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此文檔收集于網(wǎng)絡,如有侵權,請聯(lián)系網(wǎng)站刪除課 程 設 計 課程名稱 擠壓工藝及模具設計課程設計 題目名稱 鋁型材擠壓工藝及模具設計 學生學院 材料與能源學院 金材0702 學 號 _ _學生姓名 _ _指導教師 2010 年 7 月 9 日課程設計任務書材料與能源學院金屬材料工程專業(yè) 一. 題目:鋁合金型材擠壓工藝及模具設計二. 設計基本內(nèi)容: 設計一件實心型材制品和一件空心型材制品的工藝工藝過程及模具設計,包括擠壓工藝參數(shù),模具結構,制造工藝等要求三. 完成后應繳的資料: 課程設計說明書一份 實心型材模AUTOCAD圖 空心型材模上模AUTOCAD圖空心型材模下模AUTOCAD圖 空心型材模上下模AUTOCAD裝配圖四. 設計完成期限:2010年6月28日2010年7月9日指導老師_ 簽發(fā)日期_教研室主任_批準日期_課程設計評語:成績: 設計指導教師_ _年_月_日目錄一、緒論4二、總設計過程概論132.1擠壓工藝流程132.2擠壓工藝條件13三、實心型材模設計14 3.1所要設計的實心型材制品143.2選坯和選設備153.3擠壓力的計算163.4實心型材模具體結構設計173.5. 實心模尺寸數(shù)據(jù)設計18四、 空心型材模設計22 4.1所要設計的制品224.2選坯和選設備224.3擠壓力的計算234.4模組及模子外形尺寸確定244.5組合模相關參數(shù)的確定244.6 模子內(nèi)形尺寸的確定284.7模孔工作帶長度hg的確定294.8模芯的設計294.9上模凸臺設計304.10定位銷,螺釘304.11模子強度校核304.12零件圖裝配圖31五、總結與體會31參考文獻32一緒論鋁在地球上含量在金屬元素中占第一位的,而且當今被譽為僅次于鋼鐵的第二大金屬。1.性能特點: 第一:密度小,熔點低,導電性、導熱性好,磁化率低。純鋁的密度2.72gcm ,僅為鐵的13,熔點為66O4C,導電性僅次于Cu、Au、Ag。 第二:抗大氣腐蝕性能好。鋁和氧的化學親和力大,在大氣中,鋁和鋁合金表面會很快形成一層致密的氧化膜,防止內(nèi)部繼續(xù)氧化。 第三:加工性能好,比強度高。純鋁為面心立方品格,無同素異構轉變,具有較高的塑性(8=3050 , 8O),易于壓力加成型,并有良好的低溫性能。由于這一系列優(yōu)點,被廣泛應用于建筑、包裝、交通運輸?shù)刃袠I(yè),鋁及鋁材的消費已經(jīng)成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。2.鋁合金的分類第一:防銹鋁合金。 合金成分有:Al Mn 系3xxx,Al Mg 系5xxx性能: 不能用時效強化,加鎂或錳固溶強化提高鋁合金的強度 抗蝕性比純鋁好。 用途:用于高耐腐蝕性的薄板容器(如焊接油箱)、防銹蒙皮、客車裝飾條、窗框、燈具等 用于制造受力小、輕質(zhì)、耐腐蝕的結構件,如油管、鉚釘?shù)诙河蹭X合金、超硬鋁合金。硬鋁合金。成分: Al Cu Mg,2xxx系列。 性能:能通過時效強化提高強度耐蝕性不高,構件表面包鋁可改善耐蝕性。 超硬鋁合金。成分: Al Cu Mg Zn ,7xxx。 性能:通過時效強化顯著提高強度耐蝕性不高,構件表面包鋁可改善耐蝕性 硬鋁和超硬鋁應用:中等強度的輕質(zhì)結構零件如飛機鉚釘、大梁、桁條、隔框、 蒙皮、空氣螺旋槳葉片等第三:鍛鋁合金。 成分:Al Mg Si Cu ,6xxx系列,2xxx系列 性能:固溶+時效處理后力學性能與硬鋁合金相當經(jīng)軟化退火后熱 塑性和耐腐蝕良好,適合于鍛造成形。 鍛鋁合金應用:形狀復雜的中等負荷零件,如壓縮機葉片,飛機槳葉。第四:還有特殊鋁,4xxx系列,性能特點:屬鋁硅合金,抗蝕性高,壓力加工性良好,但機械強度差,多用于制作焊條、焊棒. 5xxx系列, 性能特點:特殊的高鎂合金,其抗沖擊性強多用于制作飛機座倉防彈板,多用于生產(chǎn)高級飾品,如筆套、標牌等第五:工業(yè)用鋁。1xxx系列,主要用于生產(chǎn)各種電解電容器用箔材、抗酸容器等,產(chǎn)品有板、帶、箔、管等3.應用領域鋁合金的應用領域可分為以下幾種: 第一:航空航天領域,可以作為重要的結構零件,這歸功于添加銅、鎂、錳、鉻等合金元素,再經(jīng)熱處理,因而得到很高的強度。 第二:車輛船舶工業(yè)。隨著社會發(fā)展,尤其是當今油價飆升的緊張時代,要求我們使用更輕,而且強度高,價廉的材料,隨著技術發(fā)展,通過處理,鋁合金克服了強度低的缺點,成為最佳的候選材料。 第三:機械,輕重工業(yè),空調(diào)輸油管道,儀表自行車等。 第四:化工工業(yè)。 第五:民用建筑業(yè),常見的制品有鋁合金窗,燈罩等。 第六:計算機,電子工業(yè)等,良好的導熱性,可以加工成為鋁散熱片,還有電子工業(yè)中電容器中的鋁箔。 第七:民用品。4.鋁加工行業(yè)分布中國鋁加工企業(yè)及其生產(chǎn)能力的地區(qū)集中于沿海(廣東、福建、浙江、上海、江蘇、山東、河北、天津、北京、遼寧)地區(qū),即珠江三角洲(廣州一深圳為中心的經(jīng)濟圈)、長江三角洲(上海為中心的經(jīng)濟圈)、環(huán)渤海灣地區(qū)(京津經(jīng)濟圈)所占比例較大,許多鋁加工企業(yè)都云集于此三大經(jīng)濟圈。在珠三角地區(qū),主要集中在佛山地區(qū),其中大瀝更是全國,甚至世界地區(qū)鋁加工業(yè)的佼佼者。5.鋁合金擠壓加工的現(xiàn)狀與發(fā)展我國是鋁生產(chǎn)和消費大國,到2006年為止我國電解鋁產(chǎn)量已連續(xù)4年保持世界第一,而氧化鋁和鋁加工產(chǎn)量在2006年首次位于世界第一。南海鋁業(yè)發(fā)展 從“夫妻店”、“父子兵”、“作坊式”到“免檢產(chǎn)品”、“全國十強”;從默默無聞到“中國鋁材第一鎮(zhèn)”再到“中國鋁材生產(chǎn)基地”;從無序競爭到有序發(fā)展;從民營企業(yè)到上市公司,再到“跨國辦廠”以民營企業(yè)為主的南海鋁型材產(chǎn)業(yè)歷經(jīng)20多年的摸爬滾打、風雨錘煉,成為了中國最大的鋁型材產(chǎn)業(yè)基地,并形成了以下的發(fā)展特點: 第一,鋁材產(chǎn)業(yè)規(guī)模全國最大,產(chǎn)業(yè)布局集中。南海鋁型材生產(chǎn)企業(yè)150多家,年生產(chǎn)能力80多萬噸,約占全國建筑類鋁型材市場40%,廣東60%。面積只有全國的十二萬分之一的大瀝,鋁型材年生產(chǎn)能力卻達到60多萬噸,約占全省50%,全國35%。2003年3月,南海大瀝被中國建筑金屬結構協(xié)會授予HotTag“中國鋁材第一鎮(zhèn)”稱號。 第二,建筑鋁材為主,工業(yè)鋁材、工藝鋁材、裝飾鋁材為補充,構成了鋁材及與其相關行業(yè)上完善的產(chǎn)業(yè)鏈。 第三,產(chǎn)業(yè)結構和企業(yè)組織形態(tài)水平較高。通過20年的發(fā)展,一批龍頭企業(yè)脫穎而出。目前,南海鋁材行業(yè)前20名企業(yè)產(chǎn)量占了行業(yè)總產(chǎn)量的50%左右;亞鋁集團總生產(chǎn)能力達到14萬噸,是目前亞洲規(guī)模最大的鋁型材生產(chǎn)商,全球排名第5。大多數(shù)企業(yè)建立了現(xiàn)代企業(yè)制度,60多家企業(yè)通過了ISO國際質(zhì)量體系認證等各種質(zhì)量認證體系。 先進的產(chǎn)業(yè)組織形態(tài)促進了資本、技術、人才等生產(chǎn)要素的高效率配置,大大提高了南海鋁材企業(yè)的競爭力。 第四,鋁材產(chǎn)業(yè)技術水平先進,名牌產(chǎn)品眾多。目前,南海鋁材企業(yè)有10%的主要技術設備與國際先進水平同步,60%處于國際上世紀90年代以上水平。堅美、鳳鋁、亞洲、興發(fā)4家鋁型材企業(yè)位居全國鋁材十強前列,其產(chǎn)品榮獲中國名牌產(chǎn)品稱號,僅大瀝就有13個產(chǎn)品被確定為國家免檢產(chǎn)品。 正因為產(chǎn)品質(zhì)量過硬,技術水平先進,名牌產(chǎn)品眾多,近年來堅美、亞洲、鳳鋁、華昌、南華等一大批鋁型材企業(yè)成為了國家建設部鋁門窗、幕墻定點生產(chǎn)企業(yè),南海鋁型材產(chǎn)品正被越來越多的國內(nèi)外重點工程所采用。6.鋁合金未來挑戰(zhàn)鋁合金在國民經(jīng)濟中起著非常重要的作用。隨著科學技術的進步和現(xiàn)代經(jīng)濟的高速發(fā)展,鋁合金型材正向著大型整體化、薄壁扁寬化、尺寸高精化、形狀復雜化、外廓美觀化的方向發(fā)展,品種規(guī)格不斷增多,應用范圍不斷拓展,已由民用建筑門窗型材為主體推廣到了航天航空、汽車船舶、交通運輸、電子電力、石油化工、機械制造、家用電器等各行各業(yè)和人民生活各個方面。據(jù)不完全統(tǒng)計,目前世界上每年需要的大型鋁合金型材約4o萬噸,而且增漲勢頭不減。為了適應這種市場需求趨勢,各國都在加速建設重型擠壓機或大型材擠壓生產(chǎn)線。然而,大型特種鋁合金型材是一種高難度的高新技術產(chǎn)品。7擠壓成型控制鋁材在擠壓過程中,如擠壓模具不是很好或模具擠壓鋁材過多,鋁材表面會產(chǎn)生擠壓痕,用手可能觸摸到鋁材表面不平,因此,在現(xiàn)代化大生產(chǎn)中實施擠壓加工技術,其成敗的關鍵是模具,模具設計以及其質(zhì)量,事關產(chǎn)品的質(zhì)量,成本。在擠壓設計的過程中擠壓工藝條件:應考慮擠壓溫度、擠壓速度、潤滑、模具(種類、形狀、尺寸等)、切壓余、淬火、冷卻、切頭切尾等多方面的因素。其中,選擇擠壓筒直徑 D0 是一個最核心的問題,有以下的選擇原則:1)保證產(chǎn)品表面質(zhì)量原則2)保證擠壓模強度的原則3)保證產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的原則4)經(jīng)濟上的優(yōu)化原則生產(chǎn)成本最低;成材率最大;產(chǎn)量最高。8本次課程設計內(nèi)容這次的設計任務是設計一個實心型材和一個空心型材模,實心型材模采用單模,空心型材模采用分流組合模,擠壓制品所有的材料是6063。由于其強度高,質(zhì)量輕,加工性能好,在退火狀態(tài)下,該合金有優(yōu)良的耐蝕性及物理機械性能,是一種可以時效強化的AL-Mg-Si系合金,廣泛應用于基礎性建筑行業(yè)以及一些機械制造業(yè)。其化學成分表示如下:6063AL的成分: GB/T3190-1996:表1牌號SiFeCuMnMgCrZnTi其它元素每種總量60630.20.60.350.100.10.450.90.100.10.100.050.156063機械性能:表2合金狀態(tài)彈性模量E剪切模 量G屈服強度0.2抗拉強度b伸長率泊松系數(shù)u布氏硬度Kg/mm2密度g/ cm26063淬火自然時效710027001222220.31652.69二總設計過程概論1.擠壓工藝流程:鑄錠加熱擠壓切壓余淬火冷卻切頭尾切定尺 時效表面處理包裝出廠2.擠壓工藝條件1).鑄錠的加熱溫度6063鋁的最高允許加熱溫度為550,下限溫度為320,為了保證制品的組織,性能,擠壓時錠坯的加熱溫度不宜過高,應盡量降低擠壓溫度。2).擠壓筒的加熱溫度模具的成分多為合金鋼,由于導熱性差,為避免產(chǎn)生熱應力,擠壓前擠壓筒要預熱,為保證擠壓制品的質(zhì)量,并且具有良好的擠壓效應,擠壓筒溫度可取400450。3).擠壓溫度熱擠壓時,加熱溫度一般是合金熔點絕對溫度的0.750.95倍,擠壓過程中溫度控制在500左右。4).擠壓速度擠壓速度快雖然可以提高生產(chǎn)力,但擠壓速度過快會影響材料的擠壓性和使擠壓溫度過高,因此必須控制好擠壓速度??紤]金屬與合金的可擠壓性,制品質(zhì)量要求及設備的能力限制,本設計的擠壓速度取4060m/min。5).工模具的潤滑因本設計采用熱擠壓,故不采用潤滑。6).模具模具應具有足夠的耐高溫疲勞強度和硬度,較高的耐回火性及耐熱性,足夠的韌性,低的膨脹系數(shù)和良好的導熱性,可加工性,及經(jīng)濟性,本設計采用4Cr5MoSiV1作為模具的材料,熱處理的硬度為HRC4852。7).切壓余根據(jù)所選的設備:500T,切壓余厚為20mm;800T,切壓余厚為25mm。8).淬火本工藝過程中,采用在線淬火,制品擠出后可通過設置風扇對制品進行吹風來達到風淬的目的。9).冷卻直接露置在空氣中冷卻,達到自然時效的目的。10).切頭尾本工藝過程統(tǒng)一去頭尾各300mm500mm。三、實心型材模設計1.所要設計的實心型材制品本制品的形狀和尺寸如下圖1牌號XC111(L型) 制品的截面積F制185.7mm2 ??淄饨訄A直徑擠一米的重量G=0.516kg/m現(xiàn)有設備表3設備噸位擠壓筒直徑95125187擠壓截面積70851226627451錠坯尺寸90x270/320120X400/450178X540/600/660冷床長26m32m44m填充系數(shù)1.1141.0851.104壓余厚202530最大擠壓比97.48273.6加工范 圍最大外接圓直徑6595147擠一根最小制品斷面積721503722.選坯和選設備根據(jù)加工范圍要求1. (擠壓一根最小制品斷面積),即185.7mm2 150mm22. (最大外接圓直徑),即3. ,即66.05因此只能選用的擠壓機,按成才率最高的原則,進一步優(yōu)化,計算列表表4(g/cm)序號 (F0) (mm)(mm)單重填充系數(shù)K填充后長度壓余厚(mm)切壓余后的有效長度擠壓比制品長(m)成品數(shù)nx6(m)成品重 (kg)成材率 ()112040012.171.0853692534466.0522.723X69.0073.95212045013.691.0854152539066.0525.764X612.0087.66最后選擇成材率最高的87.66%對應的方案2即:的擠壓機設備錠坯尺寸為: 3.擠壓力的計算根據(jù)擠壓力經(jīng)驗系數(shù)公式,P擠壓力,N擠壓筒內(nèi)徑,mmd制品的當量直徑,mm材料某一擠壓溫度下的抗拉強度,MPa又 故 換算成噸位:約462TP額定噸位800T,設備選擇符合要求,即理論技術可行 4.實心型材模具體結構設計模組的結構如下圖圖2 1.模子 2.模墊 3.前環(huán) 4.后環(huán) 5.保護墊板 6.前機架 7.模座 8.模套 9.剪刀 10.擠壓筒對于不同噸位的擠壓機,下圖中的主要結構尺寸都是配套設置的,可以從有關資料中查得。模組的主要結構尺寸如圖3模組尺寸如下表表5設備噸位H1203030H2809090100110150H3506050606080 擠壓模具的尺寸如下表表6設備噸位12121312135. 實心模尺寸數(shù)據(jù)設計1)選坯和選擇設備根據(jù)前面的計算擠壓筒內(nèi)直徑: 錠坯尺寸:擠壓比: 2).模組及模子尺寸外形的計算圖3根據(jù)前面計算,從表5選取H=240 =30 =95 =55 模子外形尺寸的確定(如下圖4)圖4依據(jù)表6的數(shù)據(jù)可以確定=165 =175 =12 =273)模子內(nèi)形尺寸的確定擠壓比,故不需要多孔擠壓模孔的外形尺寸:由公式C1裕量系數(shù),見金屬塑性加工學,冶金工業(yè)出版社,P67表51,取0.008 型材外形尺寸的正偏差,為0.45。型材的璧厚的尺寸型材壁厚的名義尺寸 型材壁厚的正偏差,為0.20裕量系數(shù),對鋁合金取0.050.15,其中壁薄的取下限,厚壁取上限,這里壁厚均勻取0.1計算得到:??淄庑统叽?H=B=25x(10.008)0.4525.65mm璧厚的尺寸 =40.200.14.3mm型材的圓角及圓弧沒有偏差要求,故可按名義尺寸設計由于這種角材在擠壓的過程中有并口現(xiàn)象,角度取91主要尺寸如下圖5圖54)孔形在模子端面位置的確定(由于本型材為等壁厚的型材,故型材的幾何重心位于置模子的中心)幾何中心的計算如右圖建立工件得坐標系: 設壓力中心為 各邊得中心坐標為: 所以 5).定徑帶長度的確定由于是等壁厚型材,故定徑帶長度h定各處相等,本次設計取46).阻礙角由于1015,故不采用阻礙角7)模子強度的校核對于L型材,在滿足擠壓比的情況下可以不進行校核。8).畫圖(見圖紙)四.空心型材模設計1.所要設計的制品B=29.5 H=15 T=1.16 重量:0.263Kg/m 具體如下圖圖62.選坯核選設備制品的截面積:模孔外接圓直徑根據(jù)加工范圍要求4. (擠壓一根最小制品斷面積),即97.9mm2 72mm25. (最大外接圓直徑),即6. 擠壓比不能大于設備最大擠壓比 擠壓比:由表3知初選的擠壓機按成才率最高的原則,再進一步計算優(yōu)化,計算列表如下表7序號 (F0) (mm)(mm)單重填充系數(shù)K填充后長度壓余厚(mm)切壓余后的有效長度擠壓比制品長(m)成品數(shù)nx6(m)成品重 (kg)成材率 ()195902704.621.1142422022272.3416.062X63.1668.4295903205.481.1142872026772.3419.313X64.5883.6最后選擇成才率最高的83.6對應的方案2即的擠壓設備錠坯尺寸:擠壓比 3.擠壓力的計算根據(jù)擠壓力經(jīng)驗系數(shù)公式,P擠壓力,N擠壓筒內(nèi)徑,mmd制品的當量直徑,mm材料某一擠壓溫度下的抗拉強度,MPa又 故 換算成噸位:約276TP額定噸位500T,設備選擇符合要求,即理論技術可行 4.模組及模子外形尺寸確定:模組尺寸結構簡圖如前圖3所示根據(jù)前面計算,從表6選取H=190 =20 =85 =55 模子外形尺寸簡圖如前圖4依據(jù)表6的數(shù)據(jù)可以確定=135 =145 =12 =23因為本設計采用孔道式分流組合模故:取 模墊厚55.組合模相關參數(shù)的確定:1).分流孔的個數(shù)取4個,由經(jīng)驗得,對于方管,矩形管,多取形狀為扇形的分流孔,尖角倒圓角。2)扇形面積的確定:因為分流孔面積與制品斷面積的比值,K即為分流比,一般K對于空心型材時,取K=1030。本設計初步取K=15分流孔的面積且分流孔面積的大小按其中,F-分流孔的面積, f-相應型材面積 于是,有故486.75 ,=247.5 3).分流孔位置及尺寸的確定 分流孔最外邊緣不要超出的范圍分流孔出口邊離型材外邊緣38mm,如圖7中 A=38mm,距離大流動阻力大,但有理由有提高焊合質(zhì)量,距離小,會影響制品質(zhì)量,而且會降低焊縫的強度,綜合考慮,這里取A5mm確定a,的大小如圖初步取扇形外接圓直徑為60mm.圖7圖8 關于的計算,由上圖知=同理關于的計算,由下圖知圖9=兩扇形的中心圓直徑在57mm到76mm范圍內(nèi),因此符合在0.60.8范圍。4).分流孔的形狀為了減小擠壓力,提高焊縫質(zhì)量,分流孔可以造成一定的傾斜錐度,上小下大,這樣可以改善焊縫的質(zhì)量,孔道錐面與其軸線的夾角為24,本設計取35).分流橋分流橋的寬窄和模具的強度以及金屬的流量有關,從增大分流比,降低擠壓力來考慮,分流橋的寬度B應該選擇小些,但為了改善金屬流動的均勻性,模孔最好受到分流橋的遮蔽,則B應該選擇得寬些。本設計中采用倒梯形結構,橋的剖面上大下小,由如下圖: 圖86).焊合室焊合室的形狀和大小對焊縫的質(zhì)量有很大的影響。 本設計取形狀為碟形,這樣 有利于消除焊合室邊緣與??灼矫嬷g的結合死區(qū),圍繞著分流孔的形狀,在恰當?shù)牡胤郊拥箞A角,可以采用大圓角R520mm。焊合室的高度有重大意義,因為焊合腔的容積越大,焊合截面與制品斷面之比越大,則焊合腔建立起來的靜水壓力就越大,金屬留在焊合腔時間就越長,因而制品質(zhì)量越高。h=1015為合適,這里取h=12,如下圖:圖96.模子內(nèi)形尺寸的確定下模??壮叽缛缦聢D圖10由于擠壓比,故不需要多孔擠壓根據(jù)??椎耐庑纬叽纾河晒紺1裕量系數(shù),見金屬塑性加工學,冶金工業(yè)出版社,P67表51,取0.008 型材外形尺寸的正偏差,為0.2。模孔與上模舌芯間隙的尺寸型材壁厚的名義尺寸 型材壁厚的正偏差,為0.2裕量系數(shù),對鋁合金取0.050.15,這里取0.08先計算下模::下模模孔外型尺寸 璧厚的尺寸 上模的尺寸(舌芯)根據(jù)下模尺寸,再減去間隙值可定,制造偏差取 ,最終尺寸如下圖圖11,下模??壮叽鐖D12,上模舌芯工作帶尺寸7.??坠ぷ鲙чL度的確定組合模的工作帶應比一般結構的模子工作帶長,并在入口方帶有1度的錐度,以改善焊縫質(zhì)量。由于本型材制品的對稱性較好,外形相對較小,一般可取26,本設計取8.模芯的設計本設計的模芯與橋為一整體,因為用于擠壓方管,矩形管,使用錐體模芯,由于模芯尺寸10mmb20mm,因此模芯定徑帶采用錐臺式,舌芯長度宜短,稍伸出工作帶即可,過長則造成管子偏心,過短則形成橢圓型,對于小型擠壓機,一般伸出下模工作帶13mm,本設計取3mm,模腔外形按空心型材的空心部分確定。成型部分以上的部分要造成圓角,這樣有利于焊合質(zhì)量提高=5.5mm =3mm t=2.5mm,9.上模凸臺長取12mm.用于裝配定位10.定位設計及螺釘定位方面采用在上模做一個凸出2mm,8的圓柱,下模作相應的孔來定位,而省去采用定位銷。 螺釘采用M10, 長度為50mm,按GB標準選取標準件。11.模子強度校核:這種模子在工作時承受載荷最不利的情況是分流孔道和焊合室尚未進入金屬和金屬充滿焊合室以后流出??字H,故強度的校核主要是爭對模子的分流橋,模橋的彎曲應力和抗剪強度: 分流橋彎曲應力校核=式中: 分流橋的最小高度,mm; L分流橋支座間的中心距離,由圖可知=39.5mm; P擠壓機的最大比壓;模具材料在溫度下的許用應力.在450500下,對于3Cr2W8V取=1000MPa代入數(shù)據(jù)得由于上模厚度故符合要求分流孔道抗剪強度
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