摘 要

鼠标上盖是流线形结构,使用二维绘图难以描述，本课题采用Pro/E软件对鼠标上盖制品及模具进行了三维造型，采用Pro/E的数值模拟技术和经验设计计算相结合的方法优化设计,同时仿真了塑料熔体在型腔内的充模流动以及冷却分析过程，预测了缺陷产生的临界条件，优化了工艺方案及工艺参数，降低了缺陷出现的可能性。利用参数化实体造型的方法，为更加高速、快捷的造型、生产提供了一种切实可行的办法。生成的模型数据可以直接导入数控机床进行三维加工。

关键词:；注塑模具；PRO/E；鼠标上盖

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目 录

摘 要................................................................................................................ I

1．序 论....................................................................................................... 1

1.1国内外发展状况 ..................................................................................... 1

1.1 1模具工业的概况 ............................................................................ 1

1.1.2 我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向 ............ 3

1.1.3 注塑模具CAD发展概况及趋势............................................. 3

1.2 研究内容 ................................................................................................ 4

1.2.1 Pro/e简介及功能介绍 ............................................................ 4

2．鼠标壳设计及其成型工艺分析................................................. 6

2.1 鼠标上盖制品外形设计 .................................................................. 6

2.2 鼠标底座设计 ...................................................................................... 7

2.3 材料的选择 ........................................................................................... 8

2.3 工艺难点分析 ...................................................................................... 9

3.模具设计........................................................................................................ 10

3.1 概述 ........................................................................................................ 10

3.2 模具浇注系统设计 .......................................................................... 10

3.2.1分流道 ............................................................................................. 10

3.2.2 浇口设计..................................................................................... 11

3.3 注塑模成型零部件结构设计......................................................... 11 II

3.3.1 分型面位置和形状的设计 ...................................................... 12

3.4 模具开模视图 .................................................................................... 13 结 语.............................................................................................................. 15 致 谢.............................................................................................................. 16 参考文献.............................................................................................................. 17

III

1．序 论

1.1国内外发展状况

1.1 1模具工业的概况

在讨论注塑模设计之前，先要对国内外的塑料模具工业的状况、塑料模具工业的发展方向有一个较清晰的了解，这也就使我们对本课题的意义有所了解。首先要对模具有一个整体的认识。模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备之一。作为工业基础，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国际上被称为“工业之母”，对国民经济发展起着不容质疑的作用。

模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业” ；美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”;德国则认为是所有工业中的“关键工业” ;日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力” ，同时也是“整个工业发展的秘密”，是“进入富裕社会的原动力” 。日本模具产业年产值达到13000亿日元，远远超过日本机床总产值9000亿日元。如今，世界模具工业的发展甚至己超过了新兴的电子工业。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。

塑料模具工业是随塑料工业的发展而发展的。塑料工业是一门新兴工业。自塑料问世后的几十年以来，由于其原料丰富、制作方便和成本低廉，塑料工业发展很快，它在某些方面己取代了多种有色金属、黑色金属、水泥、橡胶、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成为各个工业部门不可缺少的材料。

目前在国民经济的各个部门中都广泛地使用着各式各样的塑料制品。特别是在办公设备、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、交通、电信、轻工、建筑业 1

产品、日用品以及家用电器行业中的电视机、收录机、洗衣机、电冰箱和手表的壳体等零件，都已经向塑料化方向发展。近几年来由于工程塑料制件的强度和精度等得到很大的提高，因而各种工程塑料零件的使用范围正在不断扩大，预计今后随着微型电子计算机的普及和汽车的微型化，塑料制件的使用范围将会越来越大，塑料工业的生产量也将迅速增长，塑料的应用将覆盖国民经济所有部门，尤其在国防和尖端科学技术领域中占有越来越重要的地位。目前，世界的塑料产量已超过有色金属产量的总和。

塑料模具就是利用特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工艺基础装备。用塑料模具生产的主要优点是制造简便、材料利用高、生产率高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。随着塑料工业的飞速发展，塑料模具工业也随之迅速发展。

在我国，随着国民经济的高速发展，模具工业的发展也十分迅速。19xx年中国大陆制造工业对模具的总市场需求量约为330亿元，今后几年仍将以每年10%以上的速度增长。对于大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长将远超过每年10%的增幅。汽车、摩托车行业的模具需求将占国内模具市场的一半左右。19xx年，国内汽车年产量为183万辆，保守量为150万辆，预计到20xx年汽车年产量将达600万辆。仅汽车行业就将需要各种塑料件36万吨，而目前的生产能力仅为20多万吨，因此发展空间十分广阔。家用电器，如彩电、冰箱、洗衣机、空调等，在国内的市场很大。目前，我国的彩电的年产量己超过3200万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了100万台。家用电器行业的飞速发展使之对模具的需求量极大。到20xx年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为30%，塑料管的普及率将达到50%，这些都会大大增加对模具的需求量。其它发展较快的行业，如电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求，都将对中国模具工业和技术的发展产生巨大的推动作用。

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1.1.2 我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向

在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展，技术含量不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。 模具技术的发展趋势主要是：①CAD、CAM、CAE的广泛应用及其软件的不断先进和CAD／CAM／CAE技术的进一步集成化、一体化、智能化；②PDM(产品数据管理)、CAPP(计算机辅助工艺设计管理)、KBE(基于知识工程)、ERP(企业资源管理)、MIS(模具制造管理信息系统)及Internet平台等信息网络技术的不断发展和应用；③高速、高精加工技术的发展与应用；④超精加工、复合加工、先进表面加工和处理技术的发展与应用；⑤快速成型与快速制模(RP／RT)技术的发展与应用；⑥热流道技术、精密测量及高速扫描技术、逆向工程及并行工程的发展与应用；⑦ 模具标准化及模具标准件的发展及进一步推广应用；⑧优质模具材料的研制及正确选用；⑨模具自动加工系统的研制与应用；⑩虚拟技术和纳米技术等的逐步应用。

1.1.3 注塑模具CAD发展概况及趋势

计算机辅助设计((Computer Aided Design, CAD)是当代计算机应用的一个重要领域。随着计算机硬件和软件技术水平的迅速提高，CAD技术及其应用一直处于日新月异的发展浪潮中。作为CAD技术应用的一个十分重要的方面，塑料模具计算机辅助设计、模拟分析与制造，即模具CAD、CAE和CAM也一直是国内外普遍关注的热点。

三十多年来，国外注射模CAD技术发展相当迅速。70年代己开始应用计算机对熔融塑料在圆盘形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析。80年代初，人们成功地采用有限元法分析三维型腔内塑料熔体的流动过程，使设计人员可以依据理论分析并结合自身的经验，在模具制造前对设计方案进行评价和修改，以减 3

少试模时间，提高模具质量。近十年来，注射模CAD技术在不断进行理论和实验研究的同时，十分注意向实用化阶段发展，一些高水平的商品软件逐步推出，并在推广和实际使用中不断改进、提高和完善。

1.2 研究内容

本文将对如何利用PRO/E软件的各种功能设计一个鼠标壳样本，建立鼠标模型，生成模具的相关型面及设计抽芯机构及滑块，制订模具的制造工艺，将产品的运行可视化，创建模具的拆卸系列动画进行理论和试验研究。

1.2.1 Pro/e简介及功能介绍

Pro/E可解决任何规模的设计挑战的集成式 3D CAD/CAM/CAE 解决方案。客户需求可能会改变，时间压力可能会越来越大，但您的产品设计需求保持不变。无论您的项目范围有多大，您都需要一个功能强大、易于使用且价格宜人的解决方案，Pro/ENGINEER是3D产品设计中的标准，而作为业界领先的生产力工具，它促进用户采用最佳的设计做法，同时确保遵守业界和公司的标准。 集成的参数化 3D CAD/CAM/CAE 解决方案可让您的设计速度比以前都要快，同时最大限度地增强创新力度并提高质量，最终创造出不同凡响的产品。

Pro／E是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。Pro/E是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不像其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持 4

Postscript格式的彩色打印机。Pro/E还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上 Pro/E软件的其它模块或自行利用 C语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下(没有任何附加模块)具有大部分的设计能力，组装能力(人工)和工程制图能力(不包括ANSI， ISO， DIN或 JIS标准)，并且支持符合工业标准的绘图仪(HP，HPGL)和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。

优势：

? 强大、参数化的设计功能可实现卓越的产品差异化和可制造性

? 完全集成的应用程序可让您在一个应用程序中完成从概念设计到制造的所

有工作。

? 自动将设计变更传播到所有下游交付件的能力可让您满怀信心地进行设计 ? 完整的虚拟仿真功能可让您提升产品性能和超越产品质量目标

? 自动生成相关的模具设计和制造交付件

特点：

PTC公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关及工程数据再利用等概念改变了机械CAD的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械CAD领域的新标准。利用此概念写成的第三代机械CAD产品——Pro/ENGINEER（简称为Pro/E）软件能将产品从设计至生产的过程集成在一起，让所有的用户同时进行同一产品的设计制造工作，即所谓的并行工程。

Pro/E是基于特征的全参数化软件，该软件所创建的三维模型是一种全参数化的三维模型。“全参数化”有三个层面的含义，即特征截面几何的全参数化、零件模型的全参数化以及装配体模型的全参数化。

零件模型、装配模型、制造模型以及工程图之间是全相关的，也就是说，工程图的尺寸被更改以后，其父零件模型的尺寸也会相应更改；反之，零件、装配或制造模型中的任何改变，也可以在其相应的工程图中反映出来。

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2．鼠标壳设计及其成型工艺分析

2.1 鼠标上盖制品外形设计

本课题利用PRO/ENGINEER软件对鼠标上盖进行实体建模，PRO/E的图形设计是基于三维的，它与传统的二维绘图有着本质的区别。生成的模型直观，立体感强，可以在任何角度进行观察。另外系统还能计算出实体的表面积、体积、重量、惯性距、重心等。使设计者很容易、很清楚地知道零件的特性。而且可由立体图生成三视图，大大提高工作的效率和准确性。

绘制鼠标上壳3D图首先要确定鼠标的基本尺寸。我所选择的是以80*40*30的立体块。绘制鼠标上壳住要是通过拉伸，剖面顶圆，拔模，倒圆角，偏距，实体化，唇等功能进行组合所绘制出的。现简单介绍我的鼠标造型是如何做出的。

选择TOP面为草绘平面绘制出鼠标底面图形进行拉伸，拉伸出实体后对顶面进行剖面圆顶，这里有点需要注意。在PRO/E默认的设置中剖面圆顶的功能是不显示出来的，需要在工具选项中将其显示出来。进入工具选项栏，在选项找那个将allow_anatomic_features的值设置为YES，确定既可在插入高级中找到相应选项。通过剖面顶圆我们就将鼠标上壳的曲面画出。对四个棱进行倒圆角，再以四周的面为基本面，我们将其拔模斜度为2度。这里拔模的目的是为了在后面的模具设计中，分模过程中能顺利地拿出模型。对顶面的四边进行倒圆角，现在我们要画出鼠标中键的凹槽。在以FRONT为草绘平面画一条斜线，选择可变剖面扫描工具，画圆，去除材料。凹槽出来后为设计美观，对凹槽边也进行倒圆角。为了做出按键我们选择用偏移的方式进行设计。选择顶面剖面，编辑偏移，定义后进入白草绘界面，绘制出需要偏移的图像，进行偏移。对偏移的边进行倒圆角，使用壳功能完成鼠标上壳的初步成型。选择TOP平面进行草绘，画出中键槽以及按键槽，拉伸去除材料。对造型进行实体化。运用唇功能来绘制与下壳可配合的唇边。以实体化后的底面为草绘平面，绘制用于上下壳连接的螺丝柱。同样的对螺丝柱要进行拔模的工序。到此一个鼠标上壳的制作基本完成。

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如图：

2.2 鼠标底座设计

鼠标底座相对简单，通过简单的拉伸，倒圆角，拔模，壳功能就可完成。制作成品如图：

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2.3 材料的选择

通用塑料如聚丙烯PP，聚乙烯PE，聚氯乙烯PVC具有应用范围广、加工性能良好，价格低廉的优点，但由于其力学性能较差且成型收缩率较大不易成型尺寸稳定的制品故不选用，以下拿丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物（ABS）聚苯乙烯（PS）双酚A型聚碳酸酯（PC）三种常用典型材料比较选取。

表2.1: 三种材料性能参数表

密 度 收 缩 率 熔 点 热变形温度（45N/cm?） 模具温度 喷嘴温度 中段温度 后段温度 注射压力 塑化形式 拉伸强度 拉伸弹性模量 弯曲强度 弯曲弹性模量 压缩强度 缺口冲击强度 硬 度 体积电阻率 介电常数 击穿电压 外 观

透明

ABS 1.05 0.3~0.8 130~160 65~98 60~80 180~190 180~230 150~170 60~100 螺杆式柱塞式

33~49 1.8 80 1.4 18~39 11~20 R62~86 10

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PS 1.04~1.06 0.2~0.8 131~165 65~90 40~60 160~170 170~190 140~160 60~100 螺杆式柱塞式

35~63 2.8~3.5 61~98 - 80~112 0.25~0.40 洛氏M65~80 10~10

6

17

19

PC 1.18~1.20 0.5~0.7 220~240 132~138 85~120 250~300 270~320 250~270 50~110 螺杆式柱塞式

60~66 2.3 105~113 1.54 85 不断 11.7HB 10

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60Hz2.4~5.0

-

浅象牙色或白色不

10 Hz≥2.7 19~27 无色透明、摔打音

清脆

耐水、耐化学品、绝缘性好、不耐冲

60Hz3.0 20~30 透明微黄

透明度高、硬而韧、高抗冲、尺寸稳定性优电绝缘性和耐热性好、耐开裂耐药品性差

耐热、表面硬度高、，尺

特 点 寸稳定、耐化学及电性能

好，易成型加工，可镀铬 击不耐温

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材料最终选定为ABS,其综合性能优异，具有较高的力学性能，流动性好，易于成型；成型收缩率小，理论计算收缩率为0．5％ ；溢料值为0．04 mm；比热容较低，在模具中凝固较快，模塑周期短。制件尺寸稳定，表面光亮。

2.3 工艺难点分析

鼠标上盖为外观件，要求零件表面平整光滑，无翘曲、皱折、裂纹等缺陷，周口部高度差不可过大，以保证与下盖的严密配合。零件的曲面较为复杂，尺寸精度很高，由于零件为薄壁制件，外形很不规则，这些就造成了成形时容易受到各种因素影响引起制品翘曲变形的问题。同时零件在整个表面有几处孔形分布，这些孔形有较高的尺寸和位置精度，并关系到上下盖的配合问题，保证零件表面孔形的成形要求也是需要重点考虑的问题。

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3.模具设计

3.1 概述

在对鼠标上盖进行零件工艺性分析的基础上，通过经验设计与数值模拟相结合的方法，最终确定了零件成形的最佳工艺方案。再根据该工艺方案，确定成形最终零件形状，因此，成形模具的设计是本课题的一个比较关键的问题

3.2 模具浇注系统设计

3.2.1分流道

模具采用一模两腔对称布置，型腔数过多影响制品精度，而型腔数过少生产效率太低不能达到使用要求，故采用一模两腔。为使塑料熔体以等速度充满两型腔，分流道在模具上采用对称等距离分布，在注射时采用对称分布可以使型腔和浇注系统投影面积重心更接近锁模力的中心，避免局部胀模力过大影响锁模。分流道长度也尽可能短小，便于注射成型过程中最经济地使用原料和注射机的能耗，减少压力损失和热量损失。

分流道截面形状和尺寸也对塑料熔体的流动和模具的制造难易及脱模有影响，圆柱形流道虽然比表面积最小流动阻力最小，但该种流道须开设在两半模上，既加工费力又不易对准，如果加工误差较大没有对准比表面积反而会有相当大的增加，本设计选用断面形状为梯形的流道，此种流道只需要开设在凹模上节省了加工成本，在流道表面进行抛光处理减小流动阻力。

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3.2.2 浇口设计

浇口采用边缘浇口，位置在制件前端内缘处，选在该位置不但模具简单，而且去除浇口的后加工操作也非常简单，提高了工作效率，也便于模具的机械加工，易保证浇口加工精度，试模时浇口尺寸易于修整。

3.3 注塑模成型零部件结构设计

模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。设计成型零件时，根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。

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3.3.1 分型面位置和形状的设计

该制品无需侧抽芯，且为简化模具结构选择单分型面，流道凝料连同制件一起由拉料杆从定模脱下再连同制品由推杆推出，比之双分型面此种脱模过程较为简单易于操作。

分型面位置选择首先要保证制品能顺利从型腔中脱出，根据这个原则，分型面应选在塑料制品最大的轮廓线上，而且此平面与开模方向垂直。此制件按此原则有三个分型面可供选择，如果模具其他分型面分型不仅分型面复杂而且该分型面位于外观面在脱模后在分型面的位置会留有一圈飞边，即使这些飞边脱模后立即割除，但仍会在塑件上留下痕迹，影响塑件外观，故不选用，将如图所示设为分型面比较科学合理有如下好处：①将分型面设在该位置可以将制品一次脱出②该分型面两侧制件表面粗糙度不同，精度要求较低的内壁面在冷却后产生的收缩对模具型芯有一定的包紧力，开模时有利于制件保留在动模一侧方便脱出③该分型面将精度要求不同的外观面与内壁隔开，有利于降低模具型腔和型芯的加工难度，可以将动模和定模以不同的精度一次加工成型④该分型面在注射时是塑料熔体最后到达的位置有利于利用分型面排气。

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3.4 模具开模视图

开模效果图

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上模

下模

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结 语

通过两个多月对鼠标塑料外壳模具的设计，我注塑模具的设计方法与流程有了一个比较全面的了解。在这个不断设计、学习、再设计的反复操作过程中，我们潜移默化地学习到了一种科学的设计思路和方法，这对我们以后的工作态度和方法将产生积极的影响。特别是在利用现代化的设计上，我有了很多的自己的设计思想，我相信这次毕业设计一定能为我三年的大学生涯划上一个圆满的句号。

鼠标壳是薄壳塑件且出于该产品外形美观，手感好的使用要求，零件的外形全部设计为曲面，本研究采用Pro/E三维建模软件进行特征分解，该软件基于特征以及参数化的特点使其具有强大的功能，能够解决这种特殊问题。

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致 谢

在本论文的完成过程中，我的导师给予了我悉心指导和热情鼓励，使我顺利完成了论文工作。他激励我克服困难，广泛涉猎新思想、新理论，不断地探求新的科学发展。同时，也让我懂得如何去踏踏实实地工作。论文工作量十分大，我的模具设计实践操作知识很少，在做课题的过程中遇到了很多困难，论文在李平老师的热心帮助下才得以顺利完成，在此，谨向李平老师表示衷心的感谢和诚挚的敬意。

同时，感谢在做课题过程中为我提供便利和帮助的老师和同学们。

感谢班的所有同学们，感谢我们在一起度过的这段忙碌又偷快的时光。

在此，向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意! 衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授!

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参考文献

[1] 刘世平.Pro/E三维造型设计.地质大学出版社.

[2] 张四新.Pro/E实用教程.华中科技大学出版社.

[3] 陈国聪.Pro/E训练教程.高等教育出版社.

[4] 黄诚驹.CAD/CAM实用教程.华中科技大学出版社.

[5] 杨占尧.Pro/E产品造型与模具设计案例精解.高等教育出版社.

[6] 黄锐.塑料成型工艺学.中国轻工业出版社.

[7] 张正修.模具参谒的现状及发展对.策五金科技.

[8] 张克惠.塑料材料学.西北工业出版社.

[9] 张正修.模具产业的现状及发展对策.五金科技.

[10] 申开智.塑料成型模具.中国轻工业出版社.

[11] 高为国.模具材料.机械工业出版社.

[12] 钟佩思,沈友徽,马静敏等.模具先进制造技术发展趋势综述[J].模具制造.

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