一种在线对电极进行侧壁绝缘的制作方法[发明专利]

*CN1024798A*

(10)申请公布号 CN 1024798 A(43)申请公布日 2012.06.13

(12)发明专利申请

(21)申请号 201110370616.4(22)申请日 2011.11.21

(71)申请人清华大学

地址100084 北京市海淀区清华园1号清华

大学精密仪器与机械学系(72)发明人李勇 胡瑞钦

(74)专利代理机构北京纪凯知识产权代理有限

公司 11245

代理人徐宁 关畅(51)Int.Cl.

B23H 3/04(2006.01)

权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 4 页权利要求书1页 说明书6页 附图4页

()发明名称

一种在线对电极进行侧壁绝缘的制作方法(57)摘要

本发明涉及一种在线对电极进行侧壁绝缘的制作方法，其包括一个以上的电极、金属薄片和装有绝缘涂料的容器，其步骤为：(1)将电极和金属薄片装夹到备用机床上，将金属薄片与电极轴线垂直放置，电极向金属薄片进给，采用电解加工或电火花加工方法，在金属薄片上加工一个通孔；(2)电极在金属薄片表面上的投影的位置保持不变，在金属薄片另一侧的通孔位置处放置装有绝缘涂料的容器，进给电极，使电极穿过通孔，然后使电极前端浸入到绝缘涂料中浸涂，使绝缘涂料在电极的表面充分浸润粘连；(3)反方向进给电极，使电极整体移出通孔，绝缘涂料黏附在电极侧壁形成绝缘层，经通孔的约束使绝缘层厚度均匀；(4)绝缘层固化后，去除电极端面的绝缘层。本发明可以广泛应用于特种加工领域中。CN 1024798 ACN 1024798 A

权 利 要 求 书

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1.一种在线对电极进行侧壁绝缘的制作方法，其包括一个以上的电极、一金属薄片和一装有绝缘涂料的容器，其包括以下步骤：

(1)将电极和金属薄片装夹到备用机床上，将金属薄片表面与电极轴线垂直放置，电极向金属薄片进给，采用电解加工或电火花加工方法，在金属薄片上加工一个通孔；

(2)电极在金属薄片表面上的投影的位置保持不变，在金属薄片另一侧的通孔位置处放置装有绝缘涂料的容器，进给电极，使电极穿过通孔，然后使电极前端浸入到绝缘涂料中浸涂，使绝缘涂料在电极的表面充分浸润粘连；

(3)反方向进给电极，使电极整体移出通孔，绝缘涂料黏附在电极侧壁形成绝缘层，经通孔的约束使绝缘层厚度均匀；

(4)绝缘层固化后，去除电极端面的绝缘层。

2.如权利要求1所述的一种在线对电极进行侧壁绝缘的制作方法，其特征在于：所述步骤(4)中，去除所述电极端面绝缘层的方法为：直接在所述通孔处对所述电极端面进行打磨去除端面绝缘层。

3.如权利要求1所述的一种在线对电极进行侧壁绝缘的制作方法，其特征在于：所述步骤(4)中，去除所述电极端面绝缘层的方法为：在所述步骤(1)中，首先在所述金属薄片上先加工好另一个通孔，打磨时将所述电极移动至所述另一个通孔处，并穿过该通孔，打磨所述电极端面，去除所述电极端面的绝缘层。

4.如权利要求1所述的一种在线对电极进行侧壁绝缘的制作方法，其特征在于：所述步骤(4)中，去除所述电极端面绝缘层的方法为：将所述电极移动至所述金属薄片较平整的位置，采用电火花加工的方式，将所述电极端面的绝缘层除去。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种在线对电极进行侧壁绝缘的制作方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述电极在备用机床上采用竖直向下装夹，所述金属薄片采用水平固定放置。

6.如权利要求1或2或3或4所述的一种在线对电极进行侧壁绝缘的制作方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述通孔设置成若干个，所述通孔的大小根据所需绝缘层的厚度进行设置。

7.如权利要求5所述的一种在线对电极进行侧壁绝缘的制作方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述通孔设置成若干个，所述通孔的大小根据所需绝缘层的厚度进行设置。

8.如权利要求1或2或3或4或7所述的一种在线对电极进行侧壁绝缘的制作方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述绝缘涂料采用有绝缘性能的绝缘胶或绝缘漆。

9.如权利要求5所述的一种在线对电极进行侧壁绝缘的制作方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述绝缘涂料采用有绝缘性能的绝缘胶或绝缘漆。

10.如权利要求6所述的一种在线对电极进行侧壁绝缘的制作方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述绝缘涂料采用有绝缘性能的绝缘胶或绝缘漆。

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说 明 书

一种在线对电极进行侧壁绝缘的制作方法

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技术领域

本发明涉及一种微细特种加工领域的电极侧壁绝缘制作方法，特别是关于一种在

线对电极进行侧壁绝缘的制作方法。

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背景技术

电解加工是利用金属阳极溶解的原理对金属加工成型的一种特种加工方法。在

电解加工中，特别是在微细电解加工中，对工具电极的侧壁进行绝缘可以有效的减少侧壁对工件的杂散腐蚀，提高加工定域性和加工精度。电解加工中所用电极多为柱状的细长电极，对电极进行侧壁绝缘，即在电极的侧壁表面制作一层绝缘材料，降低电极侧壁附近的电场强度，并且阻隔电极侧壁的电化学反应，仅留出电极端面不被绝缘材料覆盖，这样电场被约束在电极端面附近，有利于提高加工定域性。在利用电解加工方法加工深小孔时，需要电极侧壁的绝缘层在较长的电极范围内厚度较薄且覆盖均匀。在微细电解加工中，则要求电极侧壁绝缘层的厚度在几微米，这就对电极侧壁绝缘工艺提出了较高的要求。此外，在电火花、电解组合加工中，在先进行电火花加工后，需要用侧壁绝缘电极进行电解加工，若在线下对电极进行侧壁绝缘后，再将电极装夹进行加工，则会由于电极的二次装夹造成一定的加工误差。若能在线直接对电火花加工用电极进行修整，并在其侧壁制作绝缘层，以满足电解加工的要求，则可以避免电极二次装夹带来的加工误差。[0003] 目前，国内外已有的电极侧壁绝缘方法有气相沉积法、浸渍提拉法、滴涂法和旋涂法等。其中，气相沉积法利用化学气相沉积技术(CVD)或物理气相沉积技术(PVD)在电极侧壁沉积一层绝缘材料，这种方法制作的绝缘层厚度可控且覆盖均匀，但这种工艺需要在专门的设备中进行，无法在线实现，且制作环境温度较高，要求电极材料和绝缘材料有接近的热膨胀系数。

[0004] 浸渍提拉法是将备用的电极取出固定于基座上，基座可根据需要自行制作，保证电极固定牢固并垂直；然后将基座固定在有升降系统的电动机上，或用自制的手动升降装置如废弃的显微镜。将配置好的绝缘树脂放入小烧杯中，开动电动机，使电极在绝缘树脂中浸涂一次，立即将电极尖端朝上，放置室内一段时间，待电极稍干后，转人恒温干燥箱烘干，如此反复多次即可达到良好的绝缘状态。这种方法要求涂料的粘度较小，流动性较好，这样才能均匀成膜，若涂料的粘度较大，则成膜均匀程度不好。这种方法需要使电极端面翻转向上，制作过程中改变了电极姿态，难以在线进行，因为在线的工况下，电极往往端面向下姿态固定。此外，这种方法在提出时并不是应用在电解加工中，不需要电极端面裸露，所以方法描述中没有给出去除电极端面绝缘层的手段。[0005] 滴涂法是将电极端面朝上，竖直放置，滴一滴经稀释过的瓷釉在电极表面；当瓷釉层变干后，电极端面与一个坚固的平面进行摩擦，然后利用电火花加工方法去除端面剩余的瓷釉层，使电极端面没有被瓷釉层覆盖。这种方法同样要求涂料的粘度较小，流动性较好，这样才能均匀成膜，若涂料的粘度较大，则成膜均匀程度不好。此外，这种方法需要使电

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极端面向上，同样难以在线进行，因为在线的工况下，电极往往端面向下姿态固定。

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说 明 书

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旋涂法是利用电极高速旋转产生的离心力形成绝缘材料薄膜实现侧壁绝缘。这种

方法需要将电极固定在高速转台上进行，同样无法在线进行。发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能在线对电极进行侧壁绝缘、并能满足绝缘层厚度可控且覆盖均匀的在线对电极进行侧壁绝缘的制作方法。[0008] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种在线对电极进行侧壁绝缘的制作方法，其包括一个以上的电极、一金属薄片和一装有绝缘涂料的容器，其包括以下步骤：(1)将电极和金属薄片装夹到备用机床上，将金属薄片表面与电极轴线垂直放置，电极向金属薄片进给，采用电解加工或电火花加工方法，在金属薄片上加工一个通孔；(2)电极在金属薄片表面上的投影的位置保持不变，在金属薄片另一侧的通孔位置处放置装有绝缘涂料的容器，进给电极，使电极穿过通孔，然后使电极前端浸入到绝缘涂料中浸涂，使绝缘涂料在电极的表面充分浸润粘连；(3)反方向进给电极，使电极整体移出通孔，绝缘涂料黏附在电极侧壁形成绝缘层，经通孔的约束使绝缘层厚度均匀；(4)绝缘层固化后，去除电极端面的绝缘层。

[0009] 所述步骤(4)中，去除所述电极端面绝缘层的方法为：直接在所述通孔处对所述电极端面进行打磨去除端面绝缘层。[0010] 所述步骤(4)中，去除所述电极端面绝缘层的方法为：在所述步骤(1)中，首先在所述金属薄片上先加工好另一个通孔，打磨时将所述电极移动至所述另一个通孔处，并穿过该通孔，打磨所述电极端面，去除所述电极端面的绝缘层。[0011] 所述步骤(4)中，去除所述电极端面绝缘层的方法为：将所述电极移动至所述金属薄片较平整的位置，采用电火花加工的方式，将所述电极端面的绝缘层除去。[0012] 所述步骤(1)中，所述电极在备用机床上采用竖直向下装夹，所述金属薄片采用水平固定放置。

[0013] 所述步骤(1)中，所述通孔设置成若干个，所述通孔的大小根据所需绝缘层的厚度进行设置。

[0014] 所述步骤(2)中，所述绝缘涂料采用有绝缘性能的绝缘胶或绝缘漆。[0015] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用在机床上在线进行，在电火花、电解组合加工中，可以避免电极二次装夹带来的误差。2、本发明由于采用在涂膜过程中通过通孔约束控制绝缘膜的厚度，可以通过控制加工参数来控制通孔的大小，进而控制绝缘膜的厚度。因此用本发明制作的侧壁绝缘电极的绝缘层的厚度可控且一致性好。3、本发明不仅可以用于单电极的侧壁绝缘，也可以对阵列电极进行侧壁绝缘处理，其应用范围较广。本发明可以广泛应用于特种加工领域中。

[0007]

附图说明

图1中的a～f是本发明对单电极进行侧壁绝缘的制作方法流程示意图；

[0017] 图2中的a～f是本发明实施例二对单电极进行侧壁绝缘的流程示意图；[0018] 图3中的a～f是本发明实施例三对阵列电极进行侧壁绝缘的流程示意图；[0019] 图4是本发明实施例三中阵列电极结构示意图。

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说 明 书

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具体实施方式

[0020] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。[0021] 如图1中的a～f所示，本发明针对难以在线制作电机侧壁绝缘的技术问题，其包括现有技术中一个以上的电极1、一金属薄片2和一装有绝缘涂料3的容器4，则本发明在线对电极进行侧壁绝缘的制作方法，其步骤如下：[0022] 1)如图1中的a图所示，将电极1和金属薄片2装夹到现有技术中的备用机床上，若已有电极1的形状和尺寸不能满足要求，可以预先通过现有技术中的加工方法将电极1在线修整达到所需的形状和大小，将金属薄片2表面与电极1轴线垂直放置，电极1向金属薄片2进给，并采用电解加工或电火花加工方法，在金属薄片2上加工一个通孔5。[0023] 2)加工完成通孔5后，电极1在金属薄片2表面上的投影的位置保持不变，在金属薄片2另一侧的通孔5位置处放置装有绝缘涂料3的容器4，进给电极1，使电极1穿过通孔5，然后使电极1前端一定长度浸入到绝缘涂料3中，浸涂一段时间，使绝缘涂料3在电极1的表面充分浸润粘连(如图1中的b图所示)。[0024] 3)如图1中的c图所示，反方向进给电极1，使电极1整体移出通孔5(如图1中的d图所示)，绝缘涂料3黏附在电极1侧壁，并保证电极1和金属薄片2之间没有绝缘涂料3粘连。在反方向进给过程中，由于通孔5的约束作用，使绝缘层厚度保持一致，进而得到厚度均匀的绝缘层。

[0025] 4)绝缘层固化后，去除电极1端面的绝缘层(如图1中的e、f图所示)，本发明可以采用以下两种方式去除电极1端面的绝缘层：

[0026] 第一种方法是预先在上述步骤1)中在加工通孔5前先在金属薄片2上加工另一个通孔6，去除电极1端面的绝缘层时，将电极1移动至通孔6处，电极1穿过通孔6，使电极1端面绝缘层露出金属薄片2的另一侧表面，进而打磨电极1端面，去除电极1端面的绝缘层。这样利用了通孔6对电极1的限位作用，使电极1在打磨过程中不至于受打磨的机械力作用而弯曲变形。采用在另一个通孔6进行打磨，而不是在涂膜的原位孔通孔5进行端面打磨，是由于在涂膜过程中，通孔5易被绝缘材料堵塞，若通孔5处淤积的绝缘材料容易被去除，则可以先去除通孔5处淤积的绝缘材料，直接在通孔5处进行端面打磨，这样就省去加工另一个通孔6。

[0027] 第二种方法是将电极1移动至金属薄片2较平整的位置，利用电火花加工的方式，将电极1端面的绝缘层除去。这种方法也不必加工另一个通孔6。[0028] 上述实施例的步骤1)中，若已有电极1的形状和尺寸不能满足要求，可以预先通过电解加工或电火花加工方法将其在线修整为所需的形状和大小，电极1截面形状根据需要进行修整，电极1端面一般要修整成一平面。[0029] 上述实施例的步骤1)中，电极1在备用机床上一般采用竖直向下装夹，金属薄片2一般采用水平固定放置，电极1沿竖直方向上下进给。[0030] 上述实施例的步骤1)中，通孔5和通孔6可以采用电解加工方法加工，也可采用电火花加工方法加工。若采用电火花加工方法加工通孔5和通孔6后，电极1端面由于损耗变得不再平整，可以先利用电解加工或电火花加工方法在线把电极1端面修整平整，再将电极1移回通孔5处进行后续操作。通孔5和通孔6的大小根据所需绝缘层的厚度决定，

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说 明 书

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根据欲加工的绝缘层厚度来设置两个通孔的大小。[0031] 上述实施例的步骤2)中，所用绝缘涂料3可以是任意有绝缘性能的绝缘材料，在涂膜过程中呈液态，涂膜后可通过一定手段使其固化，常用的有绝缘胶、绝缘漆等，可以根据使用者的需求选用。

[0032] 上述实施例的步骤2)中，电极1要在绝缘涂料3中浸涂一段时间，在这段时间内使绝缘涂料3在电极1的表面充分浸润粘连，时间长短与所选用绝缘涂料3的性质以及电极1的材料、表面光洁程度等有关，一般在几秒到几分钟的范围内。[0033] 上述实施例的步骤4)中，要使绝缘层固化，根据所用绝缘材料的固化机制，采用不同的固化方式。例如，若绝缘材料在空气中经过一段时间即可固化，则等待一段时间即可，若绝缘材料在一定光线照射下固化，则用所需光线照射一段时间即可。[0034] 上述实施例中，可以在金属薄片2上加工从小到大多个通孔，先用较小的通孔涂膜，然后依次用更大的通孔涂膜，这样每次涂一薄层绝缘膜，多次涂覆，最终可以得到质量较好，厚度较厚的绝缘膜。[0035] 上述实施例中，本发明步骤1)～步骤4)的在线对电极进行侧壁绝缘的制作方法在用于阵列电极的侧壁绝缘制作时，利用电极自加工孔对绝缘层厚度的约束作用，防止了绝缘涂料3在阵列电极间隙内的淤积，可以使阵列电极中的每一根电极都能被均匀涂膜。[0036] 下面通过几个具体实施例对本发明的在线对电极进行侧壁绝缘的制作方法作进一步的介绍。

[0037] 实施例一：如图1中的a～f所示，本实施例采用加工两个通孔，对单电极进行在线侧壁绝缘制作，其包括以下步骤：[0038] 1)如图1中的a图所示，电极1竖直向下装夹在机床上，利用电解加工或电火花加工方法将电极1修整为需要的形状和大小，将电极1的下端面修整为一平面。金属薄片2水平固定，利用电解加工或电火花加工方法，用电极1在金属薄片2上不同位置依次加工两个通孔：通孔6和通孔5，通孔6和通孔5的大小根据需要，通过控制加工参数来控制。[0039] 其中，通孔6用于在打磨电极1端面时电极位置，通孔5用于在涂膜中膜厚，根据通孔6和通孔5所起的作用，一般先加工通孔6，再加工通孔5，这样在最后加工通孔5后，电极1水平位置可以不动直接在通孔5处涂膜，然后移动至通孔6处再打磨电极1端面。

[0040] 2)加工完成孔通孔5后，电极1和金属薄片2的在水平面上的相对位置保持不变，在金属薄片2下方通孔5位置处放置装有绝缘涂料3的容器4，竖直向下移动电极1，使电极1穿过通孔5，并使其前端一定长度浸入到绝缘涂料3中，浸涂一段时间(如图1中的b图所示)。绝缘涂料3可以是任意有绝缘性能的绝缘涂料，如绝缘胶、绝缘漆等，根据需要选用。

3)如图1中的c图所示，竖直向上移动电极1，使电极1整体移出通孔5后，到达

金属薄片2上方一定位置(如图1中的d图所示)，电极1和金属薄片2之间没有绝缘涂料粘连，绝缘材料3黏附在电极1的侧壁，在电极1向上移动过程中，由于通孔5的约束作用，使绝缘层厚度保持一致，进而得到厚度均匀的绝缘层。[0042] 4)待绝缘层固化后，去除电极1端面的绝缘层，将电极1移动至孔通孔6处，电极1穿过通孔6，使电极1端面露出金属薄片2下表面一定距离，用砂纸7打磨电极1端面(如

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说 明 书

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图1中的e图所示)，将电极1端面的绝缘层除去即可(如图1中的f图所示)。[0043] 实施例二：如图2中的a～f所示，本实施例采用加工一个通孔，对单电极进行在线侧壁绝缘制作，其包括以下步骤：[0044] 1)如图2中的a图所示，电极1竖直向下装夹在机床上，利用电解加工或电火花加工方法将电极1修整为需要的形状和大小，将电极1的下端面修整为一平面。金属薄片2水平固定，利用电解加工或电火花加工方法，用电极1在金属薄片2上加工通孔5。通孔5的大小根据需要，通过控制加工参数来控制。[0045] 2)加工完成通孔5后，电极1和金属薄片2的在水平面上的相对位置保持不变，在金属薄片2下方通孔5位置处放置装有绝缘涂料3的容器4，竖直向下移动电极1，使电极1穿过通孔5，并使其前端一定长度浸入到绝缘涂料3中，浸涂一段时间(如图2中的b图所示)。绝缘涂料3可以是任意有绝缘性能的绝缘涂料，如绝缘胶、绝缘漆等，根据需要选用。[0046] 3)如图2中的c图所示，竖直向上移动电极1，使电极1整体移出通孔5后(如图2中的d图所示)，到达金属薄片2上方一定位置，电极1和金属薄片2之间没有绝缘涂料粘连，绝缘材料3黏附在电极1的侧壁，在电极1向上移动过程中，由于通孔5的约束作用，使绝缘层厚度保持一致，进而得到厚度均匀的绝缘层。[0047] 4)待绝缘层固化后，去除电极1端面的绝缘层，将电极1移动至金属薄片2较平整的位置上方，利用电火花加工的方式，将电极1端面的绝缘层除去(如图2中的e、f图所示)。

[0048] 实施例三：如图3中的a～f和图4所示，本实施例采用加工多个通孔，对阵列电极进行在线侧壁绝缘制作，其包括以下步骤：[0049] 1)如图3中的a图所示，阵列电极8竖直向下装夹在机床上，利用电解加工或电火花加工方法将阵列电极8中的电极修整为需要的形状和大小，将阵列电极8的下端面修整为一平面。金属薄片2水平固定，利用电解加工或电火花加工方法，用阵列电极8在金属薄片2上不同位置依次加工两组阵列孔：阵列孔10和阵列孔9，阵列孔10和阵列孔9中孔的大小根据需要，通过控制加工参数来控制。[0050] 2)加工完成阵列孔9后，阵列电极8和金属薄片2的在水平面上的相对位置保持不变，在金属薄片2下方阵列孔9位置处放置装有绝缘涂料3的容器4，竖直向下移动阵列电极8，使阵列电极8中的电极穿过阵列孔9，并使其前端一定长度浸入到绝缘涂料3中(如图3中的b图所示)，浸涂一段时间。绝缘涂料3可以是任意有绝缘性能的绝缘涂料，如绝缘胶、绝缘漆等，根据需要选用。[0051] 3)如图3中的c图所示，竖直向上移动阵列电极8，使阵列电极8中的电极整体移出阵列孔9后，到达金属薄片2上方一定位置(如图3中的d图所示)，阵列电极8和金属薄片2之间没有绝缘涂料粘连，绝缘材料3黏附在阵列电极8的侧壁，在阵列电极8向上移动过程中，由于阵列孔9的约束作用，防止了绝缘涂料在阵列电极8内的淤积，并使绝缘层厚度保持一致，进而得到厚度均匀的绝缘层。[0052] 4)待绝缘层固化后，去除阵列电极8端面的绝缘层，将阵列电极8移动至阵列孔10处，阵列电极8穿过阵列孔10，使阵列电极8端面露出金属薄片2下表面一定距离，用砂纸7打磨阵列电极8端面(如图3中的e图所示)，将阵列电极8端面的绝缘层除去(如图3中的f图所示)。

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说 明 书

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上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以

有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

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说 明 书 附 图

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说 明 书 附 图

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说 明 书 附 图

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图4

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