CN114905770B - 叶片成型方法和模具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种叶片成型方法和模具,其中叶片成型方法包括:提供上模(10)和下模(20);在上模(10)和下模(20)中开设用于容纳叶片预制体(30)的容腔,容腔的体积大于叶片预制体(30)的体积;在容腔的内壁与叶片预制体(30)之间设置弹性体(40);将上模(10)和下模(20)合模,然后向容腔的内部填充液态基料,待液态基料对叶片预制体(30)充分浸润之后,经固化和脱模后实现叶片成型。本发明可以在叶片预制体的实际尺寸与设计尺寸存在偏差时使叶片预制体能够放入模具中,顺利实现模具的闭合;也可以防止容器与叶片预制体之间存在间隙,有利于提高叶片成型质量。
Description
技术领域
本发明涉及叶片制造技术领域,尤其涉及一种叶片成型方法和模具。
背景技术
随着现代商用航空发动机对燃油经济性要求的提升,轻质高强的树脂基复合材料和金属组成的混合结构构件在航空发动机上有着越来越广泛的应用。如风扇叶片、风扇出口导向叶片、风扇包容机匣等部件,国外成熟航空发动机厂商已实现部分或全部采用了树脂基复合材料制造,其减重效果带来了燃油效率的极大提升。
对于这种混合结构的叶片,制造方法为通过某种方式连接金属和三维机织预制体,利用闭模液态成型工艺,将混合结构整体置于成型模具内,通过向模具内填充液态树脂,树脂对复合材料预制体进行充分浸润后,经特定工艺固化并脱模后,完成一体化成型。
受制于加工精度,混合结构的叶片中的金属部分实物与理论模型相比会存在公差,金属部分某些位置的尺寸形位可能会大于/小于模具,从而导致合模时模具无法闭合或者模具内腔存在空隙。内腔存在空隙时,在注胶时会形成快速流道,有可能导致复合材料局部干斑等缺陷,影响叶片成型的质量。
金属部分与模具不匹配还会导致混合结构构件在模具中定位困难,预先设置的定位部件可能会因为金属部分的误差而导致定位失效。而且,由于成型工艺采用闭模成型工艺,模具闭合后无法对构件内部的定位情况进行直接观测,无法确定定位的准确性。
需要说明的是,公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明实施例提供一种叶片成型方法和模具,可以提高叶片成型质量。
根据本发明的一个方面,提供一种叶片成型方法,包括:
提供上模和下模;
在上模和下模中开设用于容纳叶片预制体的容腔,容腔的体积大于叶片预制体的体积;
在容腔的内壁与叶片预制体之间设置弹性体;
将上模和下模合模,然后向容腔的内部填充液态基料,待液态基料对叶片预制体充分浸润之后,经固化和脱模后实现叶片成型。
在一些实施例中,叶片成型方法还包括:
在上模和/或下模上开设多个凹槽;
在合模之前,在凹槽中***限位块,以通过限位块对叶片预制体进行限位。
在一些实施例中,叶片成型方法还包括:
在上模和/或下模上开设多个凹槽;
在合模之前,在凹槽中***体积小于凹槽的限位块;
向凹槽内添加支撑物,以通过支撑物使限位块保持在能够对叶片预制体实现限位的位置。
在一些实施例中,叶片成型方法还包括:
合模后,监控支撑物的状态,根据支撑物的状态变化判断限位块和叶片预制体的位置是否发生变化。
在一些实施例中,叶片成型方法还包括:
支撑物包括液压油,通过监控凹槽内的压力变化来判断限位块和叶片预制体的位置是否发生变化。
在一些实施例中,叶片成型方法还包括:
支撑物包括弹性件,通过监控弹性件积聚的弹性势能大小来判断限位块和叶片预制体的位置是否发生变化。
在一些实施例中,叶片成型方法还包括:
在限位块的外周设置密封件,以防止液态基料进入凹槽或者支撑物流出凹槽。
在一些实施例中,叶片成型方法还包括:
围绕叶片预制体布置多个监控点;
根据需要选择其中至少两个监控点对叶片预制体进行限位;或者,在设有限位块的监控点中选择其中至少两个,并向对应的凹槽内添加支撑物,以及对支撑物的状态变化进行监控。
根据本发明的另一个方面,提供一种叶片成型模具,包括上模和下模,上模和下模中设有用于容纳叶片预制体的容腔,容腔的体积大于叶片预制体的体积,容腔的内壁与叶片预制体之间设有弹性体。
在一些实施例中,叶片成型模具还包括多个限位块,上模和/或下模上设有多个凹槽,限位块***凹槽中以对叶片预制体进行限位。
在一些实施例中,叶片成型模具还包括支撑物,限位块的体积小于凹槽的体积,支撑物添加至凹槽中,支撑物用于使限位块保持在能够对叶片预制体实现限位的位置。
在一些实施例中,叶片成型模具还包括监控装置,监控装置用于监控支撑物的变化状态,以根据支撑物的状态变化判断限位块和叶片预制体的位置是否发生变化。
在一些实施例中,支撑物包括液压油,监控装置包括用于检测凹槽内压力的压力传感器。
在一些实施例中,支撑物包括弹性件,监控装置包括用于检测弹性件积聚的弹性势能的检测装置。
在一些实施例中,限位块的外周设有密封件,密封件用于防止杂质进入凹槽或者支撑物流出凹槽。
基于上述技术方案,在本发明实施例中,容腔的体积大于叶片预制体的体积,在叶片预制体的实际尺寸稍大于设计尺寸时,可以保证叶片预制体能够放入容腔内,合模时使上模和下模能够顺利闭合,以便顺利进行后续的工艺操作;而且,容腔的内壁和叶片预制体之间设有弹性体,在叶片预制体的实际尺寸稍小设计尺寸时,通过弹性体可以填充容腔的内壁和叶片预制体之间的空隙,避免由于空隙的存在影响叶片成型的质量。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明叶片成型模具一个实施例在合模后的结构示意图。
图2为图1沿A-A截面的剖视图。
图3为本发明叶片成型模具一个实施例中凹槽和限位块的配合结构示意图。
图4为本发明叶片成型模具一个实施例中监控点的分布示意图。
图中:
10、上模;20、下模;30、叶片预制体;31、金属部分;32、复合材料部分;40、弹性体;50、凹槽;51、第一流道;52、第二流道;60、限位块;70、监控装置;80、密封件;91、第一监控点;92、第二监控点;93、第三监控点;94、第四监控点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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保护范围的限制。
如图1和图2所示,在本发明提供的一种叶片成型方法的一些实施例中,该方法包括:
提供上模10和下模20;
在上模10和下模20中开设用于容纳叶片预制体30的容腔,容腔的体积大于叶片预制体30的体积;
在容腔的内壁与叶片预制体30之间设置弹性体40;和
将上模10和下模20合模,然后向容腔的内部填充液态基料,待液态基料对叶片预制体30充分浸润之后,经固化和脱模后实现叶片成型。
在本发明实施例中,容腔的体积大于叶片预制体30的体积,在叶片预制体30的实际尺寸稍大于设计尺寸时,可以保证叶片预制体30能够放入容腔内,合模时使上模10和下模20能够顺利闭合,以便顺利进行后续的工艺操作;而且,容腔的内壁和叶片预制体30之间设有弹性体40,在叶片预制体的实际尺寸稍小设计尺寸时,通过弹性体40可以填充容腔的内壁和叶片预制体30之间的空隙,避免由于空隙的存在影响叶片成型的质量。
通过设置体积较大的容腔和弹性体,提高了模具对叶片预制体30的适应能力,即使制造出的叶片预制体30的实际尺寸与设计尺寸存在偏差,也可以顺利进行后续的工艺操作,且有效保障叶片成型的质量。
可以理解的是,制造出的叶片预制体30的实际尺寸与设计尺寸之间即使存在偏差,该偏差也不会太大,偏差太大的零件会作为废件被废弃。受制于目前的加工精度,出厂时被判定为检测合格的零件,其实际尺寸与设计尺寸之间允许有一定的制造公差。本发明实施例中设置的容腔体积大于叶片预制体30的体积,意味着容腔体积比叶片预制体30的体积大的范围能够覆盖制造公差,因此可以保证实际尺寸存在制造公差的叶片预制体30能够顺利地全部放入容腔中,并使得合模时模具能够顺利闭合。容腔的内壁限定出的第一轮廓覆盖且大于弹性体的内侧限定出的第二轮廓。
在本发明实施例中,弹性体可以选用橡胶、硅胶、聚氨酯、聚酰亚胺等材料。
在一些实施例中,为了便于成型和脱模,容腔设置于上模10和下模20中,容腔的一部分位于上模10中,另一部分位于下模20中。
如图1所示,上模10和下模20之间的接触面可以为平面,也可以为曲面。
在本发明实施例中,叶片预制体30的材料可以有多种选择,比如可以采用复合材料制成,或者采用金属材料制成,也可以采用复合材料和金属材料混合制成。
其中,采用复合材料制成的叶片预制体30,后续可以通过在闭合模具内灌注液态基料,通过基料对叶片预制体30充分浸润,然后经过固化及脱模后成型,成型后的叶片的外表面比叶片预制体30更光滑,结构强度也更高。
采用金属材料制成的叶片预制体30,后续也可以通过在闭合模具内灌注液态基料,通过基料对叶片预制体30充分浸润,然后经过固化及脱模后成型,成型后的叶片包括金属材料制成的芯部和复合材料制成的外蒙皮,相比于纯金属材料制成的叶片来说,在同等体积下,采用上述方法制成的叶片的重量更小。
采用复合材料和金属材料制成的混合结构的叶片预制体30,后续可以对复合材料部分通过在闭合模具内灌注液态基料,通过基料对叶片预制体30充分浸润,然后经过固化及脱模后成型,成型后的叶片包括金属部分和复合材料部分两部分,复合材料部分的外表面相比于叶片预制体30更加光滑,结构强度也更高。相比于纯金属材料制成的叶片来说,在同等体积下,采用上述方法制成的叶片的重量更小。
在如图2所示的实施例中,叶片预制体30包括金属部分31和复合材料部分32,金属部分31位于叶片的前缘,复合材料部分32位于叶片的中间和尾缘。金属部分31包括构成前缘的前缘部和自前缘部向靠近尾缘的方向延伸的连接部,连接部的厚度小于前缘部的厚度。连接部***复合材料部分32的内部,以实现金属部分31和复合材料部分32的连接,有利于提高叶片的整体结构强度。
其中,基料可以选择树脂基或陶瓷基等。
在一些实施例中,叶片成型方法还包括:
在上模10和/或下模20上开设多个凹槽50;
在合模之前,在凹槽50中***限位块60,以通过限位块60对叶片预制体30进行限位。
通过设置凹槽50,并在凹槽50中***限位块60,可以利用限位块60对叶片预制体30进行限位,防止叶片预制体30在后续的工艺操作过程中出现移位、错位等问题,影响叶片的成型质量。
同一个凹槽50可以开设在上模10上,也可以开设在下模20上,还可以一部分位于上模10,另一部分位于下模20。
在一些实施例中,叶片成型方法还包括:
在上模10和/或下模20上开设多个凹槽50;
在合模之前,在凹槽50中***体积小于凹槽50的限位块60;
向凹槽50内添加支撑物,以通过支撑物使限位块60保持在能够对叶片预制体30实现限位的位置。
在上述实施例中,限位块60的体积小于凹槽50的体积,限位块60***凹槽50后,凹槽50还有剩余空间,支撑物可以添加至该剩余空间内,以对限位块60进行支撑。通过添加支撑物,可以对限位块60的限位位置进行保持,防止限位块60偏离限位位置。同时,通过添加支撑物,还可以通过监控支撑物的状态来判断限位块60和叶片预制体30的位置是否发生变化。
限位块60对叶片预制体30进行限位时,限位块60可以直接与叶片预制体30接触,实现直接的限位作用;限位块60也可以不与叶片预制体30直接接触,比如限位块60可以直接与弹性体40接触,从而间接接触叶片预制体30,实现间接的限位作用。
在一些实施例中,叶片成型方法还包括:
合模后,监控支撑物的状态,根据支撑物的状态变化判断限位块60和叶片预制体30的位置是否发生变化。
叶片预制体30在容腔中的位置发生变化后,限位块60的位置也会发生变化,从而支撑物的状态也会随之发生变化,因此通过监控支撑物的状态变化,可以判断限位块60和叶片预制体30的位置是否发生变化。
通过对支撑物的状态进行监控,可以在模具闭合后实时掌握其内部叶片预制体30的位置变化,进而把控叶片的成型质量。
支撑物可以选择能够提供一定刚度且又可压的材料,具体来说,支撑物和用于对支撑物的状态进行监控的监控装置70的具体类型可以有多种选择。下面介绍几种具体实施方式。
在一些实施例中,叶片成型方法还包括:
支撑物包括液压油,通过监控凹槽50内的压力变化来判断限位块60和叶片预制体30的位置是否发生变化。
如图3所示,上模10或下模20上设有与凹槽50流体连通的第一流道51和第二流道52。第一流道51和第二流道52自上模10或下模20的外表面向内延伸,以便于液压油的输入和监控装置70的安装。监控装置70包括压力传感器,压力传感器安装在上模10或下模20的外表面,除了监控油压变化之外,压力传感器还可以作为端盖封堵于第二流道52的出口,防止液压油泄漏。
液压油通过第一流道51进入凹槽50的内部,液压油可以驱动限位块60向靠近叶片预制体30的方向移动直至与叶片预制体30直接或间接接触,以实现对叶片预制体30的限位作用。限位块60或叶片预制体30在容腔中的位置发生变化后,凹槽50内部的油压大小也会发生变化,因此通过监控油压大小可以反映限位块60和叶片预制体30的位置变化。模具合模后,通过油压的变化可以判断叶片预制体30的各处关键点位置的限位情况,若某处关键点的油压变化较大,说明合模后叶片预制体30有所移动,限位不足;若有多个关键点出现油压变化较大的情况,则可能是整体限位压强大小设置的不太合适,可以重新调整限位压强。另外,若有多个关键点出现油压变化较大的情况,也可能是限位位置不太合适,可以重新选择不同的限位位置,在不同的限位位置进行监控。
限位压强的大小的调节可以通过控制向凹槽50内输入的液压油总量来实现。初始设定的限位压强的大小可以根据限位块60的受力情况计算得到,该限位压强需要能够保证限位块60的紧密性且具有防松能力。
在一些实施例中,叶片成型方法还包括:
支撑物包括弹性件,通过监控弹性件积聚的弹性势能大小来判断限位块60和叶片预制体30的位置是否发生变化。
其中,弹性件可以包括橡胶或者弹簧等。
限位块60或叶片预制体30在容腔中的位置发生变化后,弹性件积聚的弹性势能大小也会发生变化,因此通过监控弹性件积聚的弹性势能大小可以反映限位块60和叶片预制体30的位置变化。
弹性件积聚的弹性势能的大小可以通过弹性件的变形量来体现,弹性件的变形量越大,其所积聚的弹性势能越大。
可以理解地是,在采用橡胶或者弹簧作为支撑物的实施例中,可以省略限位块60,橡胶和弹簧可以直接支撑叶片预制体30,实现限位作用。
模具合模后,通过弹性势能的变化可以判断叶片预制体30的各处关键点位置的限位情况,若某处关键点的弹性势能变化较大,说明合模后叶片预制体30有所移动,限位不足;若有多个关键点出现弹性势能变化较大的情况,则可能是弹性件的整体刚度大小设置的不太合适,可以重新调整弹性件的刚度。另外,若有多个关键点出现弹性势能变化较大的情况,也可能是限位位置不太合适,可以重新选择不同的限位位置,在不同的限位位置进行监控。
弹性件的刚度大小的调节可以通过更换不同高度的橡胶块、不同高度或者不同粗细的弹簧来实现。初始设定的刚度大小可以根据限位块60的受力情况计算得到,该刚度需要能够保证限位块60的紧密性且具有防松能力。
在一些实施例中,叶片成型方法还包括:
在限位块60的外周设置密封件80,以防止液态基料进入凹槽50或者支撑物流出凹槽50。
如图3所示,限位块60的外周设有限位槽,密封件80安装于限位槽中。限位块60的外周可以设置两个或更多个密封件80,以提高密封效果。密封件80可以采用橡胶圈等。
通过设置密封件80,既可以防止液态基料等杂质进入凹槽50中,影响支撑物的状态变化,又可以防止支撑物流出凹槽50,造成支撑物状态变化的误判,影响监控效果。
在一些实施例中,叶片成型方法还包括:
围绕叶片预制体30布置多个监控点;
根据需要选择其中至少两个监控点对叶片预制体30进行限位,或者在设有限位块60的监控点中选择其中至少两个,并向对应的凹槽50内添加支撑物,以及对支撑物的状态变化进行监控。
通过在叶片预制体30设置多个监控点,可以适应对不同位置的监控需求。根据实际需要,可以在所有监控点设置凹槽50和限位块60,也可以在其中的一部分监控点设置凹槽50和限位块60。在设置有凹槽50和限位块60的监控点中,可以向所有凹槽50内添加支撑物,并监控支撑物的状态变化,也可以向其中一部分凹槽50中添加支撑物,并监控支撑物的状态变化。
也就是说,在一些实施例中,不需要向所有凹槽50中***限位块60,可以只向需要限位的凹槽50中***限位块60;也不需要向所有设有限位块60的凹槽50中添加支撑物,可以只向需要监控定位情况的凹槽50中添加支撑物。这样设置可以提供多种选择,适应对不同部位的限位和监控需求。
在一些实施例中,可以在叶片预制体30的顶部布置至少一个监控点,在叶片预制体30的根部布置至少一个监控点,在叶片预制体30的压力面布置至少一个监控点,在叶片预制体30的吸力面布置至少一个监控点,在叶片预制体30的前缘布置至少两个监控点,在叶片预制体30的尾缘布置至少两个监控点。
在如图4所示的实施例中,叶片预制体30为混合结构,包括金属部分31和复合材料部分32。在该实施例中,叶片预制体30的周围布置有四类监控点。在叶片预制体30的顶部布置有两个第一监控点91,在叶片预制体30的根部布置有两个第二监控点92,在叶片预制体30的前缘布置有三个第三监控点93,在叶片预制体30的压力面布置有两个第四监控点94,且两个第四监控点94均位于金属部分31上。另外,在叶片预制体30的吸力面上也可以对应布置两个监控点。
本发明还提供了一种叶片成型模具,包括上模10和下模20,上模10和下模20中设有用于容纳叶片预制体30的容腔,容腔的体积大于叶片预制体30的体积,容腔的内壁与叶片预制体30之间设有弹性体40。
在一些实施例中,叶片成型模具还包括多个限位块60,上模10和/或下模20上设有多个凹槽50,限位块60***凹槽50中以对叶片预制体30进行限位。
在一些实施例中,叶片成型模具还包括支撑物,限位块60的体积小于凹槽50的体积,支撑物添加至凹槽50中,支撑物用于使限位块60保持在能够对叶片预制体30实现限位的位置。
在一些实施例中,叶片成型模具还包括监控装置70,监控装置70用于监控支撑物的变化状态,以根据支撑物的状态变化判断限位块60和叶片预制体30的位置是否发生变化。
在一些实施例中,支撑物包括液压油,监控装置70包括用于检测凹槽50内压力的压力传感器。
在一些实施例中,支撑物包括弹性件,监控装置70包括用于检测弹性件积聚的弹性势能的检测装置。
在一些实施例中,限位块60的外周设有密封件80,密封件80用于防止杂质进入凹槽50或者支撑物流出凹槽50。
上述各个实施例中叶片成型方法所具有的积极技术效果同样适用于叶片成型模具,这里不再赘述。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制;尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:在不脱离本发明原理的前提下,依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换,这些修改和等同替换均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (9)
1.一种叶片成型方法,其特征在于,包括:
提供上模(10)和下模(20);
在所述上模(10)和所述下模(20)中开设用于容纳叶片预制体(30)的容腔,所述容腔的体积大于所述叶片预制体(30)的体积;
在所述容腔的内壁与所述叶片预制体(30)之间设置弹性体(40);
将所述上模(10)和所述下模(20)合模,然后向所述容腔的内部填充液态基料,待所述液态基料对所述叶片预制体(30)充分浸润之后,经固化和脱模后实现叶片成型;
在所述上模(10)和/或所述下模(20)上开设多个凹槽(50);
在合模之前,在所述凹槽(50)中***体积小于所述凹槽(50)的限位块(60);
向所述凹槽(50)内添加支撑物,以通过所述支撑物使所述限位块(60)保持在能够对所述叶片预制体(30)实现限位的位置;
合模后,监控所述支撑物的状态,根据所述支撑物的状态变化判断所述限位块(60)和所述叶片预制体(30)的位置是否发生变化。
2.根据权利要求1所述的叶片成型方法,其特征在于,还包括:
所述支撑物包括液压油,通过监控所述凹槽(50)内的压力变化来判断所述限位块(60)和所述叶片预制体(30)的位置是否发生变化。
3.根据权利要求1所述的叶片成型方法,其特征在于,还包括:
所述支撑物包括弹性件,通过监控所述弹性件积聚的弹性势能大小来判断所述限位块(60)和所述叶片预制体(30)的位置是否发生变化。
4.根据权利要求1所述的叶片成型方法,其特征在于,还包括:
在所述限位块(60)的外周设置密封件(80),以防止所述液态基料进入所述凹槽(50)或者所述支撑物流出所述凹槽(50)。
5.根据权利要求1所述的叶片成型方法,其特征在于,还包括:
围绕所述叶片预制体(30)布置多个监控点;
根据需要选择其中至少两个所述监控点对所述叶片预制体(30)进行限位;或者,在设有所述限位块(60)的监控点中选择其中至少两个,并向对应的所述凹槽(50)内添加所述支撑物,以及对所述支撑物的状态变化进行监控。
6.一种叶片成型模具,其特征在于,包括上模(10)、下模(20)、多个限位块(60)、支撑物和监控装置(70),所述上模(10)和所述下模(20)中设有用于容纳叶片预制体(30)的容腔,所述容腔的体积大于所述叶片预制体(30)的体积,所述容腔的内壁与所述叶片预制体(30)之间设有弹性体(40),所述上模(10)和/或所述下模(20)上设有多个凹槽(50),所述限位块(60)***所述凹槽(50)中以对所述叶片预制体(30)进行限位,所述限位块(60)的体积小于所述凹槽(50)的体积,所述支撑物添加至所述凹槽(50)中,所述支撑物用于使所述限位块(60)保持在能够对所述叶片预制体(30)实现限位的位置,所述监控装置(70)用于监控所述支撑物的变化状态,以根据所述支撑物的状态变化判断所述限位块(60)和所述叶片预制体(30)的位置是否发生变化。
7.根据权利要求6所述的叶片成型模具,其特征在于,所述支撑物包括液压油,所述监控装置(70)包括用于检测所述凹槽(50)内压力的压力传感器。
8.根据权利要求6所述的叶片成型模具,其特征在于,所述支撑物包括弹性件,所述监控装置(70)包括用于检测所述弹性件积聚的弹性势能的检测装置。
9.根据权利要求6所述的叶片成型模具,其特征在于,所述限位块(60)的外周设有密封件(80),所述密封件(80)用于防止杂质进入所述凹槽(50)或者所述支撑物流出所述凹槽(50)。
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