機(jī)械加工方法概述.ppt
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機(jī)械制造工程學(xué),主講教師葉仲新,機(jī)械制造教研室,第1章機(jī)械加工方法概述,1.1零件加工表面的形成方法1.2機(jī)械加工方法,零件表面是由若干個(gè)表面元素組成的。這些形狀都要通過各種成形方法來完成。零件表面在由原材料或毛坯制造方法來實(shí)現(xiàn)的過程中,按照質(zhì)量m減小或增大的變化狀態(tài),可將獲得方式分為:△m=0,△m<0,△m>0三種類型,不同類型將采用不同的工藝方法。,1.1零件的成形方法,△m≈0,毛坯制造方法。鑄造、鍛造及模具成形(注塑、沖壓等)工藝中,在成形前后,材料主要是發(fā)生形狀變化,而質(zhì)量基本不變?!鱩<0,切削加工方法。包括磨料磨削、特種加工等,在制造過程中通過材料逐漸被切除而獲得需要的幾何形狀。△m>0,快速成型制造方法。在成形中通過材料累加獲得所需形狀,這種制造方法又稱為材料累加法,1.1零件的成形方法,△m≈0的制造過程是指利用材料塑性變形的工藝來獲得零件形狀的方法,屬無屑加工方法。包括鑄造、鍛造、沖壓等毛坯制造方法。鍛壓設(shè)備包括鍛造機(jī)、沖壓機(jī)、擠壓機(jī)和軋制機(jī)四大類。模具是用來將材料填充在其型腔中,以獲得所需形狀和尺寸制件的工具。按填充方法和填充材料的不同,模具可分為:鍛壓具模、沖裁具模、拉伸具模、壓鑄模具、冷沖模具、注射模具、吹塑模具、粉末冶金模具等。,1、△m≈0的制造過程,△m<0制造過程是指從表面去除材料來獲得零件形狀的方法。包括切削加工和特種加工。切削加工是指零件在切削機(jī)床上,通過機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng),使零件與刀具按一定規(guī)律作相對(duì)運(yùn)動(dòng),從而獲得所需要的表面幾何形狀的方法。包括車、銑、鉆、鏜、刨、拉、磨等加工方法。在切削過程中,有力、變形、熱、振動(dòng)、磨損等現(xiàn)象發(fā)生,這些運(yùn)動(dòng)的綜合決定了零件最終獲得的幾何形狀及表面質(zhì)量。,2、△m<0的制造過程,特種加工是指利用電或化學(xué)等方法以完成零件材料的去除,從而獲得所需要的表面幾何形狀。這些方法主要適合于加工超硬度、易碎等常規(guī)加工方法難加工的場(chǎng)合。也稱為高能束流加工,包括激光束、電子束、離子束、高壓水射流等加工方法。特種加工機(jī)床近年來發(fā)展很快,按其加工原理可分成:電加工、超聲波加工、激光加工、電子束加工、離子束加工、水射流等加工機(jī)床。,2、△m<0的制造過程,△m>0的制造過程是指通過材料逐漸堆積形成三維實(shí)體工藝方法。成形后與成形前相比△m>0,零件是逐漸生長出來的,稱為快速成型制造(RPM)方法。RPM方法是綜合利用CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、機(jī)械工程、電子技術(shù)及激光技術(shù)的技術(shù)集成,以實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)到三維實(shí)體造型的制造一體化系統(tǒng)技術(shù)。RPM方法是通過采用粘結(jié)、熔結(jié)、聚合作用或化學(xué)反應(yīng)等手段,逐層可選擇地固化樹脂、切割薄片、燒結(jié)粉末、材料熔覆或材料噴灑等方式來實(shí)現(xiàn)的。,3.△m>0的制造過程,采用機(jī)械加工方法獲得零件的形狀,是通過機(jī)床利用刀具將毛坯上多余的材料切除來獲得的。根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的不同和刀具的不同,可分為不同的加工方法。刀具切削加工的方式有:車削加工;銑削加工;鉆削加工;鏜削加工;刨削加工;拉削加工;齒輪加工;螺紋加工等。磨料切削加工的方式有:磨削加工;珩磨加工;研磨加工;超精加工等。,1.2機(jī)械加工方法,車削方法的是工件旋轉(zhuǎn),形成主切削運(yùn)動(dòng),車削時(shí)通過刀具相對(duì)工件實(shí)現(xiàn)不同的進(jìn)給運(yùn)動(dòng),可以獲得不同的工件形狀,加工后形成的工件表面主要是回轉(zhuǎn)表面,還可以加工螺紋面、端平面及偏心軸等。車削加工精度一般為IT8~I(xiàn)T7,表面粗糙度為Ra6.3~1.6μm。精車時(shí),可達(dá)IT6~I(xiàn)T5,表面粗糙度可達(dá)Ra0.4~0.1μm。特點(diǎn)有:工藝范圍廣、加工精度范圍大、生產(chǎn)率高、可實(shí)現(xiàn)超精密加工、生產(chǎn)成本較低。,1.2.1車削加工,銑削的主切削運(yùn)動(dòng)是刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),工件本身不動(dòng),由機(jī)床的工作臺(tái)完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。銑削刀具較復(fù)雜,一般為多刃刀具。銑削可加工平面、溝槽以及螺旋面、齒面、成形表面。在專用銑床上還可加工外圓。不同的銑削方法,銑刀完成切削的方式不同,臥銑時(shí),平面的形成是由銑刀的外圓面上的切削刃形成的;立銑時(shí),平面是由銑刀的端面刃形成的。銑削可獲得較高的切削速度,因此生產(chǎn)率較高。,1.2.2銑削加工,要分別看周銑(即側(cè)銑),AP為背吃刀量,AE為側(cè)吃刀量如果為端銑,AP為背吃刀量,AE為側(cè)吃刀量,但表現(xiàn)的加工部位是不同的。,普通銑削一般能加工平面或槽面等,用成形銑刀也可以加工出特定的曲面,如銑削齒輪等。數(shù)控銑床可通過數(shù)控系統(tǒng)控制幾個(gè)軸按一定關(guān)系聯(lián)動(dòng),銑出復(fù)雜曲面來,這時(shí)刀具一般采用球頭銑刀。數(shù)控銑床在加工模具的模芯和型腔,葉輪機(jī)械的葉片等形狀復(fù)雜的工件時(shí),應(yīng)用非常廣泛的,因而得到了很快的發(fā)展。,1.2.2銑削加工,由于銑刀刀齒的切入、切出,形成沖擊,切削過程容易產(chǎn)生振動(dòng),因而限制了表面質(zhì)量的提高。這種沖擊,也加劇了刀具的磨損和破損,往往導(dǎo)致硬質(zhì)合金刀片的碎裂。銑削時(shí),銑刀在切離工件的一段時(shí)間內(nèi),可以得到一定冷卻,因此散熱條件較好。由于銑削加工屬多刃斷續(xù)切削,沖擊振動(dòng)較大。多用于粗加工或半精加工。加工精度為IT10~IT7;表面粗糙度為Ra6.3~1.6μm。,1.2.2銑削加工,按照銑削時(shí)主運(yùn)動(dòng)速度方向與工件進(jìn)給方向的相同或相反,又分為順銑和逆銑。順銑時(shí),銑削力的水平分力與工件的進(jìn)給方向相同,而工作臺(tái)進(jìn)給絲杠與固定螺母之間一般又有間隙存在,因此切削力容易引起工件和工作臺(tái)一起向前竄動(dòng),使進(jìn)給量突然增大,容易引起打刀。逆銑則可以避免這一現(xiàn)象,因此,生產(chǎn)中多采用逆銑。,1.2.2銑削加工,在銑削鑄件或鍛件等表面較硬的工件時(shí),順銑時(shí)銑刀齒首先接觸工件的硬皮,加劇了銑刀的磨損;逆銑則無這一缺點(diǎn)。但逆銑時(shí),切削厚度從零開始逐漸增大,因而切削刃開始經(jīng)歷了一段在切削硬化的已加工表面上擠壓滑行的階段,也會(huì)加速刀具的磨損。同時(shí),逆銑時(shí),銑削力具有將工件上抬的趨勢(shì),也易引起振動(dòng),這是逆銑的不利之處。,1.2.2銑削加工,端銑時(shí)的順銑與逆銑a)對(duì)稱端銑b)不對(duì)稱逆銑c)不對(duì)稱順銑,刨削時(shí)的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均為直線運(yùn)動(dòng)。刨床主要用于加工各種平面和溝槽。因此,刨削速度不可能太高,故生產(chǎn)率較低。刨削比銑削平穩(wěn),其加工精度一般可達(dá)IT8~I(xiàn)T7,表面粗糙度為Ra6.3~1.6μm。,,1)刨削加工,1.2.3刨、插、拉削加工,1)刨削加工,刨床可分為牛頭刨床和龍門刨床。牛頭刨床的主運(yùn)動(dòng)為滑枕帶動(dòng)刀具作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為工作臺(tái)帶動(dòng)工件作間歇橫向運(yùn)動(dòng)。一般只用于單件生產(chǎn),加工中小型工件。龍門刨床的主運(yùn)動(dòng)為工作臺(tái)帶動(dòng)工件作縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng),進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為刀架在龍門架上作橫向間歇運(yùn)動(dòng)。主要用來加工大型工件,加工精度和生產(chǎn)率都高于牛頭刨床。,1)刨削加工,插削主要用于加工工件的內(nèi)表面,如鍵槽、內(nèi)孔等,相當(dāng)于立式刨削。,2)插削加工,拉削可使加工表面一次切削成形。機(jī)床運(yùn)動(dòng)簡單,切削速度低,效率高,刀具成本高,適用于大批量生產(chǎn)。拉床可分為臥式和立式,內(nèi)拉和外拉等。,2)拉削加工,在鉆床上,用旋轉(zhuǎn)的鉆頭鉆削孔是孔加工最常用的方法,鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主切削運(yùn)動(dòng)。鉆削的加工精度較低,一般只能達(dá)到IT10,表面粗糙度一般為Ra12.5~6.3μm。在單件、小批生產(chǎn)中,中小型工件上較大的孔(D<50mm)常用立式鉆床加工;大中型工件上的孔,用搖臂鉆床加工。精度高、表面質(zhì)量要求高的小孔,在鉆削后常常采用擴(kuò)孔和鉸孔來進(jìn)行半精加工和精加工。,4)鉆削與鏜削加工,4.1)鉆削加工,鏜孔可在鏜床上或車床上進(jìn)行。在鏜床上鏜孔時(shí),鏜刀與車刀基本相同,不同之處是鏜刀隨鏜桿一起轉(zhuǎn)動(dòng),形成主切削運(yùn)動(dòng),而工件不動(dòng)。鏜孔加工精度一般為IT9~I(xiàn)T7,表面粗糙度為Ra6.3~0.8μm。數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床主要是實(shí)現(xiàn)孔軸線的位置控制,因此只要控制刀具移到孔中心的坐標(biāo)上即可即實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制。,4.2)鏜削加工,擴(kuò)孔采用擴(kuò)孔鉆頭,鉸孔采用鉸刀進(jìn)行加工。鉸削加工精度一般為IT9~I(xiàn)T6,表面粗糙度為Ra1.6~0.4μm。擴(kuò)孔、鉸孔時(shí),擴(kuò)孔鉆和鉸刀均在原底孔的基礎(chǔ)上進(jìn)行加工,因此無法提高孔軸線的位置精度以及直線度。,齒輪齒形的加工,按其形成齒形的工作原理可分為成形法和展成法。用成形法加工齒輪齒形時(shí),刀刃的形狀應(yīng)與被加工齒輪的齒槽的橫截面形狀相同。這類刀具有盤狀和指狀銑刀、刨刀、拉刀。用展成法加工齒輪齒形時(shí),要求刀具與工件之間模擬一對(duì)齒輪的嚙合,用刀齒的運(yùn)動(dòng)軌跡包絡(luò)出工件的齒形。這類刀具有滾刀、插齒刀、剃齒刀等。,5.齒輪齒形(面)加工,5.1)齒形(面)成形法加工,滾齒加工就是在滾齒機(jī)上用齒輪滾刀加工齒面。其過程相當(dāng)于一對(duì)螺旋齒輪嚙合的過程。,5.2)齒形(面)展成法加工,5.2)齒形(面)展成法加工,5.2)齒形(面)展成法加工,5.2)滾齒機(jī),滾齒刀,插齒加工就是在插齒機(jī)床用插齒刀加工齒面。加工原理為一對(duì)圓柱齒輪的嚙合按展成法加工圓柱齒輪。,5.2)齒形(面)展成法加工,2)齒形(面)展成法加工,插齒刀,三維曲面的切削加工,主要采用仿形銑和數(shù)控銑的方法或特種加工方法。仿形銑必須有型體作為靠模,加工中球頭仿形頭始終以一定壓力接觸原型曲面,仿形頭的運(yùn)動(dòng)變換為電感量,信號(hào)經(jīng)過放大控制銑床三個(gè)軸的運(yùn)動(dòng),形成刀頭沿曲面運(yùn)動(dòng)的軌跡。銑刀多采用與仿形頭等半徑的球頭銑刀。,6)復(fù)雜曲面加工,數(shù)控技術(shù)的出現(xiàn)為曲面加工提供了更有效的方法。在數(shù)控銑床或加工中心上加工時(shí),曲面是通過球頭銑刀逐點(diǎn)按曲面坐標(biāo)值加工而成。在編制數(shù)控程序時(shí),要考慮刀具半徑補(bǔ)償,因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)控制的是球頭銑刀球心位置軌跡,而成形面是球頭銑刀切削刃運(yùn)動(dòng)的包絡(luò)面。,6)復(fù)雜曲面加工,磨削加工是一種歷史悠久的加工方法,又是一種具有發(fā)展前景的加工方法。這種加工方法既能作為精加工、超精加工,也能作為粗加工。既能加工普通材,也能加工超硬材料。磨削可分為外圓磨、內(nèi)孔磨、平磨等。分別用于外圓柱面、圓錐面、平面、螺旋面、齒面等各種成形表面的加工。磨削加工的主運(yùn)動(dòng)是砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。磨削加工所用的刀具以砂輪和砂帶為主。與前述的刀具切削有著不同的加工機(jī)理。,7)磨削加工,7)磨削加工,7)磨削加工,7)磨削加工,7)磨削加工,7)磨削加工,砂輪可看成是一把具有無數(shù)微小刀刃所構(gòu)成的銑刀。其磨削過程實(shí)際上是磨粒對(duì)工件表面的切削、刻削和滑擦三種作用的綜合效應(yīng)。磨削中,磨粒本身也會(huì)由尖銳逐漸磨鈍,使切削能力變差,切削力變大。當(dāng)切削力超過粘結(jié)劑強(qiáng)度時(shí),磨鈍的磨粒會(huì)脫落,露出一層新的磨粒,這就是砂輪的“自銳性”。但切屑和碎磨粒仍會(huì)阻塞砂輪,因而,磨削一定時(shí)間后,需用金剛石車刀等對(duì)砂輪進(jìn)行修整。,7)磨削加工,7)磨削加工,7)磨削加工,7)磨削加工,磨削時(shí),由于切削刃很多,所以加工時(shí)平穩(wěn)、精度高,表面粗糙度小。磨床是精加工機(jī)床,磨削精度可達(dá)IT6~I(xiàn)T4,表面粗糙度可達(dá)Ra1.25~0.01μm,甚至可達(dá)Ra0.1~0.008μm。磨削的另一特點(diǎn)是可以對(duì)淬硬的工件進(jìn)行加工,因此,磨削往往作為最終加工工序。但磨削時(shí),產(chǎn)生熱量大,需要有充分的切削液進(jìn)行冷卻,否則會(huì)產(chǎn)生磨削燒傷,降低表面質(zhì)量。強(qiáng)力磨削技術(shù),可以在單位時(shí)間內(nèi)達(dá)到很大的切除量,因而可以一次完成粗精加工。,7)磨削加工,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,許多具有高硬度、高強(qiáng)度、高脆性或高熔點(diǎn)的難加工新型材料(如硬質(zhì)合金、鈦合金、淬火工具鋼、陶瓷、玻璃等),以及具有較低剛度或復(fù)雜曲面形狀的特殊零件(如薄壁件、彈性元件、具有復(fù)雜曲面形狀的模具、葉輪機(jī)械的葉片、噴埋頭等)的出現(xiàn),采用傳統(tǒng)切削加工方法以無法完成其加工任務(wù)。特種加工方法正是在為完成這些加工任務(wù)而產(chǎn)生和發(fā)展起來的。,8)特種加工,特種加工方法不同于傳統(tǒng)切削加工方法,它是利用化學(xué)、物理(電、聲、光、熱、磁)或電化學(xué)方法對(duì)工件材料進(jìn)行去除的一系列加廠方法的總稱。這些加工方法包括:化學(xué)加工、電化學(xué)加工、電化學(xué)機(jī)械加工、電火花加工、電接觸加工、超聲波加工、激光束加工、離子束加工、電子束加工、等離子體加工、電液加工、磨料流加工、磨料噴射加工、液體噴射加工等各類復(fù)合加工。,8)特種加工,8.1)電火花加工,電火花加工是利用工具電極和工件電極間瞬時(shí)火花放電所產(chǎn)生的高溫,熔蝕工件材料來形成所需的工件表面。電火花加工機(jī)床一般由脈沖電源、自動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)、機(jī)床本體及工作液及其循環(huán)過濾系統(tǒng)等部分組成。工件固定在機(jī)床工作臺(tái)上。脈沖電源提供加工所需的能量,其兩極分別接在工具電極與工件上。,當(dāng)工具電極與工件在進(jìn)給機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下在工作液中相互靠近時(shí),極間電壓擊穿間隙而產(chǎn)生火花放電,釋放大量的熱,工件表層吸收熱量后達(dá)到很高的溫度(10000℃以上),其局部材料因熔化甚至氣化而被蝕除下來,形成一個(gè)微小的凹坑。工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)強(qiáng)迫清潔的工作液以一定的壓力通過工具電極與工件之間的間隙及時(shí)排除電蝕產(chǎn)物,并將電蝕產(chǎn)物從工作液中過濾出去。,8.1)電火花加工,第1章機(jī)械加工方法概述,多次放電的結(jié)果,工件表面產(chǎn)生大量凹坑。工具電極在進(jìn)給機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下不斷下降,其輪廓形狀便被“復(fù)印”到工件上(工具電極材料盡管也會(huì)被蝕除,但其速度遠(yuǎn)小于工件材料)。電火花加工機(jī)床根據(jù)加工方式分成兩種類型:一種是用特殊形狀的電極工具加工相應(yīng)工件的電火花成形加工機(jī)床。,8.1)電火花加工,另一種是用線(一般為鉬絲、鎢絲或銅絲)電極加工二維輪廓形狀工件的電火花線切割機(jī)床。電火花加工的應(yīng)用范圍很廣,適用于加工各種硬、脆、韌、軟和高熔點(diǎn)的導(dǎo)電材料,可以加工各種形孔、曲線孔和微小孔。也可以加工各種立體曲面型腔,如鍛模、壓鑄模、塑料模的模膛;既可以用來進(jìn)行切斷、切割,也可以用來進(jìn)行表面強(qiáng)化、刻寫、打印銘牌和標(biāo)記等。,8.1)電火花加工,電解加工是利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的電化學(xué)原理對(duì)工件進(jìn)行成形加工的一種方法。電解加工的原理為:工件接直流電源正極,工具接負(fù)極,兩極之間保持0.1~0.8mm間隙,將具有0.5~2.5Mpa壓力的電解液從兩極間的間隙中,以15~60min/s的速度流過。當(dāng)陰極工具向陽極工件不斷進(jìn)給時(shí),在面對(duì)陰極的工件表面上,金屬材料按陰極形面的形狀不斷溶解,電解產(chǎn)物被高速電解液帶走,于是工具形面的形狀就相應(yīng)地“復(fù)印”在工件上。,8.2)電解加工,電解加工具有以下特點(diǎn),1)工作電壓?。?4V),工作電流大(20000A)2)能以運(yùn)動(dòng)一次加工出形狀復(fù)雜的形面或型腔3)可加工難加工材料4)生產(chǎn)率較高,約為電火花加工的1~10倍5)加工中無機(jī)械切削力或切削熱6)平均加工公差可達(dá)0.1mm左右7)附屑設(shè)備多,占地面積大,造價(jià)高8)電解液既腐蝕機(jī)床,又容易污染環(huán)境,激光是一種能量密度高、方向性好(發(fā)散角?。?、單色性好(波長和頻率單一)、相干性好的光。通過光學(xué)系統(tǒng)可使激光聚焦成一個(gè)直徑幾微米至幾十微米極小的光斑,以獲得極大的能量密度(100~1000W/cm2)和極高的溫度(10000C)。在此高溫下,被加工材料將瞬時(shí)急劇熔化和蒸發(fā),并產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波,使熔化的物質(zhì)爆炸式地噴射去除。,8.3)激光加工,激光加工具有的特點(diǎn):1)不需要工具,不存在斷屑、排屑的麻煩;2)對(duì)任何難加工的金屬和非金屬材料(如高熔點(diǎn)材料、耐熱合金及陶瓷、寶石、金剛石等硬脆材料)都可以加工;3)非接觸加工,工件無受力變形;,8.3)激光加工,4)打孔切割的速度很高,加工部位周圍的材料幾乎不受切削熱的影響,工件熱變形很小。5)切割的切縫窄,切割邊緣質(zhì)量好。激光加工用于金剛石拉絲模、鐘表寶石軸承、發(fā)散式氣冷沖片的多孔蒙皮、發(fā)動(dòng)機(jī)噴油嘴、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等的加工,以及多種金屬材料和非金屬材料的切割、焊接、熱處理等工藝的加工。,8.3)激光加工,超聲波加工是利用超聲頻(16~25kHz)振動(dòng)的工具端面沖擊工作液中的懸浮磨粒,由磨粒對(duì)工件表面撞擊拋磨來實(shí)現(xiàn)對(duì)工件加工的一種方法。超聲波加工原理:發(fā)生器將工頻交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩,通過換能器將此超聲頻電振蕩轉(zhuǎn)變?yōu)槌暀C(jī)械振動(dòng),借助于振幅擴(kuò)大棒把振動(dòng)的位移幅值由0.005~0.01mm放大到0.01~0.15mm,驅(qū)動(dòng)工具振動(dòng)。工具端面在振動(dòng)中沖擊工作液中的懸浮磨粒,使其以很大的速度,不斷地撞擊、拋磨被加工表面,把加工區(qū)域的材料粉碎成很細(xì)的微粒后打擊下來。,8.4)超聲波加工,超聲波加工適宜加工各種硬脆材料,特別是電火花和電解加工無法加工的不導(dǎo)電材料和半導(dǎo)體材料,如玻璃、陶瓷、石英、鍺、硅、瑪瑙、寶石、金剛石等;對(duì)于導(dǎo)電的硬質(zhì)合金、淬火鋼等也能加工,但加工效率比較低。適用于超聲波加工的工件表面有各種形孔、型腔及成形表面等。超聲波加工能獲得較好的加工質(zhì)量,一般尺寸精度可達(dá)0.01~0.05mm,表面粗糙度值Ra0.4~0.1μm。,8.4)超聲波加工,,1-1你是如何理解制造業(yè)在一個(gè)國家的重要性的?1-2簡述電解加工、電火花加工、激光加工和超聲波加工的表面成形原理和應(yīng)用范圍。1-3鏜削與車削有哪些不同?,作業(yè):,- 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