CN100574920C - 液压成形装置以及液压成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液压成形装置(A)以及成形方法，通过由加压后的液体介质(2)按压坯料板(1)的第一模具(10)、以及设置有规定形状的成形用凹面(21)的第二模具(20)来夹持坯料板(1)，通过由所述液体介质(2)按压所述坯料板(1)而使所述坯料板(1)与所述成形用凹面(21)接触，以形成规定形状的成形体，其中，在所述第二模具(20)中设置有使所述坯料板(1)的变形阻力局部不同的变形阻力调整装置(22、23)。该变形阻力调整装置(22、23)是局部冷却所述坯料板(1)的局部冷却装置(22)，或者局部加热所述坯料板(1)的加热装置(23)。而且，变形阻力调整装置(22、23)能够相对于所述第二模具(20)自由进退。

Description

液压成形装置以及液压成形方法

技术领域

本发明涉及将板状的坯料板挤压加工成规定形状的液压成形装置(hydraulic pressure molding device)及液压成形方法。

背景技术

在现有技术中，作为一种使由金属板等板材制成的坯料板形成规定形状的方法，使用模具进行加压坯料板的加压加工。

作为上述这种加压加工之一，使用日本特开平6-304672号公报中记载的液压成形装置。

在这种液压成形装置中，能够以高压状态向第一模具供给用于挤压坯料板的液体介质，在第二模具中、在与坯料板接触的接触面上设置有形成为规定形状的成形用凹面，由第一模具和第二模具夹紧坯料板，通过向第一模具注入液体介质而由液体介质将坯料板向成形用凹面一侧挤压并与其接触，从而形成规定形状的成形体。

然而，虽然使用这种液压成形装置能够获得较大变形量，但是，为了获得较大变形量而需要使整个坯料板均匀应变，于是就会出现可成形的形状种类有限的问题。

特别是，在近阶段作为轻量化的目的而实现铝合金材料的利用，但是，由于铝合金断裂极限应变(strain)小，因此，即便使用上述液压成形装置，也难以获得理想的成形体。

本发明人鉴于上述情况，研究开发出一种能够进一步提高成形性的液压成形装置，并最终完成本发明。

发明内容

对于本发明第一方面所述的液压成形装置，通过由加压后的液体介质按压坯料板的第一模具、以及设置有规定形状的成形用凹面的第二模具夹紧坯料板，由液体介质按压坯料板，使坯料板与成形用凹面接触，从而形成规定形状的成形体。在这种液压成形装置中，在第二模具中设置有使坯料板的变形阻力局部不同的变形阻力调整装置。因此，当使用液压成形装置进行成形时，不仅能够在成形体中形成局部变形较大的构造，还能够形成多种多样的形状。特别是其能够完成通常情况下无法完成的多个部件的一体成形。

对于本发明第二方面所述的液压成形装置，是在第一方面所述的液压成形装置中，使用对坯料板进行局部冷却的局部冷却部件构成变形阻力调整装置。因此，能够提高与变形阻力调整装置接触的部分坯料板的强度，所以，在该部分中，不仅能够提高对来自周围的拉伸的抵抗能力，还可以防止在坯料板上发生断裂。

对于本发明第三方面所述的液压成形装置，是在第一方面所述的液压成形装置中，使用对坯料板进行局部加热的局部加热部件构成变形阻力调整装置。因此，能够提高与变形阻力调整装置接触的部分坯料板的延性，所以，在该部分中，不仅能够提高膨胀性，还可以防止在坯料板中发生断裂。

对于本发明第四方面所述的液压成形装置，是在第一方面～第三方面中任一方面所述的液压成形装置中，变形阻力调整装置可以在第二模具上自由进退。因此，使用液压成形装置进行成形时，通过使变形阻力调整装置进退，则可以进行将变形阻力调整装置作为凸模的膨凸加工之后的精加工，因此，能够形成更加复杂形状的成形体。

对于本发明第五方面所述的液压成形装置，是在第一方面～第四方面中任何一项所述的液压成形装置中，将液体介质加热至规定温度的同时，分别将第一模具以及第二模具加热至与液体介质大致相同的温度。因此，通过加热坯料板不仅能够提高坯料板的成形极限，同时还能够使坯料板的整体变形阻力大致平均，另一方面，可以容易地在局部区域形成通过变形阻力调整装置而调整为变形阻力不同的区域，从而能够提高坯料板的加工性。

在本发明第六方面所述的液压成形方法中，通过利用加压之后的液体介质下压坯料板的第一模具、以及设置有形成规定形状的成形用凹面的第二模具夹紧坯料板，利用液体介质下压坯料板，并使坯料板与成形用凹面接触，从而形成规定形状的成形体。在这种液压成形方法中，通过设置在第二模具中的变形阻力调整装置，使坯料板的变形阻力局部不同。因此，使用第一模具与第二模具成形坯料板的同时，由于能够在成形体上形成局部变形较大的构造，因此，能够形成多种多样的形状。特别是它能够完成通常情况下无法完成的多个部件的一体成形。

对于本发明第七方面所述的液压成形方法，是在第六方面所述的液压成形方法中，使用变形阻力调整装置对坯料板进行局部冷却。因此，能够提高与变形阻力调整装置接触的部分坯料板的强度，所以，在该部分中，不仅能够提高对来自周围的拉伸的抵抗能力，还可以防止在坯料板中发生断裂。

对于本发明第八方面所述的液压成形方法，是在第六方面所述的液压成形方法中，使用变形阻力调整装置对坯料板进行局部加热。因此，能够提高与变形阻力调整装置接触的部分坯料板的延性，所以，在该部分中，不仅能够提高膨胀性，还可以防止在坯料板中发生断裂。

对于本发明第九方面所述的液压成形方法，是在第六方面～第八方面中任一项所述的液压成形方法中，使变形阻力调整装置在第二模具上前进或者后退。因此，使坯料板与成形用凹面接触而形成规定形状的成型时，通过使变形阻力调整装置前进或者后退，则可以进行将变形阻力调整装置作为凸模之后的精加工，因此，能够形成更加复杂形状的成形体。

对于本发明第十方面所述的液压成形方法，是在第六方面～第九方面中任一方面所述的液压成形方法中，将液体介质加热至规定温度的同时，分别将第一模具以及第二模具加热至与液体介质大致相同的温度。因此，通过加热不仅可以提高坯料板的成形极限，同时还可以使坯料板的整体变形阻力大致平均，另一方面，可以容易地在局部区域形成通过变形阻力调整装置而调整为变形阻力不同的区域，从而能够提高坯料板的加工性。

对于本发明第十一方面所述的液压力成形方法，是在第十方面所述的液压成形方法中，将液体介质加热至150～350℃的温度。因此，通过在坯料板与第二模具之间涂抹液体润滑剂，则可以降低坯料板与第二模具的摩擦阻力，因此，能够提高坯料板的加工性。

对于本发明第十二方面所述的液压成形方法，是在第六方面～第十一方面中任一方面所述的液压成形方法中，在用第一模具与第二模具夹紧坯料板之前，使用预备加热设备对坯料板进行加热。因此，可以缩短使用第一模具以及第二模具将坯料板加热至规定温度所需的时间，因此，这样就可以缩短成形体形成所需的实际总时间，从而能够提高生产性。

对于本发明第十三方面所述的液压成形方法，是在第六～第十二方面中任一方面所述的液压成形方法中，当将由第一模具与第二模具夹紧挤压坯料板而形成的成形体，载放于设置在与该成形体重合的重合面的支撑台上并进行剪切成形时，通过支撑台冷却成形体。因此，不仅可以在成形体形成的同时，有效地冷却已被加热的成形体，还能够抑制因剪切成形而产生的毛刺。

附图说明

图1是本发明所涉及的液压成形装置的概略说明图。

图2是铝合金的伸长性(elongation)与温度的相依性图表。

图3是铝合金的耐力与温度的相依性图表。

图4是铝合金的张力(tension)强度与温度的相依性图表。

图5是说明使用液压成形装置实施坯料板的成形工艺的说明图。

图6是说明使用液压成形装置实施坯料板的成形工艺的说明图。

图7是说明使用液压成形装置实施坯料板的成形工艺的说明图。

图8是说明使用液压成形装置实施坯料板的成形工艺的说明图。

图9是说明使用液压成形装置实施坯料板的成形工艺的说明图。

图10是说明成形体修边(trimming)工艺的说明图。

图11是说明成形体修边工艺的说明图。

图12是预备加热装置的概略模式图。

图13是说明预备加热工艺的说明图。

图14是说明预备加热工艺的说明图。

图15是说明预备加热工艺的说明图。

具体实施方式

本发明的液压成形装置以及液压成形方法是由第一模具和第二模具夹紧坯料板以形成所需形状，在第二模具中设置有用于形成所需形状的、具有规定形状的成形用凹面，并且，在第一模具中收容有液体介质，通过对该液体介质进行加压而由液体介质将坯料板朝着成形用凹面进行挤压，使坯料板与成形用凹面接触，从而形成规定形状的成形体。

特别是在第二模具中设置有局部改变坯料板的变形阻力的变形阻力调整装置，通过第一模具与第二模具，使用液体介质对坯料板进行拉伸加工，另一方面，通过变形阻力调整装置对被拉伸加工部分的坯料板进行局部调整，这样就能够形成所需形状。

通过设置上述这种变形阻力调整装置，不仅能够形成多种多样的形状，而且特别地，使通常无法实现的若干部件的一体成形成为可能。

即，由于可以一边通过第一模具和第二模具对坯料板进行拉伸加工，一边通过变形阻力调整装置对坯料板的变形阻力进行局部调整，复合地进行膨凸加工(bulging processing)或者伸缩加工(stretchingprocessing)，因此，能够形成变形量大且形状复杂的成形体。

下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1是本实施方式的液压成形装置A的主要部分概略图。

液压成形装置A具有夹持由金属板构成的坯料板1的第一模具10与第二模具20，在本实施方式中，使第一模具10以自由升降的方式置于第二模具20的上方位置，通过操作第一模具10的升降，而利用第一模具10与第二金模20夹持坯料板1。

在第一模具10中形成有用于收容液体介质2的液体介质收容空间11，通过设置在第一模具10下面的隔膜12来封闭该液体介质收容空间11。此外，液体介质收容空间11经由供给配管13而与未图示的供给泵连通连接，通过该供给泵而能够一边对液体介质2进行加压一边将其供给至液体介质收容空间11。通过将液体介质2送给液体介质收容空间11，而可以使隔膜12按照后述方式向下膨胀突出(膨凸)，以此来挤压坯料板1。

而且，在第一模具10中还安装有未图示的加热器，其能够将第一模具10加热至规定温度，液体介质2也可以由未图示的加热器而被加热至规定温度。由于液体介质2通过加热器而变成规定温度，所以与坯料板1重合的隔膜12的温度也变成与液体介质2大致相等的温度。

在第二模具20中，在与第一模具10重合的上面形成有所需形状的成形用凹面21。

特别是，在成形用凹面21的必要位置处设置有局部冷却体22与局部加热体23。在本实施方式中，为了便于说明，在第二模具20中分别设置有一个局部冷却体22和局部加热体23。但是，也可以根据需要只设置局部冷却体22，或者只设置局部加热体23，此外，还可以分别设置多个。

局部冷却体22是局部冷却部件，其是通过对坯料板1进行局部冷却来增大冷却区域的变形阻力的变形阻力调整装置。此外，局部加热体23是局部加热部件，其是通过对坯料板1进行局部加热来减少加热区域的变形阻力的变形阻力调整装置。

在第二模具20中安装有未图示的加热器，其能够将第二模具20加热至规定温度，在局部冷却体22中，使其温度低于第二模具20，在局部加热体23中，使其温度高于第二模具20。具体地说，将冷却水导入局部冷却体22的内部对其进行冷却，在局部加热体23的内部安装有未图示的加热器对其进行加热。

在局部冷却体22与第二模具20之间，以及在局部加热体23与第二模具20之间，分别设置有未图示的隔热部件，这样能够使局部冷却体22以及局部加热体23保持在规定温度。

特别是如图1所示，在成形用凹面21中向着上方形成的凸状区域、即在比周围突出的部分中与坯料板1接触的区域设置有局部冷却体22，而在成形用凹面21中向着下方形成的凹状区域、即在比周围凹陷的部分中与坯料板1接触的区域设置有局部加热体23。这样，通过设置局部冷却体22以及局部加热体23，而能够有效地实施坯料板1的膨胀加工或者膨凸加工。

而且，局部冷却体22以及/或者局部加热体23能够相对第二模具20自由进退。通过使局部冷却体22以及/或者局部加热体23自由进退，而能够将局部冷却体22以及/或者局部加热体23作为冲头(punch)，因此，能够更加有效地对坯料板1实施膨胀加工或者膨凸加工。

也可以将上述第一模具10与第二模具20的上下位置颠倒配置，此时，不必在第一模具10中设置隔膜12。

下面，对利用以上述方式形成的液压成形装置A实施坯料板1的成形进行说明。

此处，坯料板1是铝合金制成的金属板。在图2～4中，表示五种铝合金(A1100-O、A3003-O、A5083-O、A6061-T6、A6063-T5)的伸长性、耐力、张力强度的温度依存数据，通过将其加热至150℃以上而提高伸长性，同时，降低耐力以及张力强度，这样就能够实施拉伸加工，因此最好将坯料板1加热至150℃以上的温度。

然而，虽然加热至350℃以上仍能进行坯料板1的拉伸加工，但是金属板制成的坯料板1的金属结晶变得粗大并且硬度容易降低，同时，由于难以选定涂抹在坯料板1与第二模具20之间的液体润滑剂(未图示)，因此，这种方式并不切合实际，优选将坯料板1加热至150～350℃。如果在该温度范围内进行加热，那么不仅能够抑制金属结晶的粗大化，而且，即便对于超塑性金属等这种具有微细金属结晶的坯料板1，也可以使用本发明的液压成形装置A。而且，由于使用液体润滑剂能够降低坯料板1与第二模具20的摩擦阻力，因此能够提高坯料板的加工性。

因此，在本实施方式中，将液体介质2加热至200～300℃左右，也分别将第一模具10以及第二模具20加热至与液体介质相同的温度200～300℃左右。通过将液体介质2、第一模具10、第二模具20分别加热至大致相等的温度，而对整个坯料板1进行均匀加热，并使整个坯料板1的变形阻力大体均匀。

此外，对设置在第二模具20中的局部冷却体22进行调整，使其温度比第二模具20低50℃左右。对设置在第二模具20中的局部加热体23进行调整，使其温度比第二模具20高50℃左右。此外，局部冷却体22以及局部加热体23与第二模具20的温度差并非局限于50℃左右，也可以更大或者更小，只要符合坯料板1的温度即可。

在本实施方式中，对使用铝合金制成的金属板作为坯料板1来进行说明，但是，坯料板1并非局限于铝合金，对于适宜的金属板均能够适用。在本实施方式中，对于通常情况下因断裂极限应变较小，使用现有技术的成形装置无法进行完全成形的铝合金也能够适用，为了明确表示这一点，使用铝合金制成的金属板作为坯料板1来进行说明。

如图5所示，在液压成形装置A中，由已加热至规定温度之后的第一模具10与第二模具20来夹紧坯料板1，使隔膜12与坯料板1重合，将坯料板1加热至200～300℃左右。由于铝合金制成的坯料板1的热传导率较高，因此，能够在极短的时间内加热至所需的温度。

因此，当经过坯料板1达到规定温度所需的足够时间之后，通过供给泵将液体介质2供给至液体介质收容空间11，如图6所示，并利通过隔膜12下压坯料板1。此时，坯料板1的周边部分通过第一模具10与第二模具20加热并同时由它们所夹着，通过这种方式来防止在坯料板1上形成皱纹。

在利用隔膜12下压坯料板1的同时，如图6所示，如果坯料板1的一部分与第二模具20的局部冷却体22接触，则接触部分的坯料板1通过局部冷却体22而被冷却，于是强度得以提高，变形阻力增大。

因此，与局部冷却体22接触的坯料板1的该部分，对来自周围的张力的抵抗提高，因此，能够防止在坯料板1上发生断裂。

这样，通过将相对于张力的抵抗提高的部分设置在向着成形用凹面21的上方呈凸状的区域中，来使坯料板1不会发生断裂，从而能够在坯料板1上形成凸形状或者相反的凹形状。

液压成形装置A进一步通过供给泵向液体介质收容空间11压送液体介质2，于是，坯料板1被隔膜12进一步下压，如图7所示，在局部冷却体22以外的部分，坯料板1也与成形用凹面21接触。

此时，在设置于成形用凹面21中的微小凹形状区域21a的部分，不与坯料板1发生接触，需要继续向液体介质收容空间11内压送液体介质2。

如上所述，由于该凹形状区域21a用作局部加热体23，因此，随着与凹形状区域21a的外周边缘接触的坯料板1被局部加热体23加热，使得延性随之而得以提高，于是变形阻力降低，膨胀性提高，如图8所示，能够在坯料板1上不发生断裂且比较容易地使坯料板1与凹形状区域21a的成形用凹面21接触，以形成所需要的凹形状或者与之其相反的凸形状。

而且，如上所述，在坯料板1与成形用凹面21接触的状态下，使局部冷却体22以及/或者局部加热体23在第二模具20上前进或者后退，将局部冷却体22以及/或者局部加热体23作为冲头(punch)，从而能够更有效地进行坯料板1的膨胀加工或者膨凸加工。

其中，根据随着向液体介质收容空间11供给液体介质而加压的液体介质2的压力以及供给总流量，来判断坯料1的成形是否结束。

如果坯料板1的成形结束，则解除对液体介质收容空间11的液体介质2的加压，使第一模具10上升，如图9所示，取出已经形成所需成形体1’的坯料板1。

在通常情况下，如上所述，因为在已经成形加工的成形体1’中的外周边缘部分残存坯料，所以，在使用液压成形装置A加工成形规定的形状之后，使用图10中大体表示的剪切装置B剪去坯料来进行切边处理，从而形成完整的成形体1’。

特别是在本实施方式的剪切装置B中，将载放成形体1’的支撑台30的上面作为与成形体1’重合的凹状的重合面31，这样就能够稳定地支撑成形体1’。而且，在支撑台30上设置适当的冷却装置，当将成形体1’载放于支撑台30上时，通过支撑台30对成形体1’进行冷却。

因此，在液压成形装置A中，不仅可以有效地对已被加热的成形体1’进行冷却，还可以使成形体1’的延性降低，如图11所示，通过剪切用冲头(punch)32进行切边，而能够抑制毛刺的产生。在图10以及图11中，33是支撑坯料的坯料支撑台，34是剪切用冲头32的引导体。坯料支撑台33随着剪切用冲头32的操作而升降。

作为用来对支撑台30进行冷却的冷却装置，只要能够将冷却水导入支撑台30来冷冷却成形体1’即可。

当使用上述液压成形装置A进行坯料板1的成形时，如果通过液压成形装置A的隔膜12、第一模具10、第二模具20而使坯料板1的加热温度较高，那么，也可以使用图12所示的预备加热装置C，预先将坯料板1加热至规定温度。若使用预备加热装置C，则考虑到从预备加热装置C向液压成形装置A搬送时坯料板1的自然冷却，而优选将其加热至高于使用液压成形装置来加热坯料板1的加热温度。此处，预备加热装置C是预备加热设备。

通过利用预备加热装置C将坯料板1加热至规定温度，而可以缩短通过隔膜12、第一模具10、第二模具20将坯料板1加热至规定温度的所需时间，因此，能够缩短形成该成形体1’所需的实际总时间，从而能够提高生产性。

本实施方式的预备加热装置C设置有专用的搬送设备，专门用来在搬送时搬送易弯曲的大尺寸坯料板1，下面，对预备加热装置C进行说明。

如图12所示，预备加热装置C在第一支撑柱41与第二支撑柱42之间架设有加热部43，在该加热部43的上面载放坯料板1，并对其进行加热。

而且，在加热部43的上方位置设置有将载放于加热部43上的坯料板1下压至加热部43上来提高加热效率的加压板44，该加压板44以可自由升降的方式安装于升降柱46的连杆47的顶端，该升降柱46安装在架设于第一支撑柱41与第二支撑柱42的上端之间的上部机架45上。特别是，加压板44使用软质的弹性材料构成，以确保整个坯料板1大致均等地下压在加热部43上。

在本实施方式中，如图13～15所示，加热部43包括设置有加热器收容空间的上部开口的箱形形状的隔热壳43a、设置在加热器收容空间内的加热器43b、以及被该加热器43b加热的热板43c。

在第一支撑柱41与第二支撑柱42之间并且在加热部43的上方，并列设置有多个棒状的提升手臂48，从而形成坯料板1的支撑面。该提升手臂48通过未图示的升降机构而上升下降，当使该提升手臂48下降时，各提升手臂48被插入到设置在热板43c上面的插入槽内，这样就能够将载放于提升手臂48上面的坯料板1载放在热板(hot plate)43c上。

此外，作为向提升手臂48传送坯料板1的送给装置，而并列设置有多个沿着与棒状提升手臂48的延伸方向大致平行的方向延伸的搬送手臂49而构成支撑面的送给机构。各搬送手臂49能够插入相邻的两个提升手臂48、48之间，通过适当的升降机构以及水平移动机构，使由搬送手臂49构成的搬送机构按照如下方式进行操作。

如图12所示，首先使搬送手臂49位于初始位置，将通过适当的搬送装置搬送而来的坯料板1载放于由搬送手臂49形成的支撑面上。

然后，如图13所示，通过使搬送手臂49向着加热部43的上方移动，而将坯料板1置于加热部43的上方。此时，预先使搬送手臂49分别置于比提升手臂48高的位置，这样，提升手臂48就不会成为妨碍，从而使坯料板1位于加热部43的上方。

然后，如图14所示，通过使搬送手臂49下降，而将坯料板1从搬送手臂49载放于提升手臂48上。此时，也可以不使搬送手臂49下降，而是通过使提升手臂48上升，将坯料板1载放于提升手臂48上。

在将坯料板1载放在提升手臂48上之后，如图15所示，通过使搬送手臂49平行移动，而使该搬送手臂49从加热部43的上方区域退避，通过使提升手臂48下降，而将坯料板1载放于热板43c上。使加压板44下降，并用该加压板44下压坯料板1，于是，利用加热部43对坯料板1进行加热。

在通过加热部43将坯料板1加热至规定温度之后，通过进行与上述操作相反的操作而取出坯料板1。通过适当的搬送装置将从加热部43中取出的坯料板1搬送至液压成形装置A中。

工业上的可利用性

在采用液压成形方法将大面积的金属板形成规定形状时，不仅能够形成更多种类的形状，特别能够一体形成多个部件。

Claims (6)

1.一种液压成形装置，其特征在于：

通过由加压后的液体介质按压坯料板的第一模具、以及设置有规定形状的成形用凹面的第二模具夹紧坯料板，通过由所述液体介质按压所述坯料板而使所述坯料板与所述成形用凹面接触，来形成规定形状的成形体，其中，在这种液压成形装置中，

在所述第二模具中，在所述成形用凹面中的、在形成为凸状且比周围先与所述坯料板接触的区域设置有局部冷却所述坯料板的局部冷却部件，或者，在所述成形用凹面中的、在形成为凹状且比周围后与所述坯料板接触的区域设置有局部加热所述坯料板的局部加热部件。

2.一种液压成形方法，其特征在于：

通过由加压后的液体介质按压坯料板的第一模具、以及设置有规定形状的成形用凹面的第二模具夹紧坯料板，通过对所述液体介质加压来按压所述坯料板而使所述坯料板与所述成形用凹面接触，来形成规定形状的成形体，其中，在这种液压成形方法中，

在所述第二模具中，在所述成形用凹面中的、在形成为凸状且比周围先与所述坯料板接触的区域设置有局部冷却所述坯料板的局部冷却部件，或者在所述成形用凹面中的、在形成为凹状且比周围后与所述坯料板接触的区域设置有局部加热所述坯料板的局部加热部件，使所述坯料板的变形阻力局部不同。

3.如权利要求2所述的液压成形方法，其特征在于：

在将所述液体介质加热至规定温度的同时，分别将所述第一模具以及所述第二模具加热至与所述液体介质大致相同的温度。

4.如权利要求3所述的液压成形方法，其特征在于：

将所述液体介质加热至150～350℃的温度。

5.如权利要求2～4中任一项所述的液压成形方法，其特征在于：

在用所述第一模具与所述第二模具夹紧所述坯料板之前，使用预备加热设备对其进行加热。

6.如权利要求2～4中任一项所述的液压成形方法，其特征在于：

将通过所述第一模具与所述第二模具夹紧挤压所述坯料板而形成的成形体，载放于设置有与该成形体重合的重合面的支撑台上并进行剪切成形时，通过所述支撑台冷却所述成形体。

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