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自冲凸焊铆钉和使用该铆钉的连接结构和连接方法

阅读:936发布:2020-05-14

专利汇可以提供自冲凸焊铆钉和使用该铆钉的连接结构和连接方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及自冲 凸焊 铆钉 和使用该铆钉的连接结构和连接方法。公开了自冲凸焊铆钉。根据本发明的示例性实施方式,用于连接非 铁 材料和 钢 材料的自冲凸焊铆钉可包括头部分、整体地连接到头部分以用于穿透非铁材料的柄部分和在柄部分的穿透端处形成的用于与钢材料 接触 的突出部分。,下面是自冲凸焊铆钉和使用该铆钉的连接结构和连接方法专利的具体信息内容。

1.一种用于连接非材料和材料的自冲凸焊铆钉,包括:
头部分;
柄部分,其整体地连接到所述头部分,用于穿透所述非铁材料;以及
突出部分,其在所述柄部分的穿透端处形成,用于与所述钢材料接触
2.如权利要求1所述的铆钉,其中所述突出部分由焊接电流熔化,用于将所述柄部分连接到所述钢材料。
3.如权利要求1所述的铆钉,其中所述突出部分具有三形横截面。
4.如权利要求1所述的铆钉,其中所述柄部分具有中空圆柱形状,具有在其中形成的至少一个狭缝。
5.如权利要求4所述的铆钉,其中所述至少一个狭缝从所述突出部分朝着所述头部分延伸而形成,在所述柄部分中以预设的间隔分隔开。
6.如权利要求1所述的铆钉,其中所述柄部分通过预定压穿透所述非铁材料,且所述头部分的边缘通过所述预定压力被压配合到所述非铁材料的表面中。
7.如权利要求1所述的铆钉,其中所述头部分包括具有比所述柄部分的直径大的直径的凸缘,用于托住所述非铁材料的表面。
8.如权利要求7所述的铆钉,其中所述凸缘具有与所述非铁材料的所述表面相对的凹表面。
9.如权利要求8所述的铆钉,其中所述凸缘具有在其边缘处的尖的压配合端以压配合到所述非铁材料的所述表面中。
10.一种使用自冲凸焊铆钉的连接结构,所述自冲凸焊铆钉包括头部分、整体地连接到所述头部分以用于穿透第一材料的柄部分和在所述柄部分的穿透端处形成以用于与第二材料接触的突出部分,其中所述柄部分压配合到所述第一材料中并与所述第二材料熔融结合。
11.如权利要求10所述的连接结构,其中所述柄部分使用所述突出部分凸焊到所述第二材料。
12.如权利要求10所述的连接结构,其中所述柄部分具有中空圆柱形状,具有在其中形成的至少一个狭缝,其中在所述柄部分的内部的所述第一材料的一部分整体地连接到与所述狭缝匹配的所述第一材料的另一部分。
13.如权利要求10所述的连接结构,其中所述头部分包括:
凸缘,其具有比所述柄部分的直径大的直径,用于托住所述第一材料的表面,并且所述凸缘的边缘压配合到所述第一材料的所述表面中。
14.如权利要求10所述的连接结构,其中所述第一材料是选自合金、镁合金和复合材料的非铁材料。
15.如权利要求14所述的连接结构,其中所述第二材料是钢材料。
16.一种使用自冲凸焊铆钉的连接方法,所述自冲凸焊铆钉包括头部分、整体地连接到所述头部分以用于穿透第一材料的柄部分和在所述柄部分的穿透端处形成以用于与第二材料接触的突出部分,所述连接方法包括下列步骤:
在可移动电极移动到上侧的状态中在固定电极上设置彼此重叠的钢材料和非铁材料;
将所述自冲凸焊接铆钉供给到在所述可移动电极之下的地方;
使用所述可移动电极将压力施加到所述自冲凸焊铆钉以将所述柄部分压配合到所述非铁材料中并使所述突出部分与所述钢材料接触;以及
将焊接电流施加到所述固定电极和所述可移动电极以用于熔化所述突出部分并使所述柄部分和所述钢材料熔融结合。
17.如权利要求16所述的连接方法,其中所述柄部分和所述钢材料在所述突出部分处被焊接。
18.如权利要求16所述的连接方法,其中所述柄部分具有中空圆柱形状,具有在其中形成的至少一个狭缝,使得在所述柄部分的内部的所述非铁材料的一部分和与所述狭缝匹配的所述非铁材料的另一部分整体地连接。
19.如权利要求16所述的连接方法,其中所述头部分的边缘通过由所述可移动电极施加的压力而被压配合到所述非铁材料的表面中。

说明书全文

自冲凸焊铆钉和使用该铆钉的连接结构和连接方法

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2014年9月18日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2014-0124565的优先权和利益,其全部内容通过引用被并入本文。

技术领域

[0003] 本发明的示例性实施方式涉及铆钉。更具体地,本发明涉及用于通过机械连接和熔融结合来连接不同的基本材料的自冲凸焊铆钉(self piercing projection welding rivet)以及使用铆钉的连接结构和连接方法。

背景技术

[0004] 在交通工具工业中,为了提高里程,通过使用非材料例如合金、镁合金和复合材料来设计交通工具主体的重量减少。为此,交通工具工业研究可代替用于交通工具主体的组装的普通点焊的连接方法。
[0005] 在这种情况下,复合材料可以例如是FRP(纤维增强塑料)或CFRP(纤维增强塑料)。
[0006] 同时,虽然存在用于处理和形成非铁材料的产品的技术的积极进展,但是用于结合非铁材料和材料的不同材料的方法最近正在发展中。
[0007] 作为用于连接非铁材料和钢材料的一般方法,使用这样一种方法,在该方法中分别在非铁材料和钢材料中形成用于铆接的孔,铆钉穿过孔放置,且这样放置的铆钉受到塑性变形以将非铁材料和钢材料机械地连接在一起。
[0008] 最近,介绍了用于使用铆钉来连接非铁材料和钢材料的方法,其中铆钉连接孔仅在非铁材料中形成,且电流和压在铆钉放置在孔中的状态中被施加到铆钉和钢材料,用于使用来自电阻的热来即时地焊接铆钉和钢材料的接触部分。
[0009] 然而,相关领域技术由于用于在非铁材料中制造铆钉连接孔的过程的添加而有使生产率和可加工性差的倾向,且难以在连接的时刻精确地将铆钉放置在非铁材料中的铆钉连接孔中。
[0010] 而且,在非铁材料中的铆钉连接孔的制造易于在非铁材料的经处理部分周围形成细密裂缝或降低连接产品的外观质量
[0011] 在背景部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明的背景的理解,且因此它可包含未形成在这个国家中对本领域普通技术人员而言已经知道的现有技术的信息。

发明内容

[0012] 本发明被做出以便提供自冲凸焊铆钉和使用自冲凸焊铆钉的连接结构和方法,其具有通过机械连接和熔融结合来连接不同的基本材料的优点。
[0013] 根据本发明的示例性实施方式,用于连接非铁材料和钢材料的自冲凸焊铆钉可包括头部分、整体地连接到头部分以用于穿透非铁材料的柄部分和在柄部分的穿透端处形成的用于与钢材料接触的突出部分。
[0014] 突出部分可由焊接电流熔化以用于将柄部分连接到钢材料。
[0015] 突出部分可具有三形横截面。
[0016] 柄部分可具有中空圆柱形状,具有在其中形成的至少一个狭缝。
[0017] 至少一个狭缝可从突出部分朝着头部分延伸而形成,在柄部分中以预设的间隔分隔开。
[0018] 柄部分通过预定压力穿透非铁材料,且头部分的边缘可通过预定压力被压配合到非铁材料的表面中。
[0019] 头部分可包括用于托住非铁材料的表面的具有比柄部分的直径大的直径的凸缘。
[0020] 凸缘可具有与非铁材料的表面相对的凹表面。
[0021] 凸缘可具有在其边缘处形成的尖的压配合端以压配合到非铁材料的表面中。
[0022] 根据本发明的示例性实施方式,可提供使用自冲凸焊铆钉的连接结构,自冲凸焊铆钉包括头部分、整体地连接到头部分以用于穿透第一材料的柄部分和在柄部分的穿透端处形成的用于与第二材料接触的突出部分,其中柄部分可压配合到第一材料中并与第二材料熔融结合。
[0023] 在连接结构中,柄部分可使用突出部分凸焊到第二材料。
[0024] 在连接结构中,柄部分可具有中空圆柱形状,具有在其中形成的至少一个狭缝,其中在柄部分内部的第一材料的一部分可整体地连接到与狭缝匹配的第一材料的另一部分。
[0025] 在连接结构中,头部分可包括用于托住第一材料的表面的具有比柄部分的直径大的直径的凸缘,且凸缘的边缘可压配合到第一材料的表面中。
[0026] 在连接结构中,第一材料是选自铝合金、镁合金和复合材料的非铁材料。
[0027] 在连接结构中,第二材料可以是钢材料。
[0028] 根据本发明的示例性实施方式,使用包括头部分、整体地连接到头部分以用于穿透第一材料的柄部分和在柄部分的穿透端处形成的用于与第二材料接触的突出部分的自冲凸焊铆钉的连接方法可包括下列步骤:在可移动电极移动到上侧的状态中在固定电极上设置彼此重叠的钢材料和非铁材料,将自冲凸焊接铆钉供给到在可移动电极之下的地方,使用可移动电极将压力施加到自冲凸焊铆钉以将柄部分压配合到非铁材料中并使突出部分与钢材料接触,以及将焊接电流施加到固定电极和可移动电极以用于熔化突出部分并使柄部分和钢材料熔融结合。
[0029] 在连接方法中,柄部分和钢材料可在突出部分处被焊接。
[0030] 在连接方法中,柄部分可具有中空圆柱形状,具有在其中形成的至少一个狭缝,使得在柄部分内部的非铁材料的一部分和与狭缝匹配的非铁材料的另一部分可整体地连接。
[0031] 在连接方法中,头部分的边缘可通过由可移动电极施加的压力而被压配合到非铁材料的表面中。
[0032] 在本发明的示例性实施方式中,在不在第一材料中形成单独连接孔的情况下不同基本材料的第一和第二材料的强连接允许连接产品的生产率和可加工性的提高,并实现连接步骤的数量和生产成本的减少。
[0033] 此外,在本发明的示例性实施方式中,因为在第一材料中的单独铆钉连接孔的形成是不需要的,所以不会发生在第一材料中的孔经处理部分周围的细密裂缝的形成,且连接产品的外观质量不被损害。
[0034] 而且,在本发明的示例性实施方式中,通过在柄部分中形成狭缝来减小在第一材料中的穿透区域实现了在铆钉上的连接装置的连接负荷的减小,允许连接装置的操作稳定性并节省铆钉的材料。
[0035] 在本发明的示例性实施方式中,因为穿透第一材料的铆钉的柄部分在突出部分处与第二材料凸焊在一起,且头部分的凸缘边缘使用压配合端被压配合到第一材料的上侧中,所以第一和第二材料的可连接性和连接强度可增加。
[0036] 在本发明的示例性实施方式中,因为在柄部分内部的第一材料的部分整体地连接到与狭缝匹配的第一材料的另一部分,所以第一材料的该部分不完全被剪切,而是可形成连,其中该部分连接到另一部分,使第一材料能够更强地结合第二材料。附图说明
[0037] 附图示出本发明的示例性实施方式,且被提供来更详细地描述本发明,但不是用来限制本发明的技术方面。
[0038] 图1和2分别示出根据本发明的示例性实施方式的自冲凸焊铆钉的透视图。
[0039] 图3示出根据本发明的示例性实施方式的自冲凸焊铆钉的截面图。
[0040] 图4到6示出说明根据本发明的示例性实施方式的用于使用自冲凸焊铆钉连接不同材料的方法的步骤的示意图。
[0041] 图7示出根据本发明的示例性实施方式的使用自冲凸焊铆钉而连接的不同材料的结构的截面图。
[0042] <符号的描述>
[0043] 1...第一材料 2...第二材料
[0044] 10...头部分 11...凸缘
[0045] 13...凹表面 15...压配合端
[0046] 40...柄部分 41...狭缝
[0047] 70...突出部分 100...铆钉
[0048] 101...可移动电极 103...固定电极
[0049] 200...连接装置 201...凸焊部分
[0050] 300...连接结构

具体实施方式

[0051] 在下文将参考附图更充分地描述本发明,在附图中本发明的示例性实施方式被示出,使得本领域技术人员可容易实现它。如本领域技术人员将认识到的,所述实施方式可以用各种不同的方式修改,都不偏离本发明的精神或范围。
[0052] 为了清楚地描述本发明,将省略与本发明无关的部分,且在整个说明书中,相同或相似的部分将被给予相同的参考数字。
[0053] 因为为了描述的方便随意示出元件的尺寸和厚度,所以本发明必定不限于附图,但为了清楚地表示不同的部分和区域,厚度被放大。
[0054] 虽然包括序数例如第一或第二的术语可用于在本发明的详细描述中描述各种元件,但是元件并不被术语限制,且只用于使一个元件与其它元件有区别。
[0055] 在整个说明书中,除非明确描述相反的情形,否则词“包括(comprise)”和变形例如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”将被理解为暗示包括所陈述的元件但并不排除任何其它元件。
[0056] 术语例如“…单元”、“…装置”等意指具有至少一种功能或操作的元件的单元。
[0057] 图1和2分别示出根据本发明的示例性实施方式的自冲凸焊铆钉的透视图,且图3示出根据本发明的示例性实施方式的自冲凸焊铆钉的截面图。
[0058] 参考图1到3,自冲凸焊铆钉100可应用于将彼此重叠的基本材料例如交通工具面板的两个板材连接为一个单元的交通工具主体组装过程。然而,基本材料并不总是限于交通工具面板,而是还可包括不同的交通工具主体结构,例如交通工具构件和框架
[0059] 而且,需要理解,本发明的范围并不总是限于交通工具主体的组装,而是如果它是由预定部件制造的不同种类和用途的结构,则本发明的技术方面是可适用的。
[0060] 根据本发明的示例性实施方式的自冲凸焊铆钉100用于通过机械连接和熔融结合来连接两种不同的基本材料。
[0061] 在下文中,为了描述的更好理解和使描述容易,当自冲凸焊铆钉100在它直立地设置时被看到时,面向上的一部分将被称为“顶部分”、“上侧”或类似于这些的术语,而面向下的一部分将被称为“底部分”、“下侧”或类似于这些的术语。
[0062] 参考附图,在基本材料的两个板材中,可规定位于上侧上的基本材料将被称为第一材料1(见图4),而位于下侧上的基本材料将被称为第二材料2(见图4)。
[0063] 方向的上述定义具有相对意义,且因为方向可随着自冲凸焊铆钉100的参考位置以及第一材料1和第二材料2的连接方向而改变,所以参考方向并不总是限于本示例性实施方式的参考方向。
[0064] 在这种情况下,第一材料1和第二材料2是不同的材料,其中第一材料1可以是非铁材料,包括铝合金、镁合金和复合材料(例如FRP、CFRP、塑料、橡胶等)。第二材料2可以是钢材料。
[0065] 也就是说,第二材料2作为基板被提供,且第一材料1可作为与第二材料2的上表面重叠的盖板被提供,而没有形成像相关技术一样的在其中的铆钉连接孔。
[0066] 本发明的示例性实施方式包括用于使用自冲凸焊铆钉100通过机械连接和熔融结合来连接第一和第二基本材料的连接装置200(在下文中见图4)。
[0067] 连接装置200具有可将焊接电流施加到自冲凸焊铆钉100和第二材料2同时将预定压力施加到自冲凸焊铆钉100的结构。
[0068] 将参考图4到6更详细地描述连接装置200。
[0069] 根据将在下文中描述的本发明的示例性实施方式的自冲凸焊铆钉100具有穿透非铁材料的第一材料1并通过凸焊与钢材料的第二材料熔融结合以用于通过机械连接和熔融结合来连接第一材料1和第二材料2的结构。
[0070] 为此,根据本发明的示例性实施方式的自冲凸焊铆钉100包括头部分10、柄部分40和突出部分70。
[0071] 在本发明的示例性实施方式中,头部分10是经受从上面描述的连接装置200施加到其的压力以用于托住第一材料1的上表面的一部分。
[0072] 头部分10设置到铆钉100的上侧,并且具有带有预定厚度的圆板形状。
[0073] 在本发明的示例性实施方式中,柄部分40是由于通过连接装置200施加到头部分10的压力而穿透第一材料1以用于穿过第一材料1并压配合在其中的一部分。
[0074] 柄部分40整体地连接到头部分10的下侧,并具有中空圆柱形状。
[0075] 柄部分40具有在其中形成的至少一个狭缝41。狭缝41被形成用于通过柄部分40来减小第一材料1中的穿透区域。
[0076] 狭缝41从柄部分40的穿透端,即,从稍后将进一步描述的突出部分70朝向头部分10延伸。
[0077] 例如,有在柄部分40的内侧中心周围在圆周方向上形成的以120r间隔分隔开的三个狭缝41。
[0078] 在柄部分40中的狭缝的数量和间隔并不总是限于三个和120r,而是可随着第一材料1的强度和铆钉100的连接强度而改变。
[0079] 不仅柄部分40而且头部分10的边缘部分也可通过从连接装置200施加到其的压力而被压配合到第一材料1的上表面。
[0080] 为此,头部分10具有比柄部分40的外径大的外径,并包括用于托住第一材料1的上表面的凸缘11。
[0081] 在这种情况下,凸缘11具有与第一材料1的上表面相对的凹表面13,其从柄部分40的端部开始弯曲到凸缘11的边缘。
[0082] 凸缘11具有在其边缘处形成以压配合到第一材料1的上表面中的尖的压配合端15。
[0083] 在本发明的示例性实施方式中,突出部分70从柄部分40的穿透端部分突出,以便在柄部分40穿透的状态中与第二材料2的上表面接触,并压配合到第一材料1中。
[0084] 突出部分70通过从连接装置200施加到铆钉100和第二材料2的焊接电流而熔化,以用作用于将柄部分40熔融结合到第二材料2的焊接突出物。
[0085] 突出部分70从柄部分40的穿透端部分突出而形成以具有三角形横截面,除了狭缝41以外。
[0086] 在下文中,将参考前面公开的图和附图详细描述根据本发明的示例性实施方式的通过使用自冲凸焊铆钉100来连接材料的方法。
[0087] 图4到6示出说明根据本发明的示例性实施方式的用于使用自冲凸焊铆钉连接不同材料的方法的步骤的示意图。
[0088] 参考图4到6,在本发明的示例性实施方式中,可通过使用上面描述的连接装置200利用自冲凸焊铆钉100(在下文中的“铆钉”)通过机械连接和熔融结合来连接第一材料1和第二材料2。
[0089] 连接装置200包括安装成在向上/向下方向上可移动的可移动电极101、安装成不动地固定在可移动电极101之下的固定电极103以及用于将铆钉100供给到固定电极103的铆钉送料器(未示出)。
[0090] 可移动电极101可以是安装到预定框架以在向上/向下方向上液压地或气动地可移动的阳极焊接电极。当可移动电极101向下移动时,可移动电极101可将压力和阳极焊接电流施加到铆钉100。
[0091] 此外,固定电极103可以是安装成不动地固定到框架的、与可移动电极101相对的阴极焊接电极。固定电极103支撑彼此重叠的第一材料1和第二材料2,其中固定电极103向上连续地支撑第二材料2和第一材料1,用于将阴极焊接电流施加到第二材料2。
[0092] 因为连接装置200是本领域中的技术人员已知的凸焊系统的元件,因此将从本说明书中省略连接装置200的更详细的描述。
[0093] 将描述一个例子,其中通过使用连接装置200来连接第一材料1和第二材料2。在本发明的示例性实施方式中,如图4所示,在可移动电极101移动到上侧的状态中,彼此重叠的第一材料1和第二材料2设置在固定电极103上。
[0094] 然后,在本发明的示例性实施方式中,铆钉100通过使用铆钉送料器(未示出)被供给到可移动电极101之下的地方,即,到第一材料1和第二材料2的预设连接部分。
[0095] 在这个状态中,如图5所示,可移动电极101向下移动以通过可移动电极101将压力施加到铆钉100的头部分10。
[0096] 然后,铆钉100的柄部分40穿透并压配合到第一材料1中,使得在柄部分40的穿透端部分处形成的突出部分70与第二材料2的上表面接触。
[0097] 在这种情况下,在本发明的示例性实施方式中,因为柄部分40具有在其中形成的狭缝41,所以被柄部分40穿透的第一材料1的区域可减小,且在柄部分40内部的第一材料1的一部分可整体地连接到与狭缝41匹配的第一材料1的另一部分。
[0098] 在这个过程中,头部分10使用凸缘11托住第一材料1的上表面,其中凸缘11的边缘的压配合端15可压配合到第一材料1的上表面中。
[0099] 因此,铆钉100的柄部分40在预定压力下被压配合到第一材料1中,且在突出部分70与第二材料2的上表面接触的状态中,在如图6所示的本发明的示例性实施方式中,焊接电流施加到可移动电极101和固定电极103。
[0100] 然后,在本发明的示例性实施方式中,当电流和压力集中在突出部分70上时,突出部分70由来自电阻的热加热和熔化。
[0101] 因此,在本发明的示例性实施方式中,突出部分70的接触区域形成焊接熔核以使柄部分40和第二材料2熔融结合。
[0102] 也就是说,在本发明的示例性实施方式中,在第一材料1和第二材料2由固定电极103支撑且铆钉100由可移动电极101按压的状态中,如果焊接电流施加到可移动电极101和固定电极103,则突出部分70被即时熔化以凸焊接柄部分40和第二材料2。
[0103] 最后,如果施加到可移动电极101和固定电极103的焊接电流被切断且可移动电极101向上移动,则连接结构300的组装完成,其中第一材料1和第二材料2通过机械连接和熔融结合与铆钉100整体地连接(见图7)。
[0104] 图7示出根据本发明的示例性实施方式的通过使用自冲凸焊铆钉而连接的不同材料的结构的截面图。
[0105] 参考图7,根据本发明的示例性实施方式的通过使用自冲凸焊铆钉100而连接的连接结构300可使铆钉100的柄部分40压配合到非铁材料的第一材料1中并与钢材料的第二材料熔融结合。
[0106] 也就是说,与上面描述的连接过程一样,柄部分40通过来自电阻的热使用突出部分70凸焊到第二材料2以使用凸焊部分201整体地连接柄部分40和第二材料2。
[0107] 在这种情况下,铆钉100的头部分10使用凸缘11托住第一材料1的上表面,且凸缘11的边缘使用压配合端15被压配合到第一材料1的上表面中。
[0108] 此外,在本发明的示例性实施方式中,在铆钉100的柄部分40中形成的狭缝41使在柄部分40内部的第一材料1的一部分整体地连接到与狭缝41匹配的第一材料1的另一部分。
[0109] 因此,在本发明的示例性实施方式中,因为穿透第一材料1的铆钉100的柄部分40在突出部分70处与第二材料2凸焊在一起且头部分10的凸缘边缘使用压配合端15被压配合到第一材料1的上表面中,所以第一材料1和第二材料2的可连接性和连接强度可增加。
[0110] 在本发明的示例性实施方式中,因为在柄部分40内部的第一材料1的部分整体地连接到与狭缝41匹配的第一材料1的另一部分,所以第一材料1的该部分不完全被剪切,而是可形成连锁,其中该部分连接到另一部分。因此,在本发明的示例性实施方式中,第一材料1能够更强地结合第二材料2。
[0111] 与根据本发明的示例性实施方式的自冲凸焊铆钉100和使用自冲凸焊铆钉100的连接结构300和方法一致,在不在第一材料1中形成单独连接孔的情况下不同基本材料的第一材料1和第二材料2的强连接允许连接产品的生产率和可加工性的提高,并实现连接步骤的数量和生产成本的减少。
[0112] 在本发明的示例性实施方式中,因为在第一材料1中的单独铆钉连接孔的形成是不需要的,所以不会发生在第一材料1中的孔经处理部分周围的细密裂缝的形成,因此连接产品的外观质量不被损害。
[0113] 而且,在本发明的示例性实施方式中,通过在柄部分40中形成狭缝41来减小在第一材料1中的穿透区域实现了在铆钉100上的连接装置200的连接负荷的减小,增加了连接装置200的操作稳定性并节省铆钉100的材料。
[0114] 虽然关于目前考虑为实际示例性实施方式的内容描述了本发明,但是应理解,本发明不限于所公开的实施方式,而是相反旨在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。
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