飞机壳注射模具设计方案说明书.docx
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飞机壳注射模具设计方案说明书
广东水利电力职业技术
设计说明书
题目:
飞机壳模具设计
专业:
模具设计与制造
班级:
12模具2班
姓名:
黄义壮
学号:
120403213
指导老师:
杨晓红
2018年5月
1、课程设计任务
飞机壳,要求一出二材料:
ABS如图1.1
图1.1
2、【塑件的工艺分析】
2、1塑件成型工艺分析
该飞机壳,在IGES修复前,由于精度等原因﹐出现了破损的面﹐未修剪的面或重迭的面等问题,如图2.1所示:
图2.1IGES修复前
通过IGES面的修补后,得到完整的塑件,如图2.2所示
图2.2IGES修复及实体化后
2.2塑件材料分析
ABS化学名称丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料树脂是五大合成树脂之一,其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良,还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点,容易涂装、着色,还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工,广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域,是一种用途极广的热塑性工程塑料。
塑料ABS的性能检测因注意:
1.一般性能:
ABS的外观为不透明呈象牙色的粒料,无毒、无味、吸水率低其制品可着成各种颜色,并具有90%的高光泽度。
ABS同其它材料的结合性好,易于表面印刷、涂层和镀层处理。
ABS的氧指数为18.2,属易燃聚合物,火焰呈黄色,有黑烟,烧焦但不滴落,并发出特殊的肉桂味。
ABS是一种综合性能十分良好的树脂,在比较宽广的温度范围内具有较高的冲击强度和表面硬度,热变形温度比PA、PVC高,尺寸稳定性好。
ABS熔体的流动性比PVC和PC好,但比PE、PA及PS差,与POM和HIPS类似。
ABS的流动特性属非牛顿流体,其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系,但对剪切速率更为敏感。
2.力学性能
ABS有优良的力学性能,其冲击强度极好,可以在极低的温度下使用。
即使ABS制品被破坏,也只能是拉伸破坏而不会是冲击破坏。
ABS的耐磨性能优良,尺寸稳定性好,又具有耐油性,可用于中等载荷和转速下的轴承。
ABS的蠕变性比PSF及PC大,但比PA和POM小。
ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。
ABS的力学性能受温度的影响较大。
3.热学性能
ABS属于无定形聚合物,无明显熔点;熔体粘度较高,流动性差,耐候性较差,紫外线可使变色;热变形温度为70—107℃<85左右),制品经退火处理后还可提高10℃左右。
对温度,剪切速率都比较敏感;ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性,可在-40℃到85℃的温度范围内长期使用。
4.电学性能
ABS的电绝缘性较好,并且几乎不受温度、湿度和频率的影响,可在大多数环境下使用。
塑料ABS在汽车内饰的要求条件:
汽车内饰追求的重要目标包括美观、低气味、机械性能、耐热、耐候等。
亚太国际ABS汽车材料能够满足各种内饰部件的使用要求,材料具备以下条件:
1.良好的流动性
2.优异的抗冲击性
3.易加工成型
4.易着色、喷涂
5.低气味
6.良好的耐腐蚀性
7.亚光效果
3【注塑成型工艺方案的确定】
3.1ABS工艺参数
注塑成型工艺的核心问题,就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体,并把它注塑道型腔中去,在控制条件下冷却定型,是塑件达到所要求的质量。
影响注塑成型工艺的参数如下表所示。
塑料注射成型工艺卡片
广东水利电力职业技术
塑料注射成型工艺卡片
资料编号
毕-
车间
共1页
第1页
零件名称
飞机壳
材料牌号
ABS
设备型号
XS-ZY-125
装配图号
材料定额
每模件数
2件
零件图号
单件质量
工装号
材料干燥
设备
红外线烘箱
温度/℃
90-110
时间/h
2-3
料筒温度
后段/℃
150-170
中段/℃
165-180
前段/℃
180-200
模具温度/℃
60-80
时间
注射/s
2-5
保压/s
5-8
冷却/s
15-60
压力
注射压力/
60-100
背压/
40-60
后处理
温度/℃
烘箱70-90
时间定额
辅助/min
0.5
时间
16-20
单件/min
0.5-1
检验
编制
校队
审核
组长
车间主任
检验组长
主管工程师
姚靓
3.2分型面的确定
拔模分析:
厚度分析:
分型面是决定模具结构的一个重要因素.他与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和制造工艺等有关因此,分型面的选择是模具设计中的一个关键步骤.
<一)分型面的形式
注塑模具有的有一个分型面,有的有两个分型面.在多个分型面中,将脱模时取出塑件的那个分型面.称为分型面.形式有:
1.平直分型面2.倾斜分型面3.阶梯分型面4.曲面分型面5.瓣合分型面。
<二)分型面的设计原则
⑴分型面应选择在塑件最大轮廓处
(2>分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模由于注塑机的顶出装置在动模一侧.所以分型面的选择应尽可能的使塑件在开模后留在动模一侧,这样有利于在动模部分设置推出机构,否则在定模内设置推出机构就会增加模具的复杂程度.
(3>分型面的选择应保证塑件的精度要求.
(4>塑件的外观质量要求。
(5>分型面的选择要便于模具的加工制造
(6>分型面的选择应保证有利与排气.
分型面一般选在塑件外形最大轮廓处,确定有利的留模方式,便于塑件顺利脱模。
根据该塑件结构,分型面选在底平面。
3.3模流分析
3.3注塑机的选择
2.3.1注射量
对于该塑件,根据用户提供的三维模型,利用Pro/E对此模型进行分析,得:
塑件的体积V1=1.14
;
由ABS的密度为ρ=1.1
塑件的质量M1=V1×ρ=1.25g。
<2)浇注系统凝料体积的初步估算
可按塑件体积的0.6倍计算,由于该模具采用一模两腔,所以,浇注系统凝料体积为
V2=2V1×0.6=2×1.14×0.6=1.37cm3
<3)该模具一次注射所需要的ABS
体积V0=2V1+V2=3.65cm3;
质量M0=ρ·V0=4.0g。
2.3.2锁模力
Pro分析,成型时熔体塑料在分型面上投影面积A为14.66cm2;查表可知ABS塑件型腔所需的平均成型压力p为34.2MPa;安全系数k为0.8。
由公式知:
F=PA/K=34.2×1466×10-3/0.8=62.67KN
由以上数据知,可选XS-Z-30型号的注射机。
其技术参数如下所示。
注射机主要参数
工程
设备参数
工程
设备参数
额定注射量 30 拉杆空间 235 柱塞直径 28 最大开合模行程 160 注射压力 119 最大模厚 180 注射行程 130 最小模厚 60 锁模力 250 模板尺寸 250×280 两侧顶出 孔径 20 喷嘴 喷嘴圆弧半径 12 孔距 170 喷嘴孔直径 4 2.4模架的选定 根据塑件选定模架为: 见下图。 2.5最大注射压力的校核 飞机壳的原料为ABS,所需注射压力为60-100MPa,而所选注射机压力为119MPa,所以注射压力符合要求。 2.4.1最大注塑量的校核 注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积<包括流道及浇口凝料和飞边),通常注塑机的实际注塑量最好是注塑机的最大注塑量的80%。 所以选用的注塑机最大注塑量应满足: 0.8V机≥V塑+V浇 式中V机————注塑机的最大注塑量,30cm3 V塑————塑件的体积,该产品V塑=1.14㎝3 V浇————浇注系统体积,该产品V浇=1.37cm3 故V机≥<2.28+1.37)cm3 2【成型零件的结构设计及工艺尺寸计算】 3.1成型零件的结构设计 凹模、凹模 经分析该塑件凸、凹模采用整体嵌入式,这种结构加工效率高,拆装方便。 3.2成型零件的工艺尺寸计算 所谓工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分尺寸,主要有型腔和型芯的径向尺寸。 <包括矩形和异形型芯的长和宽),型腔深度和型芯高度和尺寸。 因PVC的成型收缩率为0.6~1.5%,所以平均收缩率取S=1.05% 3.2.1型腔的尺寸的径向尺寸 3.2.1.1型腔径向尺寸 由公式知: Lm=[Ls<1+S)-x△]0+δ 由于塑件尺寸较大,尺寸精度不高,则x=1/2。 即 式中Lm——型腔的最小基本尺寸 Ls——塑件的最大基本尺寸 S——塑件的平均收缩率 △——塑件的公差 δ——模具的制造公差 3.2.1.2型芯径向尺寸 由公式知: Lm=[Ls<1+S)+x△]0-δ 由于塑件尺寸较大,尺寸精度不高,则x=1/2。 即 式中Lm——型芯的最小基本尺寸 Ls——塑件的最小基本尺寸 S——塑件的平均收缩率 △——塑件的公差 δ——模具的制造公差 3.2.2型腔深度尺寸和型芯高度尺寸 3.2.2.1型腔深度尺寸 由公式知: Hm=[Hs<1+S)+1/2△]0+δ=[31<1+0.0105)+1/2×0.36]0+0.175=35.150+0.21 式中Hm——型腔的最小基本尺寸 Hs——塑件的最大基本尺寸 S——塑件的平均收缩率 △——塑件的公差 δ——模具的制造公差 3.2.2.2型芯高度尺寸 由公式知: Hm=[Hs<1+S)+1/2△]0-δ 式中Hm——型芯的最大基本尺寸 Hs——塑件的最小基本尺寸 S——塑件的平均收缩率 △——塑件的公差 δ——模具的制造公差 3.3型腔和型芯零件图 图3.2型腔 图3.2型芯 4【浇注系统的设计】 普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。 在本模具中由于采用平衡式浇口,不需设计分流道和冷料井。 在设计浇注系统之前必须确定塑件成型位置,浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要的环节,它对注塑成型周期和塑件质量<如外观,物理性能,尺寸精度)都有直接的影响,设计时必须按如下原则: (1>型腔布置和浇口开设部位力求对称,防止模具承受偏载而造成溢料现象。 (2>型腔和浇口的排列要尽可能地减少模具外形尺寸。 (3>系统流道应尽可能短,断面尺寸适当<太小则压力及热量损失大,太大则塑料耗费大): 尽量减少弯折,表面粗糙度要低,以使热量及压力损失尽可能小。 (4>对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落,及分流道尽可能平衡布置。 (5>满足型腔充满的前提下,浇注系统容积尽量小,以减少塑料的耗量。 (6>浇口位置要适当,尽量避免冲击嵌件和细小型芯,防止型芯变形浇口的残痕不应影响塑件的外观。 4.1主流道设计 主流道是塑料熔体进入模具型腔是最先经过的部位,它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔,其形状为圆锥形,便于熔体顺利的向前流动,开模时主流道凝料又能顺利拉出来,主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间,由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞,通常不直接开在定模上,而是将它单独设计成主流道套镶入定模板内。 主流道套通常又高碳工具钢制造并热处理淬硬。 塑件外表面不许有浇口痕,又考虑取料顺利,对塑件与浇注系统联接处能自动减断。 采用带直流道与分流道的潜伏式点浇口,为了方便于拉出流道中的凝料,将主流道设计成锥形,锥度为3,内表面的粗糙度为Ra0.8微M,孔径为0.5毫M。 主流道的设计要点如下: (1)为便于从主流道中拉出浇注系统的凝料以及考虑塑料熔体的膨胀,主流道设计成圆锥形,因ABS的流动性为中性,故其锥度取3度,过大会造成流速减慢,易成涡流,内壁粗糙度为R0.8um。 (2)主流道大端呈圆角,其半径取r=1~3mm,以减少流速转向过渡的阻力,r=1.5mm. (3)在保证塑件成形良好的情况下,主流道的长度应尽量短,否则会使主流道的凝料增多,且增加压力损失,使塑料熔体降温过多影响注射成形。 (4)为使熔融塑料完全进入主流道而不溢出,应使主流道与注射机的喷嘴紧密对接,主流道对接处设计成半球形凹坑,其半径为r2=r1+(1~2>,其小端直径D=d+(0.5~1>,凹坑深度常取3~4mm。 在此模具中取r2=11~12mm。 (5)由于主流道要与高温高压的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞,所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道衬套,以便选用优质钢材单独加工和热处理,其大端兼作定位环,圆盘凸出定模端面的长度H=5~10mm。 4.2浇口选择 浇口又称进料口,是连接分流道与型腔之间的一段细短流道<除直接浇口外),它是浇注系统的关键部分。 其主要作用是: (1)型腔充满后,熔体在浇口处首先凝结,防止其倒流。 <2)易于在浇口切除浇注系统的凝料。 浇口截面积约为分流道截面积的0.03~0.09,浇口的长度约为0.5mm~2mm,浇口具体尺寸一般根据经验确定,取其下限值,然后在试模是逐步纠正。 当塑料熔体通过浇口时,剪切速率增高,同时熔体的内磨檫加剧,使料流的温度升高,粘度降低,提高了流动性能,有利于充型。 但浇口尺寸过小会使压力损失增大,凝料加快,补缩困难,甚至形成喷射现象,影响塑件质量。 浇口位置的选择原则: (1)浇口位置应使填充型腔的流程最短。 这样的结构使压力损失最小,易保证料流充满整个型腔,同时流动比的允许值随塑料熔体的性质,温度,注塑压力等的不同而变化,所以我们在考虑塑件的质量都要注意到这些适当值。 (2)浇口设置应有利于排气和补塑。 (3)浇口位置的选择要避免塑件变形。 采侧浇口在进料时顶部形成闭气腔,在塑件顶部常留下明显的熔接痕,而采用点浇口,有利于排气,整件质量较好,但是塑件壁厚相差较大,浇口开在薄壁处不合理;而设在厚壁处,有利于补缩,可避免缩孔、凹痕产生。 (4)浇口位置的设置应减少或避免生成熔接痕。 熔接痕是充型时前端较冷的料流在型腔中的对接部位,它的存在会降低塑件的强度,所以设置浇口时应考虑料流的方向,浇口数量多,产生熔接痕的机会很多。 流程不长时应尽量采用一个浇口,以减少熔接痕的数量。 对于大多数框形塑件,浇口位置使料流的流程过长,熔接处料温过低,熔接痕处强度低,会形成明显的接缝,如果浇口位置使料流的流程短,熔接处强度高。 为了提高熔接痕处强度,可在熔接处增设溢溜槽,是冷料进入溢溜槽。 筒形塑件采用环行浇口无熔接痕,而轮辐式浇口会使熔接痕产生。 (5)浇口位置应避免侧面冲击细长型心或镶件。 因点口在脱开时会伤塑件的内表面在这里是可以的,考虑到点浇口有利浇注系统的废料和塑件的脱离,所以选取用点绕口。 分流道与浇口的连接。 该产品精度要求不高,选用直接浇口,流动阻力小,流动路程短,补充时间长。 为了减小塑件接触处的交口面积,防止该处产生缩孔、变形等缺陷,所以选用较小锥度的主流道锥角,同时也减小定模板的厚度。 图4.1浇口套 5【排气系统的设计】 塑料熔体在填充模具的型腔过程中同时要排出型强及流道原有的空气,除此以外,塑料熔体会产生微量的分解气体。 这些气体必须及时排出。 否则,被压缩的空气产生高温,会引起塑件局部碳化烧焦,或塑件产生气泡,或使塑件熔接不良引起强度下降,甚至充模不满。 因该模具型腔较简单,可直接利用间隙进行排气。 其间隙为0.03~0.05,取0.04mm。 6【合模导向机构的设计】 导向合模机构对于塑料模具是必不可少的部分,因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置,所以必须设有导向机构,导柱安装在动模一边或定模一边均可,通常导柱设在主型腔周围。 导柱固定端与模板之间选用H7/k6过渡配合,导柱的导向部分采用H7/f6配合。 导向机构的主要作用有: 定位、导向和承受一定侧压力。 定位作用: 为避免装配时方位搞错而损坏模具,并且在模具闭合后使型腔保持正确形状,不至因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均。 塑件在注入型腔过程中会产生单向侧压力,或由于注射机的精度限制,使导柱工作中承受一不定的导向作用。 动定模合模时,首先导向机构接触,引导动定模正确闭合,避免凸模或型芯先进入型腔,产生干涉而坏零件。 由于注塑压力的各向性就会对导柱进行径向的剪力,导致导柱容易折断。 对型芯和型腔改进后,其的配合可以进行定位。 导柱、导套零件图如下: 图6.1导柱 图6.2导套 7【脱模机构的设计】 在对汽车活塞托架塑件进行脱模是必须遵循以下原则: 1、因为塑料收缩是抱紧凸模,所以顶出力的作用点应尽量靠近凸模。 因为塑件的壁厚的关系我们可以利用推板。 2、顶出力应作用在塑件刚性和强度最大的部位,如加强筋,壁厚等处。 作用面积尽可能大一些,以防止塑件变形和损坏。 3、为了保证良好的塑件外观,顶出位置应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位。 将顶杆设计在塑件的内部型腔。 4、若顶出部位需设在塑件使用或装配的基准面上时,对不影响塑件尺寸和使用,一般顶杆与塑件接触处凹进塑件0.1mm;否则塑件会出现凸起,影响基面的平整。 有时根据塑件的需要,顶杆还可以参加塑件的成型,这时可以将顶杆做成与塑件某一部分相同形状或作为型芯。 顶杆多用T8AV、T10A材料,头部淬火硬度达50HRC以上,表面粗糙度取Ra值小于0.8微M,和顶杆孔呈H8/f8配合。 7.1脱模力的计算 脱模力是从动模一侧的主型芯上脱出塑件所需施加的外力,需克服塑件对型芯的包紧力、真空吸力、粘附力和脱模机构本身的运动阻力。 脱模力的计算是注射模具脱模机构设计的重要依据。 脱模力Qe=Qc+Qb 式中 Qc——塑件对型芯包紧的脱模阻力 Qb——使封闭壳体脱模需克服的真空吸力 型芯对应的半径、壁厚、高度分别为rcp=63mm、t=58mm、h=20.35mm 因为 λ=rcp/t=63/58≈1<10 所以为厚壁圆筒塑件。 厚壁圆筒塑件对型芯包紧力计算公式如下 Qc=2JIrcpEεhKf/[<1+μ+Kλ)cosβ] 式中E——塑件的拉伸弹性模量 ε——塑料的平均收缩率,0.6%~1.5%,取1.05% μ——塑料的泊松比,取0.46 β——型芯的脱模斜度,取0 h——型芯脱模方向的高度,为20mm Kf——脱模斜度修正系数,其计算式为: Kf=fscosβ-sinβ/1+fscosβsinβ=0.58 fs——塑件表面与钢材的静摩擦系数,取0.58 Kλ——厚壁塑件的计算系数,其计算公式为 Kλ=2λ2/cosβ+2λcosβ=0.66 包紧的脱模阻力为 Qc=4346N 使封闭壳体脱模需克服的真空吸力Qb为 Qb=0.1Ab=0.1×3.14×rcp2=1246N 综上所述,圆形型腔产生总的脱模力为 Qe=Qc+Qb=4346+1246=5592N 7.2推出机构的设计 由于圆形推杆的自由度大,能减少运动阻力,防止卡死,损坏后便于更换,所以在动模部分采用推杆推出机构,由于制件选用点浇口,因此定模部分需用弹簧式二级推出机构。 推杆在完成制品的推出动作后,为了进行下一步循环的成型,必须回到起初的位置,故采用复位弹簧进行复位。 通过弹簧复位,即它的作用是将已经完成顶出塑件顶杆回复到注射成型时的原始位置。 复位弹簧装在固定杆的同一固定板上,而且各个复位弹簧的长度和型号一致。 复位弹簧的材料用T8,经淬火HRC55-60。 图7.1推杆 图7.2推板 图7.2推杆 8【支承零部件的设计】 根据标准模架知: 需设置规格为M16螺钉数量为8,间距b×Lm=240mm×138mm.其尺寸根据国标GB70-85得: 钻孔直径d=17mm,D=41mm,h=16mm.需M12的螺钉数量为六个,其在模板的固定位置见装配图。 圆柱销的尺寸根据国标GB119-86知其材料为35钢,热处理硬度为38-46HRC。 需12个规格相同的圆柱销,d=10mm,长度50mm。 9【温度调节系统的设计】 在注射成型过程中,模具温度直接影响到塑件的质量如收缩率、翘曲变形、耐应力开裂性和表面质量等,并且对生产效率起到决定性的作用,在注射过程中,冷却时间占注射成型周期的约80%,然而,由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同,模具温度的要求有尽相同,因此,对模具冷却系统的设计及优化分析在一定程度上决定了塑件的质量和成本,模具温度直接影响到塑料的充模、塑件的定型、模塑的周期和塑件质量,而模具温度的高低取决于塑料结晶性,塑件尺寸与结构、性能要求以及其它工艺条件如熔料温度、注射速度、注射压力、模塑周期等。 影响注射模冷却的因素很多,如塑件的形状和分型面的设计,冷却介质的种类、温度、流速、冷却管道的几何参数及空间布置,模具材料、熔体温度、塑件要求的顶出温度和模具温度,塑件和模具间的热循环交互作用等。 (1)低的模具温度可降低塑件的收缩率。 (2)模具温度均匀、冷却时间短、注射速度快,可降低塑件的翘曲变形。 (3)对结晶性聚合物,提高模具温度可使塑件尺寸稳定,避免后结晶现象,但是将导致成型周期延长和塑件发脆的缺陷。 (4)随着结晶型聚合物的结晶度的提高,塑件的耐应力开裂性降低,因此降低模具温度是有利的,但对于高粘度的无定型聚合物,由于其耐应力开裂性与塑料的内应力直接相关,因此提高模具温度和充模,减少补料时间是有利的。 (5)提高模具温度可以改善塑件的表面质量。 在注射成形过程中,模具的温度直接影响塑件的成型质量和生产效率,根据塑料的要求,注射到模具内的塑料温度为2000C左右,而从模具中取出塑件的温度约为600C,温度降低是由于模具通入冷却水,将温度带走了,普通的模具通入常温的水进行冷却,通过调节水的流量就可以调节模具的温度 因汽车活塞托架使用的塑料是PVC,要求模温高,若模具温度过低则会影响塑料的流动性,增加剪切阻力,使塑件的内应力较大,甚至还出现冷流痕、银丝、注不满等缺陷。 因此在注射开始时,为防止填充不足,充入温水或者模具加热。 总之,要做到优质、高效率生产,模具必须进行温度调节。 对温度调节系统的要求: (1)确定加热或是冷却; (2)模温均一,塑件各部分同时冷却; (3)采用低的模温,快速且大量通冷却水; 温度调节系统应尽量结构简单,加工容易,成本低谦。 9.1加热系统 由于该套模具的模温要求在60℃以下,又是小型模具,所以无须设置加热装置。 9.2冷却系统 一般注射到模具内的塑料温度为200℃左右,而塑件固化后从模具型腔中取出时其温度在60℃以下,热塑性塑料在注射成型后,必须对模具经行有效的冷却,使熔融塑料的热量尽快的传给模具,以使塑料可靠冷却定型并可迅速脱模。 PVC的成型温度和模具温度分别为200℃-260℃、30℃-60℃,常用温水对模具进行冷却。 9.2.1冷却介质 冷却介质选用冷却水,因为睡的热容量大、传热系数大、成本低。 用水冷却既在模具型腔周围开设冷却管道。 9.2.2冷却系统的简略计算 如果忽略模具因空气对流、热辐射以及注射机接触所散发的热量,不考虑模具金属材料的热阻,可对模具冷却系统进行初步简略的计算 冷却水的体积流量 qv=WQ/[ρc1(θ1-θ
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