BR112021003872A2 - estação de usinagem - Google Patents

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Abstract

ESTAÇÃO DE USINAGEM. O presente pedido descreve uma estação de usinagem (1) disposta especialmente para realizar operações de perfuração profunda e fresagem. A estação de usinagem (1) ora proposta apresenta uma disposição estrutural específica, possibilita a incorporação, ao contrário das estações já existentes, de um eixo geométrico dedicado à perfuração profunda, favorecendo o uso de ferramentas de perfuração profunda em condições ideais, sem restrição de tamanho. Consequentemente, a estação (1) é composta por uma base operacional (2), na qual é colocado um módulo operacional (3) e um módulo de disposição (10). Essa nova disposição da estação de usinagem (1) é, portanto, mais versátil e adaptável às especificidades programadas para cada peça a ser usinada.

Description

“ESTAÇÃO DE USINAGEM” Campo da técnica
[0001] O presente pedido descreve uma estação de usinagem para realizar operações de fresagem e perfuração profunda. Antecedentes
[0002] Atualmente, nota-se que as estações de usinagem atuais apresentam uma disposição estrutural, horizontal ou vertical, dotado de 5 eixos geométricos - eixos geométricos no espaço X, Y e Z, e também dois eixos geométricos rotativos da mesa de usinagem, por exemplo nos planos XY ou XZ. O eixo geométrico responsável pela operação de perfuração é, em qualquer caso, denominado como eixo geométrico z, o que im- plica uma disposição estrutural vertical, para uma reorien- tação dos eixos geométricos de acordo com esse padrão. O que se observa nas estações de usinagem do estado da técnica é que a disposição estrutural que as mesmas apresentam limita em grande parte sua operabilidade na realização das tarefas de perfuração profunda de acordo com o eixo geométrico de perfuração, eixo geométrico Z.
[0003] Isso se deve ao fato de as atuais estações de usinagem serem desprovidas de um eixo geométrico dedicado exclusivamente à operação de perfuração, de modo que a con- sequente disposição estrutural que as mesmas apresentam não possibilita a instalação das ferramentas de apoio necessá- rias de acordo com as especificações dos fornecedores de ferramentas de perfuração profunda. Esse fato impõe um li- mite no tamanho (comprimento) da ferramenta a ser usada na operação de perfuração profunda, a restrição estrutural que se observa ao longo do eixo geométrico Z, o que na prática se traduz em uma limitação na usinagem da peça. Por exemplo, se o centro da usinagem tem um curso de eixo geométrico Z de 500 mm, e a posição é afastada adicionalmente da mesa de usinagem de 700 mm, se a peça a ser operada tem 400 mm de profundidade, só é possível montar uma ferramenta que mede
300 mm. Em outras palavras, a perfuração pode ser limitada a 200 mm de profundidade. Sumário
[0004] O presente pedido descreve uma estação de usinagem (1) caracterizada por compreender: - uma base operacional (2) na qual são montados, - um módulo operacional (3) e um módulo de disposição (10), separados por uma estrutura de apoio (7) Em que: - a base operacional (2) compreende um conjunto de guias de deslocamento; - o módulo operacional (3) compreende uma mesa operacional (5) instalada em um bloco rotativo (4), bloco rotativo que é montado em pelo menos uma guia de deslocamento da base operacional (2); - o módulo de disposição (10) compreende uma cortina (8) que é acoplada à estrutura de apoio (7), uma janela de disposição (9) instalada na cortina (8), sendo que a dita janela de disposição (9) tem acoplado um braço de perfuração (11) que é instalado em um apoio mecânico (15) que por sua vez é montado em pelo menos uma guia de deslocamento da base ope- racional (2); o dito braço de perfuração (11) compreende uma unidade de acionamento (12) que se move dentro do dito braço; - a operação da unidade de acionamento (12) e respectivo braço de perfuração (11), bem como os movimentos do bloco rotativo (4), da cortina (8) e do apoio mecânico são contro- lados por meio de uma unidade de controle central dotada de capacidade de processamento.
[0005] Em uma modalidade particular da estação, as guias de deslocamento da base operacional (2) são instaladas no plano ZX.
[0006] Em ainda outra modalidade particular da estação, o bloco rotativo (4) da mesa operacional (5) é adaptado para fornecer à mesa operacional um movimento de rotação de 360º sobre o plano XZ e de 135º sobre o plano YZ e um movimento linear ao longo do eixo geométrico Z, por ação das guias de deslocamento da base operacional (2).
[0007] Em ainda outra modalidade particular da estação, os movimentos do bloco operacional (4) são acionados por um sistema mecânico.
[0008] Em ainda outra modalidade particular da estação, a cortina (8) tem movimentos lineares ao longo dos eixos geométricos X e Y.
[0009] Em ainda outra modalidade particular da estação, o apoio mecânico (15) tem instalado em seu corpo pelo menos uma guia de deslocamento onde o braço de perfuração (11) é instalado.
[0010] Em ainda outra modalidade particular da estação, a pelo menos uma guia de deslocamento é instalada ao longo do eixo geométrico Y.
[0011] Em ainda outra modalidade particular da estação, pelo menos uma guia de deslocamento da base operacional (2) onde o apoio mecânico (15) é montado, é disposta no eixo geométrico X.
[0012] Em ainda outra modalidade particular da estação, a unidade de acionamento (12) do braço de perfuração (11) se move dentro do dito braço, ao longo do eixo geométrico W, paralelo ao eixo geométrico Z.
[0013] Em ainda outra modalidade particular da estação, o braço de perfuração (11) compreende - uma porta (13), para permitir o acesso de um operador para mudar a ferramenta de perfuração (18), sendo que a dita porta (13) é adaptada para evitar que os líquidos usados durante a usinagem passem para o módulo de disposição (10) da esta- ção; - mecanismos de acoplamento para instalação dos apoios da ferramenta de perfuração (17).
[0014] Em ainda outra modalidade particular da estação,
a janela de disposição (9) compreende pelo menos uma saída de drenagem (14).
[0015] Em ainda outra modalidade particular da estação, o braço de perfuração (11) é formado por uma base de perfu- ração inclinada (19) de modo que os líquidos usados durante a usinagem retornem ao módulo operacional (3) por meio das saídas de drenagem (14) da janela de disposição (9).
[0016] Por fim, em outra modalidade particular da esta- ção, essa compreende adicionalmente uma unidade de filtro disposta para limpar e filtrar os líquidos usados durante a usinagem. Descrição geral
[0017] O presente pedido descreve uma estação de usina- gem, dotada de uma disposição estrutural específica, que possibilita a incorporação, ao contrário de estações já exis- tentes, de um eixo geométrico exclusivo dedicado à perfura- ção profunda, denominado no presente documento como eixo geométrico W. Isso favorece o uso de ferramentas de perfu- ração em condições ideais de uso, sem restrição de tamanho, o que constitui uma limitação do estado da técnica.
[0018] Consequentemente, um objetivo do presente pedido é descrever uma estação de usinagem compacta dotada de 6 eixos geométricos e disposta especialmente para realizar operações de perfuração e fresagem profundas. A realização das ditas operações, no contexto da dita compactação, implica interoperabilidade entre os elementos que constituem a dita estação, ao longo de múltiplos eixos geométricos de deslo- camento no espaço tridimensional, e que serão descritos em detalhe na presente descrição.
[0019] É igualmente um objetivo do presente pedido, des- crever uma estação de usinagem que seja versátil e configu- rável, de modo que as operações de usinagem referenciadas acima possam estar em conformidade com as especificidades de usinagem programadas para cada peça a ser usinada. Um outro objetivo do presente pedido é descrever uma estação de usi- nagem que é operável nos múltiplos eixos geométricos do es- paço tridimensional.
[0020] Os objetivos definidos acima, bem como as carac- terísticas e vantagens do presente pedido serão descritos a seguir. De acordo com um aspecto do presente pedido, os objetivos agora descritos, e/ou outros que podem derivar daí de uma forma óbvia, são alcançados por meio de uma estação de usinagem compacta, construída para garantir a interope- rabilidade entre os elementos que a compõem ao longo dos múltiplos eixos geométricos de deslocamento no espaço tri- dimensional. Com essa finalidade, a estação de usinagem de- senvolvida é composta por uma base operacional, sobre a qual assenta um módulo operacional e um módulo de disposição.
[0021] Ao longo do presente documento para efeitos de descrição técnica, considera-se que o eixo geométrico de perfuração W é sempre paralelo ao eixo geométrico Z, o que implica uma reorientação axial com base na direção vertical ou horizontal do eixo geométrico de perfuração. Para esse fim, a descrição das características técnicas que constituem a estação de usinagem será feita de modo a favorecer o claro entendimento do conceito aqui desenvolvido, considerando um layout horizontal para a dita estação, ou seja, em que o eixo geométrico de perfuração, eixo geométrico W, é paralelo ao eixo geométrico Z de acordo com uma direção horizontal. No entanto, considera-se que o conceito técnico exposto no presente documento, e que permite o desenvolvimento da es- tação de usinagem de 6 eixos geométricos, será transposto facilmente para uma modalidade da dita estação com uma dis- posição vertical, que que o eixo geométrico de perfuração W, é paralelo ao eixo geométrico Z de acordo com uma direção vertical.
[0022] De acordo com um aspecto do presente pedido, o módulo operacional compreende uma mesa operacional, que é instalada em um bloco rotativo montado na base operacional. O bloco rotativo é adaptado para fornecer à mesa operacional um movimento rotacional de 360º sobre o plano XZ e de 135º sobre o plano YZ. Além do movimento de rotação aplicado ao bloco rotativo, esse possui um movimento linear ao longo do eixo geométrico Z, pela montagem do bloco rotativo em pelo menos uma guia de deslocamento, que é instalada na base operacional. Tanto os movimentos rotacionais da mesa opera- cional quanto o movimento linear do bloco operacional são acionados por um sistema mecânico.
[0023] De acordo com outro aspecto do presente pedido, a estação de usinagem compreende uma estrutura de apoio, que assenta sobre a base operacional e que separa os módulos operacional e de disposição. Essa separação é feita por meio do acoplamento de uma cortina, que pertence ao módulo de disposição, à estrutura de apoio, fazendo a divisão física entre os ditos módulos. A cortina tem a liberdade de movi- mentos lineares em direção aos eixos geométricos X e Y, sendo esses movimentos acionados por um sistema mecânico.
[0024] Ainda de acordo com um aspecto do presente pedido, a estação de usinagem desenvolvida compreende adicionalmente um módulo de disposição. Esse, além da cortina, compreende um braço de perfuração, o qual tem acoplado, em uma de suas extremidades, uma janela de disposição, projetada para pro- mover a ligação do dito braço à cortina, de modo a realizar a ação de usinagem no módulo operacional. O braço de perfu- ração é instalado na base operacional por meio de um apoio mecânico, o qual tem montado em seu corpo pelo menos uma guia de deslocamento vertical, sobre a qual assenta o braço de perfuração para apresentar um movimento linear em direção ao eixo geométrico Y. O dito apoio mecânico é montado sobre pelo menos uma guia de deslocamento na base operacional, que confere igualmente ao braço de perfuração, movimentos line- ares ao longo do eixo geométrico X. Os movimentos lineares do braço de perfuração e do apoio mecânico são acionados por um sistema mecânico. Portanto, a janela de disposição e res- pectivo braço de perfuração se movem em solidariedade com a cortina, o que permite a criação de dois espaços independen- tes - operação e disposição – que impedem que líquidos, detritos ou poeira formados no módulo operacional passem para o módulo de disposição.
[0025] O braço de perfuração é disposto para realizar as operações de fresagem ou perfuração profunda, sendo composto por uma unidade de acionamento, doravante no presente docu- mento denominada como árvore, que se move dentro do dito braço, ao longo do eixo geométrico W, paralelo ao eixo geo- métrico Z. O braço de perfuração inclui adicionalmente uma janela de disposição, e essa janela permite que a árvore realize os trabalhos de fresagem e perfuração no módulo ope- racional. Consequentemente, o braço de perfuração é dotado de mecanismos de acoplamento que permitem a instalação de pelo menos um flange de perfuração na janela de disposição e dos respectivos apoios de ferramenta, constituídos por amortecedores, que auxiliam a ferramenta de perfuração a realizar a operação de perfuração profunda. A montagem dos apoios obriga a árvore a se deslocar para a posição mais recuada - oposta à janela de disposição. Em contrapartida, para a operação de fresagem, nenhum suporte é instalado no braço de perfuração, levando ao deslocamento da árvore para a posição mais avançada, próxima à janela de disposição, fazendo o acoplamento direto da ferramenta de fresagem à árvore, manual (por operador) ou automaticamente pela ope- ração de sistemas robóticos externos. Para esse fim, a es- trutura é dotada de uma porta de abertura automática que permite o acesso no interior da estação aos ditos sistemas robóticos.
[0026] O braço de perfuração é dotado de uma porta que tem por objetivo, além de permitir ao operador fazer a troca da ferramenta de perfuração, evitar que líquidos - óleo ou emulsão de corte - passem para o módulo de disposição da estação. A fim de evitar que esses se acumulem dentro do braço de perfuração, a construção do corpo da estrutura da base de perfuração do mesmo é ligeiramente inclinada para que os líquidos retornem ao módulo operacional, por meio de saídas de drenagem instaladas na janela de disposição do braço de perfuração, para que possam ser reutilizados. Con- sequentemente, a estação de usinagem é igualmente composta por um módulo de filtro, com a finalidade de limpar e filtrar o óleo/emulsão de corte usada durante a usinagem, garantindo assim a reutilização do mesmo.
[0027] Toda a operação da estação de usinagem desenvol- vida, tanto em termos de controle das operações de fresagem ou perfuração profunda, quanto no que se refere à programação dos movimentos no espaço tridimensional de todos os seus elementos, com a operação dos sistemas mecânicos e respec- tivos mecanismos pneumáticos, hidráulicos e elétricos, é re- alizada por meio de uma unidade de controle central. Breve descrição dos desenhos
[0028] Os desenhos anexos são para uma compreensão mais fácil do presente pedido, representando modalidades prefe- renciais, mas não se destinam a limitar a técnica revelada no presente documento.
[0029] A Figura 1 ilustra uma modalidade da estação de usinagem desenvolvida, em que os números de referência re- presentam: 1 - estação de usinagem; 2 - base operacional; 3 - módulo operacional; 4 - bloco rotativo; 5 - mesa operacional; 6 - sistema robótico para troca de ferramentas de fresagem; 7 - estrutura de apoio;
8 - cortina; 9 - janela de disposição; 10 - módulo de disposição; 11 - braço de perfuração; 15 - apoio mecânico; 16 - flange de perfuração.
[0030] A Figura 2 ilustra a disposição do braço de per- furação do módulo de disposição da estação de usinagem de- senvolvido, para realizar a operação de fresagem, em que os números de referência representam: 9 - janela de disposição; 11 - base de perfuração; 12 - árvore; 13 - porta de acesso à ferramenta de perfuração; 14 - saída de drenagem; 19 - estrutura da base de perfuração.
[0031] A Figura 3 ilustra a disposição do braço de per- furação do módulo de disposição da estação de usinagem de- senvolvido, para realizar a operação de perfuração profunda, em que os números de referência representam: 9 - janela de disposição; 11 - braço de perfuração; 12 - árvore; 13 - porta de acesso à ferramenta de perfuração; 14 - saída de drenagem; 16 - flange de perfuração; 17 - apoio para ferramenta de perfuração profunda; 18 - ferramenta de perfuração profunda; 19 - estrutura da base de perfuração. Descrição das modalidades
[0032] Com referência aos desenhos, algumas modalidades são agora descritas em mais detalhes, embora não se destinem a limitar o escopo do presente pedido.
[0033] Em uma modalidade da estação de usinagem (1), essa é composta por uma base operacional (2), na qual são insta- lados um módulo operacional (3) e um módulo de disposição (10). Ambos os módulos são separados fisicamente por uma cortina (8) acoplada a uma estrutura de apoio (7) que assenta sobre a base operacional (2).
[0034] Em uma modalidade da estação de usinagem (1), o módulo operacional (3) compreende uma mesa operacional (5), a qual é instalada em um bloco rotativo (4) montado na base operacional (2). O bloco rotativo (4) é adaptado para for- necer à mesa operacional (5) um movimento rotacional de 360º sobre o plano XZ e de 135º sobre o plano YZ. Além do movimento rotacional aplicado ao bloco rotativo (4), esse tem um mo- vimento linear ao longo do eixo geométrico Z, pela montagem do bloco rotativo (4) sobre duas guias de deslocamento ins- taladas na base operacional (2). Tanto os movimentos rota- cionais da mesa operacional (5) quanto o movimento linear do bloco operacional (4) são acionados por um sistema mecânico.
[0035] Em uma modalidade particular da estação de usina- gem (1), o módulo de disposição (10) compreende uma cortina (8), um braço de perfuração (11), o qual tem acoplada em uma de suas extremidades uma janela de disposição (9), projetada para promover a ligação do dito braço (11) à cortina (8), de modo a realizar a usinagem no módulo operacional (3). O braço de perfuração (11) é acoplado à base operacional (2) por meio de um apoio mecânico (15), o qual tem instaladas em seu corpo duas guias de deslocamento vertical, sobre as quais o braço de perfuração (11) assenta de forma a apresentar um movimento linear em direção ao eixo geométrico Y. O dito apoio mecânico (15) é montado em uma guia de deslocamento na base operacional (2), que confere igualmente ao braço de perfuração (11) movimentos lineares ao longo do eixo geomé- trico X. Os movimentos lineares do braço de perfuração (11) e do apoio mecânico (15) são acionados por um sistema mecâ- nico.
[0036] Em uma modalidade, o braço de perfuração (11) é disposto para realizar as operações de fresagem ou perfura- ção profunda, sempre composto por uma unidade de acionamento, doravante no presente documento denominada como árvore (12), que se move dentro do dito braço (11), ao longo do eixo geométrico W, paralelo ao eixo geométrico Z. O braço de perfuração (11) inclui adicionalmente uma janela de dispo- sição (9) e essa janela permite que a árvore (12) execute os trabalhos de fresagem e perfuração. Consequentemente, no caso da tarefa de perfuração profunda, o braço de perfuração (11) é dotado de mecanismos de acoplamento, que permitem a instalação de um flange de perfuração (16) na janela de disposição (9). A montagem dos respectivos apoios (17) da ferramenta de perfuração profunda (18) obriga a árvore (12) a se mover para sua posição mais recuada - oposta à janela de disposição (9). Em contrapartida, para a operação de fre- sagem, nenhum suporte é instalado no braço de perfuração (11), levando ao deslocamento da árvore (12) para sua posição mais avançada, próxima à janela de disposição (9), fazendo o acoplamento direto da ferramenta de fresagem à árvore (12), manual (por operador) ou automaticamente pela operação de sistemas robóticos externos (6). Para esse fim, a estrutura é dotada de uma porta de abertura automática, que permite o acesso ao interior da estação (1) e aos ditos sistemas ro- bóticos (6).
[0037] Em uma modalidade particular, o braço de perfura- ção (11) é dotado de uma porta (13) que tem o objetivo, além de permitir que o operador faça a troca da ferramenta de perfuração (18), de evitar que os líquidos - óleo ou emulsão de corte - passem para o módulo de disposição (10) da esta- ção. A fim de evitar que esses se acumulem dentro do braço de perfuração (11), a construção do corpo da estrutura de base de perfuração (19) do mesmo é levemente inclinada para que os líquidos retornem ao módulo operacional (3), por meio de saídas de drenagem (14) instaladas na janela de disposição (9) do braço de perfuração (11), para que os mesmos possam ser reutilizados.
[0038] Em uma modalidade particular da estação de usina- gem (1), essa compreende adicionalmente um módulo de filtro, com a finalidade de limpar e filtrar o óleo/emulsão de corte usada durante a usinagem, garantindo assim a reutilização da mesma.
[0039] Naturalmente, a presente descrição não é de forma alguma restrita às modalidades apresentadas neste documento e uma pessoa com habilidade média na técnica será capaz de visualizar muitas possibilidades de modificá-la sem se des- viar da ideia geral, conforme definido nas reivindicações. As modalidades preferenciais descritas acima são obviamente combináveis mutuamente. As reivindicações que se seguem de- finem adicionalmente modalidades preferenciais.

Claims (13)

REIVINDICAÇÕES
1. Estação de usinagem (1) caracterizada pelo fato de que compreende: - uma base operacional (2) na qual são montados, - um módulo operacional (3) e um módulo de dispo- sição (10), separados por uma estrutura de apoio (7); em que: - a base operacional (2) compreende um conjunto de guias de deslocamento; - o módulo operacional (3) compreende uma mesa operacional (5) instalada em um bloco rotativo (4), bloco rotativo que é montado em pelo menos uma guia de deslocamento da base operacional (2); - o módulo de disposição (10) compreende uma cor- tina (8) que é acoplada à estrutura de apoio (7), uma janela de disposição (9) instalada na cortina (8), sendo que a dita janela de disposição (9) tem acoplado um braço de perfuração (11) que é instalado em um apoio mecânico (15) que por sua vez é montado em pelo menos uma guia de deslocamento da base operacional (2); o dito braço de perfuração (11) compreende uma unidade de acionamento (12) que se move dentro do dito braço; - a operação da unidade de acionamento (12) e res- pectivo braço de perfuração (11), bem como os movimentos do bloco rotativo (4), da cortina (8) e do apoio mecânico são controlados por meio de uma unidade de controle central do- tada de capacidade de processamento.
2. Estação, de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizada pelo fato de que as guias de deslocamento da base operacional (2) são instaladas no plano ZX.
3. Estação, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações 1 e 2, caracterizada pelo fato de que o bloco ro- tativo (4) da mesa operacional (5) é adaptado para fornecer um movimento de rotação de 360 º sobre o plano XZ, e de 135
º sobre o plano YZ, e um movimento linear ao longo do eixo geométrico Z à mesa operacional (5), por ação das guias de deslocamento da base operacional (2).
4. Estação, de acordo com a reivindicação 3, ca- racterizada pelo fato de que os movimentos do bloco opera- cional (4) são acionados por um sistema mecânico.
5. Estação, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações 1, 2, 3 e 4, caracterizada pelo fato de que a cortina (8) tem movimentos lineares ao longo dos eixos geo- métricos X e Y.
6. Estação, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações 1, 2, 3, 4 e 5, caracterizada pelo fato de que o suporte mecânico (15) tem instalado no seu corpo pelo menos uma guia de deslocamento onde o braço de perfuração (11) é instalado.
7. Estação, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações 5 e 6, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma guia de deslocamento é instalada ao longo do eixo geo- métrico Y.
8. Estação, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações 5, 6 e 7, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma guia de deslocamento da base operacional (2) em que é montado o apoio mecânico (15), é disposta no eixo geométrico X.
9. Estação, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 e 8, caracterizada pelo fato de que a unidade de acionamento (12) do braço de perfuração (11) se move dentro do dito braço, ao longo do eixo geomé- trico W, paralelo ao eixo geométrico Z.
10. Estação, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9, caracterizada pelo fato de que o braço de perfuração (11) compreende - uma porta (13), para permitir o acesso de um operador para mudar a ferramenta de perfuração (18), sendo que a dita porta (13) é adaptada para evitar que os líquidos usados durante a usinagem passem para o módulo de disposição (10) da estação; - mecanismos de acoplamento para instalação dos apoios da ferramenta de perfuração (17).
11. Estação, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 e 10, caracterizada pelo fato de que a janela de disposição (9) compreende pelo menos uma saída de drenagem (14).
12. Estação, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o braço de perfuração (11) é formado por uma base de perfuração inclinada (19) de modo que os líquidos usados durante a usinagem retornem ao módulo operacional (3) por meio das saídas de drenagem (14) da janela de disposição (9).
13. Estação, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 e 12, carac- terizada pelo fato de que compreende uma unidade de filtro disposta para limpar e filtrar os líquidos utilizados durante a usinagem.
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