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首飾貴金屬材料的加工及性能第1頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三第1節(jié)貴金屬飾品的鑄造工藝
及性能第2頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三
將金屬或其合金加熱溶化后澆注到與首飾或零件的形態(tài)、尺寸相對(duì)應(yīng)的鑄型空腔內(nèi),待其冷卻凝固,以獲得首飾或其零件毛坯的生產(chǎn)方法,稱為鑄造(或澆鑄)。 流動(dòng)性、縮松及熱裂傾向是決定貴金屬飾品鑄造工藝性能的三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題第3頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三1.合金澆鑄的流動(dòng)性
貴金屬或合金材料在進(jìn)行澆鑄成型過(guò)程中,液態(tài)金屬充填型腔的流動(dòng)能力稱為澆鑄流動(dòng)性。共晶體:一種液相在恒溫下同時(shí)結(jié)晶出兩種固相的反應(yīng)叫做共晶反應(yīng)。所生成的兩相混合物叫共晶體。第4頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三柱狀晶:在合金系中,結(jié)晶溫度間隔小的合金,在結(jié)晶過(guò)程中液相與固相的成分差別較小,結(jié)晶時(shí)形成柱狀晶,由模壁向模腔內(nèi)均勻長(zhǎng)大。 形成柱狀晶,流動(dòng)性增大樹枝晶:結(jié)晶溫度間隔較大時(shí),液相與固相成分差別大,晶體呈樹枝狀朝散熱的相反方向長(zhǎng)大,使未冷凝的液體流動(dòng)受阻,故影響合金的流動(dòng)性。合金的結(jié)晶溫度間隔越大,液、固相之間的成分差別越大,樹枝晶就越嚴(yán)重,對(duì)未凝固的金屬溶液流動(dòng)的阻礙也就越大,因而流動(dòng)性越低。第5頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三
縮松:樹枝最后結(jié)晶的液體,其凝固收縮產(chǎn)生的空隙得不到金屬溶液的補(bǔ)縮,形成細(xì)小孔洞,即為縮松流動(dòng)性對(duì)縮松的影響:合金的結(jié)晶溫度間隔越大,流動(dòng)性越低,縮松傾向也就越大純金屬及共晶成分的合金,在固定溫度下結(jié)晶(結(jié)晶溫度間隔等于零),故流動(dòng)性最高,縮松傾向也最低第6頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三對(duì)流動(dòng)性的影響因素:化學(xué)成分(最重要)澆鑄溫度充型壓力鑄型的充填條件第7頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三2鑄件的凝固與收縮(1)凝固 鑄件的凝固指合金從液態(tài)至固態(tài)的轉(zhuǎn)變逐層凝固糊狀凝固中間凝固 鑄件的凝固方式主要決定于合金的結(jié)晶溫度和鑄件的溫度梯度第8頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三(2)鑄造合金的收縮 鑄造合金從澆鑄、凝固直至冷卻到室溫的過(guò)程,其體積或尺寸縮減的現(xiàn)象,稱為收縮。液態(tài)收縮凝固收縮固態(tài)收縮 合金的總收縮為上述三個(gè)階段收縮的總和。 常用單位體積收縮量(即體積收縮率)來(lái)表示,合金的對(duì)于鑄件尺寸上的收縮常用單位長(zhǎng)度的收縮量(即線收縮率)來(lái)表示。 對(duì)于鉑、金、銀等貴金屬的收縮量在6%-10%左右第9頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三(3)鑄件的凝固與收縮鑄件的收縮主要存在兩個(gè)問(wèn)題:縮孔與縮松第10頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三金屬在凝固過(guò)程中,由于體積收縮,而又未能及時(shí)得到溶液的補(bǔ)足,在最后凝固的部位形成一些孔洞,按孔洞的大小和分布,可將其分為縮孔和縮松兩類第11頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三縮孔
集中在鑄件最后凝固的部位,常呈倒圓錐形,容積較大的孔洞稱為縮孔。出現(xiàn)在鑄件上部或鑄件最后凝固的部位,多呈錐形、內(nèi)表面粗糙,一般隱藏在鑄件的內(nèi)部結(jié)晶溫度范圍窄的鑄造合金傾向于逐層凝固,容易形成縮孔。第12頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三縮松縮松是指鑄件最后凝固的區(qū)域沒有得到液態(tài)金屬或合金的補(bǔ)縮形成分散和細(xì)小的縮孔,稱為縮松或疏松形成縮松的基本原因雖然和形成縮孔的原因相同,但是形成的條件卻不同,它主要出現(xiàn)在結(jié)晶溫度范圍寬的合金中。
第13頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三
鑄件越厚,凝固收縮越大,澆鑄溫度越高,縮孔越大 逐層凝固時(shí),縮孔傾向大,縮松傾向小 糊狀凝固時(shí),縮孔傾向小,縮松傾向大第14頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三(4)縮孔、縮松的防止縮孔、縮松的存在將嚴(yán)重降低首飾鑄件的強(qiáng)度和韌性以及抗氧化、抗腐蝕性能,并嚴(yán)重影響首飾拋光工藝,直接影響首飾的外觀質(zhì)量。使用硬膜(金屬模)鑄造結(jié)晶溶液外加壓力(壓力下結(jié)晶)使鑄件實(shí)現(xiàn)“順序凝固”第15頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三3.鑄件裂紋
鑄件在固態(tài)收縮的過(guò)程中,由于各部分冷卻速度不同,將引起不均衡收縮,不均衡收縮產(chǎn)生的應(yīng)力稱為鑄造熱應(yīng)力。鑄造熱應(yīng)力是鑄件產(chǎn)生變形和裂紋的主要原因。第16頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三
根據(jù)鑄件產(chǎn)生裂紋的時(shí)間和過(guò)程,將鑄件裂紋分為熱裂和冷裂冷裂:在鑄件完全凝固后,進(jìn)行冷卻過(guò)程中出現(xiàn)的裂紋稱為冷裂熱裂:鑄件在完全凝固以前出現(xiàn)的裂紋稱為熱裂第17頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三4.鑄件中的氣孔 氣孔是氣體在鑄件中形成的孔洞。最常見的缺陷。造成的廢品占廢品總數(shù)的40%以上氣體來(lái)源:(1)溶解于貴金屬中的氣體(2)石膏模具中部分易揮發(fā)的物質(zhì)在高溫氣化產(chǎn)生的氣體(3)在澆鑄過(guò)程中模腔中的氣體進(jìn)入鑄件第18頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三5.離心鑄造工藝
將液態(tài)合金澆注入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中,使金屬合金在離心力的作用下充填鑄型并結(jié)晶,這種鑄造方式叫離心鑄造。
立式離心鑄造臥式離心鑄造第19頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三鑄造的定義
將金屬或其合金加熱熔化后澆鑄到與首飾或其零件的形態(tài)、尺寸相對(duì)應(yīng)的鑄型空腔中,待其冷卻凝固,以獲得首飾或其零件毛坯的生產(chǎn)方法,稱為鑄造或者澆鑄。這種方法可以一次性鑄造許多飾品,生產(chǎn)效率極高,而且可以制造形狀復(fù)雜,特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的飾品,鑄件的大小幾乎不受限制;第20頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三鑄造工藝的意義:鑄造對(duì)于首飾行業(yè)來(lái)說(shuō),具有非常重要的意義。首先,鑄造是一種工藝手段,它與其它金屬工藝如雕金、鍛金、琺瑯等一樣,具有自身獨(dú)有的工藝特性和藝術(shù)效果。細(xì)分起來(lái)鑄造工藝還由于所用輔助材料的區(qū)別,還各有不同的工藝特色,如陶范鑄造能做出渾厚凝重的雕塑;成本低廉而又拙中見巧的砂形鑄造,可用于一些即興的工藝品;失蠟法鑄造的主要特點(diǎn)卻是細(xì)致精巧,最適于精細(xì)首飾制作。另外,失蠟法最重要的一點(diǎn)是,我們可以利用蠟的媒介轉(zhuǎn)換和可塑性強(qiáng)的特點(diǎn),做出許多直接對(duì)金屬加工所做不出來(lái)的效果,具有極強(qiáng)的表現(xiàn)力。第21頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三
首飾可以通過(guò)多種鑄造工藝快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行復(fù)制。在具體應(yīng)用中可以根據(jù)自己作品特點(diǎn)選擇不同的鑄造方法,以取得不同的藝術(shù)效果。另外,精密鑄造機(jī)械的出現(xiàn),使得首飾的大批量生產(chǎn)成為可能,可以節(jié)省原材料和時(shí)間,提高勞動(dòng)效率并降低勞動(dòng)成本,這就大大提高了生產(chǎn)效益,這也是首飾鑄造的最大意義所在。第22頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三第23頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三失蠟澆鑄的步驟:“蠟板”-“銀版”-“蠟版”-“金屬版”1)選擇模型(通常是以銀、銅等金屬來(lái)作為原版);(原版的生產(chǎn)可以直接起金屬版,也可以先制作一個(gè)蠟版)第24頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三2)在金屬模型外包裹上壓膜生膠,硫化后形成橡膠模。我們稱為“壓膠膜”。第25頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三3)用注蠟機(jī)熔化蠟料,注入膠膜制成蠟版;第26頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三4)在蠟?zāi)I显O(shè)計(jì)“水口”,并將蠟?zāi)7N到蠟底座上,這個(gè)過(guò)程叫做“種蠟樹”;第27頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三5)放入專用的模套(鋼鑄筒)內(nèi)。第28頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三第29頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三6)注入耐火鑄粉漿液,并去除其中的空氣,我們稱之為“灌漿”和“抽真空”;第30頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三7)干燥,使其凝固;8)烘干,脫蠟(失蠟),焙燒;第31頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三9)選擇金屬或者合金材料,并計(jì)算、稱出要使用的金屬的重量;10)熔化金屬或合金;11)對(duì)焙燒鑄模進(jìn)行澆鑄(澆鑄方法有:真空加壓澆鑄,吸索澆鑄,回旋真空加壓澆鑄,離心澆鑄,真空離心澆鑄等);第32頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三12)將鑄模放入冷水冷卻后,取出鑄件;第33頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三與鑄造成敗相關(guān)的因素1)熔模蠟料的配制對(duì)造型和所鑄形體的質(zhì)量有很大影響。2)鑄造用金屬液化狀態(tài)時(shí)的流動(dòng)性很重要。3)鑄造型腔的設(shè)計(jì)對(duì)鑄造的成敗有關(guān)鍵作用。4)鑄造者的經(jīng)驗(yàn)(如對(duì)鑄造技術(shù)、機(jī)械與工藝的把握)對(duì)鑄造效果也至關(guān)重要。第34頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三“一個(gè)蠟板”-“一個(gè)銀版”-“N個(gè)蠟版”-“N個(gè)金屬版”第35頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三“一個(gè)蠟板的故事”——起版“蠟雕”“J-cad”,“J-cam”起版手工起版電腦起版第36頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三手工雕蠟版的具體工藝流程:
看單開料→粗胚→細(xì)胚→撈底→開鑲口→修理
第37頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三電腦雕蠟
——JCAD建模,犀牛建模第38頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三遞減式快速成型設(shè)備的典型代表是日本的JWX-10型雕蠟機(jī)熔融沉積法(FDM)光固化法(SLA)紅色的樹脂硬度較高,適合于直接壓模,黃色的樹脂熔點(diǎn)相對(duì)低,適合于直接倒模。第39頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三“一個(gè)蠟板”——“一個(gè)銀版”水口棒要與鑄件最厚的并很少有裝飾細(xì)節(jié)的位置相連。此外,水口棒要盡可能的短,以免在鑄造過(guò)程中過(guò)快冷卻。澆鑄口留得粗些可以避免過(guò)早凝固,這一點(diǎn)很重要。因?yàn)橐话銇?lái)說(shuō),凝固最早出現(xiàn)在末端,向水口的根部逐漸發(fā)展。再說(shuō),較粗的澆口,還會(huì)在金屬收縮時(shí),提供一定的余量,將收縮率及砂眼發(fā)生率降到最低。澆口要做得筆直,以利于金屬熔液快速流入型腔。水口棒:水口棒的主要作用是保證蠟液失出和澆鑄時(shí)液體金屬流通順暢,是模澆道系統(tǒng)的最后一個(gè)分支。?第40頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三澆鑄較復(fù)雜的造型,有時(shí)要做分叉的澆口,特別是粗細(xì)變化很多的設(shè)計(jì)。確認(rèn)水口與蠟型牢固連接。接合的地方要圍得粗些,以便金屬熔液流動(dòng)順暢。第41頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三銀版(金屬首版)制作膠模首先要有首版(也稱頭版)。通常的首版是用銀精制而成的。第42頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三壓膠膜開膠膜注蠟(唧蠟)修整蠟?zāi)!耙粋€(gè)銀版”——“N個(gè)蠟版”第43頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三壓膠膜1)劃分型線:用油性筆沿著版形邊緣劃出分型線,作為切開膠模的上下模分型位置,分型線位置的確定,以易于取模為原則。2)填膠:采取塞、纏、補(bǔ)的方式將首版上的空隙位、凹位和鑲石位等填滿。3)壓模硫化:首先預(yù)熱,再放入已裝壓好生膠的壓??颍o手柄使加熱板壓緊壓??颉?/p>
第44頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三加工膠模常見的問(wèn)題及對(duì)策分析表第45頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三開膠模:在首飾工廠中是一項(xiàng)要求很高的技術(shù),因?yàn)殚_膠模的好壞直接影響蠟?zāi)R约敖饘倜鞯馁|(zhì)量,而且還直接影響膠模的壽命。技術(shù)高超的開模師傅開出的膠模,在注蠟后基本沒有變形、斷裂、披風(fēng)的現(xiàn)象,基本不需要修蠟、焊蠟,能夠節(jié)省大量修整工時(shí),得到較高的生產(chǎn)效率。將壓模好的膠模割開,取出首版,并按樣版的形狀復(fù)雜程度,將膠模分成若干部分,使膠模在注蠟后能順利將蠟?zāi)H〕觥?/p>
四腳定位法:開出的膠模有四個(gè)腳相互吻合固定,四腳之間的部分有采用直線切割的,也有采用曲線切割的。第46頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三注蠟(唧蠟)唧蠟是通過(guò)唧蠟機(jī)把蠟熔化后用氣壓注入膠模中,現(xiàn)常用的設(shè)備都是真空唧蠟機(jī)。脫模劑溫度壓力調(diào)節(jié)注蠟操作取蠟件操作第47頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三修整蠟?zāi)R话愣裕⑾灪笕〕龅南災(zāi)6紩?huì)或多或少地存在一些問(wèn)題,如飛邊、多重邊、斷爪、肉眼可見的砂眼、部分或整體結(jié)構(gòu)變形、小孔不通、花頭線條不清晰、花頭搭邊等等。對(duì)于飛邊、多重邊、花頭不清晰、花頭搭邊等缺陷可以用手術(shù)刀片修光;對(duì)于砂眼、斷爪可以用焊蠟器進(jìn)行焊補(bǔ);小孔不通的可以用焊針穿透;對(duì)于蠟?zāi)5淖冃慰梢栽?0—50℃的熱水中進(jìn)行校正.
另外,對(duì)于手寸不同的戒指,如果等到執(zhí)模時(shí)再改指圈,無(wú)疑既費(fèi)工又費(fèi)料。所以一般的生產(chǎn)企業(yè)都是在修蠟?zāi)r(shí)直接改指圈。改指圈使用焊蠟器非常方便,焊好后用刀片修整一下焊縫即可。第48頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三“N個(gè)蠟版”——“N個(gè)金屬版”種蠟樹石膏粉漿的制作烘焙石膏鑄造石膏模的炸洗、清洗及剪毛坯
第49頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三種蠟樹:將制作好的蠟?zāi)0凑找欢ǖ捻樞?,用焊蠟器沿圓周方向依次分層地焊接在一根蠟棒上,使最終得到一棵形狀酷似大樹的蠟樹,再將蠟樹進(jìn)行灌石膏等工序。第50頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三石膏粉漿的制作
將蠟樹連底盤一起套上不銹鋼筒(鋼鈴),在鋼鈴?fù)饷嫔习鼏蚊婺z紙(膠紙最后應(yīng)該高出鋼鈴上沿20cm左右)備用。
2)灌石膏:抽真空后的石膏漿馬上沿鋼鈴的內(nèi)壁緩緩注入,切忌將石膏漿直接倒在蠟樹上,直至石膏漿沒過(guò)蠟樹約1cm,立即進(jìn)行第二次抽真空。抽真空2分鐘完畢,自然放置6~12小時(shí)進(jìn)行以保證石膏的凝固。
1)拌石膏漿:按鋼鈴的具體容積備好相應(yīng)重量的石膏粉和水(若無(wú)蒸餾水,自來(lái)水也可),一般石膏粉和水的比例為2—2.5:1(這時(shí)的石膏漿比重約為2),可以根據(jù)氣候的干濕、冷暖,以及鑄模的大小、復(fù)雜程度進(jìn)行調(diào)整,水溫在20~25℃之間比較適宜。先將水放入攪拌容器中,開動(dòng)攪拌器,逐步放入石膏粉,攪拌10分鐘左右,即可進(jìn)行第一次抽真空(1~2分鐘)。第51頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三烘焙石膏石膏模的烘焙是保證澆鑄正常進(jìn)行的重要工序。一般而言,18K金的鑄模烘焙時(shí)間為6~12小時(shí),鉑金的鑄模烘焙時(shí)間為12~20小時(shí)。烘焙的作用主要有:脫蠟、干燥和澆鑄保溫。以18K金的烘焙為例,脫蠟溫度為0—350℃,保溫時(shí)間2小時(shí);干燥溫度為350~700℃,保溫時(shí)間2~3小時(shí);澆鑄保溫溫度為600~500℃,保溫時(shí)間1~2小時(shí)。一般的烘焙過(guò)程是:首先將電阻爐預(yù)熱到起始溫度,將石膏模水口向下放入爐中,以便使蠟液流出蒸發(fā);在起始溫區(qū)恒溫1小時(shí)后,再以1~2小時(shí)的間隔逐步升/降溫和恒溫。注意升溫(或降溫)速度應(yīng)該保持在100~200℃/小時(shí),否則升溫過(guò)快容易形成石膏模的裂紋,嚴(yán)重的可能造成石膏模損壞或報(bào)廢,升溫過(guò)慢又容易造成遺蠟或石膏模干燥不徹底,影響鑄件的質(zhì)量。石膏模的烘焙時(shí)間主要取決于金樹的大小和復(fù)雜程度,可以根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。
第52頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三鑄造
石膏模的烘焙接近尾聲時(shí),開始熔化已配好的金并保持熔融狀態(tài)。待石膏模保溫完畢,將金水從水口注入,完成澆鑄。常見的兩種澆鑄方式是真空吸鑄機(jī)吸鑄和真空感應(yīng)離心澆鑄機(jī)澆鑄。
離心澆注:若干鑄型放射狀地安置在中心澆道的四周,全部鑄型繞中心澆口旋轉(zhuǎn),利用離心力改善充填和補(bǔ)縮的鑄造方法。
真空吸鑄:利用負(fù)壓將熔融金屬吸入鑄型(結(jié)晶器)的鑄造方法。
第53頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三合金鑄造時(shí)常見問(wèn)題第54頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三石膏模的炸洗、清洗及剪毛坯
澆鑄后的石膏模處于高溫狀態(tài),從澆鑄機(jī)中取出后自然放置10~30分鐘,再放入冷水中進(jìn)行炸洗。石膏由于收縮作用炸裂后,取出金樹,用鋼刷刷去大塊的石膏,放入30%的氫氟酸中浸泡10分鐘,再夾出,沖洗;用高壓清洗噴槍噴洗金樹,除去剩余的石膏,直至金樹表面干凈。將金樹上的首飾沿水口底部剪下,晾干,稱重即可交付入庫(kù)或進(jìn)行下道工序。第55頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三蠟鑲
蠟鑲是首飾工藝技術(shù)人員在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中逐步總結(jié)和創(chuàng)新的結(jié)果。蠟鑲是依照失蠟鑄造常規(guī)工藝流程的基本原則進(jìn)行的,其創(chuàng)新點(diǎn)在于:它在起銀版時(shí)就將寶石鑲嵌到鑲口上,壓膠模后就會(huì)在膠模上留下寶石和鑲口的形狀,注蠟之前將選好的寶石緊密嵌入膠模對(duì)應(yīng)位置,再合上膠模進(jìn)行注蠟。這樣,注出的蠟?zāi)>鸵呀?jīng)鑲嵌好了寶石,再直接進(jìn)行澆鑄就可以得到鑲好寶石的金屬模了。
第56頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三
蠟鑲并不適用于所有狀況。它應(yīng)該至少具備兩個(gè)前提一、所鑲的寶石可耐受金水注入時(shí)的高溫;如鉆石、紅寶石、藍(lán)寶石、石榴石、橄欖石、立方氧化鋯等。二、鑲嵌的寶石較多,且常規(guī)鑲嵌方法較復(fù)雜。蠟鑲通常多用于多粒鉆石的槽鑲、釘鑲和包鑲,有時(shí)也可用于單?;?—3粒鉆石的爪鑲、槽鑲、釘鑲和包鑲。在批量生產(chǎn)方式中,蠟鑲可大大縮短鑲嵌工時(shí),對(duì)提高生產(chǎn)效率具有非常顯著的功效。這一工藝方法尤其適合制造那些采用復(fù)雜鑲嵌方法的首
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