用于形成烤箱衬里的注射成型系统及烤箱衬里的制作方法

1.本实用新型涉及用于形成烤箱衬里(特别是与微波炉一起使用的类型的衬里)的注射成型(injection moulding)方法和系统。


背景技术：

2.在微波炉中使用烤箱衬里是非常有利的，其可以改善卫生状况，因为当食物洒落或喷出时，可以洒落或喷在烤箱衬里上，而不是微波炉的内表面上。
3.烤箱衬里一般由聚丙烯或聚碳酸酯材料制成。然而，这些材料存在诸多缺点，例如，反复暴露在微波中会老化；反复洗涤会引起龟裂；及，因冷却不均匀导致应力性破裂(有时是因材料厚度不均匀引起的)。
4.当采用热进料注射成型工艺时，进料以约300
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400g/s的速度注入。这样的速度需要较高的温度，以使材料保持适当的粘度状态，从而能够流至模腔的所有区域。然而，聚碳酸酯材料遇到的一个问题是：当其在相对于模塑制品的平均壁厚的相对较窄的总材料流动长度范围外进行处理时，会快速恶化。这一范围被称为“纵横比”，对于通常在约200℃至250℃的高温下进行制造的更大的聚碳酸酯模制件而言，该范围会增大。
5.因此，很明显，在制造烤箱衬里时，须克服若干项挑战。使用食品安全材料是很重要的。此类材料不能破裂或产生碎片，否则会污染被加热的食物或饮料。另一个严格的要求是：制成烤箱衬里的材料能够承受在微波辐射中的反复暴露。
6.另外，聚碳酸酯材料往往会由于反复清洗而被磨损，从而失去其美的外观。
7.然而，在制造过程中有时会遇到的一个问题是：会形成不一致的模制表面轮廓。这是由于冷却中的微小变化和材料形成中的不一致性所致，这种现象在较大的部件(例如，烤箱衬里)中更普遍。壁中的这些变化是由于在树脂完全填满腔体之前树脂变稠或树脂固化引起的。这些缺陷，也被称为“冷流线(cold flowlines)”，会导致成品报废。
8.与许多工艺一样，在注射成型工艺中也必须要克服诸多通常相冲突的技术难题。首先，需要在足够高的温度下注入进料，使其流动到达模具的所有部分，以避免形成空隙或空腔。
9.另一个困难是需要在恒定温度和压力下注入材料，以确保材料特性的均一性，并避免产生引起泛白的应力。
10.注射成型系统存在的一个永恒的挑战是模具的所有部分都需要保持一致的温度。这是非常重要的，因为不一致的冷却会产生热应力，从而由于不一致的冷却产生波浪形轮廓。
11.当模制某些类型的材料时，需要对温度和注射压力(质量流率)进行控制，这是因为当将材料注入界定模具的容积中时，不必从模具吸收能量来保持其特性 (例如，密度和粘度)是非常重要的，否则注入的材料会过早地硬化，从而引起变形。该风险是模具从熔融材料吸收热量，导致材料过早硬化。通过仔细控制模具的温度可以避免这种现象。为了减轻这种现象，会提供加热系统，其通常包括水温稳定系统。
12.较大尺寸的注射模制件遇到的另一个问题是由于需要快速输送大量进料，往往会产生压力降。
13.聚合物制造商已经开发出了许多聚合物，其都克服了前述所有问题，并满足严格的食品安全规定、抗脆性、所需的流动特性和耐高温性。
14.当模制较大制品(特别是制品相对较薄或具有较大纵横比)时，遇到的其它众所周知的设计上的约束是：熔融进料的输送孔的尺寸需要足够大，以便允许相对大量的材料(通常超过200cm3/s)通过。
15.因此，往往要进行折衷以优化压力进料、进料的输送速率及其上述特性。
16.一些热塑性聚合物，例如，聚甲基戊稀群组中的那些聚合物，非常适于克服绝大多数上述问题。但是，由于其流动特性和用于较大的制品(通常其纵横比大于10)时易于弯曲的倾向，它们并不太适于较大的制品。
17.现有技术
18.欧洲专利ep
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a
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1547446(cavity prot systems ltd)公开了微波炉衬里的一个示例。该微波炉衬里为注射模制件，具有顶部、底部、后部和两个侧面。该烤箱衬里由聚丙烯制成，其尺寸设计成可滑动适配于微波炉内。该烤箱衬里具有倾斜顶部，其前端较矮，以使空气流通。
19.uk专利gb
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b
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2 505 870(regale microwave ovens ltd)公开了烤箱衬里的另一个示例。
20.为了克服上述问题，提出本实用新型。


技术实现要素：

21.根据本实用新型的第一方面，提供一种用于形成烤箱衬里的注射成型系统，该烤箱衬里在其内表面的至少一侧上具有分割线，所述系统包括：界定一具有长度(l)、宽度(w)和高度(h)的腔体的第一模具和楔形套缩模具；第一模具具有大体呈矩形的端面，该端面的尺寸对应于所述腔体的宽度(w)和高度(h)，并且该第一模具具有定位在其端面的形心处的热进料通道；所述楔形套缩模具容纳在所述腔体中，以在选定位置接触并接合所述第一模具的外周，以便界定热进料所注入其中的容积；其特征在于所述楔形套缩模具包括至少第一部分和第二部分，由此所述第一部分和第二部分彼此可滑动地接触，并且，所述楔形套缩模具的第一部分的宽度(w1)比所述楔形套缩模具的第二部分的宽度(w2)小至少 0.1mm。
22.优选地，所述分割线界定在所述烤箱衬里的不同厚度的各部分之间和/或界定其腔体的具有不同宽度的各部分之间。
23.在使用中，所述容积优选界定在所述楔形套缩模具与所述第一模具界定的所述腔体的内壁之间。所述容积优选包括所述楔形套缩模具的第一部分之间的第一部分及所述楔形套缩模具的第二部分之间的第二部分，由于所述楔形套缩模具的第一和第二部分的宽度(w1和w2)上的差异，所述容积的第一部分要宽于第二部分。所述容积的第一和第二部分优选界定在所述第一模具的所述腔体的内部的侧壁与所述楔形套缩模具的第一和第二部分的侧壁之间。所述第一模具的所述腔体的宽度(w)优选基本恒定或完全恒定。
24.然后，将热进料注入所述容积中(优选通过所述端面形心处的热进料通道)，以优选充满所述容积并冷却凝固形成烤箱衬里。所述烤箱衬里优选包括不同宽度和/或厚度的
(优选其一个或多个侧壁的)第一部分和第二部分，这是所述楔形套缩模具的第一和第二部分的宽度上的差异所致的结果。所述分割线优选界定在所述烤箱衬里的第一和第二部分之间。
25.所述系统包括楔形套缩模具的事实与所述系统的其它特征一起确保了可确定地从烤箱衬里释放模具，从而保证烤箱衬里不会粘附或无意卡入楔形塌缩模具的任一部分。
26.所述两部分式楔形套缩模具优选为具有两个部分的材料结构体或块体，这两个部分具有不同的宽度并且可分离开，另外，这两个部分至少大体呈楔形。例如，所述楔形套缩模具可以是基本上长方体或平行六面体的结构或块体，其包括第一和第二可分离部分，这两个部分是具有五个基本正交的面和一个倾斜面的长方体，使得这些部分界定楔形形状，每一部分的所述倾斜面相对于该部分的正交面的角度优选基本相等，使得这两个部分可布置成或可配置成其倾斜面彼此接触，并且使得这些部分一起限定所述基本长方体的结构或块体。
27.所述楔形套缩模具的所述两个部分具有不同的宽度，该些宽度优选在这两个部分布置成可滑动地接触时位于所述楔形套缩模具的外侧之间和/或在使用中沿腔体的宽度方向。
28.有利地，所述楔形套缩模具的各部分的楔形形状有助于在烤箱衬里形成后从所述腔体移除所述楔形套缩模具，其中，先将其粗端朝着所述腔体的开口(所述楔形套缩模具通过该开口插入所述腔体中)定位的楔形部分移除；在移除其粗端朝着所述开口定位的所述楔形部分之后移除细端朝着所述开口定位的楔形部分。所述楔形套缩模具的第一较窄部分优选为第二移除的部分。所述楔形套缩模具的第一较窄部分和/或所述楔形套缩模具的第二移除的部分优选在使用中为所述楔形套缩模具的下部。
29.根据本实用新型的第二方面，提供一种注射成型烤箱衬里的方法，该烤箱衬里在其至少一个内表面上具有分割线，该分割线界定烤箱衬里不同宽度的两个部分，该方法包括以下步骤：在压力下将进料注入界定具有长度(l)、宽度(w) 和高度(h)的腔体的第一模具中，该第一模具具有大体呈矩形的端面，该端面的尺寸对应于所述腔体的宽度(w)和高度(h)，并且该第一模具在其端面形心处具有热进料通道；操作楔形套缩模具使其容纳在所述腔体中；在选定位置接触并接合所述第一模具的外周，以界定热进料所注入的容积；移除楔形套缩模具的第一部分，随后移除楔形套缩模具的第二部分，借此所述第一和第二部分彼此可滑动地接触，所述楔形套缩模具的第一部分的宽度(w1)比所述楔形套缩模具的第二部分的宽度(w2)小至少0.1mm。
30.所述烤箱衬里的尺寸对应于微波炉，该微波炉的深度对应于前述长度(l)，其宽度(w)对应于烤箱衬里的宽度(w)(当面向烤箱时)，并且，其高度对应于烤箱衬里的高度(h)。
31.理想地，所述宽度(w)为至少0.25m，所述高度(h)为至少0.1m，和/ 或所述长度(l)为至少0.3m。
32.优选地，所述烤箱衬里的壁厚小于10mm；优选地，所述烤箱衬里的壁厚小于8mm。
33.理想地，所述分割线对称地形成在所述烤箱衬里的内表面的相对侧上。然而，取决于套缩模具的形状，所述分割线可不对称地形成在相对侧面上。
34.在模具上设置通风孔，以在期望的压力和足够低的质量流量下释放空气，以避免燃烧。材料的注入速率与大量空气的排出速率之间的最佳平衡有助于以快速的速率可靠地
模制烤箱衬里，而不会由于排出空气的爆炸性燃烧使材料变形或燃烧。
35.为了实现该目的，每个模具上可以设置超过10个，优选大于20个，或理想地大于30个通风孔。
36.所述系统可包括许可开关，其控制每个模具的即时移除，使成品从成型系统中释放出来。
37.当w1与w2之间的差小于1mm时，优选w1与w2之间的差小于0.5mm，优选小于0.25mm，其是
38.所述进料包括聚甲基戊稀聚合物，例如，matsui tpx 18(rtm)。
39.理想地，所述输送系统具有压力进料通道，其以超过200g/cm3的流速注入进料，优选超过300g/cm3，最优选超过400g/cm3。
40.压力进料通道可以超过250℃，优选超过300℃的温度注入进料。进料在 250℃至350℃之间的温度下注入，优选在275℃至325℃之间的温度下注入。
41.注入进料的理想压力在80bar
‑
110bar之间，理想地，在90bar与100bar之间(在8mpa
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11 mpa之间，理想地，在9mpa与10mpa之间)。
42.加热系统包括一系列热水套。或者，在较大的模具表面需要较高温度的情况下，可以采用油加热套，因为它们能够在超过350℃的温度下工作。该系统可包括油加热系统。
43.因此，提供一种由注射成型系统形成的烤箱衬里，该烤箱衬里具有形成在其表面上的分割线，该分割线限定烤箱衬里的上部与下部之间的界面。理想地，所述分割线沿着所述烤箱衬里的相对侧面对称地形成，并且在模制烤箱衬里上划定不同壁厚的两个区域。这使得能够在释放第二套缩模具部分之前有差别地释放第一套缩模具部分，从而这种优选顺序可确保在将第一模具部分从腔体移出之后，烤箱衬里可暂时由第二套缩模具部分保持。
44.下面将参照附图对本实用新型的优选实施例进行说明，其中：
45.附图简要说明
46.图1a示出了第一模具的简化剖视图；
47.图1b示出了容纳楔形套缩模具并限定用于烤箱衬里的模具的第一模具的简化视图；
48.图2为一实施例中的注射成型系统的总图；
49.图3为图2中注射成型系统的剖视图；
50.图4为使用上述系统形成的一示例中的烤箱衬里的简化总图，其示出了分割线；
51.图5为一优选实施例中的容纳有楔形套缩模具的第一模具的穿过热进料通道的详细纵向剖视图；
52.图6为图5中所示容纳有楔形套缩模具的第一模具的详细剖视图，示出了用于移动各模具部分以便自模具腔体释放模制件的液压通道；
53.图7为图5中所示容纳有楔形套缩模具的第一模具的详细剖视图，示出了用于冷却各模具部分以便在模具腔体中形成均匀工件的水冷通道；
54.图8为界定所述腔体的第一模具的向后内面向的表面的平面图，示出了隐藏的细节，并且，该图示出了用于对烤箱衬里的外表面进行压花的反向字母；
55.图9为第一模具的向内面向的表面的平面图，其示出了隐藏的细节；
56.图10
‑
图14示出了使用上述系统形成的一优选实施例中的烤箱衬里的不同视图。
具体实施方式
57.参照附图，其总体上示出了一示例中的用于形成烤箱衬里20的注射成型系统。该系统包括第一模具12，其界定了具有长度(l)、宽度(w)和高度(h) 的腔体14。第一模具12(及其腔体14)具有大致矩形的端面(a)，如图7所示。
58.端面(a)的尺寸对应于腔体14的宽度(w)和高度(h)。热进料通道22 定位在端面a的形心处，更多细节如图5所示。热进料通道22允许用于凝固形成模具的热液体材料被注入腔体14和在其中界定的容积(v)中，以形成烤箱衬里20。
59.注射成型系统还包括两部分式楔形套缩模具30，其包括第一部分32和第二部分34。第一部分32和第二部分34均大体呈长方体，具有五个正交面和一个与其它面成角度的倾斜面。
60.这两个部分32、34中每一个的倾斜面相对于该部分的其它面的角度大体相等。如此一来，这两个部分32、34可布置成其倾斜面彼此接触，使得它们限定大体上规则的长方体形状的块体或结构。
61.在使用中，两部分式套缩模具30被接收在腔体14中，使得其在选定位置与第一模具12的外周接触并接合，以在其外部和腔体14的内表面之间界定容积 (v)；在使用中，热材料进料(如箭头所示)被注入该容积(v)中。进料在容积(v)中冷却，以形成烤箱衬里20。
62.图1a示出了没有两部分式套缩楔形模具30的腔体12；图1b示出了插入两部分式套缩楔形模具30的腔体12，以界定烤箱内衬20在其中形成的容积。
63.楔形套缩模具30的第一部分32的宽度(w1)比楔形套缩模具的第二部分 34的宽度(w2)小至少0.1mm。这样以来，第一部分32与腔体14(具有长度 l和高度h)的侧面之间的容积v的各部分在其任一侧的组合厚度比第二部分 34与腔体14的侧面之间的容积v在其任一侧的组合厚度大至少0.1mm。这样，烤箱衬里20将形成有分割线33，其沿着两个部分32、34之间的分隔360在不同厚度的各部分之间形成在烤箱内衬20的内表面的至少一侧上。
64.这两个部分32、34都是楔形长方体，具有五个正交面和一个倾斜面。这两个部分32、34都自相对较深的第一端至相对较浅的第二端逐渐变薄。这两个部分32、34的形状使得其可以装配在一起从而界定大体上呈矩形的长方体，其略小于腔体14的内部以在这两个部分32、34与模具12的内表面之间界定用于烤箱内衬的容积v。接触倾斜表面(两个楔形长方体在此分隔开)由附图标记360 表示。
65.在图中所示的实施例中，楔形套缩模具30的两个部分32、34在其深端及沿其长度的每个点处具有大致相等的长度和大致相等的高度，但其浅端除外。
66.第一部分32在与其倾斜表面相对的第二浅端包括倒角或圆角边缘31，以在使用中界定容积v的远离端面a的较宽部分，容积v的该较宽部分允许形成烤箱内衬20的较宽部分，以界定烤箱内衬20的唇缘36。
67.使用时，首先将第一模具部分32插入腔体14中，使其深端抵靠腔体14的端面a，其浅端定位在腔体14的开口处，使其倒角或圆角边缘31抵靠腔体的边缘。然后，插入第二模具部分34，使其浅端抵靠腔体的端面a。第一部分32和第二部分34的两个倾斜表面彼此可滑动地接触。
68.在使用中，继而，将热进料注入容积(v)中，通过热进料对其进行填充，然后凝固形成烤箱衬里20。烤箱衬里20的形状由腔体14内表面与楔形套缩模具30之间的容积v的形状
界定。形成烤箱衬里20之后，将楔形套缩模具30一部分一部分地移除。
69.在形成烤箱衬里20后移除楔形套缩模具部分32、34时，首先移除第二部分 34，从而允许随后移除第一部分32，允许将其抬升至烤箱衬里的唇缘36(其抵靠第一部分的圆角或倒角边缘31形成)的上方。这些步骤在图1b中由箭头示出。
70.图1b中所示的两部分式楔形套缩模具30大体呈长方体，此时两个部分32、 34布置在一起。在其它实施例中，两个部分32、34结合在一起的楔形套缩模具30可以是略微锥形的，以与略微锥形的模具12一起使用(例如，以产生如图10
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图12所示的略微锥形的烤箱衬里20)。
71.在图中所示的实施例中，楔形套缩模具30的两个部分32、34的尺寸基本相等；在替代变型实施例中，楔形部分32、34中的其中一个可以明显大于另一个，可以比另一个填充腔体14填充地多得多。
72.用于注入上述容积并形成烤箱衬里的特别有效的材料为由mitsui chemicalsinc.供应的品牌名称为tpx rt18(rtm)的材料。tpx rt18主要用于注射成型相对较小的制品，例如，咖啡机、化妆盒、烘焙盒、电线和电缆涂层、特种高温薄膜、医疗设备、血细胞检测试剂盒和窥镜等的部件。
73.该材料为热塑性聚合物，属于聚甲基戊稀(pmp)的群组，适于注射和挤压成型。它的水吸收系数低(0.01％)，密度约为833kg/m3。其它类型的甲基戊稀或不同甲基戊稀族的共混物也可用于形成烤箱衬里。
74.这些类型的热塑性聚合物的优点在于它们是透明的，并且在模制时不易于出现龟裂或起雾，可用于形成透明的烤箱衬里20。并且，这些类型的热塑性聚合物还耐微波辐射。因此，使用本实用新型可使得诸如聚甲基戊稀等具有良好的流动熔体速率和光学特性的聚合物用于制造较大的注射成型的制品(在此之前不推荐使用此类聚合物制造较大的注射成型的制品)。
75.理想地，该材料的熔体流动指数大于7，优选大于8。这是很重要的，因为进料不应在排出腔24或输送管线14中花费太长时间。
76.为了保持良好的流动特性，同时保持在材料浊点温度以下，可采用所谓的“剪切生热(shear heating)”。
77.图1b示出了自输入端口350引出的注入管线340，进料22自输入端口350 于端面a的形心处进入腔体14，该些注入管线穿过容积v。图5还示出了自输入端口350引出的注入管线440。
78.许可开关(未示出)控制将材料注入腔体的时刻及其体积、以及成品烤箱衬里20自成型系统的释放。这样做的好处是可以确保正确关闭模具，从而确保不会损坏模具。
79.图4为使用上述系统生产的烤箱衬里20的整体等距视图，其示出了唇缘36 和分割线33，于此分割线33处，两部分式楔形套缩模具30的相邻接触倾斜边缘360将楔形套缩模具30的不同宽度部分及由此界定的容积v分隔开。
80.图5为一示例中的烤箱衬里的简化总图，示出了所强调的分割线。图6为一优选实施例中的楔形套缩模具的穿过热进料通道的详细纵向剖视图。
81.图7为图6中所示楔形套缩模具和烤箱衬里的详细剖视图，示出了用于移动各模具部分以便自模具腔体释放模制件的液压通道。
82.图8为图6中所示楔形套缩模具的详细剖视图，示出了用于冷却各模具部分以便在模具腔体中形成均匀工件的水冷通道。
83.图9为第一模具的向后内面向的表面的平面图，示出了隐藏的细节。
84.图10示出了使用上述系统生产的烤箱衬里20的侧视图。图11和图12示出了烤箱衬里20的侧视图和俯视图。
85.注射成型烤箱衬里的方法包括以下步骤：在压力下将进料注入界定腔体的第一模具中，该腔体的长度为l，宽度为w，高度为h。该第一模具具有大体呈矩形的端面，该端面的尺寸对应于所述腔体的宽度(w)和高度(h)，并且该第一模具在其端面形心处具有热进料通道，进料经由该热进料通道注入。
86.通过将楔形套缩模具30布置在所述腔体内，在选定位置接触并接合第一模具的外周，界定将热进料注入其中的容积。该容积界定在所述腔体的内壁与楔形套缩模具的外部之间。在于所述容积内形成烤箱内衬之后，移除楔形套缩模具 30的第一部分32，随后移除楔形套缩模具30的第二部分34。当第一部分32和第二部分34一起布置在腔体14中后，它们彼此可滑动地接触。楔形套缩模具的第一部分的宽度(w1)比楔形套缩模具的第二部分的宽度(w2)小至少0.1mm。这样以来，当两个部分32、34布置在腔体14(优选其具有恒定宽度)中时，所述容积的在这两个部分的侧面与模具12之间界定的各部分具有不同的厚度。如此，在烤箱衬里的内表面的至少一侧上于其不同厚度的各部分之间形成分割线 33。
87.烤箱衬里20的底部沿下部前缘形成有唇缘36，以捕获在烤箱中洒落的任何液体。唇缘36由下模具32的倒角边缘形成，下模具32的倒角边缘在使用中定位在远离腔体14的端面a的下模具深端的基部。因此，模具的下部不能自腔体沿轴向移动，而是，应倾斜下模具32(沿图1中向上的箭头u的方向)，并将其略向上抬高一角度，以便在将其自烤箱衬里腔体内取出之前将其从唇缘36的顶部上方撤出。该唇缘可以是刚性的。
88.上模具部分34比下模具部分32略宽，由此界定烤箱衬里20的上宽部。上模具部分34先从模具12界定的腔体中及形成在其内的烤箱衬里20的内部移除，然后，将下模具部分32抬高至烤箱衬里20内部的较宽上部内，举至唇缘36上方以从烤箱衬里移除。
89.在成型烤箱衬里20形成后，其开始冷却、收缩。然后，可以释放第二模具部分34，这是因为它可以被抬起和抽出而不会使仍然热且软的成型烤箱衬里20 的稍宽的侧壁磨损或变形。之后，可以将烤箱衬里20从模具12移除，而不会引起变形或磨损。
90.这就是烤箱衬里20被设计成具有不同宽度的内部腔体(其通过在不同厚度的壁的和/或界定烤箱衬里内部的不同宽度部分的各部分之间延伸的划线33或分割线表现出来)的原因，分割线33沿着两部分式楔形套缩模具30的上、下部分之间的分隔界面360界定。
91.如果烤箱衬里被设计成具有为光滑壁的单一宽度的腔体，则下模具会被冷却收缩的上侧壁挤压，从而引起磨损和变形。
92.应当理解，在替代方法中，可以在移除下模具部分32之前移除上模具部分 34，在这种情况下，将锥形部分反转，并且分割线33自烤箱衬里20的后部向下延伸。
93.上文中仅通过示例的方式对本实用新型作了说明，在不脱离权利要求所限定的本实用新型的范围的情况下，可以对所描述的实施例作出改变。
94.例如，尽管上文中是以形成在烤箱衬里的内表面的至少一侧上的分割线为参照的，但是，应当理解，分割线可以形成在烤箱衬里的一个或多个外表面上，从而采用模具的
内表面抓住烤箱衬里的不同部分，由此有助于组合式模具的移除。
95.附图标记列表
96.12
‑
第一模具
97.14
‑
腔体
98.18
‑
水冷通道
99.20
‑
烤箱衬里
100.22
‑
热进料通道
101.24
‑
排出室
102.30
‑
两部分式楔形套缩模具
103.31
‑
倒角或圆角边缘
104.32
‑
第一模具部分
105.33
‑
分割线
106.34
‑
第二模具部分
107.36
‑
刚性唇缘
108.340
‑
进料注入管线
109.350
‑
输入端口
110.360
‑
分割线
111.440
‑
进料注入管线
112.540
‑
进料注入管线