《公差配合与技术测量》教案.docx

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《公差配合与技术测量》教案

《公差配合与技术测量》课程教案

[教学单元]

第一章 绪言

[教学目标]

1.知识目标:

(1)了解互换性的概念、种类、好处、实现互换性生产的条件;

(2)了解技术标准的作用及本课程的性质、任务与要求。

2.技能目标:

初步认识实现互换性的方法。

3.德育目标:

通过教学激发学生学习此门课程知识的主动性。

[重点难点]

1.教学重点:

互换性、标准化与优先数系的概念

2.教学难点:

零件互换性的基本概念

[教学方法]

讲授法+任务驱动法

[教学手段]

多媒体课件+课堂讨论

[教学时数]

2课时

[教学内容]

一、互换性概述

1、互换性及其重要意义

举例:

①日常用品

②机器零件

③电器元件

说明:

同种类、同规格的零件才可以更换。

互换性定义:

同一规格的零(部)件,不需任何挑选、调整或修配装配好就能符合性能要求使用。

互换性的应用:

制造方面:

大批量生产时,机器可分拆为多个零件,分别由多家工厂生产,再集中一个工厂组装或总装。

设计方面:

设计时,可从计算机的存储中调出标准零件的图样及参数进行设计。

使用方面:

使用中,机器的某个零件损坏了,只需取出备件更换已损坏的零件,机器又可以使用了。

2、互换性的种类

零件的几何参数、机械性能、电气性能一致,才可以互换。

几何参数:

尺寸大小、形状异同、相互位置;

机械性能:

材料的强度、硬度、塑性和韧性;

电气性能:

元件的电阻、电容、耐压等。

本课程主要是研究几何参数的互换性。

完全互换:

不需附加的选择、调整或修配(同一规格,随意选取)。

应用于标准件及精度较低的零件(如通用件)。

不完全互换:

可以挑选、调整,但不能修配(同规格零件按尺寸分组,组内可以互换,组外不可以互换)。

应用于精度较高的零件(如滚动轴承的钢球、内、外圈的配合)。

不具有互换性:

修配后,才能安装使用(孔、轴的配对生产件)。

应用于要求密封性好,配合尺寸要求高的配合件。

如柴油发动机的油泵柱塞、喷油嘴的针阀,冷冲模配作法制造的凸、凹模。

3、如何实现互换性生产

误差:

生产中,实际几何参数对理想几何参数的变动量。

实际几何参数——测量而所得的几何参数;

理想几何参数——标准值(是具体的、唯一的值)。

变动量——实际几何参数对理想几何参数相差量的绝对值。

例如:

理想尺寸20mm,

加工后测得尺寸20.02mm,

则误差△=20.02-20.00=0.02mm;

若加工后测得尺寸19.996mm,

则误差△=19.996-20.00=-0.004mm(小)

实际生产中,误差是不可避免的,也就是永远存在的。

按照误差产生的原因来分,可分为加工误差(含安装误差、加工系统误差等)和测量误差两大类。

精度:

实际几何参数相对理想几何参数的相似程度。

相似程度越高,误差就越小,精度也就越高。

公差:

误差是不可避免的,应允许其在一定的范围内,这个允许的范围称为公差。

允许尺寸的变动量。

其作用,限制实际几何参数的误差。

公差→标准规定→查GB表而得;

误差→实际存在→检测而得。

公差大,允许误差也就大,精度就低,加工就容易;反之,公差小,允许误差也就小,精度就高,加工就难。

标准与代号:

公差配合的概念、名词和标准等都由国家或个别行业规定而得。

例:

国家标准GB/T1904—92…;

行业标准(机械)JB/Z181—82。

互换性生产

①按标准化生产。

将零件控制在规定的公差范围内生产;

②计量单位要统一,量具、量仪要准确可靠。

二、互换性生产发展简史

原始——刀耕火种、石块做刀具;

古代——按需生产,配作生产;

近代——产品交流,需要互换性,国际成立标准化组织ISO;

近期——我国成立国家标准计量总局,加入了国际标准化组织ISO,依照国际标准,重新制定国家标准。

三、本课程的性质、任务与要求

性质:

机械类专业的技术基础课;是“公差配合”(标准)与“技术测量”(计量学)的有机结合在一起的实践性很强的学科。

任务:

解决公差与误差的问题。

要求:

①掌握概念等基本知识;

②懂得应用和查取标准的公差值,,既有选用公差配合的初步能力;

③能正确选用量具进行技术测量工作。

[自学指导与训练方案]

1、课堂讨论:

举例说明机械制造中互换性生产的优越性。

        实现互换性生产的基本条件。

2、点评。

《公差配合与技术测量》课程教案

[教学单元]

第二章 尺寸公差与配合

[教学目标]

1.知识目标:

(1)理解有关尺寸、公差、偏差、配合等方面的术语、定义;

(2)掌握公差带的概念和公差带图的画法。

2.技能目标:

正确使用相关国标,绘制公差带图。

3.德育目标:

通过教学引导学生学习知识的自觉性。

[重点难点]

1.教学重点:

尺寸精度及配合的选用;孔、轴公差与配合在图样上的标注

2.教学难点:

基准制、配合制选用

[教学方法]

讲授法+任务驱动法

[教学手段]

多媒体课件+课堂练习

[教学时数]

4课时(第一节2课时,第二、三节2课时)

[教学内容]

第一节基本术语和定义

一、孔和轴(机械零件的配合形式多为孔和轴)

1、孔:

圆柱的内表面,包容面,加工中尺寸不断扩大。

孔以D来表示。

2、轴:

圆柱的外表面,被包容面,加工中尺寸不断缩小。

轴以d来表示。

3、长度:

当尺寸不能确定为孔或轴,即尺寸可能增大也可能减小,应定义为长度尺寸,以L来表示。

二、尺寸

1、尺寸

一般指线性尺寸(包括:

长度、角度、弧度等)。

长度单位mm,在图纸中不用标出,但在计算的答案中要标出。

2、基本尺寸

设计给定的尺寸。

是通过设计、试验或类比法而得。

孔→D,轴→d,长度→L。

标准尺寸:

基本尺寸应该从国标规定的标准尺寸数系中选取。

目的:

减少定值的刀、量具。

标准尺寸的选取原则:

先疏后密。

即按R5、R10、R20、R40的优先顺序选取;如果需要圆整标准尺寸也可按Ra5、Ra10、Ra20、Ra40的优先顺序选取。

3、实际尺寸

由测量而得的尺寸。

是在实际孔或轴中通过测量而得的。

局部实际尺寸:

由于存在加工误差和测量误差,每一次的测量尺寸往往都不同,结果有:

d1、d2、…dn等,称为局部实际尺寸,简称实际尺寸。

孔的实际尺寸以Da来表示;轴的实际尺寸以da来表示。

4、极限尺寸

零件允许尺寸变化的两个极端值。

最大的值称为最大极限尺寸;最小的值称为最小极限尺寸。

孔的最大极限尺寸以Dmax来表示;孔的最小极限尺寸以Dmin来表示。

轴的最大极限尺寸以dmax来表示;轴的最小极限尺寸以dmin来表示。

实际尺寸在两个极限尺寸内,合格。

三、偏差、公差和公差带

1、偏差

某尺寸与基本尺寸的代数差(某尺寸可以是实际尺寸和极限尺寸)。

是某参数对参考点(基准)的代数差,有正负之分。

实际偏差:

实际尺寸对基本尺寸的代数差。

计算结果前要带“+、-”。

孔:

Ea=Da-D>=<0轴:

ea=da-d>=<0

当实际尺寸>基本尺寸时,实际偏差>0;

当实际尺寸=基本尺寸时,实际偏差=0;

当实际尺寸<基本尺寸时,实际偏差<0。

极限偏差:

极限尺寸对基本尺寸的代数差。

计算结果前要带“+、-”。

最大极限尺寸对基本尺寸之差为上偏差;最小极限尺寸对基本尺寸之差为下偏差;

孔的上偏差:

ES=Dmax-D>=<0孔的下偏差:

EI=Dmin-D>=<0

轴的上偏差:

es=dmax-d>=<0轴的下偏差:

ei=dmin-d>=<0

极限尺寸>基本尺寸,极限偏差>0;

极限尺寸=基本尺寸,极限偏差=0;

极限尺寸<基本尺寸,极限偏差<0;

2、公差

最大极限尺寸对减最小极限尺寸之差。

上偏差与下偏差之差。

允许尺寸的变化范围。

孔公差:

TD=Dmax-Dmin=(D+ES)-(D+EI)=ES-EI

轴公差:

Td=dmax-dmin=(d+es)-(d+ei)=es-ei

在上式中可以看出:

∵最大-最小或上偏差-下偏差,

∴T>0,加工误差不可避免,≠≮0。

计算结果前不带“+、-”。

3、公差带图及公差带

零线代表基本尺寸,零线上为正,下为负;

以上、下偏差到零线的距离为偏差值,偏差在零线上方>0,与零线重合=0,在零线下方<0;

孔(或轴)上、下偏差构成孔(或轴)的公差带,上偏差-下偏差为公差值。

公差带的要素:

大小→公差值(由上、下偏差来决定);

位置→基本偏差(由距离零线最近的偏差来决定)。

四、配合

大都以孔、轴的配合而组成其机器的特性。

1、配合:

是孔、轴以基本尺寸相等(D=d)的结合,体现松紧程度不一的配合。

公差带图可以很直观、很清晰的体现孔、轴配合的情况。

2、间隙或过盈

基本尺寸相等的实际孔与实际轴的配合。

实际孔>实际轴,孔、轴之间出现松动的间隙,简称实际间隙,以X表示。

有:

Xa=Da-da(=Ea-ea)>0

实际孔<实际轴,孔、轴之间出现过量的材料,简称实际过盈,以Y表示。

有:

Ya=Da-da(=Ea-ea)<0

这种实际配合的间隙或过盈的值都是唯一的。

当生产一批按一定范围尺寸加工的孔、轴零件,这个范围就是极限尺寸。

也就是说,孔、轴分别按各自的极限尺寸进行加工,那么这批尺寸不同的孔、轴配合就会有不同的松紧程度。

这个松紧程度可分为三类:

3、间隙配合:

孔公差带在轴公差带的上方,以X来表示间隙配合。

存在:

Xmax=Dmax-dmin(=ES-ei)>0

Xmin=Dmin-dmax(=EI-es)≥0

Xm=(Xmax+Xmin)/2>0(Xm表示平均间隙)

总有Dmin≥dmax,或EI≥es,即Xmax、Xmin≥0时,必然是间隙配合。

4、过盈配合:

孔公差带在轴公差带的下方。

Y来表示过盈配合。

存在:

Ymin=Dmax-dmin(=ES-ei)≤0

Ymax=Dmin-dmax(=EI-es)<0

Ym=(Ymax+Ymin)/2<0(Ym表示平均过盈)

总有Dmax≤dmin,或ES≤ei,即Ymin、Ymax≤0时,必然是过盈配合。

5、过渡配合:

孔公差带与轴公差带有交叠。

以X~Y表示过渡配合。

存在:

Xmax=Dmax-dmin(=ES-ei)>0;

   Ymax=Dmin-dmax(=EI-es)<0,

    (Xmax+Ymax)/2>0时,取Xm;<0时,取Ym。

有Dmax>dmin,ES>ei,即Xmax>0;

或有Dmin<dmax,EI<es,即Ymax<0。

必然存在可能是X,或可能是Y的过渡配合。

6、配合公差:

在一批孔、轴的配合中,当最大的孔与最小的轴配合,产生Xmax(Dmax>dmin)或Ymin(Dmax<dmin);当最小的孔与最大的轴配合,产生Xmin(Dmin>dmax)或Ymax(Dmin<dmin)。

那么允许间隙X或过盈Y的变动量就为配合公差,以Tf来表示。

五、配合制

为了利于标准化和互换性,必须减少孔轴配合的种类,GB规定了两种以标准公差带为基础的配合制度。

基孔制:

孔为基准孔。

孔的公差带(基本偏差)取EI=0,代号为H;ES>0,ES值随公差等级不同而不同。

以基准孔与各种不同公差带的轴配合而成不同松紧程度的配合制度,称为基孔制。

基轴制:

轴为基准轴。

轴的公差带(基本偏差)取es=0,代号为h;ei<0,ei值随公差等级不同而不同。

以基准轴与各种不同公差带的孔配合而成不同松紧程度的配合制度,称为基轴制。

不同基准制的孔、轴配合(非基准制配合):

孔为非基准孔与轴为非基准轴的配合。

第二节常用尺寸公差与配合

为了简化配合,减少配合的种类,使公差带标准化,因此,必须将公差带两要素(大小和位置)标准化。

GB规定标准公差(公差带的大小)系列和基本偏差(公差带的位置)系列。

一、标准公差系列

标准公差等级

GB规定以符号“IT”表示标准公差。

标准公差由公差等级和基本尺寸确定的。

标准公差可查表2-2(P200-附表2)

公差等级是确定尺寸精确程度的等级。

公差等级有IT01、IT0、IT1…IT18共20个级别。

同一等级(精度等级相同),尺寸段越大,公差值也大(不能简单认为公差值大,精度就低)。

同一尺寸段,公差等级越高,标准公差值越小,反之标准公差值越大。

二、基本偏差系列

基本偏差决定公差带的位置。

国标规定一般以靠近零线的偏差为基本偏差。

当公差带在零线上方时,规定以下偏差(EI或ei都≥0)为基本偏差;当公差带在零线下方时,规定以上偏差(ES或es都≤0)为基本偏差。

轴的基本偏差可查表2-3,孔的基本偏差可查表2-4。

另一基本偏差可由计算得出:

由TD=IT=ES-EI 得:

ES=IT-EI 或:

EI=ES-IT

由Td=IT=es-ei 得:

es=IT-ei 或:

ei=es-IT。

1、基本偏差代号及系列图

代号与系列图:

大写拉丁字母为孔的基本偏差,小写拉丁字母为轴的基本偏差。

26个字母中去掉I(i)、L(l)、O(o)、Q(q)、W(w)五个,加上CD(cd)、EF(ef)、FG(fg)、ZA(za)、ZB(zb)、ZC(zc)等七个,共28个基本偏差代号。

特点:

①孔的基本偏差代号与零线自上而下相交,A~H在零线上方,基本偏差EI≥0(其中H的EI=0,其他的EI>0);J~ZC在零线下方,基本偏差ES≤0(部分精度等级的J、K、M等除外);JS完全对称于零线。

②轴的基本偏差代号与零线自下而上相交,a~h在零线下方,基本偏差es≤0(其中H的es=0,其他es>0);j~zc在零线下方,基本偏差ei≥0(部分精度等级的j、k、m等除外);js完全对称于零线。

③大部分的基本偏差均与公差等级无关,JS和js除外,J、K、M、N和j、k随公差等级不同有不同的基本偏差值。

2、公差带与配合的表示

1)公差带

公差带的位置是由基本偏差确定的;公差带的大小是由标准公差确定的。

所以,孔、轴公差带用基本公差带代号和公差等级的数字表示。

例如:

H8、G8、f7、m6等.

2)公差带的表示 Φ15H7Φ30g8

3)配合的表示 Φ40H8/f7Φ60M8/f7

三、标准温度

GB给定的标准公差和基本偏差是以20℃时给出的。

因此,精密测量应在20℃的恒温环境下进行。

四、常用尺寸孔、轴公差带与配合

根据国标规定的公差等级有20个,基本偏差代号28个,组成的公差带有560种。

也就是说孔、轴各有560种公差带。

若以不同的孔、轴配合,则配合的种类更多。

所以,应对公差带加以限制。

五、未注公差尺寸的极限偏差

未注公差:

图上只标基本尺寸,不标公差的型式。

应用于:

①非配合尺寸;②工艺方法可以能保证尺寸精度;③一些精度要求不高的尺寸;

实际上,未注公差并非没有公差限制,而是采用一般公差,即一般的加工条件下可以保证尺寸的公差,工艺人员可以自行控制,不需检验。

GB规定的未注公差的公差值见表2-7(P216,附表6),适用于非配合尺寸。

第三节公差与配合的选用

孔、轴的基本尺寸是由极限设计的力学计算而确定的。

除此之外,孔、轴还需要进行精度(公差)设计来进行配合及根据使用要求确定配合的种类。

确定方法:

1)计算法;(较科学,但较烦锁)

2)类比法;(简单、多采用)

3)试验法;(合理、可靠、但成本高)

公差与配合的选用包括:

配合制、公差等级、配合种类的选用。

一、配合制的选用:

1、优先选用基孔制。

此法可以减少孔用定值刀、量具的规格和数量。

2、选用基轴制的条件:

①轴的精度要求不高,可以选用冷拉钢材(冷拉钢材的公差等级达IT8~IT12)。

②一根轴与多个孔的配合。

③轴为基准件(轴承外圈与座孔配合时)。

3、选用任一公差带配合。

二、公差等级的选用

公差等级的高低直接影响产品的使用性能和经济性。

公差等级过低,不能满足使用要求,过高将使成本成倍增加。

选用公差带的基本原则:

在满足使用要求的前提下,尽可能选用较低的公差等级。

确定公差等级的方法——类比法。

公差等级的应用范围见表2-8,IT01~IT1用于量块,IT1~IT7用于量规,IT5~IT12用于配合尺寸,IT11~IT12用于不重要的配合,IT12~IT18用于非配合尺寸。

三、配合的选用

1、配合类别(种类)的选用:

配合的应用主要有三个方面:

①维持孔、轴的相对运动(间隙配合);

②保证孔、轴的相对位置(过渡配合);

③保证传递扭矩或载荷(不可拆——过盈配合)

(要拆——过渡、间隙配合+固定)。

2、基本偏差的选用:

配合类别确定后,就要确定配合的松紧的程度了。

由于配合多采用基孔制或基轴制,所以只需确定孔、轴的基本偏差就可以了。

[自学指导与训练方案]

一、课堂练习:

判断:

1、具有互换性的零件,其几何参数必须制成绝对精确。

( )

2、公差是允许零件尺寸的最大偏差。

()

3、优先数系是由一些十进制等差数列构成的。

()

4、公差值可以为零。

()

5、过渡配合可能具有间隙,也可能具有过盈。

因此,过渡配合可能是间隙配合,也可能是过盈配合。

()

6、图样标注

mm的孔,该孔为基孔制的孔。

()

7、公差值越小,说明零件的精度越高。

()

8、配合H7/g6比H7/s6要紧。

()

9、基轴制过渡配合的孔,其下偏差必小于零。

()

10、有相对运动的配合选用间隙配合,无相对运动的配合选用过盈配合。

()

11、配合公差的大小等于相配合的孔轴公差之和。

()

12、孔的基本尺寸一定要大于轴的基本尺寸才能配合。

()

选择:

1、下列配合代号标注不正确的是( )。

A、

  B、

  C、

  D、

2、公差带大小是由( )决定的。

A、标准公差  B、基本偏差  C、配合公差  D、基本尺寸

3、下述论述中正确的有( )。

A、

的精度高。

  B、

mm比

mm精度高。

  C、国家标准规定不允许孔、轴公差带组成非基准制配合

D、零件的尺寸精度高,则其配合间隙小

4、以下各种情况中,应选用间隙配合的有( )。

A、要求定心精度高      B、工作时无相对运动 

C、不可拆卸         D、转动、移动或复合运动

5、下列有关公差等级的论述中,正确的有( )。

A、公差等级高,则公差带宽

B、在满足要求的前提下,应尽量选用高的公差等级  

C、公差等级的高低,影响公差带的大小,决定配合的精度  

D、孔、轴相配合,均为同级配合

二、作业:

1、设基本尺寸为30mm的N7孔和m6的轴相配合,试计算极限间隙或过盈及配合公差。

2、某孔、轴配合,已知轴的尺寸为

,Xmax=+0.007mm,Ymax=-0.037mm,试计算孔的尺寸并说明该配合是什么基准制,什么配合类别。

3、设孔、轴配合,基本尺寸为

mm,要求Xmax=50μm,Ymax=-32μm,试确定配合公差带代号。

《公差配合与技术测量》课程教案

[教学单元]

第三章 技术测量基础

[教学目标]

1.知识目标:

(1)理解测量的基本概念及其四要素;

(2)理解测量方法分类、特点,计量器具分类及常用的度量指标。

2.技能目标:

正确使用量具、量仪,处理测量结果。

3.德育目标:

通过教学培养学生动手能力,认真严谨的学习态度。

[重点难点]

1.教学重点:

量块的基本知识及应用

2.教学难点:

测量方法

[教学方法]

讲授法+直观演示法+任务驱动法

[教学手段]

多媒体课件+课堂直观演示+视频+课堂练习

[教学时数]

4课时(第一、二、三节2课时,第四、五、七、八节2课时)

[教学内容]

第一节 技术测量的基本概念

一、概述

1、技术测量

测量——将被测量和计量单位比较,确定其大小;

检验——既判断零件合格,而不需确定尺寸的大小。

2、测量的四要素:

被测对象——被测量的零件;

计量单位——标准值的单位;

测量方法——采用的测量原理、器具和条件;

测量精度——测量值对真值的近似程度。

二、长度基准及尺寸传递系统

我国法定计量单位是以米(m)作为基本长度单位。

使用波长为0.633µm的稳频氦氖激光辐射线波长作为国家长度基准。

第二节 量块

又称块规,由耐磨材料(CrWMn钢)制成的端面量具。

作用:

①标准尺寸的传递;

   ②检定、校准及调整量具、量仪;

   ③直接检测零件。

形状:

块形—用作标准尺寸的量块;圆形—用作检定千分尺的零位。

1、量块参数

中心长度L:

一个测量面的中心点到另一测量面之间的垂直距离。

任意点长度Li:

一个测量面的任意点到另一测量面之间的垂直距离。

长度变动量△L=Lmax-Lmin

2、量块的研合性与组合

量块的研合性使量块可以组合使用。

组合量块的原则是数目尽可能少;选用方法是首先选择能去除最后一位小数的量块,然后逐级递减选取。

3、量块的级和等

量块按照制造精度分为:

00、0、1、2、3共五级,00级精度最高,3级最低。

级是以量块的中心长度的基本尺寸为标准尺寸,其标准尺寸的误差应在表的范围内。

量块按照检定精度分为:

1、2、3、4、5、6共六等,1级最高,6级最低。

量块按级使用时,以量块的标称尺寸为工作尺寸。

按等使用时,以检定尺寸为工作尺寸。

第三节 测量方法的分类

测量方法:

指测量原理、计量方法和测量条件的总和。

实际是指获取测量结果的方法。

按是否直接测量被测参数分类:

①直接测量:

被测参数可以直接获取;

②间接测量:

被测参数需通过测量其他参数,再经过计算才能获取。

按计量器具的读数值是否直接表示被测尺寸分类:

①绝对测量:

计量器具的读数值可以直接表示被测参数值

②相对测量(比较测量):

计量器具的读数只表示被测尺寸相对标准尺寸的变动量。

相对测量较绝对测量精度高,但较麻烦。

按计量器具的测头与被测表面是否接触分类:

①接触测量:

测量时,测头与被测表面有直接接触。

存在测量力,测量力的大小会影响测量的结果。

②不接触测量:

测量时,测头与被测表面不接触。

不存在测量力。

如光学仪器等测量。

按同时测量参数的多少分类:

①单项测量:

在每次测量中,只能测出一个参数。

②综合测量:

在每次测量中,可以测出多个参数。

常在大批生产中,用综合量规检验。

按测量在加工过程中所起的作用分类:

①被动测量:

零件加工完成后进行测量,判断零件是否合格。

②主动测量:

在加工过程中进行测量。

用测量结果控制加工过程,防止废品产生。

加工中的试刀、自动检测仪监控等都是主动测量。

按被测量件在测量过程中所处的状态分类:

①静态测量:

测量时被测表面相对测头是静止的。

②动态测量:

被测表面与测头模拟工作状态做相对运动测量。

第四节 计量器具的分类和主要度量指标

一、计量器具的分类

按使用场所分:

①量具:

结构简单,主要是在车间使用的量具。

②量仪:

结构复杂、测量精度高,多在计量室使用。

按用途分:

①标准计量器具:

体现标准尺寸的量具,如:

量块。

②通用计量器具:

具有通用性,可测量一定范围内各种尺寸。

③专用计量器具:

专用于测量特定零件的器具,是专用仪器。

按自动化程度分:

①手动 ②半自动 ③自动 

二、计量器具的主要度量指标

选用计量器具的依据

刻度间距:

相邻两刻线中心线之间的实际距离。

分度值:

每一刻度所代表的被测量值。

示值范围:

计量器具所显示或指示的最低值至最高值的范围。

测量范围:

计量器具所能测量的被测量的范围。

示值误差:

计量器具的示值与真值之差。

有正负之分,实际中常用专用量块标准尺寸代替真值。

回程误差:

在相同

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