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鉸鏈落料沖孔復(fù)合模具設(shè)計(jì)
第一章 概述
1.1 課題的來(lái)源與選題依據(jù)
1.課題來(lái)源：企業(yè)開(kāi)發(fā)研制產(chǎn)品需要。
選題依據(jù)：根據(jù)學(xué)生所學(xué)專業(yè)及教學(xué)大綱要求，結(jié)合相關(guān)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需要及設(shè)計(jì)模式，促使學(xué)生將所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)及專業(yè)知識(shí)具體應(yīng)用到實(shí)踐中，培養(yǎng)其理論聯(lián)系實(shí)際的能力。
1.1.1 課題的意義及目的
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，沖壓及模具技術(shù)也在不斷革新與發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1）工藝分析計(jì)算方法現(xiàn)代化
近幾年來(lái)，國(guó)外開(kāi)始采用有限變形的彈塑性有限方法，對(duì)復(fù)雜成型件的成型過(guò)程進(jìn)行應(yīng)力，應(yīng)變分析的計(jì)算機(jī)模擬，只預(yù)測(cè)某一工藝方案對(duì)零件成型的可能性和會(huì)發(fā)生的問(wèn)題，將結(jié)果顯示在圖形的終端上，供設(shè)計(jì)人員進(jìn)行修改和選擇。
2）模具設(shè)計(jì)制造現(xiàn)代化
為了加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代，縮短模具設(shè)計(jì)周期，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家正在大力開(kāi)展模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造的研究，并已在生產(chǎn)中運(yùn)用。
3）冷沖壓生產(chǎn)機(jī)械化與自動(dòng)化
為了大量生產(chǎn)的需要，沖壓設(shè)備由低速壓力機(jī)發(fā)展到高速自動(dòng)壓力機(jī)。
4）發(fā)展新的成型工藝
為了滿足產(chǎn)品更新?lián)Q代和小批量生產(chǎn)的需要，發(fā)展了一些新的成型工藝，簡(jiǎn)易模具，數(shù)控沖壓設(shè)備和沖壓柔性制造技術(shù)等。
5）不斷改進(jìn)板料的沖壓性能
目前世界各先進(jìn)工業(yè)國(guó)不斷研制出沖壓性能良好的板料，只提高沖壓成型能力和使用效果。
設(shè)計(jì)目的：
1）掌握冷沖壓模具的設(shè)計(jì)方法，要求我們將理論與實(shí)際密切聯(lián)系起來(lái)力求所學(xué)知識(shí)更完備。
2）培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力，并提高模具的設(shè)計(jì)與制造水平。
3）熟悉查閱有關(guān)資料的手冊(cè)的方法，了解成型模具的工藝要求及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
4）為了使我們?yōu)橐院蟮墓ぷ鞔蛳铝己玫幕A(chǔ)。
第二章 沖壓工藝過(guò)程設(shè)計(jì)
2.1 沖壓件的工藝分析
2.1.1 根據(jù)零件的使用條件和技術(shù)要求進(jìn)行工藝分析
該零件(鉸鏈)主要用于電信設(shè)備上零部件的安裝固定以及用于其它地方，可以說(shuō)用途甚為廣泛。有兩個(gè)該零件通過(guò)銷一樣的東西將其結(jié)合就形成了鉸鏈，但問(wèn)題的關(guān)鍵是要注意卷圓部分以及八字孔，而其它部分要求并不是十分嚴(yán)格，只要能達(dá)到產(chǎn)品使用目的就可以。
2.1.2 根據(jù)零件的形狀、尺寸精度和材料進(jìn)行工藝分析
1 沖裁件的形狀和尺寸
a.該沖裁件形狀簡(jiǎn)單、對(duì)稱、可采用少?gòu)U料直排，提高材料利用率，并且該沖裁件的外形4處交角處采用了圓角過(guò)渡，而八字形孔要保證其尖角不允許圓角過(guò)渡，但卷圓端部的兩個(gè)90°尖角不符合沖裁工藝要求，故需要設(shè)工藝圓角，其圓角值可查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》 表2.6.1 Rmin=0.35t=0.35×2.5=0.875mm，取Rmin=1mm。
b.因該沖裁件本身就沒(méi)有懸臂與狹槽，故不需考慮其最小寬度b。
c.因受模具強(qiáng)度和零件質(zhì)量的限制，沖裁件中孔與孔之間以及孔與零件邊緣之間的壁厚值不能太小，若是太小零件質(zhì)量不易保證。查書(shū)《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》圖2.6.2 知必須滿足c≥t ，即c≥2.5，而該沖裁件上Cmin=9-5.2=3.8>c 故滿足要求。
d.沖裁件的孔徑由于受沖孔凸模強(qiáng)度和剛度的限制而不宜太小，否則凸模易折斷和壓彎。該沖裁件的材料為SS400 ，τ =400～510Mpa，查書(shū)《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2.6.2知自由凸模最小沖孔孔徑d≥1.3t=1.3×2.5=3.25mm，而該零件的最小孔徑d=Φ8.4＞3.25mm 故滿足要求。
e.該零件上尺寸90、70，20、40等都是自由公差按IT14取，尺寸趨近IT14級(jí)，而尺寸Φ8.5±0.3、Φ10.4±0.2、Φ8.4±0.2均在IT14級(jí)以下，普通沖裁加工可獲得的零件尺寸公差等級(jí)可以查《冷沖壓模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表8-19，當(dāng)t=2.5mm時(shí)，內(nèi)孔、孔中心距和孔邊距高于IT14，故該沖裁件可以用普通沖裁完成。
2 彎曲工藝性分析
a.彎曲件的最大彎曲圓角半徑可以不加限制，只要措施得當(dāng)控制其回彈量即可，查書(shū)《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表3.3.1 最小相對(duì)彎曲半徑Rmin/t的實(shí)驗(yàn)數(shù)值：
當(dāng)彎曲線與板料軋紋方向垂直時(shí)Rmin=0.6×2.5=1.5mm；
當(dāng)彎曲線與板料軋紋方向水平時(shí)Rmin=1.2×2.5=3mm；而R=5≥Rmin 故滿足要求。
b.由后面尺寸展開(kāi)計(jì)算知直邊L2=18.42mm， 即H=L2=18.42mm＞2t=2×2.5=5mm，故彎曲件的直邊高度也滿足要求。
c.孔邊至彎曲半徑中心的距離L 查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》P120 圖3.3.14知 L≥2t 而L=26.44-9-8.5-4.2=4.74≤2t=2×2.5=5mm。故不能滿足要求，應(yīng)先彎曲后沖孔。但尺寸相差不大，且考慮該八字形孔是固定螺栓讓孔，形狀和尺寸要求并不是很高，允許有少量的變形，如果重新做模具其成本大大增加，所以綜合考慮仍然采用沖孔落料復(fù)合模。
2.1.3 材料分析
SS400材料分析
寶鋼鋼鐵股份有限公司廠標(biāo)
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
Q/BQB 321-2003
GB912-89/GB 3274-88（GB710-91/GB711-88）
SS400
Q235、Q245
化學(xué)成分
牌號(hào)
公稱厚度
化學(xué)成分
SS400
≤22.0
C
Si
Mn
P
S
≤0.21
≤0.30
≤1.40
≤0.035
≤0.035
力學(xué)性能
牌號(hào)
下屈服強(qiáng)度/MPa
（）
抗拉強(qiáng)度/Mpa
（）
斷后伸長(zhǎng)率
180°彎曲試驗(yàn)
V型沖擊試驗(yàn)
Lo=50mm
Lo=20mm
b=25mm
B=40mm
b≥35彎心直徑
公稱厚度/mm
公稱厚度/mm
溫度試驗(yàn)
沖擊功率
≤16
＞16
≤5
＞
5～16
＞16
≥245
≥235
400～510
≥21
≥17
≥21
3a
—
—
—
—
注： a.拉伸試驗(yàn)取橫向試樣；屈服現(xiàn)象不明顯，采用Rpa2；對(duì)拉伸試驗(yàn)取Lo=50mm，b=25mm的試樣，即為GB/T228中P14試樣。
b.彎曲試驗(yàn)取橫向試樣。沖裁試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)寬度為35mm。
c.沖擊試驗(yàn)取縱向試樣，沖擊試驗(yàn)僅適用于厚度不小于12.0mm的產(chǎn)品。
d.WEL-TENS90RE的拉伸試樣取Lo=50mm，b=25mm。
根據(jù)材料分析SS400韌性較好，塑性較好，彈性模量較大（E=206GPa）適宜冷沖壓成形加工。
2.2 確定工藝方案
2.2.1 沖壓工序類型和工序數(shù)量的確定
該零件為電信設(shè)備上零部件的安裝固定，故該零件為中批量生產(chǎn)，工藝性較好，可以從零件圖上直觀確定該沖裁件所需的基本工序有：落料、沖孔、預(yù)彎、卷圓、彎曲。
2.2.2 工序組合及方案比較
方案一：落料→沖Φ8.4孔→沖Φ10.4孔→預(yù)彎→卷圓→彎曲。
方案二：復(fù)合模沖孔落料（落料與沖Φ8.4孔）→沖Φ10.4孔→預(yù)彎→卷圓→彎曲。
方案三：落料與沖8字形孔的級(jí)進(jìn)?！A(yù)彎→卷圓→彎曲。
方案比較：
方案一：此方案需要6副模具，工作量較大，較煩瑣，成本較高，生產(chǎn)率低。
方案二：雖然此方案要5副模具才能完成，但相對(duì)方案一6套模具來(lái)說(shuō)已經(jīng)減輕工作量，并且每副模具都較簡(jiǎn)單，而且加工質(zhì)量比較好，成本也較低。
方案三：雖然此方案只需要4副模具，但第一副模具是涉及級(jí)進(jìn)模，此副模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而且制造成本較高，同時(shí)沖孔時(shí)沖孔的質(zhì)量比較差，沒(méi)有方案二的沖孔質(zhì)量好；八字孔一次成型，孔與孔連接處應(yīng)力較集中，影響模具強(qiáng)度。
綜合考慮：采用方案二
2.2.3 各工序模具結(jié)構(gòu)形式的確定
工序Ⅰ 沖孔落料復(fù)合模，采用倒裝式。
工序Ⅱ 沖孔模，采用順裝，鑲套式凹模，下漏料。
工序Ⅲ 彎曲預(yù)彎R圓角，順裝，帶頂板校正彎曲。
工序Ⅳ 彎曲模卷圓R圓角，立式卷圓模。
工序Ⅴ 彎曲模成形彎曲，順裝，帶頂板校正彎曲。
2.2.4 計(jì)算并確定每個(gè)工序的形狀和尺寸，繪制各工序圖、排樣圖，并且計(jì)算材料利用率
1.復(fù)合模（沖外形及2-?8.4±0.2孔）
1) 計(jì)算彎曲件毛坯展開(kāi)尺寸
該零件圓角半徑為R=5mm
查書(shū)《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》知道 R=5＞0.5t=0.5×0.25=1.25mm
故選單向彎曲件的毛坯展開(kāi)長(zhǎng)度計(jì)算公式為：
因
查書(shū)《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表3.3.3知道 x=0.38
因r / t =4.25/2.5 =1.7
查書(shū)《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表3.3.5知道 k=0.61
則卷圓部分
圖2-1-1 毛坯彎曲圖
圖2-1-2 彎曲角度
可得L1=26.44mm L2=18.42mm
所以毛坯展開(kāi)尺寸為L(zhǎng)=L1+L2+L3+L4=26.44+18.42+4.67+30.24=79.77mm
因零件彎曲成形時(shí)材料伸長(zhǎng)趨勢(shì)影響故取L=79.8mm。
圖2-2 毛坯展開(kāi)圖
2) 確定排樣方案
搭邊和條料寬度的確定
查書(shū)《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2.5.2因工件材料t=2.5mm且為矩形工件 L＞50mm,知a1=2.5,a2=2.8考慮補(bǔ)償定位誤差，保持條料有一定的剛度可取 a1=3mm ,a=3mm
條料寬度的確定。
δ、c查表2.5.3知 δ=0.8 c=0.4
此處為無(wú)側(cè)壓裝置則＝＝
取。
按制件在材料上的排列來(lái)看排樣方案取為直排,詳見(jiàn)排樣圖
圖2-3 排樣圖
3）計(jì)算材料利用率
2.沖孔模（工序圖）
3.預(yù)彎（工序圖）
由前面尺寸展開(kāi)計(jì)算知L1=26.44mm，L2=19.42mm，L3=4.67mm
設(shè)L5(225°圓弧長(zhǎng))，查書(shū)《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表3.3.5知道 k=0.61
4．卷圓（工序圖）
5.零件圖
2.2.5 計(jì)算各工序的沖壓力，初選壓力機(jī)
1）復(fù)合模沖孔落料
沖裁力計(jì)算 該零件材料為SS400
取
落料
查書(shū)《沖壓模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表2-20知
=0.04 =
F落料=89775+3591=93366
沖Φ8.4孔
查書(shū)《沖壓模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表2-20知
=0.04 =
初選壓力機(jī) J23-16
2）沖Φ10.4孔
查書(shū)《沖壓模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表2-20知
=0.04 =
初選壓力機(jī) J23-10
3）預(yù)彎
按校正彎曲時(shí)的彎曲力計(jì)算
查書(shū)《沖壓模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表3.3.6知 q=40～60 MPa取q=60MPa
A≤6.25×63=393.75（彎曲件被校正部分的投影面積）
=q×A=60×393.75=23625N
初選壓力機(jī) J23-10
4）卷圓
按自由彎曲時(shí)的V形彎曲件彎曲力計(jì)算
查書(shū)《沖壓模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》（3.3.14）知k=1.3
===20475N
式中b為彎曲件的寬度（mm）；t為彎曲件的厚度（mm）；r為內(nèi)圓彎曲半徑（mm）；為彎曲件的抗拉強(qiáng)度（MPa）；K為安全系數(shù)，一般取1.3。
初選壓力機(jī) J23-10
5）彎曲
按校正彎曲時(shí)的彎曲力計(jì)算
查書(shū)《沖壓模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表3.3.6知 q=40～60 MPa取q=60MPa
A≤4.36×63=274.68N（彎曲件被校正部分的投影面積）
=q×A=60×274.68=16480.8N
初選壓力機(jī) J23-10
沖壓工藝過(guò)程卡見(jiàn)附錄
第三章 沖壓模具設(shè)計(jì)
3.1 模具結(jié)構(gòu)形式的確定
我所設(shè)計(jì)的是鉸鏈落料沖孔（Φ8.4）復(fù)合模具，經(jīng)分析：我采用倒裝復(fù)合模，它的定位方式可以采用一個(gè)固定擋料釘做步擋釘定距，兩個(gè)活動(dòng)擋料釘做側(cè)擋釘導(dǎo)料，卸料方式可以采用彈壓卸料，剛性打料推件，詳情見(jiàn)模具工裝設(shè)計(jì)圖。
3.2 計(jì)算模具壓力中心，確定模具受力中心的位置
落料工序圖中考慮到倒圓角，由于計(jì)算較復(fù)雜且要求并不是太嚴(yán)格，所以我們將其近似看成是直線，以直線計(jì)算較方便，圖見(jiàn)工序圖
圖3-1 零件圖
各點(diǎn)坐標(biāo)：
A（0，22.5）
B（13.015，0）
C（32.78，38.25）
D（60.29，31.5）
E（79.8，15.75）
零件關(guān)于X軸對(duì)稱
所以模具的壓力中心為 （33.8 , 0）
該零件左右對(duì)稱中心坐標(biāo)為（39.9，0）與（33.8 , 0）相差不大，在模柄范圍內(nèi)，為使模具結(jié)構(gòu)對(duì)稱，降低模具材料成本，選模具的壓力中心為（39.9，0）。
3.3 計(jì)算或估算模具各主要零件（凹模、凸模固定板、墊板，凸模）的外形尺寸，并確定標(biāo)準(zhǔn)模架以及卸料橡膠或彈簧的自由高度等。
1．設(shè)計(jì)凹模的外形尺寸
查書(shū)《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2.8.2知系數(shù)k=0.35
凹模外形尺寸
綜合考慮并查冷沖模國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 取
即凹模尺寸 （—）
凹模材料可以選用W6Mo5Cr4V2。
2．設(shè)計(jì)主要零部件外形尺寸
1）墊板
墊板的作用是承受凸?；虬寄５膲毫?，防止過(guò)大的沖壓力在上、下模座上壓出凹坑，影響模具正常工作，墊板厚度根據(jù)壓力機(jī)大小選擇，一般取。而此副模具上墊板需考慮打板活動(dòng)量，故取 而下墊板可按冷沖模國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)查取 ，而墊板的外形尺寸與凹模輪廓尺寸基本一致 則，材料為45鋼，熱處理后硬度為。
則 上墊板尺寸
下墊板尺寸 （—）
2）固定板
固定板主要用于小型凸?；蛲拱寄５裙ぷ髁慵墓潭?，固定板的外形與凹模輪廓尺寸一致，厚度取即 取，材料可選Q235或45鋼。則上、下固定板尺寸 （—）
3）卸料板
卸料板外形尺寸考慮安裝條料縱向送料的擋料釘，寬度尺寸需放大，并且根據(jù)排樣圖上擋料釘位置尺寸取其寬度 ，長(zhǎng)度仍與凹模一致，即 ， 厚度按冷沖模國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)取 ，則卸料板的尺寸
4）卸料橡皮的自由高度
根據(jù)工件材料厚度，沖裁時(shí)凸模進(jìn)入凹模深度取2mm考慮模具維修時(shí)刃磨量再考慮開(kāi)啟時(shí)卸料板高出凸模，則總的工作行程
，取，模具在組裝時(shí)橡皮的預(yù)壓量為 取
5）模架的選擇
查中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2851～2875-81冷沖模.1984-01-01實(shí)施.國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)總局 批準(zhǔn)
選冷沖?；瑒?dòng)導(dǎo)向模架中間導(dǎo)柱模架 250×200×220～265 GB2851.5-81
3.4 確定凸、凹模的間隙，計(jì)算凸凹模工作部分尺寸
1）查書(shū)《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2.2.3
知
沖裁件精度在IT14時(shí) 也可以查書(shū)《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2.3.1
設(shè)凸、凹模分別按IT6，IT7級(jí)加工制造，則
落料
展開(kāi)尺寸試模修正
沖孔
孔距尺寸 =
落料凸凹模的基本尺寸與凹模相同，分別是62.7mm，89.6mm，79.8mm,8.4mm，不必標(biāo)注公差，但要注明以0.36～0.5mm的雙面間隙與落料凹模配做。
3.5 校核壓力機(jī)
初選壓力機(jī)型號(hào)為J23-16，該壓力機(jī)最大閉合高度為220mm，而模具的總閉合高度為250mm，由這一條就可以說(shuō)明：初選型號(hào)為 J23-16的壓力機(jī)不能滿足要求，故改選型號(hào)為 JH21-60的壓力機(jī)。
該壓力機(jī)的主要技術(shù)規(guī)格
公稱壓力/KN 600
公稱壓力行程/mm 4
滑塊行程/mm 140
行程次數(shù)/次 70
最大閉合高度/mm 300
閉合高度調(diào)節(jié)量/mm 70
滑塊中心線到機(jī)身距離/mm 270
工作臺(tái)尺寸/mm 870×520 (左右×前后)
工作臺(tái)孔尺寸/mm 150
模柄孔尺寸/mm 50×60 (直徑×深度)
電機(jī)功率/kw 5.5
1.是否滿足＞＞
1.模具總閉合高度
由壓力機(jī) JH21-60 知道
由＞＞知
＞＞
＞＞
所以滿足要求
2.公稱壓力是否大于沖壓計(jì)算的總壓力，即≥
≥
所以滿足要求
3.滑塊行程是否滿足沖壓件的成形要求
所選壓力機(jī)滑塊行程為140mm
而沖裁此零件的行程只需約6mm遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于140mm
所以滿足要求
4.工作臺(tái)尺寸是否大于模具尺寸
所選壓力機(jī)工作臺(tái)尺寸/mm 870×520 (左右×前后)
而模具為 480×280
所以工作臺(tái)尺寸每邊肯定大于70mm，并且工作臺(tái)墊板孔能保證廢料漏下。
因此滿足要求
根據(jù)上面計(jì)算綜合考慮課題設(shè)計(jì)（復(fù)合模落料、沖孔）等條件以及其他因素
壓力機(jī)選 JH21系列開(kāi)式固定臺(tái)壓力機(jī)
選壓力機(jī)型號(hào)為 JH21-60
結(jié) 論
時(shí)光匆匆而逝，我的多年學(xué)習(xí)生活也即將結(jié)束，為了更好的適應(yīng)以后的工作，培養(yǎng)我們能運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)獨(dú)立解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題的能力，以及鞏固和擴(kuò)大課堂教學(xué)內(nèi)容提高工藝計(jì)算機(jī)械制圖的各科設(shè)計(jì)資料的能力，為今后工作崗位從事專業(yè)工作擬定出更為經(jīng)濟(jì)合理的制造工藝及設(shè)計(jì)模具打下良好的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上我們進(jìn)行了兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)。
通過(guò)此次冷沖模設(shè)計(jì)是我知道：冷沖模是建立在金屬塑性變形的基礎(chǔ)上，在常溫下利用安裝在壓力機(jī)上的模具對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件的一種壓力加工方法。并且，通過(guò)這次冷沖模設(shè)計(jì)，使我重新溫習(xí)了以前所學(xué)過(guò)的有關(guān)機(jī)械方面的知識(shí)，并且通過(guò)查閱資料了解了一些新的知識(shí)，使我對(duì)模具設(shè)計(jì)有了初步的了解。
致 謝
時(shí)間過(guò)的真快，轉(zhuǎn)眼幾個(gè)星期過(guò)去了，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)也將結(jié)束，仍清楚記得拿到畢業(yè)設(shè)計(jì)課題時(shí)，不知如何下手的尷尬場(chǎng)景。
在此，我首先要感謝這么多年來(lái)能讓我認(rèn)真學(xué)習(xí)的母?！獰o(wú)錫技師學(xué)院，要感謝我的指導(dǎo)老師柴俊在畢業(yè)設(shè)計(jì)選題以及研究方法上給予的悉心指導(dǎo)，老師的學(xué)識(shí)令我受益匪淺。同時(shí)也要感謝蔡昀老師對(duì)我畢業(yè)設(shè)計(jì)的幫助。最后再次感謝柴俊、蔡昀老師。
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