CN110064784B - 一种阵列群孔电解加工装置及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阵列群孔电解加工装置及其加工方法，属于电解加工领域。本发明的一种阵列群孔电解加工装置，包括电解加工机床、电解液系统、工件夹具机构和阵列群孔阴极，通过对阵列群孔阴极进行群孔阴极管拆换结构的改进，方便了群孔阴极管的快速更换，通过对夹具体装夹工件的结构进行改进，在有效防止电解液缺液的情况下，能够及时更新电解液，并快速将电解产物冲刷带走，提高了电解群孔加工的效率和加工质量。另外，利用搅拌腔内的弹簧片受电解液冲击而引起的振荡实现电解液的搅拌，同时利用密集过滤层使搅拌后的电解液形成稳定地层流，达到电解液的均流效果，提高了电解液流场的稳定性，有效解决了群孔加工中阴极易短路的问题。

Description

一种阵列群孔电解加工装置及其加工方法
技术领域
本发明涉及一种电解加工装置及加工方法，更具体地说，涉及一种阵列群孔电解加工装置及其加工方法。
背景技术
电解加工是对作为阳极的金属工件在电解液中进行阳极溶解而去除材料，实现工件加工成形的工艺过程。电解加工具有加工范围广，加工效率高，加工表面质量好，工具无损耗，不存在机械切削力等优点，在枪炮、航空、航天等制造业中应用广泛。
阵列群孔结构普遍存在于航空发动机、汽车和机电系统零部件中，目前其制造方法通常有电火花加工或电解加工两种。电火花加工一般采用群电极加工方式，但群电极制造困难，且电火花加工存在电极损耗，加工成本较高。电解加工则具有生产效率高、制造成本相对较低等优势，但电解加工的加工精度控制一直是本领域的技术难度之一。对于许多精密零件，其上的群孔结构的精度和质量要求也越来越高，这无疑给加工制造技术带来了巨大挑战。群电极电解加工阵列孔的常用方法是，从群电极和金属工件的侧面向金属工件表面喷射电解液，群电极直接向下面的金属工件做进给运动，在金属工件表面形成阵列孔。如中国专利号ZL201510496384.5，授权公告日为2018年12月11日，发明创造名称为：群电极电解加工阵列孔的方法，该申请案涉及一种群电极电解加工阵列孔的方法，该方法包括：在金属工件表面与群电极的阵列相对应的位置形成用作供液通道的预制群孔；将群电极的阵列与金属工件表面的预制群孔进行对准固定；从金属工件的底部向上提供高压电解液，通过群电极向下面的金属工件做进给运动，在金属工具表面的预制群孔位置形成与群电极的阵列截面相同的阵列孔。采用上述专利申请案，通过从金属工件的底部向上提供高压电解液，在一定程度上解决了群电极电解加工过程中的加工产物难以排出及电解液更新困难的问题，但电解加工精度难以保证。在电解加工过程中，电解加工精度不仅与加工间隙的稳定性、电解液电导率有关，而且还与电解液的流动均匀性、电解液更新速度等因素有很大关系，在电解加工时，电解液流场和电场情况很复杂，如果电解液均流效果较差、电解液更新速度不及时，则极易出现群孔加工阴极短路、电解加工效率和加工质量低等问题，因此电解加工中电解液的均流稳定性和电解液更新速度对于电解加工精度具有非常重要的意义。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的一个目的在于克服现有阵列群孔电解加工装置和方法存在电解液更新不及时、电解产物淤积、以及阴极拆换麻烦的不足，提供一种阵列群孔电解加工装置及其加工方法，采用本发明的技术方案，通过对阵列群孔阴极进行群孔阴极管拆换结构的改进，方便了群孔阴极管的快速更换，操作简单方便；通过对夹具体装夹工件的结构进行改进，在有效防止电解液缺液的情况下，能够及时更新电解液，并快速将电解产物冲刷带走，提高了电解群孔加工的效率和加工质量；
本发明的另一个目的在于提高电解液在电解加工时的流畅均匀性，以防止加工中阴极短路，通过在阵列群孔阴极内设计搅拌腔，利用弹簧片受电解液冲击而引起的振荡实现电解液的搅拌，使得电解液在搅拌腔内搅拌均匀，同时利用密集过滤层使搅拌后的电解液形成稳定地层流，之后经缓冲腔进入群孔阴极管，达到电解液的均流效果，提高了电解液流场的稳定性，有效解决了群孔加工中阴极易短路的问题。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种阵列群孔电解加工装置，包括电解加工机床、电解液系统、工件夹具机构和阵列群孔阴极，所述的阵列群孔阴极安装于电解加工机床的主轴上，所述的工件夹具机构安装于电解加工机床的工作台上，所述的阵列群孔阴极与电解加工机床的脉冲电源负极相连，所述的工件夹具机构上的工件与电解加工机床的脉冲电源正极相连，所述的电解液系统与阵列群孔阴极相连接，所述的阵列群孔阴极具有阴极腔，该阴极腔上部与电解液系统相连接，下端可拆换地固定安装有阴极支座，所述的阴极支座上固定有若干连通阴极腔的群孔阴极管；所述的工件夹具机构包括夹具体，所述的夹具体上部设有一用于安装工件的凹坑，所述的凹坑的深度略大于工件的高度。
更进一步地，所述的电解液系统包括电解液池、粗过滤器、主泵、主阀、流量计和精过滤器，所述的粗过滤器、主泵、主阀、流量计和精过滤器通过管道依次连接，管道靠近粗过滤器的一端设于电解液池内，管道的另一端与阵列群孔阴极的阴极腔相连接。
更进一步地，所述的夹具体的凹坑内设有用于固定工件的螺栓孔。
更进一步地，所述的阵列群孔阴极的阴极腔由端盖、均流筒、均流底座和弹簧片构成，所述的端盖安装于均流筒的顶部，所述的端盖上设有用于连接电解液系统的进液孔，所述的均流底座设于均流筒的底部，所述的均流底座上设有具有一定高度的密集过滤层，所述的弹簧片悬吊于均流筒的搅拌腔内，且弹簧片与进液孔正对，所述的阴极支座安装于均流底座的底部，并在均流底座的底部围成缓冲腔，所述的群孔阴极管与缓冲腔相通。
更进一步地，所述的密集过滤层由若干平行阵列排布的微小通孔组合而成。
更进一步地，所述的均流筒为上大下小的锥形结构。
更进一步地，所述的端盖通过端盖螺钉固定在均流筒的顶部，所述的阴极支座通过支座螺钉固定在均流底座的底部。
本发明的一种阵列群孔电解加工装置的加工方法，
a、根据工件的群孔加工需要，更换对应群孔形状和尺寸的群孔阴极管组件，该群孔阴极管组件由阴极支座和固定于阴极支座上的若干群孔阴极管组成；
b、将工件固定在夹具体的凹坑内，开启电解液系统，使电解液经阴极腔后由群孔阴极管高速流出；
c、开启脉冲电源，在脉冲电源作用下，电解液高速流过群孔阴极管与工件所形成的间隙进行电解加工，部分电解液留存在凹坑内以防止加工时电解液缺液，并在新的电解液冲入时将之前用于电解加工的电解液冲刷出去，同时带走电解产物。
更进一步地，在步骤b中，电解液由阵列群孔阴极的进液孔进入均流筒的搅拌腔，在搅拌腔内冲击弹簧片使弹簧片振荡搅拌电解液，搅拌后的电解液经过均流底座上的密集过滤层均分成若干支流，在密集过滤层内形成稳定流动的层流，并经过均流底座底部的缓冲腔输送至群孔阴极管中进行电解群孔加工。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种阵列群孔电解加工装置及其加工方法，其阵列群孔阴极具有阴极腔，阴极腔上部与电解液系统相连接，下端可拆换地固定安装有阴极支座，阴极支座上固定有若干连通阴极腔的群孔阴极管，通过对阵列群孔阴极进行群孔阴极管拆换结构的改进，方便了群孔阴极管的快速更换，操作简单方便；工件夹具机构包括夹具体，夹具体上部设有一用于安装工件的凹坑，凹坑的深度略大于工件的高度，通过对夹具体装夹工件的结构进行改进，在有效防止电解液缺液的情况下，能够及时更新电解液，并快速将电解产物冲刷带走，提高了电解群孔加工的效率和加工质量；
(2)本发明的一种阵列群孔电解加工装置及其加工方法，其电解液系统包括电解液池、粗过滤器、主泵、主阀、流量计和精过滤器，电解液经过粗精两道过滤器的过滤可保证电解液杂质少，达到群小孔加工的条件，主阀和流量计可根据加工时的情况及时调节电解液出口流量，保证电解液加工的稳定性；
(3)本发明的一种阵列群孔电解加工装置及其加工方法，其阵列群孔阴极的阴极腔由端盖、均流筒、均流底座和弹簧片构成，通过在阵列群孔阴极内设计搅拌腔，利用弹簧片受电解液冲击而引起的振荡实现电解液的搅拌，使得电解液在搅拌腔内搅拌均匀，同时利用密集过滤层使搅拌后的电解液形成稳定地层流，之后经缓冲腔进入群孔阴极管，达到电解液的均流效果，提高了电解液流场的稳定性，有效解决了群孔加工中阴极易短路的问题；
(4)本发明的一种阵列群孔电解加工装置及其加工方法，其密集过滤层由若干平行阵列排布的微小通孔组合而成，微小通孔密集分布，使得电解液能够由微小通孔形成均流，并且微小通孔具有一定高度，给电解液层流合适的延展性，在电解液流经密集过滤层时能够形成稳定的层流，提高了电解液流场的稳定性；均流筒为上大下小的锥形结构，利于电解液振荡时流场的收敛，保证电解液稳定流动；
(5)本发明的一种阵列群孔电解加工装置及其加工方法，其端盖通过端盖螺钉固定在均流筒的顶部，阴极支座通过支座螺钉固定在均流底座的底部，结构简单，装配方便，并且能够方便群孔阴极管的更换，满足不同群孔的加工需要。
附图说明
图1为本发明的一种阵列群孔电解加工装置的系统原理图；
图2为本发明的一种阵列群孔电解加工装置中的群孔阴极管组件的结构示意图，其中图2(a)至(c)示出了群孔阴极管的不同形状、尺寸和阵列结构；
图3为本发明的一种阵列群孔电解加工装置中的夹具体的结构示意图；
图4为本发明的一种阵列群孔电解加工装置中的阵列群孔阴极的内部结构示意图。
示意图中的标号说明：
1、主轴；2、脉冲电源；3、阵列群孔阴极；3-1、端盖；3-1a、进液孔；3-1b、端盖螺钉；3-2、均流筒；3-2a、搅拌腔；3-3、均流底座；3-3a、密集过滤层；3-3b、缓冲腔；3-4、弹簧片；4、阴极支座；4-1、支座螺钉；5、群孔阴极管；6、工作台；7、夹具体；7-1、凹坑；7-2、螺栓孔；8、工件；9、工件固定螺栓；10、精过滤器；11、流量计；12、主阀；13、主泵；14、粗过滤器；15、电解液池。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例
结合图1、图2和图3所示，本实施例的一种阵列群孔电解加工装置，包括电解加工机床、电解液系统、工件夹具机构和阵列群孔阴极3，阵列群孔阴极3安装于电解加工机床的主轴1上，由主轴1驱动阵列群孔阴极3上下进给运动，工件夹具机构安装于电解加工机床的工作台6上，用于装夹待加工的工件8，阵列群孔阴极3位于工件夹具机构的正上方，阵列群孔阴极3与电解加工机床的脉冲电源2负极相连，工件夹具机构上的工件8与电解加工机床的脉冲电源2正极相连，电解液系统与阵列群孔阴极3相连接，用于向阵列群孔阴极3内输入电解液来进行电解加工。与现有技术不同的是，上述的阵列群孔阴极3具有阴极腔，该阴极腔上部与电解液系统相连接，下端可拆换地固定安装有阴极支座4，阴极支座4上固定有若干连通阴极腔的群孔阴极管5，该群孔阴极管5与阴极腔相通，在电解加工时，电解液系统将电解液泵入阴极腔，在阴极腔内均流后由群孔阴极管5向外高速流出。阴极支座4和群孔阴极管5组合形成群孔阴极组件，群孔阴极组件可设计不同结构，在阴极支座4上组合不同的群孔阴极管5，群孔阴极组件可拆卸更换，如图2所示，若加工的零件上有不同尺寸、不同直径、不同形状的群孔加工要求，只需更换群孔阴极组件即可，其余部分不用拆卸更换，达到一腔多用的效果，操作简单方便，提高了加工效率。如图3所示，上述的工件夹具机构包括夹具体7，夹具体7上部设有一用于安装工件8的凹坑7-1，凹坑7-1的深度略大于工件8的高度，能够起到防止加工时电解液缺液的作用，并且当新的电解液冲入时可将刚刚用于电解加工的电解液冲刷出去，顺便带走电解产物，起到可及时更新电解液的作用，有利于提高电解群孔加工的效率和加工质量。
如图1所示，在本实施例中，电解液系统包括电解液池15、粗过滤器14、主泵13、主阀12、流量计11和精过滤器10，粗过滤器14、主泵13、主阀12、流量计11和精过滤器10通过管道依次连接，管道靠近粗过滤器14的一端设于电解液池15内，管道的另一端与阵列群孔阴极3的阴极腔相连接。电解液经过粗精两道过滤器的过滤可保证电解液杂质少，达到群小孔加工的条件，主阀12和流量计11可根据加工时的情况及时调节电解液出口流量，保证电解液加工的稳定性。为了便于工件的固定，在夹具体7的凹坑7-1内设有用于固定工件8的螺栓孔7-2(如图3所示)，通过工件固定螺栓9将工件8稳固固定在夹具体7的凹坑7-1内，零件装夹简单方便。
结合图1和图4所示，本实施例的一种阵列群孔电解加工装置，阵列群孔阴极3的阴极腔由端盖3-1、均流筒3-2、均流底座3-3和弹簧片3-4构成，端盖3-1安装于均流筒3-2的顶部，端盖3-1上设有用于连接电解液系统的进液孔3-1a，用于流入电解液，均流底座3-3设于均流筒3-2的底部，均流底座3-3上设有具有一定高度的密集过滤层3-3a，弹簧片3-4悬吊于均流筒3-2的搅拌腔3-2a内，且弹簧片3-4与进液孔3-1a正对，由进液孔3-1a进入的电解液冲击弹簧片3-4，在弹簧作用下，弹簧片3-4产生振荡，从而利用弹簧片3-4对搅拌腔3-2a内的电解液进行振荡搅拌；阴极支座4安装于均流底座3-3的底部，并在均流底座3-3的底部围成缓冲腔3-3b，群孔阴极管5与缓冲腔3-3b相通。采用上述阵列群孔阴极3，工作时，电解液由进液孔3-1a进入搅拌腔3-2a，在搅拌腔3-2a内冲击弹簧片3-4使弹簧片3-4振荡搅拌电解液，搅拌后的电解液经过密集过滤层3-3a均分成若干支流，在密集过滤层3-3a内形成稳定流动的层流，并经过缓冲腔3-3b输送至群孔阴极管6中进行电解群孔加工。电解液在进入群孔阴极管5进行电解加工之前，依次经过振荡搅拌、均流层流稳流，提高了电解液流场的稳定性，有效解决了群孔加工中阴极易短路的问题，提高了阵列群孔电解加工的加工质量。
参见图4所示，在本实施例中，密集过滤层3-3a由若干平行阵列排布的微小通孔组合而成。为了便于制作，密集过滤层3-3a可采用塑料材质制成，在其上成型有数百条微小通孔，然后将密集过滤层3-3a整体装配在均流底座3-3的中心安装孔内，电解液经过密集过滤层3-3a后分成数百支流，形成稳定的均流，同时由于密集过滤层3-3a具有一定高度，给电解液层流留有合适的延展性，在电解液流经密集过滤层3-3a时能够形成稳定的层流，提高了电解液流场的稳定性。上述的缓冲腔3-3b由设于均流底座3-3底部的凹腔和阴极支座4围成，通过缓冲腔3-3b的缓冲作用，进一步改善了电解液进入群孔阴极管5后的流畅稳定性。上述的弹簧片3-4的结构类似于螺旋弹簧，区别在于该弹簧片3-4的旋转截面为薄片状，使得电解液能够冲击到弹簧片3-4上，在冲击作用下形往复振动作用，进而使搅拌腔3-2a内的电解液被弹簧片3-4搅动均匀。上述的均流筒3-2优选为上大下小的锥形结构，利于电解液振荡时流场的收敛，保证电解液稳定流动和电解群孔加工时电解液的喷射压力。
在本实施例中，端盖3-1上的进液孔3-1a优选设于端盖3-1的中央，弹簧片3-4通过上部竖杆焊接在端盖3-1内侧中央位置，便于电解液冲击弹簧片3-1来提供弹簧片3-1振荡的动力，使电解液搅拌更加均匀，以便于形成稳定地流场。进液孔3-1a的进液方向朝下，其可通过转接接头与电解液系统的管道进行连接。为了便于阵列群孔阴极3的制作，端盖3-1通过端盖螺钉3-1b固定在均流筒3-2的顶部，阴极支座4通过支座螺钉4-1固定在均流底座3-3的底部，结构简单，装配方便，并且能够方便群孔阴极管的更换，满足不同群孔的加工需要。
参见图1所示，本实施例中还公开了一种阵列群孔电解加工装置的加工方法，具体方法如下：
a、根据工件8的群孔加工需要，更换对应群孔形状和尺寸的群孔阴极管组件，该群孔阴极管组件由阴极支座4和固定于阴极支座4上的若干群孔阴极管5组成；通过支座螺钉4-1来拆换群孔阴极管组件，拆换操作简单方便；
b、将工件8固定在夹具体7的凹坑7-1内，具体可通过凹坑7-1内的工件固定螺栓9来紧固工件8，零件装夹方便且牢固；开启电解液系统，使电解液经阴极腔后由群孔阴极管5高速流出；具体在本步骤中，电解液由阵列群孔阴极3的进液孔3-1a进入均流筒3-2的搅拌腔3-2a，在搅拌腔3-2a内冲击弹簧片3-4使弹簧片3-4振荡搅拌电解液，搅拌后的电解液经过均流底座3-3上的密集过滤层3-3a均分成若干支流，在密集过滤层3-3a内形成稳定流动的层流，并经过均流底座3-3底部的缓冲腔3-3b输送至群孔阴极管5中进行电解群孔加工；
c、开启脉冲电源2，在脉冲电源2作用下，电解液高速流过群孔阴极管5与工件8所形成的间隙进行电解加工，部分电解液留存在凹坑7-1内以防止加工时电解液缺液，并在新的电解液冲入时将之前用于电解加工的电解液冲刷出去，同时带走电解产物。
本发明的一种阵列群孔电解加工装置及其加工方法，其通过对阵列群孔阴极进行群孔阴极管拆换结构的改进，方便了群孔阴极管的快速更换，操作简单方便；通过对夹具体装夹工件的结构进行改进，在有效防止电解液缺液的情况下，能够及时更新电解液，并快速将电解产物冲刷带走，提高了电解群孔加工的效率和加工质量。另外，通过在阵列群孔阴极内设计搅拌腔，利用弹簧片受电解液冲击而引起的振荡实现电解液的搅拌，使得电解液在搅拌腔内搅拌均匀，同时利用密集过滤层使搅拌后的电解液形成稳定地层流，之后经缓冲腔进入群孔阴极管，达到电解液的均流效果，提高了电解液流场的稳定性，有效解决了群孔加工中阴极易短路的问题。
以上示意性地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，不经创造性地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)

1.一种阵列群孔电解加工装置，包括电解加工机床、电解液系统、工件夹具机构和阵列群孔阴极（3），所述的阵列群孔阴极（3）安装于电解加工机床的主轴（1）上，所述的工件夹具机构安装于电解加工机床的工作台（6）上，所述的阵列群孔阴极（3）与电解加工机床的脉冲电源（2）负极相连，所述的工件夹具机构上的工件（8）与电解加工机床的脉冲电源（2）正极相连，所述的电解液系统与阵列群孔阴极（3）相连接，其特征在于：所述的阵列群孔阴极（3）具有阴极腔，该阴极腔上部与电解液系统相连接，下端可拆换地固定安装有阴极支座（4），所述的阴极支座（4）上固定有若干连通阴极腔的群孔阴极管（5）；所述的工件夹具机构包括夹具体（7），所述的夹具体（7）上部设有一用于安装工件（8）的凹坑（7-1），所述的凹坑（7-1）的深度略大于工件（8）的高度；
所述的阵列群孔阴极（3）的阴极腔由端盖（3-1）、均流筒（3-2）、均流底座（3-3）和弹簧片（3-4）构成，所述的端盖（3-1）安装于均流筒（3-2）的顶部，所述的端盖（3-1）上设有用于连接电解液系统的进液孔（3-1a），所述的均流底座（3-3）设于均流筒（3-2）的底部，所述的均流底座（3-3）上设有具有一定高度的密集过滤层（3-3a），所述的弹簧片（3-4）悬吊于均流筒（3-2）的搅拌腔（3-2a）内，且弹簧片（3-4）与进液孔（3-1a）正对，所述的阴极支座（4）安装于均流底座（3-3）的底部，并在均流底座（3-3）的底部围成缓冲腔（3-3b），所述的群孔阴极管（5）与缓冲腔（3-3b）相通。
2.根据权利要求1所述的一种阵列群孔电解加工装置，其特征在于：所述的电解液系统包括电解液池（15）、粗过滤器（14）、主泵（13）、主阀（12）、流量计（11）和精过滤器（10），所述的粗过滤器（14）、主泵（13）、主阀（12）、流量计（11）和精过滤器（10）通过管道依次连接，管道靠近粗过滤器（14）的一端设于电解液池（15）内，管道的另一端与阵列群孔阴极（3）的阴极腔相连接。
3.根据权利要求2所述的一种阵列群孔电解加工装置，其特征在于：所述的夹具体（7）的凹坑（7-1）内设有用于固定工件（8）的螺栓孔（7-2）。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种阵列群孔电解加工装置，其特征在于：所述的密集过滤层（3-3a）由若干平行阵列排布的微小通孔组合而成。
5.根据权利要求4所述的一种阵列群孔电解加工装置，其特征在于：所述的均流筒（3-2）为上大下小的锥形结构。
6.根据权利要求5所述的一种阵列群孔电解加工装置，其特征在于：所述的端盖（3-1）通过端盖螺钉（3-1b）固定在均流筒（3-2）的顶部，所述的阴极支座（4）通过支座螺钉（4-1）固定在均流底座（3-3）的底部。
7.一种权利要求1至6任意一项所述的阵列群孔电解加工装置的加工方法，其特征在于：
a、根据工件（8）的群孔加工需要，更换对应群孔形状和尺寸的群孔阴极管组件，该群孔阴极管组件由阴极支座（4）和固定于阴极支座（4）上的若干群孔阴极管（5）组成；
b、将工件（8）固定在夹具体（7）的凹坑（7-1）内，开启电解液系统，使电解液经阴极腔后由群孔阴极管（5）高速流出；
c、开启脉冲电源（2），在脉冲电源（2）作用下，电解液高速流过群孔阴极管（5）与工件（8）所形成的间隙进行电解加工，部分电解液留存在凹坑（7-1）内以防止加工时电解液缺液，并在新的电解液冲入时将之前用于电解加工的电解液冲刷出去，同时带走电解产物。
8.根据权利要求7所述的一种阵列群孔电解加工装置的加工方法，其特征在于：在步骤b中，电解液由阵列群孔阴极（3）的进液孔（3-1a）进入均流筒（3-2）的搅拌腔（3-2a），在搅拌腔（3-2a）内冲击弹簧片（3-4）使弹簧片（3-4）振荡搅拌电解液，搅拌后的电解液经过均流底座（3-3）上的密集过滤层（3-3a）均分成若干支流，在密集过滤层（3-3a）内形成稳定流动的层流，并经过均流底座（3-3）底部的缓冲腔（3-3b）输送至群孔阴极管（5）中进行电解群孔加工。
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