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塑料模具课程设计圆形塑件盖塑料模具设计

塑料成型工艺及模具设计

课程设计说明书

题目：

圆形塑件盖塑料模具设计

第一部分前言

（1）

第二部分设计任务书

（2）

第三部分塑件成形工艺分析（4）

第四部分分型面的选择（6）

第五部分注射机的初选（8）

第六部分模具的结构分析与设计（9）第七部分成型零件的设计（12）第八部分浇注系统的设计（23）

第九部分成型设备的选择及校核（30）第十部分成型工艺参数的确定（32）

第十一部分模具特点和工作原理（34）

第十二部分设计小结（37）

第十三部分参考资料（38）

前言

一个学期的课程即将结束，为检验这一个学期以来对于塑料模设计的学习效果，综合检测理论在实际应用中的能力，除了平时的考试、实验测试外，更重要的是理论联系实际，即我们将努力认真的完成此次课程设计，我们的课程设计题目为：

手轮注塑模具设计。

本次课程设计课题来源于生产实际，应用广泛，但成型难度相对较难，模具结构相对复杂，对我们初学模具设计的学生是一个很好的考验。

它能加强对塑料模具成型原理的理解，同时锻炼对塑料成型模具的设计和制造能力。

本次设计以手轮注塑模具为主线，综合了成型工艺分析，模具结构分析，最后是模具的设计计算等一系列模具设计的所有过程。

能很好的达到学以致用的效果。

在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤，模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。

把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来，所谓学以致用。

在设计中除使用传统方法外，同时使用了AutoCAD、SolidWorks等软件。

本次课程设计得到了廖秋慧老师和张效迅老师的关心指导。

正因为老师的悉心指导和帮助，我们才得以解决一个又一个难题，最后完成课程设计，在此谨代表小组全体同学向老师表示感谢。

由于实际经验和理论技术有限，设计的错误和不足之处在所难免，希望各位老师和同学批评指正。

一、设计任务书

1.1课程设计目的

本课程设计的目的是使我们在学完《塑料模具设计》课程之后，巩固和加深对塑料模有关理论的认识，提高设计计算、制图和查阅参考资料的能力。

使得我们能正确运用专业知识，初步掌握制定注塑工艺规程及进行注塑模具设计的原则和方法。

在课程设计中应本着技术上先进、经济上合理的原则，制定注塑工艺规程和设计有关的注塑模具。

塑料制品名称：

盖（如右图）

成型方法与设备：

在适当的塑料注射机上注射成型；

塑料原料：

ABS；

收缩率：

.0.3%~0.8%；

塑件图：

如图所示为制品的图样。

二、塑件成形工艺分析

ABS丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物化学和物理特性ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。

每种单体都具有不同特性：

丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。

从形态上看，ABS是非结晶性材料。

三中单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。

ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。

这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上百种不同品质的ABS材料。

这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。

ABS材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。

注塑模工艺条件干燥处理：

ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。

建议干燥条件为80~90C下最少干燥2小时。

材料温度应保证小于0.1%。

熔化温度：

210~280C；建议温度：

245C。

模具温度：

25…70C。

（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。

注射压力：

500~1000bar。

注射速度：

中高速度。

典型用途汽车（仪表板，工具舱门，车轮盖，反光镜盒等），电冰箱，大强度工具（头发烘干机，搅拌器，食品加工机，割草机等），电话机壳体，打字机键盘，娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等。

二、塑件的尺寸精度分析

该塑件无尺寸精度特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，按MT5查取公差。

其主要尺寸公差要求如表2.3.1—1所示：

塑件标注尺寸

塑件尺寸公差

（按MT5级精度）

塑件标注尺寸

塑件尺寸公差

（按MT5级精度）

外形尺寸

Φ35.5

Φ35.5-0.56

内形尺寸

Φ32

Φ32+0.56

Φ13

Φ13-0.32

Φ28

Φ28+0.5

R1

R1-0.2

Φ16

Φ16+0.38

9.7

9.7-0.32

Φ7.6

Φ7.6+0.28

7.5

7.5-0.28

4

4+0.24

3.5

3.5-0.24

6

6+0.24

内形尺寸

6

6+0.24

R1

R1+0.2

2.2塑件表面质量分析

该塑件表面没有提出特殊要求，一般情况下外表面要求光洁，表面粗糙度可以取到

。

没有特殊要求时，塑件内部表面粗糙度可取

。

2.3塑件表面质量分析

该塑件表面没有提出特殊要求，一般情况下外表面要求光洁，表面粗糙度可以取到

。

没有特殊要求时，塑件内部表面粗糙度可取

。

2.4塑件结构工艺性分析

（1）壁厚分析：

设计合理，壁厚相对均匀，且符合最小壁厚的一昂球。

（2）圆角过渡：

要从分型面位置、型芯、型腔结构来分析过渡圆角的设置。

根据本塑件的壁厚，均采用圆角半径R1mm。

（3）脱模斜度：

为便于塑件从模腔中取出，塑件的内外壁需要足够的脱模斜度。

外形尺寸以大端为基准，斜度往小处取；内形尺寸以小端为基准，斜度往大处取。

根据ABS的性能和《模具设计与制造简明手册（第三版）》P433—表2-2-5：

型芯脱模斜度为：

0.7°，型腔脱模斜度为0.5°

2.5生产实际考虑

该塑件的生产类型应该是大批量生产，因此在设计模具时，要提要塑件的生产效率，倾向于采用多型腔、高寿命、自动脱模的模具，以降低生产成本。

三、分型面的选择

3.1分型面的选择原则

如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。

由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较。

为合理的方案。

选择分型面时一般应遵循以下几项原则：

（1）分型面应选择在制品的最大截面处，无论塑件以何形式布置，都应将此作为首要原则；

（2）便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。

（3）有利于保证塑件的精度要求。

（4）尽可能满足塑件的外观质量要求。

分型面上型腔壁面稍有间隙，就会产生飞边。

（5）便于模具加工制造，在选择非平面分型面时，应有利于型腔加工和制品的脱模方便。

（6）对成型面积的影响，尽量减少制品在合模方向上的投影面积,以减小所需锁模力。

（7）对排气效果的影响，尽可能有利于排气。

（8）对侧向抽芯的影响（本塑件没有抽芯）。

其中最重要的是第

（2）和第（5）、第（8）点。

为了便于模具加工制造，应尽是选择平直分型面工易于加工的分型面。

3.2方案分析

该塑件为家用的旋钮塑料,要求表面光滑平整；无毛刺无毛边；不允许缩水、凹坑；无划伤；无污物。

在选择分型面时，根据分型面的选择原则,考虑不影响塑件的外观以及成型后能够顺利取出制件，有以下几种方案：

分型面选择的首要原则是必须选择塑件断面轮廓最大的地方作为分型面，这是确保塑件能够脱出模具而必须遵循的基本原则。

（1）分型面的方案一：

该塑件采用垂直分型，用活动镶块垂直分型后，留在包紧在下模的型芯上，在有动模端的推杆将塑件从型芯上脱出，虽然这样使模具型腔由内型变成了外型，可以降低模具型腔的加工难度，但是会在塑件的垂直分型面上产生熔接痕，不能达到塑件的外观要求，并且模具的结构复杂，所以此分型面方案不是好。

▍

▍

（2）分型面的方案二：

该塑件采用水平分型，定模部分成型塑件的内部结构，将型芯装在定模上，型腔做在动模，当开模后塑件包紧在型芯，随型芯留在动模，然后由定模上的推件板将塑件脱出型芯，这样就可以达到塑件的外观的使用要求，但是由于推件板推塑件出容易产生飞边，就要求推件板的加工难度加大，并且推件板出容易磨损，就要求推件板的材料耐磨，从而增加了模具的成本。

此方案不是很好也不采用。

3）分型面的方案三：

该塑件采用水平分型，型腔在定模，型芯在动模，分型后塑件包紧在型芯上，随型芯一起留在动模，然后有动模的推管和推杆的共同作用将塑件从动模中脱出，这种分型方式，首先，塑件的外形由定模的型腔成型，这样不紧能够保正塑件的外观质量，成型后由而且型腔采用镶块式更加节省材料，便于加工；其次，分型后由动模的推管和推杆作用于塑件内部将塑件从动模的脱出，这样就不会影响塑件的外观质量，而且模具的结构简单，加工方便。

无论从成型性能上看，还是从经济性看此方案都较为合理，所以此方案相对前两个方案来说更加好一些。

结论：

综合上述的三种方案，从塑件的外观要求，模具的成型性能，以及模具的加工经济性考虑出发，还是方案三的分型方案是三者当中最好的一种方案，所以采用方案三的分型面。

四、注射机的初选

4.3.1计算塑件的体积

根据制件的三维模型，利用三维软件直接求得塑件的体积为：

V1=4426.29mm3。

4.3.2计算所需的体积

浇注系统凝料按1：

1取，故：

V2=V1=4426.29mm3

塑件和浇注系统凝料总体积为（按一模四腔算）：

V=4（V1+V2）=35410.32mm3=35.41032cm3

4.3.3选用注射机

根据总体积V=8852.58mm3，初步选取XS-Z-60型螺杆式注射成型机。

XS-Z-60型螺杆式注射成型机主要参数如下表所示

项目

参数

项目

参数

理论注射量

60cm3

移模行程

180mm

注射压力

1220MPa

定位孔的直径

Φ55

锁模力

500kN

喷嘴球半径

SR12mm

最大模具厚度

200mm

喷嘴口孔径

Φ4

最小模具厚度

70mm

4.4注射机的终选

4.4.1注射量的校核公式是

（0.8~0.85）

式中

——注射机的公称注射量，cm3

——每模的塑料体积量，cm3

如前所述，塑件及浇注系统的总体积为35.41032cm3，远小于注射剂的理论注射量51cm3，故满足要求。

五、模具的结构分析与设计

5.1确定模架

5.1.1确定型腔布局

模具采用一模四腔，布局如下图所示，需要确定图中尺寸。

（1）确定S1和S2

查《塑料模具设计指导与范例》P120表6-27可得：

S1=7S2=18

（2）确定L和b

b=L=134

5.1.2确定模板尺寸

根据上面的b和L，考虑注塑机的大小、导柱、导套和螺钉等布置，根据GB/T12555-2006《塑料注射模模架》，模架型号为：

D型，200mm×180mm。

5.1.3确定模架尺寸

模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，加涂防锈油。

两模板之间应有分模间隙，即在装配、调试、维修过程中，可以方便地分开两块模板。

1.定模座板（200mm×200mm、厚25mm）

定模座板是模具与注射机连接固定的板，定模座板上固定导柱和定位圈，材料为45钢。

定位圈通过4个M6的内六角圆柱螺钉与其连接。

定模座板上的导柱与导柱孔采用H7/k6配合，定模座板与拉料杆采用H7/k6配合。

2.定模板（150mm×200mm、厚40mm）

用于固定定模模仁（型腔镶块）和导套。

应该有一定的厚度，并有足够的强度。

一般用45钢。

其上的导套孔与导套一端采用H7/k6配合，定模与定模模仁（型腔镶块）采用H7/m6配合。

3.动模板（150mm×200mm、厚40mm）

用于固定动模模仁（型芯镶块）和导套。

一般用45钢。

动模板应具有较高的平行度和硬度。

动模模仁（型芯镶块）通过6个沉头螺钉M10固定在动模板上面。

其上的导套孔与导套一端采用H7/k6配合，动模与动模模仁（型芯镶块）采用H7/m6配合。

4.垫块（28mm×200mm、厚50mm）

主要作用：

在动模座板与支承板之间形成推出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。

结构形式：

可以是平行垫块或拐角垫块，该模具采用平行垫块。

垫块材料：

垫块材料为45

垫块的高度h校核：

h=h1+h2+h3+s+δ=4+13+15+10+8=50mm

式中h1——顶出板限位钉的厚度，该模具限位钉厚度，为4mm；

h2——推板厚度，为13mm；

h3——推杆固定板厚度，为15mm；

s——推出行程，为10mm；

δ——推出行程富余量，取8mm。

5．动模座板（200mm×200mm、厚25mm）

动模座板上的注射机顶杆孔为Φ150mm，动模座板上还有四个挡钉孔，动模座板的推板导套孔与推板导柱采用H7/n6配合。

挡钉与挡钉孔采用H7/n6配合，材料为45钢。

6．推板（90mm×200mm、厚13mm）

推板上的推板导套孔与推板导套采用H7/k6配合。

用4个M10的内六角圆柱螺钉与推半固定板固定。

材料为45钢。

7．推杆固定板（90mm×200mm、厚15mm）

材料为45钢。

其上的推板导套孔与推板导套采用H7/f9配合。

六、成型零件的设计

6.1.1成型零件的结构分析

1.型腔的设计

（1）定模模仁（型腔镶块）

型腔采用整体嵌入式结构。

整体式型腔有较高的强度和刚度，在使用中不易发生变形。

本模具是一模四腔，四个型腔均做在一个模仁内，而不是分别做四个嵌入定模板。

（2）定模模仁（型腔镶块）的固定

由于定模模仁（型腔镶块）比较大，而且厚度较厚，故采用螺钉连接，这样做能够达到很好的紧固作用。

螺钉连接型腔

2.型芯的设计

（1）型芯

本塑件考虑到排气效果，因此，型芯采用镶拼组合式。

共有两个型芯组成。

型芯均为圆形，但较小，因此采用台阶固定，销钉防转。

定模部分的型腔

2）动模模仁（型芯镶块）

由于分型面取在塑件最大投影面积处，因此，动模部分也有型腔。

由于动模板厚度较厚，因此动模模仁（型芯镶块）既采用螺钉紧固。

紧固螺钉模芯

6.2排气系统的设计

在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统原有的空气外，还有塑料受热或凝固时产生的低分子挥发气体。

这些气体若不能顺利排出，则可能因填充时气体被压缩而引起塑件局部炭化烧焦，或使塑件形成气泡、产生熔接不牢、表面轮廓不清及充填不满等成性缺陷。

另外气体的存在还会产生反压力而降低充模速度，因此设计模具时必须考虑型腔的排气问题。

由于该模具的总体尺寸一般，属于中小型模具，可以利用推杆、活动型芯以及型芯端部与模板的配合间隙、分型面进行排气。

其配合间隙为0.03~0.05mm

6.3.1成型零件的尺寸计算

塑件的尺寸如图所示

平均收缩率

尺寸偏差取IT7级

（1）型腔尺寸计算：

•径向尺寸计算公式：

•高度尺寸计算公式：

•

•

•

•

（2）型芯尺寸计算：

•径向尺寸计算公式：

•高度尺寸计算公式：

•

•

•

•

•

（3）计算结果如表所示：

已知条件：

平均收缩率Scp=0.5%；模具的制造公差取对应的值

类别

类型

塑件尺寸

计算公式

工作尺寸

型腔计算

径向尺寸

Φ35-0.56

Φ34.755+0.3

Φ7-0.28

Φ6.825+0.18

Φ13-0.32

Φ12.85+0.21

高度尺寸

3.5-0.24

3.3575+0.15

型芯尺寸

径向尺寸

Φ28+0.5

Φ28.515-0.25

Φ32+0.56

Φ32.58-0.3

Φ16+0.54

Φ16.48-0.18

高度尺寸

3.5+0.24

3.6775-0.15

5.5+0.24

5.6875-0.15

6.4脱模机构的设计

6.4.1顶杆设计

注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上托出，完成拖出塑件的装置称为脱模机构，也常称为推出机构。

脱模推出机构的设计原则

塑件推出（顶出）是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定塑件的质量，因此，塑件的推出是不可忽视的。

在设计推出脱模机构时应遵循下列原则：

（1）推出机构应尽量设置在动模一侧。

（2）保证塑件不因推出而变形损坏。

（3）机构简单、动作可靠。

（4）良好的塑件外观。

（5）合模时的准确复位。

本模具采用顶杆顶出，顶出杆顶出出是一种基本的、也是一种常用的塑件顶出方式。

常用的顶杆形式有圆形、矩形、阶梯形。

我们采用圆形顶杆。

圆形顶杆

6.4.2脱模力的计算

因为壁厚与直径之比

>0.05，故，该塑件为厚壁制件。

该制件为圆环形截面，脱模力计算公式为

式中r——型芯平均半径r=16.43mm

K2——无量纲系数，其值随f和φ而异，查表得，K2=1.0013

K1——无量纲系数，其值随λ和φ而异，查表得，K1=1.6

S——塑料平均成型收缩率S=0.5%

E——塑料的弹性模量，MPa，查表得E=2900MPa

L——塑件对型芯的包容长度，mm，L=9mm

f——塑件与型芯之间的摩擦因数，f=0.21

φ——模具型芯的脱模斜度，φ=0.7°

μ——塑料的泊松比，μ=无

A——盲孔塑件型芯在垂直于脱模方向上的投影面积，A=0mm2

由上可得，脱模力

6.4.3塑件的顶出方案

顶杆布置在包紧力较大的地方。

布置在：

角、加强筋、四周等。

推杆不能太靠边，距离边界1~2mm。

尽量不要放在镶拼处。

根据经验放置12根。

顶杆（一个产品4根.共16根）

6.4.4凝料的推出

本模具是两板模，因此浇注系统凝料的推出需要用顶针推出。

定模模板分流道主流道定模板

型芯顶料杆

6.5合模定位和导向机构设计

当采用标准模架时，因模架本身带有导向装置，一般情况下，设计人员只要按模架规格选用即可。

若需采用精密导向定位装置，则须由设计人员根据模具结构进行具体设计。

6.5.1.导向机构的总体设计

（1）导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后变形。

（2）该模具采用4根导柱，其布置为等直径导柱对称布置。

（3）该模具导柱安装在定模座板上，导套有三个，分别安装在流道推板、定模板和动模板。

（4）为了保证分型面很好接触，导柱和导套在分型面处应制有承屑槽，即可削去一个面或在导套的孔口倒角，该模具采用后者。

（5）在合模时，应保证导向零件首先接触，避免凸模先进入型腔，导致模具损坏。

（6）动定模板采用合并加工时，可确保同轴度要求。

6.5.2导柱设计

（1）该模具采用带头导柱，不加油槽，如图所示。

（2）导柱的长度必须比凸模断面高度高出6mm~8mm。

（3）为使导柱能顺利地进入导向孔，导柱的端部常做成圆锥形或球形的先到部分。

（4）导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度（该导柱直径由标准模架可知为Φ12mm）。

（5）导柱的形式，导柱固定部分与模板按H7/f7配合，导柱滑动部分按H7/f7配合。

（6）导柱工作不分的表面粗糙度为Ra=0.4μm。

（7）导柱应具有坚硬而耐磨的表面、坚韧而不易折断的内芯。

多采用低碳钢经渗碳淬火处理或碳素工具钢T8A、T10A经淬火处理，硬度为50HRC以上或45钢经调质、表面淬火、低温回火，硬度为50HRC以上。

本模具采用T8A。

6.5.3导套设计

导套与安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模具运动导向精度的圆套形零件。

导套常用的结构形式有两种：

直导套（GB/T4169.2-1984）、带头导套（GB/T4169.3-1984）。

（1）结构形式。

采用带头导套和直导套，如图所示。

（2）导套的端面应倒圆角，导柱孔最好做成通孔，利于排除孔内剩余空气。

（3）导套的滑动部分按H7/f7配合，表面粗糙度为0.4μm。

带头导套外径与动定模板一端采用H7/k6配合；与流道推板一端采用H7/n6配合镶入模板。

（4）导套材料可用淬火钢或铜（青铜合金）等耐磨材料制造，该模具中采用T8A。

导柱导套的装配布置如下：

导柱直导套带头导套带头导套

定模座板定模板动模板垫块

6.5.5推板导柱与导套设计

该套模具采用推板导柱固定在动模座板上的形式。

推板导柱除了起导向作用外，还支撑着支承板，从而改善了支承板的受力状况，大大提高了支承板的刚性。

该模具设置了4套推板导柱与导套，它们之间采用H8/f7配合，其形状与尺寸配合如图所示。

支承板推板导柱推板导

6.6温度调节系统设计（冷却系统）

该塑件为大批量生产，应该尽量缩短成型周期，提高生产率。

LDPE是结晶型塑料，成型时需要充分冷却，冷却要均匀。

因此，该模具的凸模和凹模均开设冷却水道，采用冷却水进行循环冷却。

为了使得模具冷却更快，而且制件不同部位冷却速度必须相等，则必须采用较为复杂的冷却系统。

该冷却系统分两部分，第一部分是型腔部分的冷却，因为定模模仁（型腔镶块）是整体嵌入式，因此该部分冷却系统是在定模板上开设两条分别与分型面平行的冷却水道，水道开设在型腔上方。

第二部分是型芯的冷却，因为型芯是圆形，而且是镶拼组合式，因此该部分是环绕型芯的冷却水道。

冷却水道直径按经验取8mm，水嘴采用外置型水嘴。

考虑到防止漏水，需要在型芯上加上密封圈，如图。

冷却水道布置如下图:

水嘴型芯冷却密封圈

6.7排气系统的设计

在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统原有的空气外，还有塑料受热或凝固时产生的低分子挥发气体。

这些气体若不能顺利排出，则可能因填充时气体被压缩而引起塑件局部炭化烧焦，或使塑件形成气泡、产生熔接不牢、表面轮廓不清及充填不满等成性缺陷。

另外气体的存在还会产生反压力而降低充模速度，因此设计模具时必须考虑型腔的排气问题。

由于该模具的总体尺寸一般，属于中小型模具，可以利用推杆、活动型芯以及型芯端部与模板的配合间隙、分型面进行排气。

其配合间隙为0.03~0.05mm

七、浇注系统的设计

7.1浇注系统设计原则

（1）浇注系统与塑件一起在分型面上，应有压降，流量和温度的分布的均衡布置；

（2）结合型腔布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置；

（3）尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失、缩短充模时间；

（4）浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体流动、避免产生湍流、涡流、喷射和蛇形流动，有利于排气和补缩，且应设在塑件较厚的部位，以使熔料从后断面移入薄断面，以利于补料；

（5）避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移的产生；

（6）浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或者易于切除和整修；

（7）熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预先考虑到熔接痕的部位、形态，以及对制品质量的影响；

（8）尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量；

（9）浇