些參數(shù)的影響。水平對熔體溫度因子均選自制造商的推薦范圍。模具溫度和包裝的時間因素水平設(shè)置使用初始模擬結(jié)果選擇。一個標準的L9田口DOE矩陣與工藝參數(shù)的實際值，如表1所示。
試驗運行在一個隨機的方式在一個機器，沒有揮之不去的影響在新的先前的試驗。仿真是用來替代機器結(jié)果研究，結(jié)果保持不變，不論它們的順序進行。以隨機的順序進行分析，在這項研究中已被忽略。
仿真過程的定義
定義一個CAE分析的過程中，我們需要定義的材料，機器，幾何和時尚的機加工參數(shù)，數(shù)學(xué)分析是可能的。步驟在Moldflow進行DOE試驗：
1、 幾何創(chuàng)建CAD軟件和網(wǎng)狀的進口。護理是采取以確保足夠細的網(wǎng)格所需的幾何形狀。部分的幾何形狀是使用一個三維網(wǎng)格在一個0.1毫米的線長度控制元素的大小定義為。澆注系統(tǒng)是如圖12所示。轉(zhuǎn)輪是Y方向和Z方向的10毫米10毫米。梁元素是用來定義的流道系統(tǒng)。柵位于端的流道和模具為單型腔模具。門是這樣熔體的流動總是平行的線。網(wǎng)格，然后檢查任何錯誤，在基本網(wǎng)格的故障將導(dǎo)致錯誤和誤導(dǎo)性的結(jié)果。
2、 模具材料為工具鋼T20。
3、電線被視為一個具有相同的模料腔。
4、塑料是選擇從預(yù)定義的Moldflow材料庫。
5、注塑機是用來模擬過程是從預(yù)定義的Moldflow庫選擇。
6、注射成型過程中使用的工藝參數(shù)如定義：
a.模具和熔體溫度，
b.在我們的例子中使用的注射時間B.噴射控制，
c.切換點的注射壓力相，
d.包裝相的壓力分布，
e.冷卻的標準是在這些模擬的模具溫度，
參數(shù)設(shè)置為模擬恒定的水平：
注射壓力
夾緊力
注射率
大氣溫度為25°C
速度/壓力= 99%體積填充開關(guān)
保壓壓力為8 MPa
冷卻時間= 110°C
下沉深度指標
如前所述，沉標記是一種審美缺陷。這里是在模制部分使抑郁明顯撓度變化的度量的興趣。這意味著我們不在撓度由于零件的翹曲變形，而是可以感覺觸摸或用眼睛看到感興趣。一個扭曲的表面是光滑的觸摸而沉馬克感覺觸摸。
在使用Moldflow注塑模擬結(jié)束，沿Z軸被獲得作為一個輪廓圖，如圖13所示的部分偏轉(zhuǎn)。此圖顯示的每個節(jié)點相對于它的原始位置偏差。為底面最大撓度節(jié)點使用查詢圖在Moldflow鑒定。一旦節(jié)點被識別，為選擇的XZ平面中生成節(jié)點位移路徑圖。一個路徑圖的產(chǎn)生給偏轉(zhuǎn)（mm）與X坐標（mm）為選定的平面圖。由此獲得的數(shù)據(jù)被用于進一步分析沉標記。圖14顯示了XZ平面的變形路徑圖的結(jié)果。
圖13偏轉(zhuǎn)圖幾何C 2試驗
圖在z方向的路徑圖14偏轉(zhuǎn)
現(xiàn)在，使用MINITAB軟件，進行回歸分析，得到的最佳擬合線的數(shù)據(jù)點?？梢钥闯?，三次回歸模型給出了更好的結(jié)果比線性二次模型；因此，用在這里?？s痕的影響翹曲部分，因此，如果有一個水槽馬克現(xiàn)在將導(dǎo)致?lián)隙戎荡笥谀切┯^察到?jīng)]有沉。因此，我們需要區(qū)分撓度由于下沉和翹曲。
如果相比下沉的區(qū)域的一部分是足夠大的話，那么我們可以假定在地區(qū)遠離中心的部分偏轉(zhuǎn)（那里的水槽是看到）是由于翹曲的孤獨。使用這個假設(shè)來計算下沉深度，這些數(shù)據(jù)點不屬于大勢所趨撓度值（通常為15毫米從中心）是直到我們得到一條R2值被刪除，該系數(shù)的擬合，大于95%。這給出了一個方程定義的表面部分有不沉的標記。用x的最大撓度點并使用方程得到假設(shè)在這一點上有翹曲的部分單獨的撓度值的計算。在模擬觀測值和計算值之間的差異是下沉深度。
以這種方式計算下沉深度是用于進一步的分析。
第5章 結(jié)果與討論
下沉深度的計算是在第4節(jié)中描述的。一個樣本的計算如下所述步驟如下：
忽視點附近的接收器和只使用點位于單獨的邊緣部分，安裝線通過他們得到的一個方程的數(shù)學(xué)描述的翹曲線。在這里，從圖15看出，R2的值是97.2%，是一個很好的配合，因此，對翹曲變形得到的方程可以接受進一步的計算。
圖15 Minitab情節(jié)最佳直線擬合
從圖15，我們得到線的方程為：
其中：
def=偏轉(zhuǎn)（mm）
x = x坐標（mm）
獲得的數(shù)據(jù)線方程現(xiàn)在表示由于翹曲單獨偏轉(zhuǎn)。下一個最大撓度的節(jié)點坐標和使用公式（5）得到的節(jié)點由于翹曲變形單獨計算。不同的是，所計算的撓度值以上，從模擬給出了下沉深度。
在這里，與x = 50.227毫米節(jié)點觀察到的最大值。替代上面的方程為下沉深度結(jié)果可以得到，
由于翹曲變形
0.053173 mm
觀察模擬偏轉(zhuǎn)
0.076226 mm
水槽深度
0.023053 mm
因此，對于這個特定的試驗水槽深度為0.023053毫米。計算下沉深度從而用于進一步的分析。
田口DOE分析
分析了田口DOE的方法，分析（ANOM）之后。方法分析（ANOM）是用于比較的集合，一個圖形程序或比例稅率，看他們不同于總體平均，率顯著，或比例[ 25 ]。異常是一種多重比較程序。計算步驟如下：
1、 平均反應(yīng)值計算，以上填寫在響應(yīng)觀測塔。
2、其他的柱子都這樣，進入?yún)?shù)設(shè)置為試驗的反應(yīng)。這些地方被填充對應(yīng)表中白細胞。
3、每列的總數(shù)正在進入。
4、平均每一列的計算。
5、每個參數(shù)的實驗的反應(yīng)是減去平均對應(yīng)低參數(shù)設(shè)置從介質(zhì)參數(shù)設(shè)置（即西（2）-山口（1）為每一種情況下），介質(zhì)參數(shù)設(shè)置從高高的參數(shù)設(shè)置（即西（3）-山口（2）為每一種情況下），低參數(shù)設(shè)置從高高的參數(shù)設(shè)置（即西（3）-山口（1）為每一種情況下），
6、這種反應(yīng)也可以以圖形的繪制響應(yīng)值為每個參數(shù)設(shè)置。
一個樣本的計算按照上面的步驟如表2所示。響應(yīng)值即計算下沉深度值在毫米。
水槽深度標記的幾何表2樣本計算表
插入成型線標記下沉深度的影響
我們比較的響應(yīng)值為2的實驗研究幾何C和無線插。計算結(jié)果如表2為這兩個試驗中的重復(fù)和結(jié)果列如下：
表3沉標記深度計算的幾何形狀，C和E
插入成型線匯標記效果圖16
從表3和圖16可以看出反應(yīng)（這里的響應(yīng)被標記的水槽深度）與導(dǎo)線幾何過程插入成型優(yōu)于不在它的線。
圖17的凍結(jié)時間幾何E和C型
圖17顯示了斷面凍結(jié)時間。頂部顯示被凍結(jié)的幾何E具有堅實的肋骨和底部的一半顯示幾何C.如前所述，水槽標記時創(chuàng)建的核心部分熔融表面結(jié)冰了。通過在模具中插入線，避免了在肋的基礎(chǔ)大聚合物熔液的積累。由于導(dǎo)線本身作為一個散熱器，除去熱量從聚合物熔體，一個地區(qū)或芯聚合物熔體在2凍層減小導(dǎo)致沉標記形成最小化的創(chuàng)作。圖17表明，聚合物在肋骨下方的位置的表面需要47秒到39秒凍結(jié)在導(dǎo)線時。據(jù)觀察，在肋骨位置的熔融聚合物的兩個凍層之間的金額較小的導(dǎo)線時。
在沉標記深度參數(shù)的影響
在桌子的2底部的平均值的方法，參數(shù)設(shè)定值響應(yīng)。所有其他的幾何形狀，重復(fù)這些計算，我們總結(jié)的結(jié)果如表4
表4水槽標記深度幾何參數(shù)為A，B，C，D
上表給出了平均的過程中，參數(shù)的高、中、低設(shè)置響應(yīng)。比較這些結(jié)果，這些結(jié)果的圖形表示會有幫助的。在這里，我們在減少或消除縮痕的興趣，從而判斷結(jié)果的標準將是越小越好。每一個因素的繪制和高響應(yīng)的響應(yīng)值，介質(zhì)為因子低設(shè)置連接線。線路坡度表明因子水平影響的響應(yīng)。陡峭的斜坡，更加突出的因素對反應(yīng)的影響。對比較結(jié)果的所有的幾何形狀繪制如圖18所示。
從圖如圖18以下的觀察是由幾何：
1、肋的幾何參數(shù)設(shè)置為需要扮演一個角色。
2、模具溫度將影響在響應(yīng)的變化值最。較高的模具溫度響應(yīng)越好。
3、熔體溫度的設(shè)定需要與模具溫度的比較。高的模具和熔體溫度給出更好的結(jié)果，但確切的設(shè)置為每個幾何變化。
4、低的保壓時間對所有的幾何形狀，更好的結(jié)果。這可能是由于較小的材料填充導(dǎo)致較小的收縮。
圖18縮痕的幾何參數(shù)的所有影響
在沉標記深度的幾何效應(yīng)
以同樣的方式如表2所示，計算所有其他的幾何形狀做。所有的幾何形狀，一個方便的表如下表5：
表5 下沉深度標記的所有的幾何形狀
比較這些結(jié)果之間的幾何，我們以圖形繪制撓度與試驗數(shù)的所有幾何如圖19
圖19為各種幾何形狀的下沉深度結(jié)果的比較
從圖19可得出以下意見的身影：
1、幾何有糟糕的反應(yīng)，如幾何D有最好的響應(yīng)。
2、的幾何形狀，B和D所述插線是完全封閉的肋骨部分表現(xiàn)出最佳的響應(yīng)。與導(dǎo)線完全在肋骨充填模式允許熔體的流動暢通無阻的腔制造包裝階段的工作比在其他兩種情況。
3、幾何有非常輕微的肋但是，導(dǎo)線的位置使它成為阻礙流體流動由于觀察水槽標記是它最深。
4、 一個圓肋顯示比矩形肋，在肋角由于缺乏較好的效果。
5、幾何B與線寬肋插入完全位于完全在肋表明幾乎沒有明顯的變化在試驗。因此，強大的幾何和工藝參數(shù)相當不敏感。
6、的幾何形狀和C庫可以通過控制工藝參數(shù)的控制。試驗6，7，8和9顯示比其他更好的散熱器。這些試驗中的模具溫度將高。試驗8為最佳結(jié)果具有較高的模具溫度高的熔體溫度和低包時間。這個觀察是一致的與那些早些時候。
第6章 總結(jié)
這項研究的重點是減少或消除縮痕線插入模制部件。沉淪的標記測量作為他們的深度感覺手運行在零件的表面。導(dǎo)線的作用，對沉標記深度的肋和加工參數(shù)的幾何形狀進行了調(diào)查。
結(jié)果表明，在一個廣泛的肋骨線的存在幫助作為另一個散熱減少縮痕。它能抑制過度收縮自己周圍。在幾何線作為流LED更深的凹痕相比，那些幾何允許在基板的流動是無障礙。我注意到，在肋即導(dǎo)線的合適位置，其位置從所需的表面起著重要的作用，如何沉標記會受到它的影響。保持線的位置用夾緊裝置和該設(shè)備的能力來保持電線移動模具在注塑和冷卻階段的關(guān)鍵從制造的角度來看。
得出的結(jié)論是，通過控制工藝參數(shù)，一個下沉的深度可以控制標記?？刂品磻?yīng)的主要因素取決于使用的肋的幾何形狀。此外，它被認為是較高的模具溫度導(dǎo)致更好的響應(yīng)與成型周期時間的增加。
在這方面今后的工作將包括進一步調(diào)查由不同的零件尺寸，澆口位置，導(dǎo)線尺寸，成型等工藝參數(shù)材料（如保壓壓力，改變壓力剖面，剖面，與冷卻通道等使用不同的冷卻曲線）。一種地址路由多線的一部分的設(shè)計將是另一個未來的研究。
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