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畢業(yè)設計(論文) 目錄 第一章 前言……………………………………………………………………… 1 1.1 課題來源及意義………………………………………………………… 1 1.1.1 沖壓在機械制造中的地位及特點……………………………… 1 1.1.2 現代沖壓加工發(fā)展趨勢………………………………………… 1 1.2 參考文獻綜述…………………………………………………………… 2 第二章 總體方案設計…………………………………………………………… 4 2.1.沖壓模…………………………………………………………………… 4 2.2.自動送料機構…………………………………………………………… 4 第三章 模具的設計……………………………………………………………… 6 3.1 零件分析及模具的結構形……………………………………………… 6 3.2 復合模具工作部分的設計計算………………………………………… 7 3.3 模具尺寸規(guī)格和其余零件的設計計算………………………………… 9 3.4 模具的機構…………………………………………………………… 14 第四章 自動送料機構的設計………………………………………………… 15 4.1 原理、結構及工作過程……………………………………………… 15 4.2 結構特性……………………………………………………………… 17 4.3 離合器的選用………………………………………………………… 21 4.4 齒輪的設計及校核…………………………………………………… 22 4.5 軸的設計及校核……………………………………………………… 27 4.6 軸承的設計和校核…………………………………………………… 31 4.7 鍵的設計和校核……………………………………………………… 33 第五章 潤滑與密封…………………………………………………………… 35 5.1 潤滑…………………………………………………………………… 35 5.2 密封…………………………………………………………………… 35 5.3 安全…………………………………………………………………… 35 參考文獻………………………………………………………………………… 36 結束語…………………………………………………………………………… 37 中英文翻譯……………………………………………………………………… 38 前言 沖壓是金屬塑性成形加工的基本方法之一，它主要用于加工板料零件，所以也稱為板料成形。沖壓既能夠制造尺寸很小的儀表零件，又能夠制造諸如汽車大梁、壓力容器封頭一類的大型零件；既能夠制造一般尺寸公差等級和形狀的零件，又能夠制造精密（公差在微米級）和復雜形狀的零件。沖壓具有生產率高、加工成本低、材料利用率高、操作簡單、便于實現機械化與自動化等一系列優(yōu)點，因此在汽車、機械、家用電器、電機、儀表、航空航天、兵器等生產和發(fā)展具有十分重要的意義。 1.1.1 沖壓在機械制造中的地位及特點 沖壓既能夠制造尺寸很小的儀表零件，又能夠制造諸如汽車大梁、壓力容器封頭一類的大型零件；既能夠制造一般尺寸公差等級和形狀的零件，又能夠制造精密（公差在微米級）和復雜形狀的零件。占全世界鋼產60%～70%以上的板材、管材及其他型材，其中大部分經過沖壓制成成品。沖壓在汽車、機械、家用電器、電機、儀表、航空航天、兵器等制造中，具有十分重要的地位。 沖壓件重量輕、厚度薄、剛度好。它的尺寸公差是由模具保證的，所以質量穩(wěn)定，一般不需再經機械切削即可使用。冷沖壓件的金屬組織與力學性能優(yōu)于原始坯料，表面光滑美觀。冷沖壓件的公差等級和表面狀態(tài)優(yōu)于熱沖壓件。大批量的中、小型零件沖壓生產一般是采用復合?；蚨喙の坏倪B續(xù)模。以現代高速多工位壓力機為中心，配置帶料開卷、矯正、成品收集、輸送以及模具庫和快速換模裝置，并利用計算機程序控制，可組成生產率極高的全自動沖壓生產線。采用新型模具材料和各種表面處理技術，改進模具結構，可得到高精度、高壽命的沖壓模具，從而提高沖壓件的質量和降低沖壓件的制造成本。 沖壓生產的工藝和設備正在不斷發(fā)展，除傳統的使用壓力機和鋼制模具制造沖壓件外，液壓成形以及旋壓成形、超塑成形、爆炸成形、電水成形、電磁成形等各種特種沖壓成形工藝亦迅速發(fā)展，把沖壓的技術水平提高到了一個新的高度。特種沖壓成形工藝尤其適合多品種的批量（甚至是數十件）零件的生產。對于普通沖壓工藝，可采用簡易模具、低熔點合金模具、成組模具和沖壓柔性制造系統等，組織多品種的中小批量零件的沖壓加工。 總之，沖壓模具有生產率高、加工成本低、材料利用率高、操作簡單、便于實現機械化與自動化等一系列優(yōu)點。采用沖壓與焊接、膠接等復合工藝，使零件結構更趨合理，加工更為方便，可以用較簡單的工藝制造出更復雜的結構件。 1.1.2 現代沖壓加工發(fā)展趨勢 制造沖壓件用的傳統金屬材料，正逐步被各種復合材料或高分子材料替代。 在模具設計與制造中，開發(fā)并應用CAD/CAM系統，發(fā)展高、新制造技術和模具、裝置等，以適應沖壓產品的更新換代和各種生產批量的要求。 推廣應用數控沖壓等設備，進行機械化與自動化的流水線沖壓生產。 某些傳統的沖壓加工方法將被液壓成形、旋壓成形、爆炸成形等新穎的技術所取代，產品的沖壓加工趨于更合理、更經濟 沖模的核心部分是工作零件，即凸模和凹模。其形狀和尺寸是由沖壓工序的性質決定的。沖裁沖孔落料模的凸、凹模之間間隙很校，并做成鋒利的刃口，以便形成強大的剪切力進行剪切，使坯件與板料分離 在現代化的機加工過程中，消耗于送料的時間損失是組成零件單件加工時間的一部分，它屬于輔助時間。要想提高生產率，減少生產中的輔助時間將是非常重要的一個環(huán)節(jié)。而要想減少輔助時間，就必須提高生產的自動化程度。自動送料機構就是為實現生產中送料工序自動化而設計的一種專用機構。 自動送料機構可將沖壓料或沖壓件經過定向機構，實現定向排列，然后順序地送到機床或工作地點。這在自動化成批大量的生產中顯然是實用的，不但可把操作人員從重復而繁重的勞動中解脫出來，而且對保證安全生產也是一種行之有效的方法。目前，國內擁有大量的沖壓機床，如果能把它們改造成半自動或自動機床，將會充分發(fā)揮機床的潛在力量，這是一個具有重大意義的事情，而在機床上安裝自動送料機構，這將大大提高沖壓的生產效率，實現沖壓的完全自動化。 1.2 參考文獻綜述 沖壓工藝大致可分為分離工序和成形工序（又分彎曲、拉深、成形）兩大類。分離工序是在沖壓過程中使沖壓件與坯料沿一定的輪廓線相互分離，同時沖壓件分離斷面的質量也要滿足一定的要求；成形工序是使沖壓坯料在不破壞的條件下發(fā)生塑性變形，并轉化成所要求的成品形狀，同時也應滿足尺寸公差等方面的要求。 按照沖壓時的溫度情況有冷沖壓和熱沖壓兩種方式。這取決于材料的強度、塑性、厚度、變形程度以及設備能力等，同時應考慮材料的原始熱處理狀態(tài)和最終使用條件。 1.冷沖壓 金屬在常溫下的加工，一般適用于厚度小于4mm的坯料。優(yōu)點為不需加熱、無氧化皮，表面質量好，操作方便，費用較低。缺點是有加工硬化現象，嚴重時使金屬失去進一步變形能力。冷沖壓要求坯料的厚度均勻且波動范圍小，表面光潔、無斑、無劃傷等。 2.熱沖壓 將金屬加熱到一定的溫度范圍的沖壓加工方法。優(yōu)點為可消除內應力，避免加工硬化，增加材料的塑性，降低變形抗力，減少設備的動力消耗。 隨著現代工業(yè)的發(fā)展，現代沖壓加工的發(fā)展趨勢有以下五點： （1）深入研究沖壓變形的基本規(guī)律、各種沖壓工藝的變形理論、失穩(wěn)理論與極限變形程度等；應用有限元、邊界元等技術，對沖壓過程進行數字模擬分析，以預測某一工藝過程中坯料對沖壓的適應性及可能出現的質量問題，從而優(yōu)化沖壓工藝方案，使塑性變形理論逐步起到對生產過程的直接指導作用。 （2）制造沖壓件用的傳統金屬材料，正逐步被高強鋼板、涂敷鍍層鋼板、塑料夾層鋼板和其他復合材料或高分子材料替代。隨著材料科學的發(fā)展，加強研究各種新材料的沖壓成形性能，不斷發(fā)展和改善沖壓成形技術。 （3）在模具設計與制造中，開發(fā)并應用計算機輔助設計和制造系統（CAD/CAM），發(fā)展高精度、高壽命模具和簡易模具（軟模、低熔點金模具等）制造技術以及通用組合模具、成組模具、快速換模裝置等，以適應沖壓產品的更新換代和各種生產批量的要求。 （4）推廣應用數控沖壓設備、沖壓柔性加工系統（FMS）、多工位高速自動沖壓機以及智能機器人送料取件，進行機械化與自動化的流水線沖壓生產。 （5）精沖與半精沖、液壓成形、旋壓成形、爆炸成形、電水成形、電磁成形、超塑成形等技術得到不斷發(fā)展和應用，某些傳統的沖壓加工方法將被它們所取代，產品的沖壓加工趨于更合理、更經濟。 隨著近代工業(yè)的發(fā)展，以沖模為中心的電子計算機控制全自動沖壓加工系統的研制十分必要?，F在已經出現了全自動沖壓加工生產線、沖壓加工中心、全自動落料沖床、自己備有薄板上料和卸料的電子計算機數控轉塔式沖床以及其他自動沖壓系統。這種系統必須配備相應的高質量、高效率的沖模。 自動模中的送料、出件等裝置主要由模具本身的運動部分來驅動（一般是上模）。還可以由壓力機的曲軸或滑塊來驅動，也可以由單獨的驅動裝置（如機械、液壓、氣壓等）來驅動。 自動模的送料、卸件、出件的動作最大特點是周期性間歇地與沖壓工藝協調進行。實現周期性動作的機構有棘輪機構、槽輪機構、凸輪機構、定向離合器、平面連桿機構等。自動模的自動化裝置就是自動模的驅動裝置通過周期性動作機構使自動化裝置的工作零件產生周期性工作，這就是自動送料機構。 本次畢業(yè)設計主要完成沖床上自動送料機構的設計。 第二章 自動送料機構總體方案設計 自動送料裝置按送進材料的形式分為送料裝置與上件裝置兩類。本設計屬于送料裝置。常見送料機構形式有以下五種： ① 鉤式送料機構; ② 凸輪鉗式送料機構; ③ 杠桿送料機構; ④ 夾持送料機構； ⑤ 輥軸送料機構。 由于本設計所用的毛坯件厚度比較薄，不在前三種送料方案所適用的材料厚度范圍內，第四種和第五種方案適用。將第四種與第五種方案進行比較，發(fā)現前者需要采用斜楔帶動加料爪和滑板運動，在送料過程中振動會比較大，從而影響到送料精度；而后者是使用輥軸送料，過程更為平穩(wěn)，因而，送料精度也較有保障。綜合考慮各種因素以后，決定采用雙輥送料機構，如圖 1-偏心輪 2-上模 3-下模 4-萬向聯結節(jié) 5-曲柄搖桿機構 6-上輥 7-離合器 8-支撐 9-下輥 輥軸式送料機構的驅動方式采用壓力機曲軸驅動。傳動機構采用曲柄搖桿機構。 送進步距的大小按下式計算： 當步距S一定時，可以協調主動輥直徑d1和轉角α，以滿足送進步距的需要。 曲柄搖桿機構與輥軸的連接采用定向離合器。根據材料的送進速度要求，選用合適的定向離合器。 輥軸的直徑與送進速度和S轉角α有關，主動輥的直徑為 從動輥的設計可以放松一些，不過上、下輥應有相同的圓周速度。主、從輥之間的傳動一般采用一對齒輪。所以要求 抬輥裝置的作用有兩種。一種是在開始裝料時臨時抬輥，使上、下輥間有一間隙，以便材料通過。另一種抬輥動作是在每次送進結束后，沖壓工作前，使材料處于自由狀態(tài)，以便導正。第一種抬輥動作采用手動，設計一個手柄；第二種抬輥動作采用杠桿式抬輥裝置，通過螺桿推動杠桿而實現抬輥。 工作過程如下：在送料之前，要先用手柄抬起4，以便在上下輥軸之間形成空隙，將薄板料從間隙穿過，然后按下手柄壓緊入料。當2回程時，通過5中的搖桿帶動9順時針旋轉，從而帶動8（主動輥）和4（從動輥）同時旋轉完成送料工作。當2下行時，因為9的緣故，輥軸停止不動，接著就是完成沖壓的工序了。當1再次回程，又重復上述動作，照此循環(huán)動作，達到間歇送料的目的。 第三章 自動送料機構的設計 3.1 零件分析及模具的結構形式 沖壓成品為條形元件，材料為不銹鋼，如圖3-1所示。因為零件未有標注公差，查手冊，按IT10精度，標準公差帶為160μm。 圖 3-1沖壓成品圖 零件屬于大批生產，工藝性較好?？紤]節(jié)省材料，排樣圖如下： 圖3-2 排樣圖 本模具結構圖如下： 3.2 輥軸送料機構的原理、結構及工作過程 輥軸送料機構的原理、結構、工作過程在第2章已有簡述，下面進行更為詳細的闡述。 輥軸自動送料裝置是通過一對輥軸定向間歇轉動而進行間歇送料的。按輥軸安裝的方式有立輥和臥輥，其中，臥輥使用較多，它分為單邊和雙邊兩種。本設計采用單邊臥輥式輥軸自動送料裝置。 送料機構的運動極限位置與一般位置的圖解大致如圖3-1所示: 圖 3-1 送進步距與輥軸直徑及其轉角的關系 輥軸送料裝置與其他送料裝置一樣，必須保證沖壓工作與送料動作有節(jié)奏的配合。當沖壓工作行程開始時，送料裝置應已完成送料工作，料停在沖壓區(qū)等待沖壓。沖壓工作完成后，上?；氐揭欢ǜ叨龋瓷?、下模工作零件脫離時才能送料。沖壓與送料過程時間上的配合關系可由工作周期圖來表示，如圖3-2所示。 圖 3-2 送料周期圖 由圖看出，抬輥的開始點和結束點對稱于滑塊的下止點，而抬輥的開始點稍大于壓力機的公稱壓力角，但不宜過早抬輥，以免引起板料位移而產生廢品。 輥軸送料機構結構圖如圖4-3所示： 需要說明的是，自動送料機構與壓力機之間所用的曲柄搖桿機構，桿的長度均為可調，另外曲柄聯接處有偏心調劑盤可調偏心距。桿的聯接處用萬向聯軸節(jié)聯接。 3.3 結構特性 一、輥子 輥子是輥軸送料機構的主要工作零件。在送料過程中，輥子直接與坯料接觸，其表面應具有較高的耐磨性和良好的幾何形狀及尺寸精度。 由于輥子半徑較大，故采用空心的結構形式，上輥采用與齒輪結合在一起的方式，如圖 下輥與齒輪分開設計，如圖 輥子是通過材料與輥子之間的摩擦力進行送料的，因此輥子間的壓緊力不能太小。而輥子的摩擦力主要是用來克服材料送進時與其他承料部件間的摩擦力和提供加速度的。如下式： 經過實際計算，F應為224N。由，查表得f=0.15。所以P=1500N，方向指向輥子中心。 二、 壓緊裝置 輥式送料借助于輥子和坯料之間的摩擦力實現，為了防止在送料過程中輥子與坯料之間產生相對滑動，影響送料精度，應設置壓緊裝置對輥軸施加適當的壓力，以產生必要的摩擦力。 可采用的壓緊裝置有螺旋彈簧式、板簧式、和彈簧杠桿式，本設計采用板簧式壓緊裝置，原理如圖4-4所示。 圖3-4 板簧式壓緊裝置原理圖 本送料裝置中的壓緊裝置采用兩個彈簧間接壓緊的形式，且彈簧所提供的壓緊力可根據實際情況調節(jié)彈簧上面的螺母，從而達到調節(jié)彈簧壓緊力的效果。 三、 抬輥裝置 抬輥裝置的作用是將上輥向上稍稍抬起，使坯料松開。送料裝置在使用過程中需要兩種抬輥動作：一種是開始裝料時臨時抬輥，使上、下輥間有一間隙，以便材料通過；第二種抬輥動作是在每次送進結束后，沖壓工作前，使材料處于自由狀態(tài)，以便導正。參考有關資料，常見的抬輥裝置有五種：撞桿式、氣動式、偏心式、斜楔式和凸輪式。本設計實現第一種抬輥動作采用手動，在抬輥機構上加一個手柄，達到抬輥的目的；對第二種抬輥動作采用撞桿式抬輥裝置實現，撞桿后利用杠桿原理使上輥抬高。原理如圖3-5所示。 圖3-5 另外，為了實現第一種抬輥動作，送料機構中特別加了一個手柄，使它與撞桿式抬輥裝置連在一起，利用杠桿原理實現抬輥。手柄如圖： 四、 驅動機構 本設計采用的驅動方式為壓力機曲軸驅動，驅動機構用曲柄搖桿傳動。其他常用的驅動機構有拉桿杠桿傳動、斜楔傳動、齒輪齒條傳動、螺旋齒輪傳動、鏈條傳動及氣動液壓傳動。 五、送料進距調節(jié)裝置 前面已經提到過，自動送料機構與壓力機之間所用的曲柄搖桿機構，桿的長度均為可調，另外曲柄聯接處有偏心調劑盤可調偏心距。偏心距e與輥子轉角α的關系如下： 六、間歇運動機構 輥式送料機構由壓力機的曲軸驅動，間歇運動機構設在二者之間，起作用是將曲軸的連續(xù)轉動轉化為送料輥的間歇轉動。本設計采用超越離合器來實現間歇運動，與下輥即主動輥聯接。其它常用的間歇運動機構有棘輪機構和蝸桿凸輪機構等。 七、其它 軸承、緊固零件等其他零件，均按手冊選取標準件，詳見裝配圖。 本設計的送料機構中設計了一個托物架，以便支撐毛胚材料。 需要說明的是，因為本設計所選用的壓力計滑塊行程次數為45次/min，為低速沖壓，所以不采用制動裝置。但是在高速送料的情況下，由于輥子、材料、傳動系統的慣性，會使材料在送料行程終點處的定位精度受到很大影響，故應在輥軸端部裝設制動器。制動器的結構形式以閘瓦式應用較為普遍，其結構簡單，容易加工裝配。缺點是長期處于制動狀態(tài)，摩擦損失較大。常用的摩擦材料有石棉或鑄鐵。其他的制動器有帶式和氣動式。 另外，本送料機構上還加了一個拖物架，起支撐材料的作用，便于輥軸自動送料，其結構如下圖： 3.4 離合器的選用 自動送料裝置中使用的定向離合器有普通定向離合器和異形滾子定向離合器。普通定向離合器的基本結構及工作原理是，當外輪向一個方向轉動時，由于摩擦力的作用使?jié)L柱楔緊，從而驅動星輪一起轉動，而星輪轉動帶動送料裝置的工作零件轉動。當外輪反向轉動時，帶動滾柱克服彈簧力而滾到楔形空間的寬敞處，離合器處于分離狀態(tài)，星輪停止不動。外輪的反復轉動是由搖桿來帶動的。 異形滾子定向離合器在其內、外輪之間的圓環(huán)內裝有數量較多的異形滾子，而且滾子的方向是一致的。由于滾子的a-a方向尺寸大于b-b方向尺寸，因而當外輪反時鐘轉動時，滾子的a-a方向與內、外輪接觸，此時起偶合作用，帶動內輪一起轉動；當外輪順時鐘轉動時，則不起偶合作用，內輪不動。這種離合器由于滾子多，滾子圓弧半徑較大，所以與內、外輪的接觸應力小，磨損小，壽命長。當傳遞同樣的扭轉時，徑向尺寸比普通定向離合器小。由于體積小，運動慣性小，送進步距精度高。 本設計選用滾柱式內星輪無撥爪單向超越離合器，以下簡稱為超越離合器。 超越離合器常用于驅動輥軸送料機構的輥軸，是之產生間歇轉動，以達到按一定規(guī)律自動送料的目的。一般，它允許的壓力機滑塊行程數小于200次/min，送料速度小于30m/min。本設計選用的壓力機滑塊行程數為45次/min,送料速度v=45×164=6.39m/min，滿足要求。 離合器結構如圖： 3.5 齒輪的設計及校核 本設計中的自動送料機構中有一對齒輪傳動，起上、下輥之間傳動的作用。由于上、下輥之間僅僅只有一對齒輪直接傳動，材料的厚度變化會引起齒隙的增大。這就會影響送進步距精度。但本設計所用的材料厚度較薄，其所引起的誤差較小，故仍采用一對齒輪直接傳動。 因傳動尺寸無嚴格限制，批量較小，故小齒輪用40Cr，調質處理，硬度241HB~286HB，平均取為260HB，大齒輪用45剛，調質處理，硬度229HB~286HB，平均取為240HB。具體計算步驟如下： 齒面接觸疲勞強度計算 1. 初步設計 轉矩 由前面計算結果可知 模數m 取m=4 m=4 mm 齒數 初取齒數 分度圓直徑d 中心距a a a=160mm 齒寬b 取b=50mm 取b=60mm 轉數 接觸疲勞極限 由《機械設計》中圖12.17c 2. 校核計算 圓周速度v 精度等級 由《機械設計》中表12.6 選8級精度 使用數 由《機械設計》中表12.9 動載系數 由《機械設計》中圖12.9 齒間載荷分配系數 由《機械設計》中表12.10，先求 由此得 齒向載荷分布系數 由《機械設計》中表12.11 載荷系數K K= =1.75 彈性系數 由《機械設計》中表12.12 節(jié)圓區(qū)域系數 由《機械設計》中圖12.16 接觸最小安全系數 由《機械設計》中表12.14 工作時間t 一年取300個工作日，設計工作壽命為十年， 每天工作八小時。=24000h 應力循環(huán)次數 由《機械設計》中表12.15，估計10， 則指數m=8.78 =60 原估計應力循環(huán)次數正確 接觸壽命系數 由《機械設計》中圖12.18 許用接觸應力 驗算 計算結果表明，接觸疲勞強度較為合適，齒輪尺寸無需調整。否則，尺寸調整后還應再進行驗算。 齒根彎曲疲勞強度驗算 重合度系數 齒間載荷分配系數 由《機械設計》中表12.10， 齒向載荷分布系數 b/h=50/(4 由《機械設計》中圖12.14 載荷系數K K=3.68 齒形系數 由《機械設計》中圖12.21 應力修正系數 由《機械設計》中圖12.22 彎曲疲勞極限 由《機械設計》中圖12.23c 彎曲最小安全系數 由《機械設計》中表12.14 應力循環(huán)次數 由《機械設計》中表12.15，估計3 則指數m=49.91 =60 原估計應力循環(huán)次數正確 彎曲壽命系數 由《機械設計》中圖12.24 尺寸系數 由《機械設計》中圖12.25 許用彎曲應力 驗算 = 傳動無嚴重過載，故不作靜強度校核 設計的齒輪如下圖： 3.6 軸的設計及校核 送料機構中一共使用了3根軸，其中有兩根軸是主要的軸，分別是上、下輥軸。在這兩根軸中，其中下輥軸上的零件較多，結構較復雜，故需要進行嚴格的校核。上軸結構簡單，只起固定輥軸，提供轉動中心的作用，故不作校核?，F對下輥軸進行校核計算，如下： 軸的材料無特殊要求，故選用45鋼調質，。軸的計算步驟如下： 設計軸的結構如下： 計算齒輪受力 軸的受力圖 轉矩 由上面計算可知 圓周力 徑向力 計算支撐反力 水平面反力 彎矩圖 a)水平面 垂直面反力 b)垂直面 c)合成彎矩圖 許用應力 許用應力值 用插入法由表16.3查得： 應力校正系數 轉矩圖 當量轉矩 合成彎矩圖 校核軸徑 軸徑 經校核，軸無嚴重過載，且各危險截面都能達到要求，故下輥軸合格。 3.7 軸承的設計和校核 本設計中的送料裝置中一共使用兩對軸承，其中上輥軸使用的軸承所承受的軸承應力比較小，故不做校核，現對下滾軸的軸承進行校核。 軸承選用6008型深溝球軸承，軸承數據如下： 軸承型號 d（mm） D(mm) Cr（N） （N） 6008 40 68 13200 9420 軸承1的校核 計算項目 計算內容 計算結果 軸承1的徑向載荷 軸承轉速 由以上可知， 軸向載荷 由以上計算可知，=0 N =0 N =0/9420 =0 e 查表18.7 e=0.16 =0/844 0

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