（一）总结

1．砂型锻造的特色及工艺过程

配制型砂—外型—合型—浇注—冷却—落砂—算帐—搜检—热处置—试验—取得铸件

特色：应用型砂产生铸型并举办浇注的办法，时常指在重力效用下的砂型锻造历程。

外型(芯)办法按机器化水准可分为手工外型(芯)和机器外型(芯)两大类。

筛选适合的外型(芯)办法和精准的外型(芯)工艺职掌，对提升铸件品质、下降成本、提升临盆率有綦紧急的意义。

（1）手工外型(芯)手工外型(芯)是最根基的办法，这类办法适应规模广，不需求繁杂设置，并且外型品质通常能够知足工艺请求，因此，到方今为止，在单件、小数临盆的锻造车间中，手工外型(芯)仍占很大比重。在航空、航天、帆海界限运用宽广。手工外型(芯)做事强度大，临盆率低，铸件品质不易平稳，在很大水准上取决于工人的技巧水准和纯熟水准。手工外型办法良多，如相貌外型、刮板外型、地坑外型，种种外型办法有不同的特点和运用规模。

（２）机器外型（芯）　用机器完玉成部或部份外型工序，称为机器外型，与手工外型比拟，机器外型临盆效率高，品质平稳，做事强度低，对工人的技巧请求不像手工外型那样高，临盆筹备时光长，通常实用于一个分型面的两箱外型。机器外型（芯）首要实用于黑色金属铸件的巨额量临盆。

2．砂型/芯建立办法分类

在建立各砂型、芯的历程中，遵循其自身树立强度时其粘结机理的不同，时常可分为三大类：

（1）机器粘结剂型芯----以黏土为粘结剂的黏土型芯砂所产生的粘结；

（2）化学粘结剂型芯----型芯砂在外型、芯历程中，依赖其粘结剂自身产生物理、化学反响抵达强硬，从而树立强度，使砂粒强壮地粘结为一个总体。有机、无机粘结剂，个中无机粘结剂包罗钠水玻璃及硅溶胶，而有机粘结剂则包罗热硬、自硬和睦硬树脂砂型（芯）；

（3）物理凝集----指用物理学道理产生的力将不含粘结剂的原砂凝集在一同，磁型锻造法、负压外型法或实在密封外型法或薄膜负压外型法，以及消散模外型法。

（二）黏土湿型

1.湿型及其特点

（1）临盆机动性大，实用面广，既可手工，又可机器、以及流水线临盆，既可临盆大件，也可临盆小件，可铸钢（中小件），也可铸铁，有色合金等。

（2）临盆效率高，临盆周期短，便于流水线临盆，可完结机器化及主动化，汽车，柴油机，抢拖沓机行业运用最广（～kg铸铁薄裂件）。

（3）原材料成本低，泉源广。

（4）节减动力、烘干设置和车间临盆场所面积。

（5）因不需烘干，砂箱寿命长。

（6）弊端：职掌失当，易产生一些锻造弊端：夹砂结疤，鼠尾，砂眼，胀砂，粘砂等。

2．黏土湿型所用的首要原材料

黏土湿型的配方为：原砂（或旧砂），黏土（膨润土）1～5％，煤粉～8％，水～6％，以及另外附加物。

（1）原砂－石英砂

其砂子是火成岩中平稳的部份，首要成份为二氧化硅（SiO2）和小量的杂质（Na,k,Ca,Fe等氧化物）。含SiO2极高的砂子称石英砂，有高的熔点，℃，摩氏硬度7级（通常将材料分为10级，个中滑石为1级，金刚石为10级），随搀杂物含量的增长，其耐火度降落，SiO2含量高，砂子的颜色靠近无色通明，通常用石英砂色白并略带灰色。

锻造临盆所用的石英砂与修筑用砂不同，它有其非凡的请求，首要有：含泥量；颗粒构成；原砂颗粒形态及表面境况；原砂的矿物构成和化学成份等。

临盆中时常遵循铸件的合金品种、品质、壁厚的不同来选定原砂的化学成份和矿物构成。比方铸钢的浇注温度高达1℃左右，钢液含碳量较低，型腔中不足能避让金属氧化的强复原性氛围，与铸型连合触的界面上金属容易氧化生成FeO和另外金属氧化物，因此较易与型砂中的杂质举办化学反响而产生化学粘砂。因此请求原砂中Si02含量应较高，无益杂质亦应严刻遏制。铸钢件的浇注温度愈高，壁厚愈厚，则对原砂中Si02含量的请求就愈高。

铸铁的浇注温度通常在℃如下，铁液中含有较多碳分，湿型浇注时型砂中插手有煤等附加物，能产生洪量复原性氛围，在与铸型连合触的界面上金属根基不氧化，实践上湿型铸铁件无化学粘砂景象。

烧结点指的是原砂颗粒表面或砂粒间搀杂物起头凝结的温度。它是原砂种种组合成份耐火机能的归纳反响。因此，蓄志采取测定原砂烧结点的法子能更直觉地注明原砂做为耐火材料的机能，并且可用来料到原砂中SiO2含量高下和杂质几多。长石、云母及其杂质中所含有的碱金属氧化物(Na20、K20)、碱土金属氧化物(CaO、MgO)等能与Si02和氧化铁生成易熔物资。比方Si02与NaO的品质比为73：27的搀杂物，其熔点仅℃．K2O与SiO2可产生熔点仅℃低熔物,烧结点低。

（2）原砂－非石英质原砂

硅砂弊端：热膨胀系数对照大，并且在℃时会因相变而产生倏地膨胀-----铸件若裂；热散布率对照低；容易与铁的氧化物起效用等。这些城市对铸型与金属的界面反响起不良影响。在临盆高合金钢铸件或大型铸钢件时，应用硅砂配制的型砂，铸件容易产生粘砂弊端，使铸件的清砂至极难题。

非石英质原砂是指矿物构成中不含或只含小量游离Si02的原砂。在铸钢临盆中已慢慢采取一些非石英质原砂来配制无机和有机化学粘结剂型砂、芯砂或涂料。这些材料与硅砂比拟，大大都都具备较高的耐火度、热导率、热散布率和蓄热系数，热膨胀系数低并且膨胀平匀，无体积渐变，与金属氧化物的反响才力低等长处，能取得表面品质高的铸件并改正清砂做事前提。但这些材猜中有的价钱较高，对照稀缺，故理当公道采用。

方今可用的非石英质原砂有橄榄石砂、锆砂、铬铁矿砂、石灰石砂、镁砂、刚玉砂、钛铁矿砂、铝矾土砂等。真实宽广应用的仍为石英砂。

（3）黏土----膨润土

黏土的矿物成份黏土是湿型砂的首要粘结剂。黏土被水润泽后具备粘结性和可塑性；烘干后硬结，具备干强度，而硬结的黏土加水后又能复原粘结性和可塑性。黏土主如果由渺小结晶质的黏土矿物所构成的土状材料。

黏土矿物的品种良多，按晶体机关可分为高岭石和蒙脱石等。时常遵循所含黏土矿物品种不同将所采取的黏土分为锻造用黏土(fireclay)和锻造用膨润土(bentonite)两类。膨润土主如果由蒙脱石组矿物构成的，首要用于湿型锻造的型砂粘结剂。

遵循国度业余准则《锻造用膨润土和黏土》(JBlT—)的划定，膨润土中假如某一替换性阳离子量占阳离子替换容量的≥50％时，称其为首要替换性阳离子，假如为钠离子则称为钠膨润土，以PNa提醒(P是膨润土代号)；假如为钙离子，则称为钙膨润土，以PCa提醒。我国钙基膨润土资本较多，开拓和供给对照便利。蓄志要遵循黏土的阳离子替换特点，对钙土举办处置，使之动弹成钠基膨润土。这类离子替换历程，时常称为膨润土的活化处置，最罕用的活化剂为碳酸钠。这一历程的化学反响机理容易提醒如下：

Ca2+一蒙脱石+Na2C03一-Na+一蒙脱石+CaC03+。

（4）黏土的粘结机理

黏土在水中产生的黏土-水体制是胶体，带负电的黏土颗粒将极性水份子吸引在本人的界限，产生胶团的水化膜，依赖黏土颗粒间的大众水化膜，颠末个中的水化阳离子所起的“桥”或键的效用，使黏土颗粒彼此连系起来，在水化膜中处在吸附层的水份子被黏土质点表面吸附得很紧，而处于散布层中的水份子较松，大众水化膜便是黏土胶粒间的大众散布层。黏土和水量比例适当时，才气取得最好的湿态粘结力。通常说来，黏土颗粒所带电荷愈多或黏土颗粒愈渺小，比表面积愈大，则湿粘结力愈大。

对于黏土颗粒与砂粒之间的粘结则被表明为：砂粒因当然落空及其在混碾历程中产生新的落空面而带薄弱负电，也能使极性水份子在其界限规矩地定向胪列。云云，黏土颗粒与砂粒之间的大众水化膜，颠末个中水化阳离子的“桥’’或键的效用，使黏土砂取得湿态强度。

（5）附加物

3．湿型砂的混制工艺及旧砂的处置

临盆中罕用的混砂机有碾轮式(verticalwheelsandmuller)、摆轮式(horizontalwheelsandmuller，speedmuller)、叶片式(blademixer)等。各有优弊端。

临盆1t铸件约需求5-10t湿型型砂，配制型砂时都尽管回用旧砂(即反复应用过的型砂)，即经济也是维护处境的需求。但容易地反复应用旧砂，会使型砂机能变坏，铸件品质降落。必要相识旧砂的特点，遏制其机能改观的规律，筛选需求办法，才气保证和平稳型砂的机能。混砂时还需向旧砂中增长插手新砂、膨润土、煤粉和水等材料，才气使混制出的型砂机能适合请求。

4．黏土湿型的紧实工艺

（1）对型(芯)砂紧实度的请求

１）紧实度对铸型机能的影响　型砂需求紧实才气成为总体的砂型。型砂的紧实度罕用紧实度（密度）和孔隙度提醒，紧实度影响着铸型的强度和透气性。紧实度越大，铸型强度越大，透气性越差。紧实度高，蓄热系数也高，加快了金属的凝集冷却速率，改正了铸件的内涵品质，布局更为精致，铸件尺寸精准，力学机能有所提升，对高压外型的探索注明，铸型紧实度高，浇注时型壁挪移量小，铸件尺寸精准，表面光洁。是以，铸件能够做的更薄，从而增加铸件分量。

2）型砂紧实度的请求请求铸型紧实度高且平匀。高压外型法由于铸型紧实度高，其铸型机能和铸件品质广大好过中低压外型。高压外型法的目标就在于制出平匀的高紧实度铸型。理论和试验探索证实其压实办法和压头大局对紧实度有很大的影响。对湿型而言，时常有震击紧实、震压紧实、压实、微震压实和高压紧实等，底下容易讲解其紧实办法。

（2）震击紧实和震压紧实

震击紧有用震击外型机来达成。多以紧缩空气为动力，操纵震击动能和惯性使型砂紧实。将砂箱1放在模板2上，型板静止于震击办事台，与震击活塞3贯串，4为震击气缸。砂箱内装满型砂后，翻开进气阀，使紧缩空气加入震击气缸，驱策活塞飞腾。活塞抬高明出排气孔时，紧缩空气由排气孔逸出，气缸中的压力倏地降落，此时震击活塞连同砂箱模板下降，与震击气缸产生撞击，砂箱中的型砂由于惯性力的效用而彼此紧实。尔后因出气孔堵住，进气孔加入的紧缩空气压力超出砂箱型板活塞等的分量，使办事台飞腾，如斯持续震击，使型砂得以紧实。震击高度通常为30~60mm，震击次数30~50/min次为好，通常不超出80次。震击紧实实用于大砂箱，砂箱高度不低于mm，不然紧实成绩不好。其型砂紧实度沿砂箱高度是上松下紧，顶部型砂紧实度险些与震前相同。

为了克复震击紧实砂箱上部型砂紧实度太松的弊端，能够先震击使底部型砂紧实，再对顶部型砂增长压实。这类经震击后再加压的外型机叫做震压外型机。震压紧实型砂的紧实度散布好，格外是在砂箱不过高的景况下，压实的影响能够抵达分型面，云云能够大大增加震击次数，从而提升做事临盆率，朴质能耗。但由于补加压实以紧缩空气为动力，比压较低，故多用于中小砂箱的型砂紧实。震击外型机和震压外型机的机关都对照容易，职掌修理便利，实用性强，通常中袖珍铸件都实用。然则震击式外型机办事时噪音太大，猛烈的震撼也对厂房修筑提议了较高的准则。

（3）压实、微震压实和高压紧实

压实紧实是颠末压实外型机来达成的，多以紧缩空气为动力对型砂压实紧实。翻开进气阀，紧缩空气由进气孔加入压实气缸4，将活塞3举起，当砂箱2内的型砂遭遇压头1时，就产生压实效用。型砂压实后，翻开排气阀，气缸中的紧缩空气排出，活塞当即降落，压实办事达成。这类紧实较震击紧实的效率高，噪音很小，机器机关也很容易。弊端是型砂紧实度不平匀，上紧下松。实用于砂箱高度不超出mm而底面积通常不超出×mm的铸型。

微震压实外型是在型砂受压的同时，模板、砂箱和型砂做高频小振幅(10-13Hz，3-8mm，时常震击外型的震击频次和振幅别离为1.1-3.3Hz，30-80mm)的一种外型办法。当紧缩空气颠末办事台的进气孔加入微震气缸后，在紧缩空气的压力效用下，微震活塞与静止在办事台上的模板、砂箱飞腾；同时紧缩空气的压力还使微震气缸向下活动，紧缩微压气缸下的弹簧；当微震活塞飞腾至翻开排气孔时(排气孔面积是进气孔的6~7倍)，缸内气压飞快下降，办事台等靠自重下降，而微震气缸受弹簧效用飞腾，两者产生撞击，使砂箱内的型砂取得一次紧实。云云屡次反复，型砂就可以较为飞快地抵达预订的紧实度请求。

微震压实外型比天真压实成绩好，在不异压力下，能取得更高的紧实度，相当于提升比压30~50%，并且砂型的紧实度散布对照平匀；临盆率高，每小时可达箱以上，铸件品质较好；震击噪音小，做事前提好，并可下降对厂房根基的请求；机器应用强壮，修理便利，价钱也对照便宜。其首要弊端是仍有必要的噪音。微震压实外型在中小铸件的临盆中已取得较为宽广的运用。

上述压实外型是中低压压实，其压实比压为0.4MPa左右。比年来，国表里洪量进展和采取高压压实外型机。用高压外型机外型时，由于压实比压提升到0.7Mpa以上，砂型硬度、紧实度和强度都大为提升，沿砂箱高度方位的紧实度散布取得有所改正，砂型外貌明晰，能够取得尺寸对照精准的铸件（可达CT7~8级），表面光洁（Ramax=3.2~2.5μm）；由于铸型紧实度高，蓄热系数也高，加快了金属凝集、冷却速率，改正了铸件内部品质，提升了力学机能；朴质金属，增加加工余量及花费；压实紧砂工艺容易、临盆率高（~箱砂型/h），易于机器化，噪音小，做事强度低；适应性强，能建立繁杂、较大的铸件。其弊端是机器机关繁杂，临盆线投资大；请求工艺设施精度高，刚性大；请求有较高的设置修理调养才力。高压外型实用于成批洪量临盆、砂箱尺寸较大、铸件较繁杂及请求较小的尺寸公役和表面粗拙度低的铸件的临盆。

（4）气流冲砂紧实

气流冲锋紧实外型是将压力为0.4~0.6MPa的紧缩空气以平匀的气流冲锋型砂表面，使型砂紧实的外型新办法。铸型的紧实机构采取脉冲产生器（冲锋头），其机关似储气罐，内有一小室3，室内紧缩空气压力时常为0.4~0.6MPa，称为多余压力。小室外部紧缩空气压力时常比室内空气压力低0.1MPa，称为储气罐压力。砂箱7和襄理框6布满型砂，移到冲锋头下边并被压紧后，翻开单向快开阀2，室内紧缩空气的多余压力猛然降落，强迫翻开隔阂阀5，使紧缩空气飞快加快而产生气流冲锋，接着由于空气赶紧膨胀而产生压力波，其速率可达m/s以上；压力波在多少毫秒内穿透周全砂型，使砂型紧实。

气流冲锋外型的首要长处是：砂型紧实度平匀，砂型硬度高，铸件尺寸精度和光洁水准都取得提升；外型机机关容易，噪音小；临盆率高，做事前提好；砂型充填性好，吃砂量少，可朴质型砂及混砂能耗；适应性强，既可操纵高压外型型砂，也可操纵时常机器外型型砂。弊端是仍旧有必要的噪音；砂箱或芯盒必要有充满的强度和刚度。

（三）钠水玻璃砂型

锻造临盆中运用最宽广的无机化学粘结剂是钠水玻璃。此类别芯砂与黏土砂对照，有如下长处：

(1)型(芯)砂震动性好，易于紧实，故外型（芯）做事强度低。

(2)强硬快，强度较高，可简化外型（芯）工艺，收缩临盆周期，提升做事临盆率。

(3)可在型(芯)强硬后起模，型、芯尺寸精度高。

(4)可打消或收缩烘烤时光，下降能耗，改正办事处境和办事前提。

1．钠水玻璃粘结剂

水玻璃是种种聚硅酸盐水溶液的通称。锻造上最罕用的是钠水玻璃(Sodiumsilicatewaterglass)，因其廉价，泉源充分；其次为钾水玻璃，另外再有锂水玻璃、钾钠水玻璃、季铵盐水玻璃等，别离是硅酸钠(Na20·mSi02)、硅酸钾(K20，nSi02)、硅酸锂(Li20·mSi02)、硅酸钾钠(mK20·Na20·nSi02)、季铵盐的水溶液。

硅酸钠是弱酸强碱盐，干态时为白色或灰白色团块或粉末，溶于水时，纯的钠水玻璃表面为无色浓厚液体，由于含铁盐而呈灰色或绿色,pH值通常在11-13。钠水玻璃的化学式为Na20·mSi02·nH20。

钠水玻璃有几个紧急参数，直接影响它的化学和物理性质，也直接影响钠水玻璃砂的工艺机能，这便是钠水玻璃的模数、密度、含固量和粘度等。

(1)模数

钠水玻璃中Si02和Na20的摩尔数之比称为模数，用M来提醒。模数的巨细仅提醒钠水玻璃中SiO2、Na2O的摩尔数之比，并不提醒钠水玻璃中硅酸钠的品质分数。然则模数改观，钠水玻璃机关及其物理—化学性质也会产生改观，由于模数的巨细直接影响硅酸阴离子的齐集度，齐集度越高，模数也越大。模数越高，做为芯(型)砂粘结剂时的强硬速率也越快，抵达最高强度的时光也越短。但过高的模数，将使芯(型)砂的保管性差，不适于外型和造芯。

钠水玻璃模数能够颠末化学的办法下降或提升。下降钠水玻璃模数可插手适当的NaOH，以提升水玻璃中Na20的品质分数，从而相对地增加Si02的品质分数。锻造临盆中，吹C02强硬时罕用模数为2的钠水玻璃。

（2）密度、含固量和粘度

钠水玻璃的密度P取决于钠水玻璃中水的品质分数，而不是它的模数，由于Na2O（62）和Si02(60)(括号中数值为相对分子品质)的相对分子品质数值很好像。密度低，水的品质分数高，含固量少，不宜用做型(芯)砂粘结剂；反之，密渡过大，浓厚，也不便定量和不利与砂子搀杂。锻造上时常采取密度为1．32-1．68g／cm3或波美度35-54的钠水玻璃。

2。钠水玻璃砂的强硬机理

硅酸钠是弱酸强碱盐，在水溶液中险些彻底电离，因此钠水玻璃实践是部份电离的聚硅酸负离子和钠离子在水中的分开体制。不同硅酸盐负离子的均衡是扑朔迷离的，它取决于pH值、模数和温度，在多少特有的反响历程中抵达均衡。个中最蓄志义的反响是硅酸钠(以=Si-0-Na提醒)的钠-氧键水解(hydrolysis)(向右举办)和酸-碱反响(向左举办).，硅氧烷链(Si-0-Si(siloxanelinkage)沿线性方位成长，就产生高聚物(polymcr)；当它在三维空间大肆生永劫，就产生凝胶(gel)，这就致使了钠水玻璃的强硬。

假如没有任何胶凝效用的影响，钠水玻璃则可保管很永劫间，但它对引发均衡改观的任何成分却格外敏锐，这一潜在不平稳特点，时常被用来加快钠水玻璃的缩聚，以产生结实的三维的网状机关，使型砂粘结在一同。

锻造临盆中罕用的一些强硬办法，都是插手能直接或直接影响上述反响均衡点的气态、液态或粉状固化剂，与OH-效用，从而下降pH值，或靠失水，或靠上述两者的复配合用来抵达强硬。

(1)加热强硬----失水产生由液态到固态的动弹

但凡能去除钠水玻璃中水份的办法，如加热烘干、吹热空气或枯燥的紧缩空气、真空脱水、微波映照以及插手产生放热反响的化合物等均能够使钠水玻璃强硬。图是Na20、Si02和H20三元系统的常温形态图。个中锻造行业所用的商品液体钠水玻璃，是图中暗影部份(地区9，M=2.0—3.3，p=1．2—1．7g／cm3)，当这类水玻璃与砂搀杂制成砂芯(型)时，假如用加热(或用热空气)方法强硬，会按图中带箭头虚线批示的方位，液体钠水玻璃先变成浓厚液体，接着成为半固体，再变成脱水液体。

(2)化学反响产生新的产品

钠水玻璃在pH值大于10以上很平稳，插手适当酸性或具备潜在酸性的物资时，其pH值下降，平稳性降落，使水解和缩聚历程加快举办。

图为pH值对钠水玻璃胶凝时光的影响弧线，弧线呈大写“N”字形,即闻名的“N弧线”。胶凝速率最快的pH值，亦即弧线的最低点在6.8到7.1之间；钠水玻璃平稳性最好、胶凝速率格外慢的pH值，也便是弧线的最高点，在3.2-3.9和10以上。

A)吹C02强硬

C02与钠水玻璃中的水效用产生碳酸：

CO2+H20----2H++C-

产生的H+使表面钠水玻璃的pH值一直下降，并抵达飞快强硬。

钠水玻璃同C02反响，耗费Na20，把凝胶化的水玻璃推到图的不平稳液体和凝胶地区。这类Si02凝胶含$i02高，并使砂芯和砂型树立强度。

C02是一种脱水才力相当强的气体，从砂粒界限流过，C02与粘结剂来往面积大，使钠水玻璃部份失水，是以，C02强硬既有钠水玻璃的物理脱水效用，也有化学反响，两种机理难以截然隔开，时常其粘结是两种效用的完毕。(哪一种效用占主宰身分?)

采取C02法强硬，有人觉得仅表现了钠水玻璃粘结机能的10％，：是以不得不把砂中钠水玻璃插手量提升到6％-7％(品质分数)。图所示为C02强硬后包裹在砂粒表面的钠水玻璃膜的机关模子，膜由两层构成，表层Ι的首要成份是硅酸胶体以及Na2C03和NaHC03结晶(粉化即白霜)，里层Ⅱ的首要成份是尚未反响的硅酸钠胶体。

B)有机酯液态强硬剂

酯督促钠水玻璃砂强硬树立强度分两阶段，酯使钠水玻璃胶凝化，产生强度；最后强度来自硅酸钠脱水。用酯强硬时，酯在钠水玻璃中举办水解生成有机酸和醇，有机酸供应氢离子，其反响通式是

RCOOR’+H2O-------RCOOH+R’OH

RCOO-与钠水玻璃电离的钠离子Na+产生皂化反响，生成脂肪酸钠；H+与钠水玻璃的OH-连系，均有益于酯的进一步水解和使钠水玻璃析出硅酸溶胶，并督促朝着生成大的凝固的硅酸分子方位挪移，当它在三维空间大肆生永劫，就产生凝胶，这就致使钠水玻璃强硬。

(3)不同强硬办法所得钠水玻璃砂的强度是不同的。

其原由于：

①所取得的粘结剂膜布局的密度和有序性胪列不同，因此影响强度的巨细，其依序为加热强硬、酯强硬、铬铁渣强硬、CO2强硬，响应的粘结膜的内聚强度为41MPa、29.8MPa、20.5MPa、14.9MPa；

②所得钠水玻璃的凝胶胶粒巨细显然不同，C02强硬的胶粒直径为0.2—0.48μm，酯强硬的为0.07-0.18μm，真空强硬的为0.06-0.16μm，加热强硬的惟独0.-0.04μm，因此强度会显然不同。

（四）另外类别的砂型

还可应用硅溶胶、植物油、树脂等做为粘结剂产生不同类别的砂型。

泉源：潍柴铸锻青年ｅ家

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锻造设施（

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