CN108080569A - 一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,属于浇注加工领域。本发明包括以下步骤:步骤一、熔炼钢液,钢液中包括以下质量比的组分,C:0.25‑0.3%,Si:0.2‑0.5%,Mn:0.5‑0.9%,Ni:0.4‑0.5%,Cu:0.3‑0.4%;步骤二、制作泡沫模样和浇注系统,并将其在砂箱中振动紧实;步骤三、将熔炼好的钢液浇注使砂箱内泡沫模样消失并形成铸件;步骤四、铸件冷却后,取出铸件并做后续清理。本发明克服现有技术中车辆前从板座加工劳动强度高、加工效率低等不足,可以有效降低加工劳动强度,提高加工效率,并能避免前从板座结构变形,保障加工精度,有效提高产品加工合格率。

Description

一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法
技术领域
[0001] 本发明涉及浇注加工技术领域,更具体地说,涉及一种车辆前从板座的消失模铸 造加工方法。
背景技术
[0002] 前从板座是车辆缓冲装置的一种零件,是车辆运行牵引和制动缓冲的重要受力零 件,其加工精度对其使用性能影响重大。目前对前从板座的加工普遍采用机械加工方式,但 机械加工存在加工精度较低、加工劳动强度高、加工效率低等不足,而使用普通的消失模铸 造工艺进行加工又难以满足前从板座的结构要求,使得其容易产生结构变形,加工合格率 较低。如何有效提高前从板座的生产合格率,并保障其加工质量是行业内急需解决的难题。 [0003]经检索,中国专利申请号:2016111753278,申请日:2016年12月19日,发明创造名 称为:消失模铸造工艺,该申请案公开了一种消失模铸造工艺,包括以下步骤:1、在成形机 中采用金属发泡模具生产泡沫模样或浇注系统;2、将模样和浇道粘接成模束模组;3、使用 涂料机对模束模组进行浸挂水基涂料;4、将模束模组放入砂箱,填入干砂;5、对砂粒和模束 模组进行烘干,烘干温度为20-400°C,烘干时间为18-24小时;6、振实台震动造型使干砂充 填到砂箱内腔并紧实,用塑料膜密封砂箱放置浇口杯;7、浇注使砂箱内泡沫模样气化消失 形成铸件,浇注时真空抽气;8、铸件冷却后,取出进行落砂和切除铸件浇冒口清理。
[0004] 又如中国专利申请号:2015108014098,申请日:2015年11月19日,发明创造名称 为:消失模铸造方法和铸造产品,该申请案公开了一种消失模铸造方法和铸造产品,该方法 包括:将涂料并烘干后的消失模白模放入砂箱;在砂箱内填入干砂以完成造型;对砂箱抽真 空并进行饶注;其中,消失模白模的易变形部位设置有用于防止该易变形部位发生变形的 支撑件。利用支撑件支撑易变形部位,能够防止在涂料、组模和造型过程中消失模白模的变 形,从而在铸造完成后能够获得所需形状的铸件。
[0005]以上申请案均对普通的消失模铸造工艺有所优化,但其仍无法直接应用于车辆前 从板座的铸造加工,无法满足前从板座对于加工精度和形状结构的要求,仍有进一步优化 的空间。
发明内容
[0006] 1.发明要解决的技术问题
[0007]本发明的目的在于克服现有技术中车辆前从板座加工劳动强度高、加工效率低等 不足,提供了 一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,与传统的机械加工相比,可以有效 降低加工劳动强度,提高加工效率,并能避免前从板座结构变形,保障加工精度,有效提高 产品加工合格率。
[0008] 2.技术方案
[0009]为达到上述目的,本发明提供的技术方案为:
[0010]本发明的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,包括以下步骤:
[0011] 步骤一、熔炼钢液,钢液中包括以下质量比的组分,C: 0.25-0.3 %,Si: 0.2-0.5 %, Mn:0.5-0.9% ,Ni:0.4-0.5% ,Cu:0.3-0.4% ;
[0012] 步骤二、制作泡沫模样和浇注系统,并将其在砂箱中振动紧实;
[0013] 步骤三、将熔炼好的钢液浇注使砂箱内泡沫模样消失并形成铸件;
[0014] 步骤四、铸件冷却后,取出铸件并做后续清理。
[0015] 更进一步地,制作泡沬模样的泡沫比重为10-22g/cm3。
[0016] 更进一步地,钢液出炉时在钢液中添加脱氧剂。
[0017] 更进一步地,钢液出炉时在钢液中添加纯度为98-99%的铝作为脱氧剂。
[0018] 更进一步地,铝的添加量为钢液质量的1.8-2.2%。
[0019] 更进一步地,钢液出炉后在25min以内浇注结束。
[0020] 更进一步地,钢液出炉后在10-15min内完成浇注。
[0021] 更进一步地,钢液浇注温度为1620-1680°C。
[0022] 3.有益效果
[0023]采用本发明提供的技术方案,与现有技术相比,具有如下显著效果:
[0024] (1)本发明的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,通过对钢液成分和各工 序的严密配合,只采用铸造工序即可将前从板座加工完成,无需另外机械加工,操作简单, 劳动强度小,生产成本降低,且铸件满足前从板座的加工尺寸和表面质量等各项要求,生产 合格率较高,适宜推广应用。
[0025] (2)本发明的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,制作泡沫模样的泡沫比 重为10-22g/cm3,对钢液有稳定的增碳效果,且变形较小,有助于控制铸件的收缩比和表面 质量,保障前从板件的浇注质量。
[0026] (3)本发明的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,在钢液出炉时向钢液中 添加铝作为脱氧剂,并控制钢液在25min之内浇注结束,将脱氧剂的添加时机与钢液的浇注 时间相配合,铝丝熔化后由于比重较轻,在倾倒钢水的浇注距离中将慢慢上浮带走气泡,并 通过浇注时间的控制,避免空气重新进入钢液内,避免铸件表面形成氧化层、气孔等缺陷, 保障浇注质量。
[0027] (4)本发明的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,直浇道顶部的浇口杯为 非轴对称形结构,其周向的侧壁包括一侧的锥形壁和另一侧的弧形壁,弧形壁的截面轮廓 线则为向外凸出的弧线,通过设置弧形壁使钢液形成旋转循环流动,避免直接冲刷产生杂 质,钢液在旋转过程中可以释放排出气体,避免钢液反向喷溅并减少气体夹杂,而且可以加 快钢液浇注流动速度,充分保障了钢液浇注质量,减少铸件出现夹渣、气孔等缺陷,铸件加 工质量和合格率有明显提升。
[0028] (5)本发明的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,直浇道底部还设有陶瓷 材质的滤网,可以有效滤除钢液中的氧化渣和杂质等,减少杂质进入模样的概率,防止有杂 质残渣等进入铸件中造成缺陷,与非对称形的浇口杯相配合,对钢液的初浇过程和后流动 过程都进行有效控制,全面保障钢液的洁净,提高浇注质量。
[0029] (6)本发明的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,滤网设置于上连接段和 下连接段之间,上连接段的渐扩式设计能有效增大滤网的过滤面积,并通过过滤孔的合理 设计,既保障钢液的充分高效过滤,又防止过滤堵塞,下连接段的渐缩式设计则有助于进一 步提高钢液流动速度,保障浇注质量。
附图说明
[0030] 图1为现有技术中前从板座的结构示意图;
[0031] 图2为现有技术中前从板座的俯视结构示意图;
[0032] 图3为现有技术中前从板座的侧视结构示意图;
[0033]图4为本发明中浇口杯的结构示意图;
[0034]图5为本发明中直浇道的结构示意图;
[0035]图6为本发明的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法的流程示意图。
[0036] 示意图中的标号说明:
[0037] 101、底座;102、背板;103、立板;104、固定孔;105、安装孔;
[0038] 200、浇口杯;201、锥形壁;202、弧形壁;203、结合段;
[0039] 300、直浇道;301、上连接段;302、滤网;303、下连接段。
具体实施方式
[0040]为进一步了解本发明的内容,结合附图对本发明作详细描述。
[0041]在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、 “水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了 便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、 “第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0042]下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
[0043]实施例1
[0044]如图1-图3所示为现有技术中一种车辆前从板座的结构示意图,该前从板座包括 底座101,底座101的一侧设有背板102,底座101上还均匀间隔设有四块立板103与背板102 相连,且背板102的两侧对称开设有固定孔104,底座101上在相邻两块立板103之间开设有 呈条形分布的多个安装孔105,且多个安装孔105均匀间隔排列。实践中对于安装孔105和固 定孔104的加工精度要求较高,尤其是多个紧密排列的安装孔105,尺寸加工公差要求在土 0.5mm之间,且对于孔壁表面质量要求极高,普通的消失模铸造技术难以准确控制铸件收缩 比,无法保障铸件上多个安装孔105之间的尺寸精度,经常出现安装孔105变形问题,且孔壁 容易出现各种铸造缺陷,加工合格率极低。
[0045]为了尽量提高生产合格率,行业内一般采用机械加工或铸造加工与机械加工相结 合的方式生产该前从板座,其中铸造与机械加工相结合的方式应用更为广泛,即先采用常 规的消失模铸造工艺加工出由底座101、背板102和立板103组成的前从板座本体结构,然后 再采用机械加工方式,用铰刀加工出固定孔104和安装孔105,采用高精度机床可以保障孔 的加工精度,并避免变形和铸造缺陷问题,在一定程度上提高了产品合格率,但这种加工方 式需要两种完全不同的加工方式相结合,工序的转换费时费力,机械加工孔位时,还需要不 断地对刀找正,刀具磨损后需要重新拆卸安装定位等,操作繁琐费时,劳动强度较大,且高 精度机床设备加工成本较高,影响企业生产效益,因此如何能够全部采用更为简便低成本 的消失模铸造工艺,使其满足前从板座的高规格质量要求成为行业内研究的热点。本实施 例的消失模铸造加工方法正是针对这一问题而研发的。
[0046]本实施例的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,如图6所示,包括以下步 骤:
[0047] 步骤一、熔炼钢液,具体可采用B级钢进行熔炼,钢液中包括以下质量比的组分,C: 0.25%,Si:0.2%,Mn:0.9%,Ni:0.5%,Cu:0.3%;以及不可避免的微量杂质;
[0048]步骤二、制作泡沫模样和浇注系统,并将其在砂箱中振动紧实;其中步骤一和步骤 二无明显先后顺序;泡沫模样根据前从板座的结构进行制作,与前从板座结构一致(包括固 定孔104和安装孔105),可在成型机中采用发泡模具进行制作,浇注系统包括依次相连的直 浇道300、横浇道和分浇道,将泡沫模样和浇注系统粘结成模组,分浇道与泡沫模样相连,使 用涂料机对模组进行浸挂水基涂料,然后将模组放入砂箱,填入干砂,对砂粒和模组进行烘 干,烘干后振动造型使干砂充填到砂箱内腔并紧实,用塑料膜密封砂箱并放置浇口杯200, 浇口杯200与直浇道300顶部相连;泡沫模样上还设有补缩用冒口,泡沫模样与浇注系统、冒 口的制作粘结等均属于常规技术,在此不再详述;
[0049]步骤三、将熔炼好的钢液浇注使砂箱内泡沫模样消失并形成铸件,浇注时并采用 真空抽气;
[0050]步骤四、铸件冷却后,取出铸件进行落砂,并切除铸件冒口并做后续清理。
[0051]本实施例通过对各工序的工艺控制来保障对前从板座的加工精度,其中对钢液的 成分控制尤其重要,直接影响着铸件的收缩比和铸件的成型质量,C、Mn比例越高收缩比越 大,铸件变形越难以控制,且C的含量还影响着气孔的形成与否,C的含量过低时空气中C成 分容易进入钢液,而空气的进入又容易导致铸件中形成氧化层及夹杂气泡等形成缺陷。本 实施例通过对钢液成分的精确控制,结合各步骤的相互配合来保障整体工艺的可控性。首 先,制作泡沫模样的泡沫比重为10-22g/cm3,具体本实施例中为l〇g/cm3,泡沫的比重不仅影 响浇注表面质量,更影响着铸件收缩比,经长期实践总结和理论探索发现,超出该比重的泡 沫,过轻则发粒度较大,容易变形且表面粗糙度较大,成型铸件精度难以控制且表面质量 差;过重则发粒度较小,但泡沫增碳高,增碳效果不稳定,导致钢液中碳成分含量波动,铸件 收缩比不稳定难以控制,具体地,钢液浇注时泡沫模样被高温熔化燃烧产生C02,对钢液产 生增碳效果,本实施例采用的泡沫制作模样,在浇注过程中经熔化燃烧可以使钢液中碳含 量稳定增加〇_〇3_0.04%,本实施例在熔炼钢液时即考虑到泡沫模样的后续增碳效果,对初 始碳含量控制在0 • 25_0 • 3 %之间,经过后续少量增碳后铸件仍保持较好的收缩比。
[0052]需要说明的是,本实施例在钢液出炉时向钢液中添加脱氧剂,具体采用纯度(含铝 量)为98_99%的铝作为脱氧剂,可采用生产中常见的废铝丝或铝粒,且铝的添加量为钢液 质量的2 • 2 %。通过添加铝丝铝粒实现对钢液的有效脱氧,防止铸件中夹杂氧化层、气泡等 各种缺陷。本实施例脱氧剂的添加时机与钢液的浇注时间是相配合的,钢液出炉后控制在 25min之内浇注结束,浇注温度为1620°C。本实施例在钢液出炉时才添加铝丝铝粒,并在添 加脱氧剂后快速完成整个浇注过程,2-5min内铝丝即可熔化,且由于铝比重较轻,在倾倒钢 水的浇注距离中将慢慢上浮带走气泡,保障铸件的浇注质量;而浇注时间一旦超出控制,在 浇注距离内脱氧剂上浮结束,则空气会重新进入钢液中,在最终铸件表面形成氧化层、气孔 等缺陷。本实施例通过长期实践摸索,采用出炉时添加铝脱氧剂、同时控制浇注时间的方式 有效避免了以上问题,减少了铸件缺陷,提高了浇注质量,对于保障前从板座的加工精度提 供支持。
[0053] 本实施例的铸造加工方法通过对钢液成分和各工序的严密配合,只采用铸造工序 即可将前从板座加工完成,无需另外机械加工,操作简单,劳动强度小,生产成本降低,且铸 件满足前从板座的加工尺寸和表面质量等各项要求,生产合格率较高,且生产出的铸件经 检测,其抗拉强度彡485MPa,屈服点彡260MPa,延伸率彡24%,断面收缩率彡36%,冲击吸收 >20J(-7°C环境下),综合性能优良,满足使用需求。
[0054] 实施例2
[0055] 本实施例的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,基本同实施例1,进一步 地,本实施例中对浇注系统的设计同样不容忽视,如图4所示,本实施例中浇注系统包括依 次相连的直浇道300、横浇道和分浇道,分浇道与泡沫模样相连,直浇道300顶部则设有开口 大小向下渐缩的浇口杯200,其中浇口杯200为非轴对称形结构。浇注时钢液从浇口杯200中 浇入,依次经直浇道300、横浇道和分浇道进入泡沫模样中,行业内通常采用具有较好导流 作用的锥形或漏斗形浇口杯200,但实践应用中钢液仍容易出现杂质、氧化等问题,铸件中 仍会形成夹渣气孔等铸造缺陷,普通的锥形浇口杯200已经难以满足铸件的高规格要求。 [0056]本实施例的浇口杯200采用非轴对称结构,浇口杯200的周向的侧壁包括一侧的锥 形壁201,和另一侧与锥形壁201光滑过渡连接的弧形壁202,锥形壁201的截面轮廓线为倾 斜的直线,弧形壁202的截面轮廓线则为向外凸出的弧线,即弧形壁202的切线与水平面之 间的夹角由下向上是逐渐增大的,其中弧形壁202的截面轮廓线底部处的切线与水平面之 间夹角a为10°_20°,具体在本实施例中a为1〇°。浇口杯2〇〇的底部为与直浇道3〇〇相连的结 合段203,相对应地,结合段203也为非轴对称结构,结合段2〇3的周向侧壁包括一侧的锥形 侧壁,和另一侧与该锥形侧壁光滑过渡连接的圆柱形侧壁,其锥形侧壁的截面轮廓线为与 锥形壁201截面轮廓线平行且相连的倾斜直线,结合段2〇3的另一侧(即圆柱形侧壁)截面轮 廓线为竖直延伸的直线。
[0057]本实施例采用陶瓷材质的浇口杯200,浇口杯200的顶部开口直径为直浇道300内 径D的至少三倍,本实施例中具体为三倍;其中弧形壁202的开口大小远大于锥形壁201的开 口大小,弧形壁202的截面轮廓线顶部与底部之间的横向距离D1不小于直浇道300内径D的 1 • 5倍,具体在本实施例中为1 • 5倍。本实施例突破性地采用了非对称型浇口杯200,其一侧 保持传统的导流锥形结构,另一侧呈现出容纳性更好、坡度更大的弧状结构,且通过对夹角 a的精妙控制,使得在结合段203上方形成左右明显不对称的开口形状,钢液进入时一部分 经锥形壁201导流,更多的则是经弧形壁202内壁的阻挡,随着钢液流向在其内部形成旋转 循环,并与经锥形壁201导流的钢液形成内部旋流混合,一方面避免高温钢液直接冲击饶口 杯200形成杂质混入钢水中,同时避免钢液直接快速下流时产生大量气体造成铸件缺陷,且 大量气体难以溢出容易造成钢液反向喷出,形成钢液喷派。本实施例通过设置弧形壁2〇2使 钢液形成旋转循环流动,避免直接冲刷产生杂质,钢液在旋转过程中可以释放排出气体,避 免钢液反向喷溉并减少气体夹杂,而且可以加快钢液浇注流动速度,充分保障了钢液浇注 质量,减少铸件出现夹渣、气孔等缺陷,铸件加工质量和合格率有明显提升。
[0058] 实施例3
[0059]本实施例的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,基本同实施例2,进一步 地,本实施例中直浇道300底部还设有陶瓷材质的滤网302,如图5所示,具体地,直浇道300 底部设有开口大小由上向下渐扩的上连接段301,上连接段301下方设有开口大小由上向下 渐缩的下连接段303,滤网302设置于上连接段301和下连接段303之间。滤网302的直径为直 浇道300内径的至少两倍(具体在本实施例中为两倍),滤网302上均匀开设有过滤孔,过滤 孔的直径为2-4mm,过滤孔之间间距(相邻两个过滤孔的孔壁之间间距)为5-6mm。
[0060] 本实施例采用陶瓷滤网302,有效滤除钢液中的氧化渣和杂质等,减少杂质进入模 样的概率,防止有杂质残渣等进入铸件中造成缺陷,与非对称形的浇口杯200相配合,对钢 液的初浇过程和后流动过程都进行有效控制,全面保障钢液的洁净,提高浇注质量;且陶瓷 滤网302具有很好的高温工作强度、抗热震性能和抗金属液流冲击的能力,具有极高的机械 强度和抗机械冲击能力,使充型平缓可靠,上连接段301的渐扩式设计能有效增大滤网302 的过滤面积,并通过过滤孔的合理设计,既保障钢液的充分高效过滤,又防止过滤堵塞,下 连接段303的渐缩式设计则有助于进一步提高钢液流动速度,保障浇注质量。
[0061] 实施例4
[0062]本实施例的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,基本同实施例1,所不同的 是,本实施例步骤一中,钢液中包括以下质量比的组分,C:0.3%,Si:0.5%,Mn:0.5%,Ni: 〇.4%,Cu:0.4%;以及不可避免的微量杂质;步骤二中制作模样的泡沫比重为22g/cm3;步 骤三中钢液出炉时铝的添加量为钢液质量的2.0%,且钢液出炉后在10-15min内完成浇注, 钢液浇注温度为1680 °C。
[0063] 实施例5
[0064] 本实施例的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,基本同实施例1,所不同的 是,本实施例步骤一中,钢液中包括以下质量比的组分,C:0.28%,Si:0.3%,Mn:0.6%,Ni: 0.45%,〇1:0.45%;以及不可避免的微量杂质;步骤二中制作模样的泡沫比重为2(^/〇113; 步骤三中钢液出炉时铝的添加量为钢液质量的1.8%,且钢液出炉后在15min内完成浇注, 钢液浇注温度为1650°C。
[0065] 实施例6
[0066]本实施例的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,基本同实施例3,所不同的 是,本实施例中弧形壁202的截面轮廓线底部处的切线与水平面之间夹角a为20°;浇口杯 200的顶部开口直径为直浇道300内径D的4倍,其中弧形壁202的开口大小远大于锥形壁201 的开口大小,弧形壁202的截面轮廓线顶部与底部之间的横向距离D1为直浇道300内径D的 2 • 5倍;滤网302的直径为直浇道300内径D的2.5倍。
[0067] 实施例7
[0068]本实施例的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,基本同实施例3,所不同的 是,本实施例中弧形壁202的截面轮廓线底部处的切线与水平面之间夹角a为15°;浇口杯 200的顶部开口直径为直浇道300内径D的4.5倍,其中弧形壁202的开口大小远大于锥形壁 201的开口大小,弧形壁202的截面轮廓线顶部与底部之间的横向距离D1为直浇道300内径D 的3倍;滤网302的直径为直浇道300内径D的3倍。
[0069]以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述,该描述没有限制性,附图中所 示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。所以,如果本领域的普通技 术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案 相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

  1. U—种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤一、熔炼钢液,钢液中包括以下质量比的组分,C: 0.25-0.3 %,Si : 0.2-0.5 %,Mn: 0.5-0.9%,Ni :0.4-0.5%, Cu: 0.3-0.4%; 步骤二、制作泡沫模样和浇注系统,并将其在砂箱中振动紧实; 步骤三、将熔炼好的钢液浇注使砂箱内泡沫模样消失并形成铸件; 步骤四、铸件冷却后,取出铸件并做后续清理。
  2. 2. 根据权利要求1所述的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,其特征在于:制作 泡沫模样的泡沫比重为10-22g/cm3。
  3. 3. 根据权利要求1所述的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,其特征在于:钢液 出炉时在钢液中添加脱氧剂。
  4. 4. 根据权利要求3所述的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,其特征在于:钢液 出炉时在钢液中添加纯度为98-99 %的铝作为脱氧剂。
  5. 5. 根据权利要求4所述的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,其特征在于:铝的 添加量为钢液质量的1.8-2.2%。
  6. 6. 根据权利要求4所述的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,其特征在于:钢液 出炉后在25m in以内饶注结束。
  7. 7. 根据权利要求6所述的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,其特征在于:钢液 出炉后在10-15min内完成浇注。
  8. 8. 根据权利要求1-7任一项所述的一种车辆前从板座的消失模铸造加工方法,其特征 在于:钢液浇注温度为1620_1680°C。
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