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模具制作实训概述实用机床夹具技术

 

南充职业技术学

 

夹具制造实训

 

 

机电工程系

目录

第一章夹具制造实训概述………………………………

第二章夹具零件加工工艺设计…………………………

第三章夹具零件制造……………………………………

第四章夹具装配…………………………………………

 

第一章夹具制造实训概述

夹具制造实训是根据机床夹具设计的教学要求而组织实施的又一实践性教学环节。

通过夹具制作实训能够使学生获得丰富的感性知识,掌握夹具制作的基本操作方法和技能,巩固、深化已学过的夹具知识;培养具有综合职业技能、高素质、适应生产一线需要的复合型工装设计制造技术人才。

为学生毕业后从事机械制造工作打下一定的基础。

夹具制制造实训根据本课程的教学计划安排在夹具课程设计后进行。

由于学生在此之前通过技术基础课、专业课的学习,通过普通钳工、机加工的实习,已具有一定的理论知识和实际操作经验,因此,在夹具制作实训中贯彻以操作为主的原则,主要通过老师现场讲解、示范、指导,使学生能够很快掌握基本操作技能,达到独立操作的目的。

一、夹具制作实训目的

1.掌握夹具钳工的基本操作技能。

2.较熟练地掌握车、铣、磨、线切割、电火花、数控机床、热处理等工种的操作技能。

熟悉夹具零件各种机械加工方法。

3.能完成中等复杂程度零件的工艺编制工作。

4.能完成中等复杂程度夹具的加工、装配、试夹、检验工作。

5.具备分析和解决夹具制造技术问题的能力。

二、夹具制作实训内容

1.结合课程设计审查、修改准备制作的夹具装配图及零件图;

2.列备料单,编制夹具零件加工工艺;

3.实训指导老师审核学生设计的夹具图样和及夹具零件加工工艺;

4.指导学生熟悉、操作机床,按照图样、工艺过程进行夹具零件的加工;

5.夹具装配、调整、检测,试件加工。

三、夹具制作实训的组织与要求

1.检查实训时需要使用的机床设备是否处于正常工作状态;

2.检查每台机床工具柜中的所需机床附件及工具是否齐备;

3.准备好机床设备常用的润滑油、切削液、棉纱、毛刷等;

4.备齐所需的量具、刀具、工具等;

5.备齐所需各种夹具零件图样及经指导老师审核过的夹具总图样和非标零

件图及加工工艺文件;

6.编制备料单,按备料单准备好标准件、非标零件的毛坯等;

7.实训时夹具制造类型可以多样化。

根据实际情况各类夹具一副至三副。

让学生在实训中接触各种类型的夹具结构,相互学习交流。

四、夹具制作实训教学进程

 

实训教学进程的内容及教学方法与手段见表1-1

日期

实习内容

教学方法与手段

1.夹具制造实训总动员,安全教育;

2.审查夹具总装图和零件图;

3.设计制造夹具的各非标零件加工艺;作好必需的工艺文件;

4.拟定夹具装配工艺;

5.列出标准零件,非标零件毛坯采购单;

1.指导教师的根据各组夹具总和零件的结构特点分析夹具装配工艺各零件的加工工艺;

2.学生拟定夹具装配工艺和各非标零件加工工艺。

3.指导教师审查工艺。

1.准备夹具体及其它非标零件毛坯;

2.采购标准件.

在指导教师的带领下,采购标准件,及各非标零件毛坯。

1.安全教育,

2.发放工、量具、材料;

3.分任务,

4.熟悉使用的设备、工、量具。

1.按组发工、量具,组长负责保管;

2.分配制作任务。

各实训项目组按工艺制造夹具各零件。

指导教师按夹具各零件加工工艺指导学生制造夹具零件。

各项目组按装配工艺装配和检测夹具。

指导教师按夹具装配工艺指导学生完成夹具的装配和检测。

 

第二章夹具零件加工工艺设计

零件的加工工艺设计是机械加工中重要技术工作,合理的机械加工工艺是保证零件加工精度,提高劳动生产效率重要环节。

因此制订夹具零件机械加工工艺规程是夹具制造的必要技术工作。

一、夹具零件加工工艺设计要求

1.应保证零件的加工精度,达到设计图样上提出的各项技术要求;

2.在保证加工精度的前提下,尽可提高生产率和降低消耗;

3.要尽量减轻工人的劳动强度,必须考虑安全和工业卫生等措旋;

4.充分利用现有生产条件;

5.工艺规程应规范化、标准化,其幅面、格式与填写方法以及所用的术语、符号、代号等应符合相应标准的规定。

二、设计工艺规程的原始资料

在进行夹具零件加工工艺规程设计时,必须具备下列原始资料:

1.夹具装配图和待加工零件图及技术要求。

2.现有生产条件。

3.有关工艺标准。

4.有关设备和工艺装备资料。

三、设计工艺规程的内容及步骤

1.熟悉原始资料并对零件进行工艺性分析

(1)了解零件的功用及各项技术要求

通过分柝夹具装配图和被加工零件的工作图;熟悉夹具的用途、性能,明确被加工零件在夹具中的位置和功用。

在此基础上,进一步审查图样的完整性与正确性,例如视图是否正确完整,尺寸、公差标注是否齐全,及时对其中的错误和遗漏提出修改意见。

同时,还要了解零件上各项技术要求制订的依据,分析各零件的各项技术要求:

被加工表面的尺寸精度、几何形状精度,互位置精度、粗糙度和热处理要求等。

并找出主要加工表面,以便在制订工艺规程时采取相应的工艺措施予以保证,并对其不合理之处提出改进意见。

(2)分析零件的结构工艺性

零件的结构对机械加工工艺过程的影响很大。

使用功能完全相同而结构不同的两个零件,它们的加工难易和制造成本可能存在很大的差别。

对零件进行结构工艺性审查,目的是使其满足使用功能的前提下,符合一定的工艺性指标要求,以便在现有生产条件下能用比较经济、合理的方法将其制造出来。

零件的结构工艺性包括其铸造工艺性、铸造工艺性、冲压工艺性、焊接工艺性、执处理工艺性、切削加工工艺性和装配工艺性等。

在审查零件的结构工艺性时注意以下几点;

①零件的尺寸公差、形位公差和表面粗糙的要求应经济、合理。

②各加工表面的几何形状应尽量简单。

③零件应有合理的工艺基准并与设计基准一致。

④零件的结构应便于装夹、加工和检查。

⑤零件加工部位的结构应便于刀具正确的切入及切出。

2.夹具零件的生产类型和工艺特点

夹具零件的制造是典型的单件生产,它的生产工艺特点见表2-1

表2-1单件生产工艺特点

零件互换性

配对制造,钳工修配较多,不考虑互换

毛坯制造及加工余量

木模手工造型或自由锻,毛坯精度低,加工余量大

机床设备及布置

采用通用设备,机群式布置

夹具

多用通用夹具、,多由划线、试切保证尺寸

刀具与量具

采用通用刀具与万能量具

对工人技术要求

要求技术熟练的工人

工序划分

工序较少,工序内容集中、概略、不细分工步

工艺

只有简单的工艺过程卡

生产率

3、选择毛坯类型和制造方法

零件毛坯对零件的机械加工工艺过程、材料消耗、加工劳动量等有很大影响,故正确选择毛坯种类与制造方法是非常重要的。

(1)零件常用毛坯类型

机械零件常用的毛坯类型见图1-1

夹具各类毛坯的特点及其应用范围见表2-2。

表2-2夹具各类毛坯的特点及应用范围

毛坯种类

制造精度(IT)

加工余量

原材料

工件尺寸

工件形状

.适用生产类型

生产成本

型材

各种材料

小型

简单

各种类型

型材焊接件

13级以下

一般

钢材

大、中型

较复杂

单件

较低

砂型铸造

13级以下

铸铁、青铜为主

各种尺寸

较复杂

各种类型

较低

自由锻造

13级以下

钢材为主

各种尺寸

简单

单件小批

较低

(2)夹具零件毛坯制造方法

由于夹具制造是单件生产。

结构件以型材为主,而形状复杂的夹具体考虑采用砂型铸造或型材焊接件,有些结构件有特殊要求考虑采用自由锻。

4.设计零件的机械加工工艺过程

零件机械加工工艺过程是工艺规程设计的中心问题。

其内容主要包括:

选择定位基准,夹紧方法确定,各加工表面的加工方法选择,安排加工顺序及组织整个加工工艺过程中各个工序的内容,确定各工序所用机床设备和工艺装备等。

以上各方面与零件的加工质量、生产率和经济性有着密切的关系,“优质、高产、低消耗”三原则必然在此得到统一的解决。

设计时应同时考虑几个方案,经过分析比较,选择出比较合理的方案。

(1)定位基准的选择

正确地选择定位基准是设计工艺过程的一项重要内容,也是保证零件加工精度的关键,定位基准分为精基准、粗基准和辅助基准。

在最初加工工序中,只能用毛坯上未经加工的表面做为定位基准(粗基准)。

在后续工序中,则使用已加工表面作为定位基准(精基准)。

在制订工艺规程时,总是先考虑选择怎样的精基准以保证达到精度要求并把各个表面加工出来,然后再考虑选择合适的粗基准把精基准面加工出来。

另外,为了使工件便于装夹和易于获得所需加工精度,可在工件上某部位作一辅助基准,用以定位。

选择定位基准时,应从零件的整个加工工艺过程的全局出发,在分析零件的结构特点、设计基准和技术要求的基础上,根据粗、精基准的选择原则,合理选定零件加正过程中的定位基准。

选择时可参考以下原则:

1)一般原则

①选择尺寸大的表面为定位基准。

②首先考虑保证空间相互位置精度,再考虑保证尺寸精度。

③应尽量选择零件的主要表面为定位基准。

④定位基准应便于工件的装夹,定位的稳定可靠。

2)精基准的选择

①“基准重合”原则。

应尽量选择被加工表面的设计基准作为精基准,即“基准重合”原则。

以避免基准不重合误差。

例如,图1—2所示为某车床主轴箱简图,主轴孔的中心高为H,其设计基准是底面M。

选择精基准时,应以底面M为定位基准,即基准重合,可直接保证尺寸H1。

若选顶面N为定位基准,则基准不重合,这时直接保证的尺寸为H,H1由H和H2间接保证,这就对H和H2的精度提出了更高的要求,增加了加工难度。

②“基准统一”原则。

应选择多个表面加工时都能使用的表面作为基准,即“基准统一”原则上。

如轴类零件,采用中心孔作统一基准加工各外圆表面,可保证各表面这间较高的同轴度;活塞常用底面和止工艺孔口作为精基准以完成活塞的多个表面加工,较好地保证这些加工表面的相互位置关系。

③“互为基准”原则。

当两个表面相互位置精度和其自身尺寸及形状精度都要求很高时,可互为基准,反复进行加工。

例如加工精密齿轮,当高频淬火把齿面淬硬后,需再进行磨齿。

因其淬硬层较薄,所以磨削余量应小而均匀,这样就得先以齿面为基准磨内孔,再以内孔为基准磨齿面,以保证齿面余量均匀。

又如车床主轴轴颈与锥孔间的同轴度要求很高,也常采用互为基准反复加工的方法来达到。

④“自为基准”原则。

在光整加工或某些精加工工序中,要求余量尽量小且均匀,应尽量选择加工表面本身作为基准,即“自为基准”原则。

例如磨削车床应酬身导轨表面时,为使加工余量小而均匀,确保导轨面本身的加工直线度、平面度等开关精度和磨削生产率可用百分表直接找正床身导轨面。

见图1-3

(3)粗基准的

①如果必须保证工某重要表面的余量均匀,应选择该表面作粗基准。

例如:

车床主轴箱,主轴孔的精度要求很高,这就应保证其加工任意理均匀,所以选用主轴孔为粗基准加工底面(或顶面),再以底面(或顶面)为精基准加工主轴孔。

②应选择加工余量最小的表面作粗基准。

例如,铸造和锻造的轴套,也和外圆均需加工,通常是孔的加工余量大而外圆面加工余量小,就应以外圆面为粗基准来加工内孔。

③应尽量选择与加工表面的位置精度要求较高的非加工面为粗基准。

④选作粗基准的表面,应尽可能平整光洁,不能有飞翅、浇冒口及其它缺陷,以保证定位准确、可靠。

⑤粗基准一般只使用一次,不再重复使用。

上述原则,在实际应用中,有时是相互矛盾的。

在使用这些而地,要灵活运用具体情况具体分析,以保证达到技术要求为出发点,合理地选择定位基准。

(2)确定各个表面的加工方法

确定工件各加工表面的加工方法以和加工次数是拟定工艺路线的重要问题。

主要依据零件各加工表面本身的技术要求确定,同时还要综合考虑到生产类型、零件的结构和加工表面的尺寸、工厂现有设备情况、工件材料性质和毛坯情况等。

在明确了各加工表面的技术要求后,即可据此选择能保证主要加工表面的加工精度的最终加工方法,然后确定该面准备工序的加工方法和顺序,再选定各次要表面的加工方法。

在确定各表面的加工方案时,可参阅有关工艺设备手册中的资料。

选择时应考虑下列因素:

①应选择相应的能获得经济加工精度的方法。

例如,公差为IT7级和表面粗糙度为Ra0.4μm的外圆面,若用车削,采取一事实上工艺措施是可以达到精度要求的,但就不如采取磨削经济。

②所选工加工方法能保证加工表面的几何开关精度和相互位置精度要求。

便如,加工直径为200mm的外圆面,其圆度公差为0.006mm,这时应采用磨削加工,因为在普通车床上一般只能达到0.02mm的圆度公差。

③所选加工方法与工件材料的加工性能相适应。

例如,淬火钢应采用磨削加工,而有色金属一般采用金刚削或高速精细车削等切削加工,而不宜采用磨削加工。

④所选加工方法要与生产类型相适应。

例如,大批大量生产中,可用拉削来代替普通的铣、刨和镗等加工平面和孔。

另外,在大批大量生产中,为了保证主的生产率和成品率,常将原用表面粗糙度细的加工方法用来加工表面粗糙度较粗的表面。

例如,在连杆大头孔加工中,采用珩磨来获得Ra0.8μm的表面粗糙度。

⑤所选加工方法要与本厂现有生产条件相适应。

(3)加工顺序的安排

在确定了零件各表面的加工方法之后,就要安排加工的先后顺利。

零件加工顺利安排得是否合适,对加工质量生产率和经济性有着较大的影响。

1)机械加工顺序的安排在安排加工顺序时,应遵循以下原则:

①先主后次。

先安排主要表面的加工,后安排次要表面的加工。

这里说的主要表面是指装配基面、工作表面等;次要表面是指非工作表面如键槽、螺孔等。

②基面先行。

加工开始总是先把精基准表面加工出来,如果精基不止一个,则应该按照基准转换的顺序和逐步提高加工精度的原则来安排基准表面和主要表面加工。

③先粗后精。

先安排粗加工,中间安排半精加工,最后安排精加工和光整加工。

2)加工阶段的划分对于精度和表面质量要求较高的零件,应将粗精加工分开进行。

为此,一般将整个工艺过程划分阶段,按加工性质和作用不同,一般划分为粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段和光整加工阶段。

这对于保证零件加工质量合理使用机床设备、及早发现毛坯缺陷等有很大好处。

3)热处理工序的安排热处理工序主要用来改变材料的性能及消除内应力。

热处理的方法、次数和在工艺路线中的位置,应根据零件材料和热处理的目的而定。

①预备热处理。

为了得到较好的表面质量,减少刀具磨损,需要对毛坯预先进行热处理,以消除其组织的不均匀,细化晶粒,改判切削性能。

对高碳钢零件(含C>0.5%)用退火降低其硬度,对低碳钢零件(含C<0.5%)则要用正火的方法提高其硬充;对锻造毛坯,如材料为45钢的毛坯,因表面硬度不均,通常也要进行正火处理;由于调质(淬火后再进行500~600℃的高温回火)得到组织均匀的回火索氏体,有时也用作预备热处理。

预备热处理,一般应安排在机械加工之前进行。

②最终热处理。

为提高零件的强度及硬度和耐腐蚀性,需对零件进行淬火、渗碳淬火、渗氮等处理。

③去除内应力处理。

去应力处理主要有人工时效、自然时效、退火等。

一般铸件,只需在加工前或粗加工后进行一次时效处理即可;对于尺寸大、结构复杂的铸件,则需在粗加工之前和粗加工之后中各安排一次时效处理。

对于表度要求特别高的零件,如精密丝杆等,在粗加工和半精加工过程中要经过多次去除内应力处理,在粗、粗磨过程中还要安排多次人工时效或其它去除内应力的方法。

4)辅助工序的安排辅助工序种类很多,主要包括检验、匮线、去毛刺、清洗、平衡、退磁、防锈、包装等。

①检验工序。

检验工序是主要的辅助工序,它是保证产品质量的重要措施之一。

除了在每道工序的进行中,操作者自行检验外,还必须在下列情况下安排单独的检验工序:

每一加工阶段完成之后;工件从一个车间转至另一车间前后;工件全部加工结束之后。

除了一般性检查之外,加工后还有一些特殊检验,如X光检查、荧光检查、磁力探伤等。

②划线工序。

对于形状复杂的工件或一般单件、小批生产的工件,常需要安排划线工序。

在生产批量小、毛坯精度低或大型工件不宜使用夹具的加工中,往往先在待加工工件上划线,根据所划的线进行找正定位。

当采用划线找正法进行孔系加工时,加工前先在工件上按图样要求划好各孔的位置轮廓线,加工时按线一一找正进行定位。

③去毛刺工序。

单件小批生产时,可由各工序的操作工人去除毛刺;大批量生产时,为提高生产率,应在产生毛刺较严重工序(铣、刨、插等)之后安排专门的去毛刺工序。

(4)工序的组合

安排完加工顺序之后,就可将各加工表面的每一次加工,按不同的加工阶段和先后的顺序组合成若干个工序。

组合时可采用工序分散或工序集中的原则。

工序集中和分散各有特点,应根据零件的生产纲领、技术要求、现场的生产条件和产品的发展情况来综合考虑。

一般情况下,单件、小批量适于采用工序集中的原则,而大批量生产则可以集中,也可以分散。

由于数控机床、加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统等的发展,今后发展趋势趋向于采用工序集中且柔性较高的原则来组织生产。

(5)机床及工艺装备的选择

1)机床的选择零件的加工精度和生产率在很大程度上是由使用的机床所决定的。

在设计工艺规程时,主要是选择机床的种类和型号。

选择时可参考有关手册、产品样本,并应遵循以下原则:

①机床的加工尺寸范围应与工件外廓尺寸相适应。

即小工件应选小机床,大工件用大机床,合理使用设备。

②机床的精度应与工序精度要求相适应。

③机床的生产率应与工件的生产类型相适应。

单件小批生产,选择通用设备。

态批量生产,选择高效专用设备。

④机床的选择还应与现有设备条件相适应。

如,设备的类型、规格及精度情况,设备负荷的平衡情况以及设备的分布排列情况等。

2)工艺装备的选择工艺装备的设计与选择应考虑下列因素:

①产品的生产纲领、生产类型及生产组织结构。

②产品的通用化程度及其产品的寿命周期。

③工艺规程的特点。

④现有设备负荷的均衡情况和通用工装的应用程度。

⑤成组技术的应用。

⑥安全技术要求。

⑦满足工装设计的经济性原则,即在保证产品质量和生产效率的条件下,用完成工艺过程所需工装的费用榨为选择分析的基础,对不同方案进行比较,使工装的制造费用及其使用维护费用最低。

a.夹具的选择。

夹具的选择要与工件的生产类型相适应,单件小批生产应尽量选用通用夹具,如机床三爪自定心卡盘、平口虎钳、转台等。

大批量生产时,应采用高效的专用夹具,如气液传动的专用夹具。

在推行计算机辅助制造、成组技术等新工艺时,应采用成组夹具、可调整夹具、组合夹具。

所选夹具的精度应与工件的加工精度相适应。

b.刀具的选择。

刀具的选择主要取决于各工序的加工方法、工件材料、加工精度、所用机床的性能、生产率及经济性等。

选择时主要确定刀具的材料、型号、主要切削参数等。

在生产中,应尽量采用标准刀具,必要时可采用高效复合刀具和其它一些专用刀具。

c.量具的选择。

量具主要根据生产类型和所要求检验的精度来选择。

单件小批生产中应采用标准的通用量具,如卡尺、千分尺等。

大批量生产中,一般应根据所检验的精度要求设计专用量具,如卡规、样柱等极限量规,以及各种专用检验仪器和检验夹具。

在选择工艺装备时,既要考虑适应性又要注意新技术的应用。

当需要设计专用刀具、量具或夹具时,应提出设计任务书。

5.工艺的分析计算

(1)确定加工余量

合理选择加工余量对零件的加工质量和整个工艺过程的经济性都有很大影响。

余量过大,则浪费材料及工时、增加机床和刀具的消耗;余量过小,则不能去掉加工前存在的误差和缺陷层,影响加工质量,造成废品。

所以合理确定加工余量是一项很重要的工作。

故应在保证加工质量的前提下尽量减少加工余量。

确定各工序加工余量的方法有以下三种:

1)分析计算法通过分析影响加工余量的诸因素并应用理论公式进行计算来确定工序量。

这种方法比较科学和精确,但需要很多原始资料,计算也较繁琐。

目前只在少数大批大量生产工厂的某些重要工序或贵重零件加工中使用。

2)查表修正法实际生产中,加工余量常常是按有关工艺手册和资料结合具体情况加以修正确定的。

这种方法简便、准确,应用广泛。

但要注意的是各种手册中所提供的数据均是公称余量,对轴和孔类回转表面是直径上的,非对称表面是单面的。

3)经验估算法由一些有经验的工程技术人员或工人根据经验,采用类比估算法确定加工余量,精确度差,多用于单件、小批生产的场合。

(2)计算工序尺寸及其公差

工艺路线确定后,就要计算各个工序加工时所应达到的工序尺寸及其公差。

工序尺寸及其公差的确定工序余量的大小、工序尺寸的标注方法、基准选择、中间工序安排等密切相关是一项繁琐的工作,但就其性质和特点而言,一般可以归纳为以下两大类:

①在工艺基准不变的情况下,某表面本身各次加工工序尺寸的计算。

对于这类简单的工序尺寸,当决定了各工序间余量和工序所能达到的加工精度后,就可计算各工序的尺寸和公差。

计算顺序是从最后一道工序开始,由后向前推。

②基准不重合时工序尺寸的计算。

在零件的加工过程中,为了加工和检验方便可靠或由于零件表面的多次加工等原则,往往不能直接采用设计基准作定位基准,出现基准不重合的情况。

工艺较复杂的零件在加工过程中需要多次转换定位基准。

这时工艺尺寸应利用尺寸链原理来进行分析和计算,以确定工序尺寸及其公差。

(3)确定切削用量

切削用量应在机床、刀具、加工余量等确定以后,综合考虑工序的具体内容、加工精度、生产率、刀具寿命等因素正确选择。

单件小批生产中,常不具体规定切削用量,而是由操作工人根据具体情况自己确定,以简化工艺文件。

大批量生产中,则应科学地、严格地选择切削用量,以充分发挥高效率设备的潜力和作用。

选择切削用量的基本原则是:

首先选取尽可能大的背吃量(即切削深度);其次要根据机床动力和刚性限制条件或已加工表面粗糙度的规定等,选取尽可能大的进给量,最后利用切削用量手册选取或用公式计算确定最佳切削速度。

下面介绍常用加工方法切削用量的一般选择方法:

1)车削用量的选择

①背吃刀量

a.粗加工时,应尽可能一次切去全部加工余量,即选择背吃刀量值等于余量值。

当余量太大时,应考虑工艺系统刚度和机床的有效功率,尽可能选取较大背吃刀量和最少的工作行程数。

b.半精加工时,如单边余量h>2mm,则应分在两次行程中切除:

第一次

第二次

如h≤2mm,可一次切除。

c.精加工时,应在一次行程中切除精加工工序余量。

②进给量。

背吃刀量选定后,进给量直接决定了切削面积,从而决定了切削力的大小。

生产实际中多利用金属切削用量手册采用查表法确定合理的进给量。

③切削速度。

在背吃刀量和进给量选定后,切削速度的选定是否合理,对切削效率和加工成本影响很大。

一般方法是根据合理的刀具寿命计算或查表选定。

精加工时,应选取尽可能高的切削速度,以保证加工精度和表面质量,同时满足生产率的要求。

粗加工时,切削速度的选择,应考虑以下几点:

a.硬质合金车刀切削热轧中碳钢的平均切削速度为l.67m/s,切削灰铸铁的平均切削速度为l.17m/s,两者平均刀具寿命为3600~5400s。

b.

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