毕业设计基于ProE的相机外壳模具设计.docx

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毕业设计基于ProE的相机外壳模具设计

基于Pro/E的相机外壳模具设计

作者姓名

专业材料成型及控制工程

指导教师姓名

专业技术职务

摘要

本课题主要是针对相机外壳，利用Pro/E软件及其注塑模设计专家系统设计一套注塑模具。

本课题介绍了模具国内外发展现状，而且从相机外壳模具情况出发，进行塑件成型工艺分析，模具的成型零部件、浇注系统、温度调节系统、合模导向结构、脱模结构等设计，并进行了模架的选择、注塑机的选择、模具开模仿真。

使用Pro/NGINEER软件进行模具设计可大大缩短设计和制造周期，提高产品设计准确性，降低设计成本。

关键词：

Pro／E软件注射模设计浇注系统

ABSTRACT

Thistopicmainlyaimedattheplasticmolddesignofcameracase.ByusingPro/Esoftwareandexpertmoldbaseextension,theplasticmoldwasdesigned.Thistopicintroducedthepresentresearchconditionofinjectionmoldhomeandabroad,andcamefromtheconditionofthemoldembarksofcameracase,thetechnologycapabilityofproduct,shapedmoldsparts,thepourssystem,adoptingtemperature-adjustedsystem,Tobeorientedstructure,theagainstsystem,andthechooseofmoldbases,thechooseofinjectionmachinesweredesigned.ByusingPro／Esoftwareinplasticmolddesign，thecyclesofdesignwasgreatlyshortened，theproductdesignprecisewasimproved，andthedesigncostswaslower.

Keywords：

Pro/Esoftware;designofinjectionmold;thepourssystem

第一章绪论

1.1国内外模具发展现状

模具工业在世界各国经济发展中具有重要的地位。

模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一[1]。

下面对国内外模具发展现状进行简单介绍。

1.1.1国内发展现状

1、市场规模发展

　　从工业产品生产行业看，模具是现代工业，特别是汽车、摩托车、航空、仪表、仪器、攻关器械、电子通讯、兵器、家用电器、五金工具、日用品等工业必不可少的工艺装备。

据资料统计，利用模具制造的零件数量，在飞机、汽车、摩托车、拖拉机、电机、电器、仪器仪表等机电产品中占80%以上；在电脑、电视机、摄像机、照相机、录像机等电子产品中占85%以上；在电冰箱、洗衣机、空调、电风扇、自行车、手表等轻工业产品中占90%以上；兵器产品中占95%以上[2]。

　　从起步到现在，我国模具工业经历了半个多世纪的发展，已有了较大的提高，与国外的差距正在进一步缩小。

纵观我国的模具工业，既存在着高速迅猛发展的良好势头，又存在着精度低、结构欠合理、寿命短等一系列不足，无法满足整个工业迅速发展的迫切要求。

　　我国模具行业的生产企业和职工总数在世界上的排名已跃居第一，生产销量排名世界第三。

目前，我国模具生产厂点约有3万多家，从业人数80多万人。

2005年模具销售额达610亿元，同比增长25％；模具出口7.4亿美元，比2004年的4.9亿美元增长约50％，均居世界前列。

　　在我国，广东、上海、浙江、江苏、安徽是主要生产中心。

广东占我国模具总产量的四成，在专业人才聚集、技术水平、模具生产设备和QC、QA上要领先于国内其它省份。

2、成型工艺现状

　　除了液态模锻、粉末锻造成形工艺以外，还有多材质塑料成型模、高效多色注塑模、镶件互换结构和各种抽芯脱模机构的创新设计取得了较大进展；在陶瓷模具成形表面施以桂胶工艺，解决了模具的粘粉问题，同时采用磁吸技术，使其具有自动调整间隙的功能，保证陶瓷砖面平整，简化了模具结构。

在冲压成形加工中，多功能复合模具逐渐增加。

一副多功能复合模具除了冲压成形零件外，还担负着叠压、攻系、铆接和锁紧等组装任务，这种多功能复合生产出来的不再是单个零件，而是成批的组装件，可大大缩短产品的生产及装配周期，显著地提高生产率。

3、注塑模具行业发展

　　模具被称为工业产品之母,所有工业产品莫不依赖模具才得以规模生产、快速扩张,被欧美等发达国家誉为“磁力工业”。

由于模具对社会生产和国民经济的巨大推动作用和自身的高附加值,世界模具市场发展较快。

　　塑料模具工业近20年来发展十分迅速，早在几年前塑料的年产量按体积计算已经超过钢铁和有色金属年产量的总和，塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。

塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料模具市场中塑料成形模具产量中约半数是注塑模具，在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。

　　2006年，注塑模具比例进一步上升，热流道模具和气辅模具水平进一步提高，注塑模具在量和质方面都有较快的发展，我国最大的注塑模具单套重量已超过50吨，最精密的注塑模具精度已达到2微米。

在CAD/CAM技术得到普及的同时，CAE技术应用越来越广，CAD/CAM/CAE一体化得到发展，模具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现，专利数量增多[3]。

1.1.2国外发展现状

随着全球经济的发展，新的技术革命不断取得新的进展和突破，技术的飞跃发展已经成为动世界经济增长的重要因素。

市场经济的不断发展，促使工业产品越来越向多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展，为了保持和加强产品在市场上的竞争力，产品的开发周期、生产周期越来越短，于是对制造各种产品的关键工艺装备—模具的要求越来越苛刻。

一方面企业为追求规模效益，使得模具向着高速、精密、长寿命方向发展；另一方面企业为了满足多品种、小批量、产品更新换代快、赢得市场的需要，要求模具向着制造周期短、成本低的快速经济的方向发展。

计算机、激光、电子、新材料、新技术的发展，使得快速经济制模技术如虎添翼，应用范围不断扩大，类型不断增多，创造的经济效益和社会效益越来越显著。

塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。

塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料模具市场中塑料成形模具产量中约半数是注塑模具。

1、模具材料和标准件

国际上，汽车模具已进入专业化、标准化阶段，汽车模具基本是由专业的模具制造商提供，模具商品化率在70％以上，还有许多专门生产模具标准件的企业，汽车模具标准件多达几百种。

国外模具的标准化率可达85％（如德国、日本），中小模具的局部结构标准化程度高（如日本的手机模具）。

德国的保险杠模具，模架是标准的，热流道是标准的，和国内相比，周期快，成本降低30％[4]。

2、加工设备、模具制造工艺和测量技术

德国、日本模具企业的加工设备先进，基本都是数控、高速切削、单向走丝线切割或4轴～5轴联动的高速加工机床，能实现模具型面的镜面加工。

外相比德国、日本汽车模具的制造工艺已标准化，制品精度高、制造周期短。

精密模具零件的加工均采用在线测量，这方面国内至少差15～20年。

德国的精密品牌产品，除了加工过程中的在线检测外，手机类、剃须刀类的产品，全部通过可靠性测试、耐候性测试、寿命测试、剃刀表面和间隙的微观显微放大测试、主要零件外形和装配后外形的激光3D测试等。

这些重要数据为产品的更新换代提供了非常重要的依据。

3、模具的精度、寿命和模具制造周期

国外的汽车企业都在实施“2mm”工程，在国内，单一零件还能够做到，几百个零件装配到一起就没有保证了。

零件精度低造成修配量大，整模故障率高、稳定性差。

日本的汽车模具精度可达0.02mm，塑料模分模面的精度控制在0．01德国的模具制造周期在2周～20天，备料4～5天，试模2～3天。

日、韩的模具周期要求2周，原因是他们有专门的模具配件城，滑块、顶杆、浇口套组件等均可以买到，型腔件加工好装上就行了。

国外对发出去的模具进行可靠性、稳定性跟踪。

国内是模具出了问题，再派人去。

4、新工艺、新材料研究和创新能力

塑料加工新工艺的研究，日本、德国、美国、意大利等发达国家处于领先地位，模内贴膜、回转成形、双料双色／三色注射、啤酒瓶周转箱注射装配集成化自动生产线、奶制品／快餐面盒的注射一模内贴膜自动生产流水线、一模200腔的瓶盖叠式一回转成型的自动化注射生产线等，在多年前就已用于批量生产。

全塑型轿车／赛车的塑料和整车零部件成型工艺从1995年起一直在孜孜不倦地研发。

战斗机上的高强、高韧、耐高温、质量轻的新材料、新工艺，美国、德国在80年代初期已应用于某些机型，1985年后，某些碳纤维塑料制品已应用于民用客机。

超薄型手机PC导光板的材料、注射工艺与设备的研制，日本处于领先地位。

木塑环保复合材料注射专机和注塑工艺／制品的研究欧洲处于领先地位。

多层、多功能复合薄膜挤出专机、薄膜厚度控制、薄膜层数控制及各种功能薄膜的材料研究，美国处于世界前沿。

一个国家的创新、研发能力体现了国家的综合基础实力。

国外企业对新产品开发很重视，模具厂经常会与材料厂商、产品厂共同开发新产品和模具；注射机厂会与材料厂商共同研发新机型；名牌塑料供应商会与名牌汽车公司联合研制以塑代钢的新塑料和新产品（如BAYER与宝马合作开发全塑赛车、GE与克莱斯勒共同开发全塑轿车）。

这种强强合作，使企业具有很强的研发能力。

1.2研究内容、研究目的及意义

1.2.1研究内容

随着CAD／CAM／CAE技术的快速发展及市场对模具集成需求的日益增加，在模具企业推广普及相关的CAD、CAE、CAM知识、提高其生产能力和市场竞争力是我国模具行业发展的必由之路。

应用Pro／E机械自动化软件建立模具模型为模具制造提供必备的图纸、为后序的CAE、CAM提供基础数据支持，是模具设计制造集成化的前提。

本文利用Pro／E软件完成了相机外壳的模具设计，在对注塑件进行机构工艺性分析的基础上，完成了注塑模具的部件结构设计和总装设计。

1.2.2研究目的及意义

目的：

以相机外壳这一现实产品，设计一副能够生产所给塑料、满足产品表面质量和制造精度要求的塑料模具。

通过此次模具设计过程，让同学们了解如何进行模具设计，模具设计的总体思路要有一定的掌握，而且如何进行塑料成型工艺设计、运用设计软件设计塑料模具等方面有综合性的掌握，为以后从事模具设计工作做好准备。

意义：

模具工业是国民经济的基础产业,是“百业之母”,是永不衰亡的行业,模具工业的发展水平标志着一个国家工业水平及产品开发能力[5]。

我国模具工业解放后从无到有,在经历了半个多世纪的发展,已有了较大的提高,发展速度十分迅速,目前已初具规模。

近年来,对模具技术的探索和研究取得了可喜的成绩。

我国模具设计与制造技术的发展经历了手工作坊制造阶段、工业化生产阶段和现代化生产阶段。

。

随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的广泛应用，产品对模具的要求越来越高。

计算机辅助仿真已成为塑料产品开发、模具设计中的关键技术[6]。

应用计算机仿真技术，对注塑成型模具进行计算机辅助设计，并对模具设计的各个环节进行定量计算和数值分析；对整个注射过程进行工艺仿真分析，预测产品可能出现的缺陷，对于存在的问题在产品设计阶段予以解决[7-10]。

这种方法与传统的模具设计相比，在优化注射工艺、降低试模成本、提高产品的品质、节约原材料等方面具有重要意义。

伴随着计算机技术的快速发展,数字化、信息化模具CAD/CAE/CAM技术和数控加工机床已普遍采用,模具产业正处于高速发展阶段[11]。

虽然我国模具技术水平正在逐步提高,但与工业较为先进的国家相比,仍存在较大的差距,纵观我国的模具工业,既有高速发展的良好势头,又存在模具品种少、精度低、结构欠合理、寿命短等一系列的不足,无法满足整个工业迅速发展的迫切要求。

模具生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志,因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力[12]。

随着塑料制品在机械、电子、农业等领域的广泛应用，我们对塑料模具的需求也随之增加。

模具的设计技术在我国制造业中占据着重要的地位。

从事塑料模具的设计开发具有十分重要的现实意义。

第二章相机外壳的结构特征和成型工艺分析

2.1塑件结构分析

相机外壳的三维模型如图2-1所示。

图2-1相机外壳的三维模型

相机外壳采用材料为ABS，该材料相对密度为1.05左右，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、耐磨性优良、尺寸稳定耐磨性、耐寒性、耐水性、耐化学性和电气性能良好，综合性能好，成型工艺好。

外壳上表面和侧面有孔，但是不需要侧抽芯，模具结构简单。

2.2塑件的注塑成型工艺性分析

在Pro/EWidfire3.0中打开塑件的三维模型，进行外壳的注射成型工艺性分析。

2.2.1模型的质量属性

外壳的材料为ABS，其密度在1.04-1.065g/cm3之间，因此选取密度为1.05g/cm3[13]，在Pro/EWidfire3.0软件中对其分析如图2-3所示，得出外壳的的体积为9.89cm3曲面面积为223.44cm2,质量为10.38g。

2.2.2厚度分析

塑料制品的壁厚对塑件成型质量的影响很大，壁厚过小成型时流动阻力大，制品难以充满型腔，塑料制品壁厚的最小尺寸应满足以下几方面的要求：

具有

足够的强度和刚度：

脱模时能经受脱模机构的冲击与振动：

装配时能承受紧固

力。

塑料制品规定有最小厚度值，热塑性塑件的最小壁厚计算公式为

Smin=0.3（h-2.1）

式中Smin-塑料的最小壁厚，mm

h-预计的塑料壁高，mm.

按照上述公式，前壳的最小壁厚为Smin=0.3×（20-2.1）=0.18mm。

前壳的壁厚S=1

mm，

满足最小厚度条件。

2.2.3拔模斜度分析

塑件在模塑成型过程中，塑料从熔融状态转变为固体状态，将会产生一定量的尺寸收缩，从而使塑件紧紧地包在模具型芯和型腔中凸起的部分上，为此必须考虑内外壁有足够的拔模斜度[14]。

使用Pro/EWidfire3.0软件进行拔模斜度分析结果如图2-4所示。

通过上述分析，可以得出外壳的结构设计较为合理，壁厚均匀，拔模斜度适当，选用的材料成型工艺性好，可能进行注射工艺操作。

图2-2塑件质量属性图2-3拔模斜度分析结果

2.2.4流动模拟分析

成型参数为模具温度65.5℃，注射温度253.06℃，注射最大压力180Mpa[15]。

塑件成型条件、塑料填充情况、冷却质量和缩痕分析结果如图2-4、图2-5、图2-6、图2-7所示。

图2-4成型条件分析图2-5塑料填充情况分析

图2-6冷却质量分析图2-7缩痕分析

第三章浇注系统设计

3.1浇注系统设计原则

浇注系统是指塑料熔体从注射机喷嘴射出之后到达型腔之前在模具内流经的通道。

其作用是将塑料熔体充满型腔，并将注射压力传递到模腔的各个部位，以获得组织致密、外形清晰、表面光洁和尺寸精确的塑件。

浇注系统设计好坏对塑件性能、外观和成型难易程度影响颇大[16]。

浇注系统可分为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类型。

本设计中采用普通流道的浇注系统。

3.1.1普通流道的组成及作用

普通流道的浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。

普通流道的浇注系统从总体来看，有如下作用：

1、将来自注射机喷嘴的塑料熔体均匀而平稳地输送到型腔，同时使型腔内的气体能及时顺利排出。

2、在塑料熔体填充及凝固的过程中，将注射压力有效地传递到型腔的各个部位，以获得形状完整、内外在质量优良的塑料制件。

3.1.2普通流道浇注系统设计

浇注系统设计是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响很大，而且还与塑件所用的塑料的利用率、成型生产效率等相关，因此，浇注系统设计是模具设计的重要环节。

对浇注系统进行总体设计时，一般应遵循如下基本原则：

1、了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动特性。

2、采用尽量短的流程，以减少热量与压力损失。

浇注系统作为充填型腔的流动通道，要求流经其内的塑料熔体热量损失及压力损失减小到最低程度，以保持较理想的流动状态及有效地传递最终压力。

为此，在保证塑件的成型质量，满足型腔良好的排气效果的前提下，应尽量缩短流程，同时还应控制好流道的表面粗糙度，并送减少流道的弯折等，这样就能够缩短填充时间，克服塑料熔体因热量损失和压力损失过大所引起的成型缺陷，从而缩短成型周期，提高成型质量，并可减少浇注系统的凝料量。

3、浇注系统设计应有利于良好的排气。

浇注系统能够顺利地引导塑料熔体充满型腔的各个角落，使型腔及浇注系统中的气体有序地排出，以保证填充过程中不产生紊流或涡流，也不会因气体积存而引起凹陷、气泡、烧焦等成型缺陷。

因此，设计浇注系统时，应注意与模具的排气方式相适应，使塑件获得良好的成型质量。

4、防止型芯变形和嵌件位移。

浇注系统的设计应尽量避免塑料熔体直冲细小型芯和嵌件，以防止熔体冲击力使细小型芯变形或使嵌件位移。

5、便于修整浇口以保证塑件外观质量。

6、浇注系统应结合型腔布置综合考虑浇注系统的分布形式与型腔的排布密切相关，应在设计时尽可能保证在同一时间内塑料熔体充满各型腔，并且使型腔及浇注系统在分型面上的投影面积总重心与注射机锁模机构的锁模力作用中心相重合，这对于缩模的可靠性及缩模机构受力的均匀性都是不利的。

7、尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量。

8、浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇口应有IT8以上的精度要求。

9、设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。

3.2流道及浇口设计

3.2.1主流道设计

主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。

主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料顺利拔出，主流道三维模型如图3-1所示。

主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。

由于主流道要与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，所以在注射中主流道部分常设计成可拆卸更换的浇口套[17]。

由于本设计采用一模一腔，因此不需要设计分流道。

图3-1主流道三维模型

3.2.2浇口设计

浇口也称进料口，是连接分流道与型腔的通道。

除直接浇口外，它是浇注系统中截面积最小的部分，它使塑料熔体的流速产生加速度，以得于迅速充满型腔，同时还起封闭型腔防止熔体倒流的作用，并在成型后使浇口凝料与塑件易于分离。

浇口的位置、形状及尺寸对塑件的性能和质量的影响很大[18]。

浇口的主要作用如下：

熔体充模后，首先在浇口处凝固，当注射机螺杆抽回时可防止熔体向流道回流；熔体在流经狭窄的浇口时会产生摩擦热，使熔体升温，有助于充模。

易于切除浇口尾料；对于多型腔模具，浇口能用来平衡进料。

浇口的位置选择原则：

尽量缩短流动距离，流道弯折少，流动毗合适；尽可能开设在塑件的厚壁外；尽量减少或避免熔接痕、增加熔合强度及避免熔接痕位于塑件的载荷集中处；应尽量有相于型腔中气体的排除；考虑熔体取向作用的影响与适时利用；产生喷射和蠕动；注意浇口的去除及其痕迹对塑件外观质量的影响；应有得于熔体在腔内的流动；应避免冲击使型芯或嵌件移位或变形[19]。

浇口的形式很多，常见的有侧浇口、点浇口、潜伏浇口等[20]，侧浇口常设在多型腔模具上。

其优点是进口可随意选择进料位置，浇口的深度及宽度在试模后根据需要可加深或加宽。

其缺点是在塑件一端侧壁处进料，流程中心浇口长一倍左右，料流末端面易产生深接痕，深型腔底部易生气孔，影响塑件质量。

潜伏浇口的进料口设在塑件内侧时，脱模时，推杆将流道与塑件分别推出的同时，推杆切断进料口，可实行注射机的全自动操作，但是，隧道斜也的加工较困难。

为了将斜的点浇口推出，必须是柔韧性好塑料，并且要严格掌握塑件在模内的冷却时间，在流道末凝固前及时推出潜伏浇口。

而点浇口的进料口设在弄腔底部，排气顺畅，成型好，点浇口拉断后，仅在塑件上留下很小痕迹，不影响塑件的外观质量。

[21]

由于相机外壳要求表面不允许有浇口痕迹和飞边，因此选用点浇口，如图3-2所示。

浇口位置选取在相机外壳外表面顶面中心位置，以保证型腔内塑料的流动最佳，以保证型腔内塑料的流动状况最佳，并获得恰当的充模效果和最大的制品强度。

浇口的尺寸可以查阅实用模具设计简明手册，l取0.5mm,l0取1.5mm,γ=60。

图3-2浇口的尺寸

第四章成型零部件设计

4.1分型面的设计

分开模具取出塑件的面称为分型面;注射模有一个分型面或多个分型面，分型面的位置，一般垂直于开模方向。

分型面的形状有平面和曲面等，但也有将分型面作倾斜的平面或弯折面，或曲面，这样的分型面虽加工难，但型腔制造和

制品脱模较易。

有合模对中锥面的分型面，分型面自然也是曲面。

本设计只有一分型面，分型面如图4-1所示。

图4-1分型面

4.1.1分型面设计原则

选择分型面时，应考虑的基本原则：

1、分型面应选在塑件外形最大轮廓处

当已经初步确定塑件的分型方向后分型面应选在塑件外形最大轮廓处，即通过该方向塑件的截面积最大，否则塑件无法从形腔中脱出。

2、确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模

从制件的顶出考虑分型面要尽可能地使制件留在动模边，当制件的壁相当厚但内孔较小时，则对型芯的包紧力很少常不能确切判断制件中留在型芯上还是在凹模内。

这时可将型芯和凹模的主要部分都设在动模边，利用顶管脱模，当制件的孔内有管件（无螺纹连接）的金属嵌中时，则不会对型芯产生包紧力。

3、保证制件的精度和外观要求

与分型面垂直方向的高度尺寸，若精度要求较高，或同轴度要求较高的外形或内孔，为保证其精度，应尽可能设置在同一半模具腔内。

因分型面不可避免地要在制件中留下溢料痕迹或接合缝的痕迹，故分型面最好不选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。

4、分型面应使模具分割成便于加工的部件，以减少机械加工的困难。

5、不妨碍制品脱模和抽芯。

在安排制件在型腔中的方位时，要尽量避免与开模运动相垂直方向的避侧凹或侧孔。

6、有利于浇注系统的合理处置。

7、尽可能与料流的末端重合，以利于排气。

在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。

4.1.2凹模和凸模设计

4.1.2.1凹模和凸模

凸模如图4-2所示，凹模如图4-3所示。

图4-2凸模图4-3凹模

4.1.2.2凹模和凸模结构设计

构成塑料模具模腔的零件统称成型零部件。

成型零件工作时，直接与塑料熔体接触，承受熔体料流的高压冲刷、脱模摩擦等。

因此，成型零件不仅要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，而且还要有合理的结构，较高强度、刚度及较好的耐磨性[22]。

成型零部件决定了几何形状和尺寸，通常包括：

凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。

凹模结构分为整体式凹模、整体嵌入式、组合式等结构，整体式凹模结构模具强度好、牢固、不易变形，不会使塑件产生拼接