塑料杯蓋注塑模具設(shè)計
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出處:Journal of Materials Processing Technology, 2007, 182(1): 418-426塑料注塑模具設(shè)計中使用田口方法減少翹曲S.H. 林光唐,S.M. ,Sapuan約瑟-蘇萊曼:伊斯Samin機械及制造工程系,馬來西亞博特拉大學(xué),43400沙登,雪蘭莪州,馬來西亞。2004年9月3日收稿,在2006年7月27日得到了修訂;接受于06年8月10日摘要當今一個最重要的塑膠聚合物加工行業(yè)是塑料注射成型。然而,在模具制造和注塑機控制技術(shù)不足時會導(dǎo)致有缺陷的塑料產(chǎn)品。翹曲缺陷,通常在厚度小于1mm的產(chǎn)品上出現(xiàn)。這項計劃將要制造模具尺寸為120mm50mm1mm的薄板。薄板將用于翹曲的測試。對模具制造、模具加工購買將用機器制造和組裝。在那之后,模具固定在注射成型機。機器設(shè)置應(yīng)該是用來生產(chǎn)產(chǎn)品的。然后,該產(chǎn)品將用于在翹曲問題的影響因素測試通過采用田口方法實驗。 結(jié)果表明引起翹曲變形的因素是最重要的是熔體溫度。灌裝時間只有輕微影響翹曲。調(diào)整最佳參數(shù),可以最大限度地減少翹曲缺陷的熔融溫度(240度)時,充盈時間(0.5秒),保壓壓力(90)和包裝時間(0.6秒)。關(guān)鍵詞:注塑模具;田口方法實驗;變形1簡介模具制造是一項重要的支柱產(chǎn)業(yè),因為他們的相關(guān)產(chǎn)品和組件之間已超過70%的消費產(chǎn)品。在模具行業(yè)里,為了更短的設(shè)計和制造周期,良好的維護和整體質(zhì)量,快速的設(shè)計變更需求已成為需要。這是一個復(fù)雜的過程,需要技術(shù)和經(jīng)驗豐富的模具制造商。一般來說,注射成型最重要的聚合物在塑料行業(yè)加工經(jīng)營約占當今世界三分之一,是所有的塑料注塑件成型到使用的轉(zhuǎn)換。這是一個過程很大的首選制造業(yè),因為它可以產(chǎn)生良好的尺寸精度和復(fù)雜形狀的塑料部件,只需要非常短的循環(huán)時間。典型的例子是外殼和計算機顯示器等產(chǎn)品的外殼和移動電話,其中有一個薄殼功能。這些產(chǎn)品往往會變得更輕,更薄,更小。因此,產(chǎn)品的內(nèi)部組件必須納入一個空間,這有體積小包裝。一種方法來增加空間部分,以減少塑件厚度。然而,注塑操作變得更加困難,因為塑件的壁厚變薄。這是因為重大翹曲缺陷出現(xiàn)。為了減少這種顯著缺陷,對于測試過程的有效因素是必需的。 以某一層薄薄的板貼面尺寸為等級的產(chǎn)品。它是用來檢測對其影響的因素,最大限度地減少翹曲變形缺陷的產(chǎn)生。首先,制作出塑料注射模是必要的。在那之后,模具將會安裝在注射成型機上。在此之后,模具上的薄板已經(jīng)產(chǎn)生,他們將被用于測試問題的有效因素通過運用翹曲變形的實驗設(shè)計田口方法。2.制備制造模具時,準備工作是必須的??捎迷O(shè)備的生產(chǎn)能力已經(jīng)被調(diào)查過了。制造模具需要的機器有鉆床,銑床和磨床。生產(chǎn)這個項目時注塑機也是必須的。設(shè)備的型號是BOY22D。除此之外,也需要尋找和購買適合注塑機的模架。最終選碳素鋼AISI1050為制作模架的原材料。由于某些原件諸如頂針、定位環(huán)、澆口套、彈簧等是不包含在模架里的,因此需要單獨購買。注塑原材料使用的是ABS。3.模具設(shè)計四種設(shè)計理念可用于設(shè)計此項目。描述如下:(a)三板模一穴兩分型面(b)二板模一穴一分型面不帶澆注系統(tǒng)(c)二板模兩穴一分型面,帶澆注系統(tǒng)和頂針(d)二板模兩穴一分型面,帶澆注系統(tǒng),不帶頂針由于項目預(yù)算有限,模架的型號由二板模取代了三板模而最后被采納。在二板模的多個設(shè)計理念中,d理念最后被采納,這是因為b理念無法用于實際生產(chǎn),而c理念在注塑成型時有可能會損壞產(chǎn)品。通常的,二板模由八個板組成且它們都有各自的標準尺寸。模架的選擇必須要依據(jù)將要使用的注塑機的標準。針對這個項目,標準模架的型號是2525(250mm250mm),它的各個板的尺寸已在表格1中所示。圖2和圖3顯示了在這個項目中的冷卻腔板和核心板塊是需要設(shè)計。其他板塊只有在規(guī)范的基礎(chǔ)是注塑機和組件尺寸。表1模具板尺寸鋼板尺寸寬高厚度(毫米)頂部夾板 1腔板 1核心板 1側(cè)板 2推桿固定板 1推板 1底部夾板 1圖1 通風孔設(shè)計產(chǎn)品設(shè)計和模具設(shè)計之間存在著關(guān)系。由于該項目是決定性的因素,可以有效減少薄殼翹曲缺陷,設(shè)計一個50mm120mm的尺寸厚度為1mm的板材產(chǎn)品。對于模架,型腔,可以生產(chǎn)出的產(chǎn)品設(shè)計的核心板塊。由于是為核心板塊提供足夠的空間,因此需要兩個腔澆注系統(tǒng)的設(shè)計。這種設(shè)計是在沒有彈射腔零件接腳,只用澆道拉桿退出該產(chǎn)品的情況下。這將避免產(chǎn)品損壞。通風口的設(shè)計是重要的,因為它的功能是釋放腔里面的空氣當模具關(guān)閉時。如果空氣被困在模內(nèi)則會發(fā)生短射。圖1顯示了在這個項目中空氣通風口的設(shè)計。冷卻系統(tǒng)是另一個在設(shè)計階段要考慮的。它是用來鞏固的,為了塑料制品能從模具中取出。圖2和3顯示了在這個項目中的冷卻腔板和核心板塊各自的通道設(shè)計。 圖2冷卻腔通道圖3冷卻通道核心板在這個項目的產(chǎn)品設(shè)計只是一個簡單的薄板。因此,模具可制作銑床,鉆床,磨床。 4.模具制造還有一些模具的部分需要進行加工。它的過程涉及高精度和準確性。因此需要熟練的模具制造商。以下為每個模具零件加工的過程。4.1頂部夾板第1部分:通孔直徑16mm(鉆床機)操作說明工具第一步標記點高度儀表第二步夾緊機臺板第三步劃中心線中心鉆第四步鉆通孔的鉆頭第五步鉸孔的鉸刀工具、高速鋼材;機床主軸轉(zhuǎn)速、330每分鐘轉(zhuǎn)速。第2部分:攻螺紋M6的孔(鉆孔機)操作說明工具第一步標記點第二部夾緊機臺板第三部劃中心線第四步鉆12mm 2的孔的鉆頭第五步攻絲M6 攻絲機工具、高速鋼材;機床主軸轉(zhuǎn)速、1000每分鐘轉(zhuǎn)速。第3部分:對40毫米直徑擴孔與14.8mm深度(銑床)操作說明工具第一步劃圓規(guī)第二步夾緊工作臺第三步銑削35mm的區(qū)域,深度為14.8mm10mm的銑刀第四步鏜的孔,深度為14.8mm鏜刀工具、高速鋼材;機床主軸轉(zhuǎn)速,820名rpm;切削深度、2毫米或粗、0.8毫米的涂裝。圖4顯示了部分的頂部裝夾盤需要加工。值得注意的是,第一步在第一部分中,第二部分和第三部分是標記點和標記圓同時做之前進行下一步。圖4部分的頂部裝夾板材需要的機器4.2 型腔板第1部分:鉆孔直徑為16mm(鉆孔機)操作說明工具第一步標記點高度儀表第二步夾緊機臺板第三步劃中心線中心鉆第四步鉆通孔的鉆頭第五步鉸孔的鉸刀工具、高速鋼材;機床主軸轉(zhuǎn)速、330每分鐘轉(zhuǎn)速。第2部分:鉆8毫米直徑通孔(鉆孔機)操作說明工具第一步標記點高度儀表第二步夾緊機臺板第三步劃中心線中心鉆第四步鉆兩個孔,直到一半的板寬的鉆頭第五步轉(zhuǎn)動到另一面第六步劃中心線中心鉆第七步鉆兩個孔,直到一半的板寬的鉆頭第八步鉆兩個通孔的鉆頭工具、高速鋼材;機床主軸轉(zhuǎn)速,640每分鐘轉(zhuǎn)速。第3部分:橫置1 / 4 孔(鉆孔機)操作說明工具第一步夾緊機臺板第二步鉆兩個孔深度為15mmmm的鉆頭第三步攻絲1/4的攻絲機第四步轉(zhuǎn)到另一邊第五步夾緊機臺板第六步鉆兩個孔深度為15mmmm的鉆頭第七步攻絲1/4的攻絲機工具、高速鋼材;機床主軸轉(zhuǎn)速、460每分鐘轉(zhuǎn)速。圖5 部分的板材需要機腔圖5給出了型腔板的部分需要加工。值得注意的是第一步的部分1和部分2做標記點,注意的是第一步的部分1和部分2做標記點,同時做之前進行下一步。4.3 核心板第1部分:通過直徑為8mm(鉆孔機)孔鉆操作說明工具第一步標記點高度儀表第二步夾緊機臺板第三步劃中心線中心鉆第四步鉆兩個孔,直到一半的板寬的鉆頭第五步轉(zhuǎn)到另一邊第六步夾緊機臺板第七步劃中心線中心鉆第八步鉆兩個孔,直到一半的板寬的鉆頭工具、高速鋼材;機床主軸轉(zhuǎn)速,640每分鐘轉(zhuǎn)速。第2部分:塔1 / 4孔(鉆孔機)操作說明工具第一步夾緊機臺板第二步鉆兩孔深度為15mmmm的鉆頭第三步mm的鉆頭1/4的攻絲機第四步轉(zhuǎn)到另一邊第五步夾緊機臺板第六步鉆兩孔深度為15mmmm的鉆頭第七步mm的鉆頭1/4的攻絲機工具、高速鋼材;機床主軸轉(zhuǎn)速、460每分鐘轉(zhuǎn)速。第3部分:孔放大到32mm直徑10毫米深(銑床)操作說明工具第一步劃圓規(guī)第二步夾緊機臺板第三步銑削28mm的區(qū)域,深度為10mm的銑刀第四步鏜的孔,深度為10mm鏜刀工具、高速鋼材;機床主軸轉(zhuǎn)速,820名rpm;切削深度、厚度為3毫米為粗、精加工。第4部分:創(chuàng)建空腔的產(chǎn)品(銑床) 操作說明工具第一步標記空腔面積高度儀表第二步夾緊機臺板第三步銑削150毫米120mm的兩個1毫米腔的立銑刀第四步銑削型腔邊界錐度楔形扁材軋機第五步銑削滑槽R3的球頭銑刀工具、高速鋼材;機床主軸轉(zhuǎn)速,2700 rpm;切削深度,0.5 /切割。第5部分:鉸6mm直徑的孔令(鉆孔機)操作說明工具第一步標記點高度儀表第二步夾緊機臺板第三步鉆中心孔中心鉆第四步鉆通孔的鉆頭第五步鉸孔的鉸刀工具、高速鋼材;機床主軸轉(zhuǎn)速,880每分鐘轉(zhuǎn)速。圖6顯示的部分核心板需要加工。值得注意的是,第一步在第一部分中,第三部分、第四部分和第五部分是標記點和標記圓是同時做之前進行下一步。研磨機是用于生產(chǎn)的排氣孔。圖6 核心部分的板材,需要的機器圖7 部分的異形板材,需要的機器4.4頂針板第1部分:鉸6毫米直徑的孔,鉆直徑為11mm深度為6毫米得孔(鉆孔機)操作說明工具第一步標記點高度儀表第二步夾緊機臺板第三步鉆中心孔中心鉆第四步鉆通孔5.8的鉆頭第五步鉆6毫米埋頭深度的鉆頭第六步擴通孔擴孔鉆工具、高速鋼材;機床主軸轉(zhuǎn)速,880 rpm / 460每分鐘轉(zhuǎn)速。圖7顯示頂針板的部分需要加工。4.5 底部夾板第1部分:擴大直徑55毫米的通孔(銑床)操作說明工具第一步劃的圓圓規(guī)第二步夾緊機臺板第三步銑削50mm的區(qū)域mm的立銑刀第四步鏜的孔鏜刀刀具,高速鋼,主軸轉(zhuǎn)速,820轉(zhuǎn),切削深度,每次切3毫米。圖8顯示的部分夾緊板底部需要加工。加工過程完成后,所有的模具板組裝在一起。每一個曾在一模具板的板角的基準平面,分別為。在所有的基準面板面互相垂直。在組裝模具,所有必須對齊板指基準面。換句話說,所有的板塊基準面必須在同一角落。 圖8 零件的夾持板底部需要的機器5.模具測試和修改在模具都被嘗試應(yīng)用,大部分產(chǎn)品都產(chǎn)生了短射的缺陷。塑料材料可能達不到產(chǎn)品的角落。這可能導(dǎo)致因不足的通風和空氣困在封閉的模具中。因此,在模具型腔角落添加模具排氣的修改已經(jīng)取得成功。最后,這種修改成功生產(chǎn)無缺陷產(chǎn)品。6.實驗設(shè)計過程 在實驗中,能夠確定最佳參數(shù)的有效因素中,田口方法已被選定。因此,在影響因素的選擇、翹曲變形等情況和正交陣列選擇上,田口方法(OA)的選擇是必要的。 最佳的參數(shù)設(shè)定會降低翹曲產(chǎn)品產(chǎn)生。6.1.選擇的因素 據(jù)該雜志,有幾個可能的因素會影響到薄板翹曲缺陷是充填時間,模具溫度,澆口尺寸,熔體溫度, 保壓壓力和保壓時間。因為從模具的不同設(shè)計,所以澆口尺寸被消除。模具的溫度因素也消除了。具溫度等因素,因為溫度消除難以控制由于周圍的溫度。最后,四個因素是選擇。這些因素是熔體溫度、填充時間、包裝的壓力和包裝。表2 選擇的參數(shù)三個層次的因素因素一級二級三級熔體溫度,A()240265290充填時間,B(s)0.10.30.5保壓壓力,C()607590保壓時間,D(s)0.60.81.0表3 采用L9正交陣列實驗次數(shù)列號ABCD1111121222313334212352231623127313283213933216.2.選擇因子水平有三個因素,每個級別將采用田口方法。這是因為如果所選因素對產(chǎn)品有著顯著影響,我們或許可以選擇不同,而不僅僅只有選低,中,高值。每個選定因子的水平參數(shù),根據(jù)該雜志建議見表2。 6.3.選擇正交陣列(辦公自動化) 其它的因素和以前已選定若干的層次,將采用L9直交表。采用選定的L9為辦公自動化系統(tǒng),因為它是適合四個因素三個層次構(gòu)成。采用L9直交表3所示。7.產(chǎn)品測試程序測試過程開始的輸入?yún)?shù)組合的有效因素注塑機顯示在表4。有九個實驗每個實驗,做了有不同的組合。 在此之后,在產(chǎn)品上閃爍被刪除,該產(chǎn)品是自絕于跑壘員。該產(chǎn)品的,與閃爍,亞軍是在10個不同的地方免費測量用微米的厚度。他們的平均的閱讀和記錄。為了測量板的翹曲,千分表和花崗巖塊已被使用。測量翹曲的程序如下:(一)板放在平坦的花崗巖塊表面上。(二)千分表移動,直到所碰觸筆平面的花崗巖塊撥表到零。(三)該板塊是挪動低盤指示表(四)計算板的最大規(guī)模高度是從壓力表讀出來的。(五)其他板塊的程序重復(fù)。在得到所有的讀數(shù),撓度和Z,這是板的翹曲變形,計算公式是:z=h-t。該定義的符號如圖9所示。實驗次數(shù)熔體溫度A()充填時間 B(s)保壓壓力C()保壓時間D(s)12400.1600.622400.3750.832400.5901.042650.1751.052650.3900.662650.5600.872900.1900.882900.3601.092900.5750.6nao圖9 定義符號s、h、t和z接下來,板塊,在實驗得到的撓度用于計算信號與信噪比(S / N)比。從S / N比,最佳的組合參數(shù)設(shè)置才能確定。所收集的數(shù)據(jù)還可以分析采用方差分析(ANOVA)方法分析。從這個方法,時間貢獻的百分比計算,以確定哪些因素將顯著影響翹曲。 8.結(jié)果與討論 在加工過程中已經(jīng)做了鉆,銑,攻絲。加工過程的順序?qū)ぷ鳙@得好的質(zhì)量是很重要的,還節(jié)省了加工時間。 在加工過程中,有一些步驟,應(yīng)強調(diào)和重視。鉆井過程中,是用搖臂鉆床立式鉆床,而不是特別的冷卻通道,已使用鉆孔機。這是因為在搖臂鉆床主軸速度是由齒輪控制,而垂直鉆床用于帶傳動。因此,搖臂鉆床鉆能產(chǎn)生更高的扭矩比到垂直鉆床。在設(shè)置過程中的冷卻渠道,花很多時間,因為這是相當大的鉆孔和深度。因為它所需的加工鉆可以輕易被打破所以要小心。首先,在中心鉆一個直徑較小的孔。因此,芯片必須被刪除。替代方案是鉆洞,兩個步驟。首先,鉆一個小直徑孔為中心的。在那之后,鉆所需的直徑孔前一個洞。這將減少扭矩,因此減少了鉆探風險對刀具的休息??足@前,居中運作非常重要,不可忽視。此操作將引導(dǎo)工具在合適的位置上,也防止工具彎曲。在鉆井應(yīng)用的力壓鉆不能太多了。這也會彎曲工具和鉆洞就成為導(dǎo)致不直。除此之外,冷卻劑是否需要在鉆孔的過程。這將減少工具,它的溫度是由于摩擦。有一些開發(fā)經(jīng)營,冷卻通道和上夾緊板。攻絲前孔,鉆頭需要沉浸在潤滑油。這將減少與夾緊板的摩擦。每孔攻絲絲錐完全需要三個不同類型的鉆頭但直徑相同。第一個使用開發(fā)錐度尾部。使用它采用最小線程的轉(zhuǎn)矩。它是用來刷制的運用。如果感覺很緊的孔攻絲過程中,這些芯片被刪除。運用更多的扭矩繼續(xù)挖掘可能損壞鉆頭。第二次開發(fā)的線程是要深化,“最后鉆頭要清理。在攻絲、鉆頭都很重要,必須要因為線,創(chuàng)造直接的意志帶給接下來的兩螺孔為指導(dǎo)可能扭矩運用打破了冷凝道。之后,產(chǎn)品已經(jīng)生產(chǎn),這將是首先測量其厚度和最大高度上使用的花崗巖塊千分表。然后,平均厚度偏差和平均偏差的計算方法。已完成的實驗是根據(jù)表3。在S / N比的確定,越小越好品質(zhì)特性已選定。其中MSD是均方差,Y的觀測和數(shù)據(jù),n是一個進行測試的數(shù)目。對于一般認為偏轉(zhuǎn)和S / N比計算結(jié)果列于表5.從表5中的數(shù)據(jù),平均的S / N為響應(yīng)表的比例才能確定。在計算的例子如下所示,其結(jié)果可歸納如表6所示。 表5 實驗結(jié)果的總結(jié) 試驗次數(shù)控制因素平均撓度z(mm)S/N熔體溫度()充填時間(s)保壓壓力(%)保壓時間(s)12400.1600.60.067923.2322400.3750.80.106619.16續(xù)表532400.5901.00.073522.2842650.1751.00.130117.3552650.3900.60.094120.3362650.5600.80.161315.5272900.1900.80.148616.4282900.3601.00.213313.0392900.5750.60.104919.49表6 S/N表熔體溫度(A)充填時間(B)保壓壓力(C)保壓時間(D)一級21.55719.00017.26021.017二級17.73317.50718.66717.033三級16.31319.09719.67717.533差異5.2441.5902.4173.984保壓壓力的因素, Level 1Level 2Level 3差異=最高值 - 最低值 = 19.677 - 17.260 = 2.417在從表6的S / N圖的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)可以構(gòu)造圖10所示。 圖10 熔體溫度S/N圖從S / N響應(yīng)圖如表6,比反應(yīng)最佳組合參數(shù)設(shè)置可通過選擇與每個因素的最高價值水平。因此,所得結(jié)果為A1,B3和C3和D1的。這一結(jié)果也可觀察到的S / N的響應(yīng)圖圖。 10-13。除此之外,在圖表之間的水平差異也顯示了6個因素是更為顯著。最重要的因素,是影響翹曲熔體溫度和保壓時間的保壓壓力及充模時間之后。實驗結(jié)果與模擬結(jié)果比較見表7。從表中,通過實驗得到的結(jié)果是,除了包裝不符合實時仿真結(jié)果相同。這是因為產(chǎn)品設(shè)計和模具結(jié)構(gòu)有很大的不同,由于成本和機械性能。除此之外,為接觸式測量儀器翹曲也可能會影響結(jié)果。這是因為在千分表可能扭曲的手寫筆產(chǎn)品在一定程度上。對包裝參數(shù)、時間與模擬結(jié)果相同,因為包裝階段只是對補償收縮使用。該產(chǎn)品是不是在很多方面不同,一旦使用了相同的材料。表5中的數(shù)據(jù)進行分析,采用方差分析。各因素對經(jīng)濟發(fā)展的貢獻百分比。方差分析計算,如將自由度的數(shù)量,平方,變異型,F(xiàn) -率,純廣場和所占的百分比總和數(shù)額。這些量計算的例子所示,其結(jié)果可在表8。圖11 填充時間S / N圖圖12 保壓壓力S / N圖圖13 保壓時間S / N圖表7實驗結(jié)果與仿真結(jié)果之間的對比實驗結(jié)果仿真結(jié)果熔體溫度240290充填時間0.50.3保壓壓力9060保壓時間0.60.6表8 方差分析表來源fSVFP(%)熔體溫度28.1544.077-47.30充填時間2-6.51保壓壓力2-17.26保壓時間24.987-28.93混合的誤差000-總計817.2401008.1.自由度(f)總自由度, fN 1= 9 - 1 = 8其中N為總?cè)藬?shù)。對于因素A,f= 3 - 1 = 2其中K產(chǎn)品的數(shù)量進行因子A級對于誤差, f8.2 平方和(s)總平方和=8.3 方差(V)因素A,誤差,8.4 F-比(F)因素A,8.5 所占的百分比(P)因素A,從表8日的最后一欄的方差分析表指出了各因素對經(jīng)濟發(fā)展的貢獻百分比。由包裝中的壓力,結(jié)果是17.26。灌裝時間是不是一個重要因素,只會有助于6.51。這些結(jié)果與模擬結(jié)果相當類似。雖然價值百分之貢獻是不一樣的,但它表明熔體溫度,保壓壓力及保壓時間是重要因素,而填充時間不翹曲變形的缺陷影響了。結(jié)論塑料注射成型是在制造過程中占有非常重要的領(lǐng)域。有有許多注射成型塑料制品生產(chǎn),通過注塑生產(chǎn)的塑料制品。一般來說,注射成型過程包括四個是模具設(shè)計,模具制作,修改和機器設(shè)置階段。這些階段如下:(一)模具設(shè)計在設(shè)計過程中,模具設(shè)計師應(yīng)該考慮諸如機械性能的因素,冷卻通道的位置,澆口尺寸等。(二)模具制造模具制造商應(yīng)該知道哪些類型的加工工藝比較適合。除此之外,規(guī)劃的過程也需要節(jié)省了時間。(三)修改不是每一個模具的設(shè)計和制造,產(chǎn)品都可以生產(chǎn)成功。因此,必須作出一些修改在模具上。因此,必須作出一些修改在模具上。(四)機設(shè)置機設(shè)置必須生產(chǎn)出的產(chǎn)品具有最小的缺陷。生產(chǎn)的產(chǎn)品將做實驗翹曲缺陷。利用田口方法,九個試驗已經(jīng)運行。最佳參數(shù),可以最大限度地減少翹曲變形的缺陷是:熔融溫度(240C)時,充盈時間(0.5秒),保壓壓力(90)和包裝時間(0.6 s)。在這些因素中,熔體溫度是最有效的因素。然而,灌裝時間是不是一個重要因素。參考文獻1M.W. 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