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目 錄
緒論 1
1 沖壓工藝性分析和方案的確定
1.1零件工藝性分析 3
1.2工藝方案的確定 4
2 模具總體設(shè)計(jì)
2.1模具類型的選擇 5
2.2操作與定位方式 5
2.3卸料、出件方式 5
2.4確定送料方式 6
2.5確定導(dǎo)向方式 6
3 零件的工藝計(jì)算
3.1拉深工藝計(jì)算 7
3.2落料拉深復(fù)合模工藝計(jì)算 9
3.3沖孔切邊復(fù)合模工藝計(jì)算 15
3.4沖壓工藝過(guò)程 17
4模具零部件結(jié)構(gòu)的確定
4.1定位零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
4.2卸料、頂件、推件零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
4.3凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
4.4其他支承零件的設(shè)計(jì) 22
4.5凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24
4.6凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24
4.7模具閉合高度 25
4.8模具零部件設(shè)計(jì) 25
4.9確定裝配基準(zhǔn)模 26
5沖壓設(shè)備的選用與校核
5.1落料拉深復(fù)合模壓力機(jī)設(shè)備的選用 27
5.2沖孔切邊復(fù)合模設(shè)備的選用 27
5.3校核模具閉合高度 28
6模具的工作原理
6.1 落料拉深復(fù)合模的工作原理 28
6.2 沖孔切邊復(fù)合模的工作原理 29
7結(jié) 論…....................................................................................................... 30
8參考文獻(xiàn)…........................................................................................................31
9致 謝….......................................................................................................32
緒論
模具是生產(chǎn)工業(yè)化產(chǎn)品的主要工藝裝備,作為成型工具與沖壓、鍛造、鑄造等金屬制成品成型設(shè)備以及非金屬材料制成品設(shè)備相配套。磨具工業(yè)是整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。
隨著模具的迅速發(fā)展，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，模具已經(jīng)成為生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品不可缺少的重要工藝設(shè)備。模具可以分為冷沖壓模具、熱鍛模具、塑料模具、鍛造模具、玻璃模具和橡膠模具等。而其中用途最廣泛，歷史最悠久的是冷沖壓模，并且冷沖壓模的技術(shù)很成熟。冷沖壓工業(yè)分為兩大類：分離工序和成形工序。分離工序就是將沖壓件和板料按照實(shí)際輪廓進(jìn)行分離。分離工序又可以被分為落料、沖孔。剪切等。成形工序是使沖壓毛坯在不被其他完整性條件下產(chǎn)生塑性變形，并且轉(zhuǎn)化成所要求的產(chǎn)品形狀。成形工序又被分為彎曲、拉深、翻邊脹形、擴(kuò)孔、縮孔和旋壓等。
這次設(shè)計(jì)選取了冷沖壓模具設(shè)計(jì)：某型錐形蓋沖壓模具設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)主要分為兩部分，一部分是對(duì)錐形蓋進(jìn)行沖壓工藝分析與計(jì)算，一部分是對(duì)錐形蓋進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。
第一，先對(duì)錐形蓋進(jìn)行工藝分析與計(jì)算，包含確定工藝分析與設(shè)計(jì)方案，確定排樣，計(jì)算沖裁力與選擇沖壓設(shè)備等。
第二，對(duì)錐形蓋進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，主要做好是模具主要零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算與模具的裝配。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，零件的形狀必須結(jié)合手冊(cè)循序漸進(jìn)的進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。這次模具設(shè)計(jì)是對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的一次實(shí)踐。由于我沒(méi)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)所以很多東西都要依靠手冊(cè)。包括數(shù)據(jù)的選取和工藝性的確定。模具設(shè)計(jì)包括模具工作零件、定位零件、卸料及推件零件、導(dǎo)向零件和連接固定零件的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)要使用到CAD，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件對(duì)于提高設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量很有幫助，這也是當(dāng)今模具行業(yè)發(fā)展的選擇。
為了更好地完成任務(wù)，在三個(gè)半月的設(shè)計(jì)期間還到工廠進(jìn)行了實(shí)習(xí)，參觀了沖壓模具的生產(chǎn)加工過(guò)程，這加強(qiáng)了我們實(shí)際生產(chǎn)中模具的認(rèn)識(shí)，更有利于我們完成模具設(shè)計(jì)。
對(duì)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，應(yīng)該要達(dá)到以下目的：
1. 綜合運(yùn)用所學(xué)的理論與生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，進(jìn)行一次冷沖壓模設(shè)計(jì)的實(shí)際訓(xùn)練。
2綜合運(yùn)用四年大學(xué)里所學(xué)的各門學(xué)科的知識(shí)，以致能融會(huì)貫通，進(jìn)一步了解從模具設(shè)計(jì)到模具制造的整個(gè)工藝流程。
3.掌握模具設(shè)計(jì)的基本技能，如計(jì)算、繪圖、查閱設(shè)計(jì)資料和手冊(cè)，熟悉標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。
本次設(shè)計(jì)是在賀紅林老師認(rèn)真、耐心的指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助、交流下，對(duì)模具的經(jīng)濟(jì)性、模具的壽命、生產(chǎn)周期、及生產(chǎn)成本等指標(biāo)下進(jìn)行全面、仔細(xì)的分析下而進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在此，我對(duì)他們表示衷心的感謝。
由于本人水平有限，缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，所以在設(shè)計(jì)中難免產(chǎn)生不足和錯(cuò)誤，望各位老師批評(píng)和指正，以使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)做到合理，同時(shí)也為我走出校門步入社會(huì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
1 沖壓工藝性分析和方案的確定
1.1 零件工藝性分析
工件錐形蓋為圖1所示的拉深件，材料08鋼，材料厚度0.5mm，大批量生產(chǎn)。
圖1 工件圖
其工藝性分析內(nèi)容如下：
1.1.1 材料分析
08鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，屬于深拉深級(jí)別鋼，具有良好的拉深成形性能。
1.1.2 結(jié)構(gòu)分析
該零件屬于旋轉(zhuǎn)體帶有凸緣的錐形件，是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單帶一個(gè)階梯的軸對(duì)稱曲面形狀拉深件，其形狀、尺寸符合工藝性要求，所以該零件沖壓工藝性較好。零件凸緣上均布著六個(gè)?4的小孔和底孔?18，為了確保孔的位置準(zhǔn)確和精度，將其加工放在拉深結(jié)束后沖裁。此外，零件口部圓角半徑均為R1，滿足拉深件口部圓角半徑大于或等于兩倍料厚的要求。
1.13 精度分析
零件上尺寸均為未注公差尺寸，普通拉深即可達(dá)到零件的精度要求，選精度等級(jí)為IT12，工件的所有未注明公差均由文獻(xiàn)[1]表2.10查得。
1.2 工藝方案的確定
零件的生產(chǎn)包括落料、拉深、切邊、沖孔等工序，其總體工藝過(guò)程有以下幾種：
方案一：先落料，然后拉深，再切邊，最后沖孔。單工序模生產(chǎn)。
方案二：落料拉深復(fù)合，沖孔切邊復(fù)合。復(fù)合模生產(chǎn)。
方案三：拉深級(jí)進(jìn)模。采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)，后進(jìn)切邊沖孔。
以上的三種方案，方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要四副單工序模，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足大批量生產(chǎn)要求。方案二需要兩副復(fù)合模，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度加大，成本高，但工件的相對(duì)位置精度及生產(chǎn)效率都較高，滿足大批量生產(chǎn)要求，工件精度也能滿足要求，操作方便。方案三中的級(jí)進(jìn)模比單工序模生產(chǎn)率高，減少了模具和設(shè)備的數(shù)量，工件精度較高，便于操作和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。對(duì)于特別復(fù)雜或孔邊距較小的沖壓件，用簡(jiǎn)單模或復(fù)合模沖制有困難時(shí)，可用級(jí)進(jìn)模逐步?jīng)_出。但級(jí)進(jìn)模輪廓尺寸較大，制造較復(fù)雜，成本較高，一般適用于大批量生產(chǎn)小型沖壓件。
通過(guò)對(duì)上述三種方案的分析比較，進(jìn)行壓生產(chǎn)采用的方案二為佳的方案。
2 模具設(shè)計(jì)
2.1 選擇模具的類型
通過(guò)進(jìn)行沖壓工藝的分析可知，采用復(fù)合模沖壓。
因?yàn)榈寡b式復(fù)合模的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，所以可以利用壓力機(jī)的打桿裝置進(jìn)行推件卸件可靠，這樣有利于操作，還可以為機(jī)械化出件提供有利的條件，應(yīng)用十分廣泛，因此具類型為倒裝式復(fù)合模。
2.2 操作與定位方式
2.2.1 操作方式
雖然是大批量生產(chǎn)零件，但生產(chǎn)也可用手工送料方式，同樣能滿足生產(chǎn)要求，這樣就可以降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
2.2.2 定位方式
由于該模具采用了條料，所以控制條料的送進(jìn)方向選用兩個(gè)固定擋料用來(lái)銷導(dǎo)料，沒(méi)有側(cè)壓裝置。可以采用固定擋料銷定距作為控制條料的送進(jìn)步距。因?yàn)闂l料第一件的沖壓位置有一定的長(zhǎng)度余量，可以靠操作工目測(cè)來(lái)定。
2.3 卸料、出件方式
2.3.1 卸料方式
剛性卸料與彈性卸料：
剛性卸料卸料力較大是采用固定卸料板結(jié)構(gòu)。常用厚度較大精度要求不高的工件沖裁。當(dāng)卸料板只起卸料作用時(shí)，卸料版凸模的間隙隨會(huì)材料厚度的增加而增大，單邊間隙?。?.2～0.5）t。當(dāng)固定卸料板還要起到對(duì)凸模的導(dǎo)向作用時(shí)卸料板與 凸模的配合間隙應(yīng)該小于沖裁間隙。此時(shí)要求凸模卸料時(shí)不能完全脫離卸料板。主要用于卸料力較大、材料厚度大于2mm且模具結(jié)構(gòu)為倒裝的場(chǎng)合。
彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有壓料作用，沖出的工件平整精度較高。卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（0.1～0.2）t,若彈壓卸料板還要起對(duì)凸模導(dǎo)向作用時(shí)，二者的配合間隙應(yīng)小于沖裁間隙。常用作落料模、沖孔模、正裝復(fù)合模的卸料裝置。
工件平直度較高，卸料力較小，料厚為0.5mm相對(duì)較薄，卸料力不大偶遇為彈壓卸料模具比剛性卸料模具方便，并且操作者可以看見條料在模具中的送進(jìn)動(dòng)態(tài)，且彈性卸料板對(duì)工件施加的是柔性力，不容易造成工件表面的損傷，故采用彈性卸料方式進(jìn)行卸料。
2.3.2 出件方式
對(duì)于復(fù)合模生產(chǎn)，應(yīng)采用上出件比較便于操作與提高生產(chǎn)效率。
2.4 送料方式的確定
因選用的沖壓設(shè)備為開式壓力機(jī)且垂直于送料方向的凹模寬度B大于送料方向的凹模長(zhǎng)度L，故采用縱向送料方式，即由前向后送料。
2.5 導(dǎo)向方式的確定
方案一：采用對(duì)角導(dǎo)柱模架。由于導(dǎo)柱安裝在模具壓力中心對(duì)稱的對(duì)角線上，所以上模座在導(dǎo)柱上滑動(dòng)平穩(wěn)。常用于橫向送料級(jí)進(jìn)?；蚩v向送料的落料模、復(fù)合模。
方案二：采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比較方便。因?yàn)閷?dǎo)柱安裝在后側(cè)，工作時(shí)，偏心距會(huì)造成導(dǎo)套導(dǎo)柱單邊磨損，嚴(yán)重影響模具使用壽命，且不能使用浮動(dòng)模柄。
方案三：四導(dǎo)柱模架。具有導(dǎo)向平穩(wěn)、導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠、剛性好等優(yōu)點(diǎn)。常用于沖壓件尺寸較大或精度要求較高的沖壓零件，以及大量生產(chǎn)用的自動(dòng)沖壓模架。
方案四：中間導(dǎo)柱模架。導(dǎo)柱安裝在模具的對(duì)稱線上，導(dǎo)向平穩(wěn)、準(zhǔn)確。單只能一個(gè)方向送料。
根據(jù)以上方案比較并結(jié)合模具結(jié)構(gòu)形式和送料方式，為提高模具壽命和工件質(zhì)量，該復(fù)合模采用后側(cè)導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式，即方案二最佳。
3 零件的工藝計(jì)算
3.1 拉深工藝計(jì)算
零件材料厚度為0.5mm，比較小，所以所有計(jì)算以毛坯直徑為準(zhǔn)。
3.1.1 確定零件修邊余量
零件的凸緣相對(duì)直徑
dFd=8632=2.69
式中 dF-凸緣直徑；d-錐形件中徑。
查文獻(xiàn)[1]表4.8得修邊余量?h=2.2mm，
所以，修正后拉深件凸緣的直徑應(yīng)為
(86+2×2.2)mm=90.4mm。
3.1.2 確定坯料尺寸D
按照“拉深前毛坯面積等于拉深后工件面積”的原則，查文獻(xiàn)[1]表4.13得到以下表面積F的計(jì)算公式:
F1=πd124=π×3224mm2=803.84mm2
S2=h22+c2=16-62+60-3222mm=17.21mm
F2=πS2d2+d12=π×17.2×60+322mm2=2485.09mm2
F3=π4d3-2r2-d22=π470-2×12-8×12mm2=341.51mm2
F4=π42πrd3-2r+8r2=π4×2π×170-2×1+8×12mm2=341.51mm2
F5=πd3h5=π×70×6-2mm2=879.20mm2
F6=π42πrd3+2r-8r2=π4×2π×170+2×1-8×12mm2=348.67mm2
F7=π4d42-d3+2r2=π490.42-70+2×12mm2=2345.71mm2
F=F1+F2+F3+F4+F5+F6+F7=803.84+2485.09+803.84+341.51+879.20+348.67+2345.71mm2=8007.85mm2
D=4Fπ=4×8007.85πmm≈101mm
其中零件凸緣部分的表面積為
F凸=F7=2345.71mm2，
零件除去凸緣部分的表面積為
F‘=F1+F2+F3+F4+F5+F6=803.84+2485.09+803.84+341.51+879.20+348.67mm2=5662.14mm2。
3.1.3 判定能否一次拉深成形
因?yàn)榱慵閹б粋€(gè)階梯的錐形件，所以首先要判定錐形部分能否一次拉深成形。零件的坯料相對(duì)厚度
tD×100%=0.5101×100%=0.50%
式中 t-柸料厚度；D-柸料尺寸。
零件的相對(duì)高度
hd=16-632≈0.3
式中 h-錐形件部分的高度；d-錐底直徑。
查文獻(xiàn)[1]表4.61得hd≤0.25~0.3，符合淺錐形件拉深的條件，所以零件的錐形部分能一次拉深成形。
又因?yàn)榱慵б粋€(gè)階梯，所以要判定階梯形部分能否一次拉深成形。零件的坯料相對(duì)厚度
tD×100%=0.5101×100%=0.50%，
零件的相對(duì)高度
h?d=16?32=0.5
式中 h-工件高度；d-錐底直徑。
查文獻(xiàn)[1]表4.28得拉深次數(shù)為1次，所以零件的階梯形部分能一次拉深成形。
通過(guò)以上兩次判定可以確定零件可以一次拉深成形。
3.1.4 拉深系數(shù)
m=dD=32101=0.317
式中 d-錐底直徑；D-柸料尺寸。
3.1.5 判定是否用壓邊圈或拉深筋
由于拉深時(shí)，毛坯的變形程度不大，拉深后回彈較大，為減小回彈常使用帶平面邊圈或拉深筋的拉深模。
因?yàn)榱慵呐髁舷鄬?duì)厚度
tD×100%=0.5101×100%=0.50%，
拉深系度
m=dD=32101=0.317，
查文獻(xiàn)[1]表4.31得零件可以用壓邊圈。
3.2 計(jì)算落料拉深復(fù)合模的工藝
3.2.1 落料凸、凹模刃口尺寸
根據(jù)零件形狀特點(diǎn)，刃口尺寸計(jì)算采用分開制造法。落料尺寸為?101-0.3+0.3mm，落料凹模刃口尺寸計(jì)算如下。
查文獻(xiàn)[1]表2.36得該零件沖裁凸、凹模最小間隙Ζmin=0.040mm，最大間隙Ζmax=0.060mm，查文獻(xiàn)[3]表3-6凸模制造公差δT=0.02mm，凹模制造公差δA=0.03mm。將上述各值代入δT+δA≤Ζmax-Ζmin校驗(yàn)是否成立。經(jīng)校驗(yàn)，不等式不成立。又因?yàn)橥?、凹模制造公差?
δT≤0.4Ζmax-Ζmin=0.4×0.060-0.040mm=0.008mm，
δT≤0.6Ζmax-Ζmin=0.6×0.060-0.040mm=0.012mm，
重新取δT=0.008mm，δA=0.012mm，所以可按凸、凹模制造基本公式計(jì)算工作零件刃口尺寸凹模刃口尺寸
DA=Dmax-ΧΔ 0+δA=101.3-1×0.6 0+0.012mm=100.7 0+0.012mm
凸模刃口尺寸
DT=DA-Ζmin-δT 0=100.7-0.040-0.008 0mm=100.66-0.008 0mm
3.2.2 拉深凸、凹模尺寸計(jì)算
拉深后零件標(biāo)注內(nèi)形尺寸的直徑為70-0.3+0.3mm，由公式
Z=tmax+nt
確定拉深凸、凹模間隙值，查文獻(xiàn)[1]表4.52得間隙系數(shù)n=0.2，所以拉深凸、凹模間隙值Z=0.5+0.2×0.5mm=0.51mm，
則拉深凹模
DA=dmin+0.4?+Z 0+δA=69.7+0.4×0.6+0.51 0+0.03mm=70.45 0+0.03mm
拉深凸模
DT=dmin+0.4?-δT 0=69.7+0.4×0.6-0.03 0mm=69.94-0.03 0mm
3.2.3 排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算
1、 排樣方式的選擇
方案一：有廢料排樣 沿沖件外形沖裁，在沖件周邊都留有搭邊。沖件尺寸完全由沖模來(lái)保證，因此沖件精度高，模具壽命高，但材料利用率低。
方案二：少?gòu)U料排樣 因受剪切條料和定位誤差的影響，沖件質(zhì)量差，模具壽命較方案一低，但材料利用率稍高，沖模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
方案三：無(wú)廢料排樣 沖件的質(zhì)量和模具壽命更低一些，但材料利用率最高。
通過(guò)上述三種方案的分析比較，綜合考慮模具壽命和沖件質(zhì)量，該沖件的排樣方式選擇方案一為佳?？紤]模具結(jié)構(gòu)和制造成本有廢料排樣的具體形式選擇直排最佳。
2、 排樣計(jì)算
因?yàn)榱慵捎脝沃迸排艠臃绞?，所以查文獻(xiàn)[3]表3-14得零件間的搭邊值為1mm，零件與條料側(cè)邊之間的搭邊值為1.2mm，由于模具采用無(wú)側(cè)壓裝置的導(dǎo)料板結(jié)構(gòu)，則條料上零件的步距為101+1mm=102mm，條料的寬度應(yīng)為
B=(Dmax+2a+Z)-? 0=(101.3+2×1.2+0.5)-0.6 0mm=104.2-0.6 0mm
式中 Dmax-條料寬度方向沖裁件的最大尺寸；a-側(cè)搭邊值；?-條料寬度的單向（負(fù)向）偏差；Z-導(dǎo)料板與最寬條料之間的間隙。
查文獻(xiàn)[2]表3-1選用規(guī)格為0.5mm×650mm×1300mm的板料，計(jì)算裁料方式如下
采用縱裁時(shí):
每板的條數(shù) n1=650/104.2=6條
每條的工件數(shù) n2=1300/102=12件
每板的工件數(shù) n=n1×n2=6×12=72個(gè)
材料利用率為：
η=nA1BL×100%=72×π×10122/650×1300×100%=68.27%
式中 n- 一張條料上的沖裁件總數(shù)目；A1- 一個(gè)沖裁件的實(shí)際面積；B-條料寬度；L-條料長(zhǎng)度。
采用橫裁時(shí):
每板的條數(shù)： n1=1300/104.2=12條
每條的工件數(shù)： n2=650/102=6件
每板的工件數(shù)： n=n1×n2=12×6=72個(gè)
材料利用率：
η=72×π×10122/650×1300×100%=68.27%
經(jīng)計(jì)算橫裁.縱裁時(shí)板料利用率相同都為68.27%，為了便于工人的操作，選用第一種裁法。排樣圖如圖2所示。
圖2 排樣圖
3.2.4 力的計(jì)算
模具為落料拉深復(fù)合模，動(dòng)作順序是先落料后拉深，現(xiàn)分別計(jì)算落料力FZ、拉深力F拉、和壓邊力F壓。
F=ΚLtτ=1.3×π×101×0.5×300N=61813.67N≈62kN
式中 F-沖裁力；L-沖裁周邊長(zhǎng)度；t-材料厚度；Κ-系數(shù)，一般取1.3。
卸料力：FX=KXF=0.05×62kN≈3kN
頂件力：FD=KDF=0.08×62kN≈5kN
推件力：FT=nKTF=16×0.063×62kN≈62.5kN
n=ht=80.5=16
式中 F-沖裁力；n-同時(shí)梗塞在凹模內(nèi)的廢料數(shù)；h-凹模洞口的直壁高度，取8mm；t-材料厚度；KX、KD、KT-卸料力、頂件力、推件力系數(shù)，查文獻(xiàn)[1]表2.32所得。
因?yàn)榱慵捎脧椥孕读涎b置和上出料方式的沖裁，所以
FZ=F+FX+FD=62+3+5kN=70kN
F拉=πdhtσbKF=π×32×0.5×380×1.21N=23112.07N≈23kN
式中 dh-錐頂直徑；t-材料厚度；σb-材料強(qiáng)度極限，查文獻(xiàn)[2]表3-10，取380MPa；KF-系數(shù)，查文獻(xiàn)[1]表4.38得1.21
F壓=Ap=π×90.422-π×7022×3N=7709.85N≈8kN
式中 A-開始拉深時(shí)的壓邊面積；p-單位壓邊力，查文獻(xiàn)[1]表4.47，取3MPa。
因?yàn)槔盍εc壓邊力的和小于落料力，即
F拉+F壓=23+8kN=31kN
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