CN101147999A - 摩擦点接合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种摩擦点接合方法。将未镀的一块或多块第一钢板(W1)以及镀上了金属的一块或多块第二钢板(W2)作为多块钢板准备好。以位于重叠方向上的两端的两块钢板中的至少一块钢板是未镀的第一钢板(W1)的方式将多块钢板重叠起来。让旋转工具(7)从未镀的第一钢板(W1)侧的面一边旋转,一边推压重叠起来的多块钢板的被接合部分。利用所产生的摩擦热让被接合部分进行塑性流动,从而以固相状态对被接合部分进行摩擦点接合。因此,能在摩擦点接合方法中抑制接合时间变长,同时抑制镀上了金属的钢板的耐蚀性下降。

Description

摩擦点接合方法
技术领域
本发明涉及一种摩擦点接合方法。
背景技术
迄今为止,作为将例如用于汽车车身的工件的多块钢板在沿厚度方向重叠起来的状态下以点状接合起来的方法,下述方法被人们知道,即:用铜电极夹住所述重叠起来的多块钢板的被接合部分并进行通电,利用由此引起的电阻发热对所述被接合部分进行接合的电阻点焊方法。
以前,人们用作车身的钢板用得比较多的是软钢,而为了汽车的轻量化,人们采用高张力钢板的倾向越来越强。
但是,在所述方法中,例如是在将包括软钢板和高张力钢板在内的三块以上的钢板接合起来的情况等要接合的钢板固有的电阻互不相同的情况下,难以得到所希望的点焊熔核。
近年来,作为将多块铝板在沿厚度方向重叠起来的状态下以点状接合起来的方法,有人提案过摩擦点接合方法。在该方法中,将多块铝板重叠起来,再让旋转工具一边旋转,一边推压所述重叠起来的多块铝板的被接合部分,利用由此产生的摩擦热让所述被接合部分进行塑性流动,从而以固相状态对所述被接合部分进行摩擦点接合。
如果根据所述摩擦点接合方法,无论进行接合的板固有的电阻多少,就都能得到所希望的点焊熔核,因而也可以在如上所述将包括软钢板和高张力钢板在内的三块以上的钢板接合起来的情况等接合多块钢板时采用所述摩擦点接合方法。例如根据专利文献1的方法,将多块钢板重叠起来,用激光照射所述重叠起来的多块钢板的被接合部分,之后让旋转工具一边旋转,一边推压所述被接合部分,利用由此产生的摩擦热让所述被接合部分进行塑性流动,从而对所述被接合部分进行摩擦点接合。在此,用激光照射钢板的被接合部分,是为了防止旋转工具磨损所做的。
【专利文献1】日本公开专利公报特开2006-21217号公报
一般来讲,因为例如车身的外板需要具有很高的耐蚀性,所以在很多情况下用镀上了金属的钢板作为该外板。在按照所述摩擦点接合方法将这种镀上了金属的钢板和未镀的钢板接合起来的情况下,若让旋转工具从镀上了金属的钢板侧的面一边旋转,一边推压重叠起来的钢板的被接合部分,旋转工具就会在摩擦系数较小的金属镀层上滑动,不易产生摩擦热,使得接合时间会很长。这是一个问题。若让旋转工具从镀上了金属的钢板侧的面一边旋转,一边进行推压,金属镀层就会进行熔化及蒸发,其结果是镀上了金属的钢板的耐蚀性会下降。
发明内容
本发明,正是为解决所述问题而研究开发出来的。其目的在于:在摩擦点接合方法中,抑制接合时间变长,同时抑制镀上了金属的钢板的耐蚀性下降。
第一发明,是一种摩擦点接合方法,将多块钢板重叠起来,让旋转工具一边旋转,一边推压所述重叠起来的多块钢板的被接合部分,利用由此产生的摩擦热让所述被接合部分进行塑性流动,从而以固相状态对所述被接合部分进行摩擦点接合。在所述摩擦点接合方法中,将未镀的一块或多块第一钢板以及镀上了金属的一块或多块第二钢板作为所述多块钢板准备好,以位于重叠方向上的两端的两块钢板中的至少一块钢板是所述未镀的第一钢板的方式将所述多块钢板重叠起来,让所述旋转工具从所述未镀的第一钢板侧的面一边旋转,一边推压所述重叠起来的多块钢板的被接合部分。
这样,因为以位于重叠方向上的两端的两块钢板中的至少一块钢板是未镀的第一钢板的方式将多块钢板重叠起来,让旋转工具从未镀的第一钢板侧的面一边旋转,一边推压所述重叠起来的多块钢板的被接合部分,所以旋转工具不易滑动,容易产生摩擦热。因此,能够抑制接合时间变长。因为让旋转工具从未镀的第一钢板侧的面一边旋转,一边进行推压,所以介于钢板相互间的、熔点较低的金属镀层不易进行熔化及蒸发。因此,能够抑制镀上了金属的第二钢板的耐蚀性下降。综上所述,能够抑制接合时间变长,同时抑制镀上了金属的钢板的耐蚀性下降。
第二发明,是在所述第一发明中,准备好直径大于所述旋转工具的肩部直径的支撑部件,以位于重叠方向上的两端的两块钢板中的一块钢板是所述未镀的第一钢板、另一块钢板是所述镀上了金属的第二钢板的方式将所述多块钢板重叠起来,以所述镀上了金属的第二钢板侧的面位于所述支撑部件侧的方式用所述支撑部件支撑所述重叠起来的多块钢板的被接合部分,让所述旋转工具从所述未镀的第一钢板侧的面一边旋转,一边推压所述被接合部分。
这样,准备好直径大于旋转工具的肩部直径的支撑部件,以位于重叠方向上的两端的两块钢板中的一块钢板是未镀的第一钢板、另一块钢板是镀上了金属的第二钢板的方式将多块钢板重叠起来,以镀上了金属的第二钢板侧的面位于支撑部件侧的方式用支撑部件支撑所述重叠起来的多块钢板的被接合部分,让旋转工具从未镀的第一钢板侧的面一边旋转,一边推压所述被接合部分,因而能使摩擦热通过支撑部件散去。因此,支撑部件侧的第二钢板的金属镀层更不易进行熔化及蒸发。因此,能够确实地抑制镀上了金属的第二钢板的耐蚀性下降。
第三发明,是在所述第一或第二发明中,所述第一钢板是高张力钢板,所述第二钢板是软钢板。
这样,因为让旋转工具从材料强度很大且不易进行塑性流动的、未镀的高张力钢板侧的面一边旋转,一边推压重叠起来的多块钢板的被接合部分,所以能使该高张力钢板的被接合部分充分地进行塑性流动。因此,能够提高未镀的高张力钢板与镀上了金属的软钢板之间的接合强度。
第四发明,是在所述第三发明中,将未镀的一块高张力钢板和镀上了金属的一块软钢板作为所述多块钢板准备好。
这样,就能够提高未镀的一块高张力钢板与镀上了金属的一块软钢板之间的接合强度。
第五发明,是在所述第四发明中,所述未镀的一块高张力钢板被用作车身的内板,所述镀上了金属的一块软钢板被用作所述车身的外板。
这样,就能够提高用作车身的、未镀的一块高张力钢板与镀上了金属的一块软钢板之间的接合强度。由于旋转工具的旋转及推压而形成的凹部不会形成在用作车身外板的、镀上了金属的一块软钢板的外表面上。因此,能够确保车辆外观的美观。
第六发明,是在所述第三发明中,将未镀的两块高张力钢板和镀上了金属的一块软钢板作为所述多块钢板准备好,依次重叠所述未镀的两块高张力钢板和所述镀上了金属的一块软钢板。
这样,就能够提高未镀的两块高张力钢板与镀上了金属的一块软钢板之间的接合强度。
第七发明,是在所述第六发明中,所述未镀的两块高张力钢板,分别被用作车身的内板和增强用板,所述镀上了金属的一块软钢板被用作所述车身的外板。
这样,就能够提高用作车身的、未镀的两块高张力钢板与镀上了金属的一块软钢板之间的接合强度。由于旋转工具的旋转及推压而形成的凹部不会形成在用作车身外板的、镀上了金属的一块软钢板的外表面上。因此,能够确保车辆外观的美观。
-发明的效果-
根据本发明,因为以位于重叠方向上的两端的两块钢板中的至少一块钢板是未镀的第一钢板的方式将多块钢板重叠起来,让旋转工具从未镀的第一钢板侧的面一边旋转,一边推压所述重叠起来的多块钢板的被接合部分,所以旋转工具不易滑动,容易产生摩擦热。因此,能够抑制接合时间变长。因为让旋转工具从未镀的第一钢板侧的面一边旋转,一边进行推压,所以介于钢板相互间的、熔点较低的金属镀层不易进行熔化及蒸发。因此,能够抑制镀上了金属的第二钢板的耐蚀性下降。综上所述,能够抑制接合时间变长,同时抑制镀上了金属的钢板的耐蚀性下降。
附图说明
图1,是本发明的实施形态所涉及的接合枪(gun)的概略结构图。
图2,是表示用接合枪对工件进行摩擦点接合的工序的图,图2(a)是表示开始使旋转工具旋转时的图;图2(b)是表示推压旋转工具而将该旋转工具插入到第二块钢板中时的图;图2(c)是表示推压旋转工具而将该旋转工具插入到第三块钢板中时的图;图2(d)是表示从工件中拔出了旋转工具时的图。
图3,是表示实施例及比较例的第一钢板的成分的图。
图4,是表示实施例的、用接合枪对工件进行摩擦点接合的情况的图。
图5,是表示比较例的、用接合枪对工件进行摩擦点接合的情况的图。
图6,是表示在实施例及比较例中用接合枪对工件进行的摩擦点接合的接合条件、接口的拉伸剪切强度及评价结果的图。
图7,是表示实施例的接口的拉伸剪切强度的图。
图8,是表示比较例的接口的拉伸剪切强度的图。
图9,是表示旋转工具的变形例的图。
图10,是表示旋转工具的变形例的图。
符号说明
1-接合枪;2-接合单元;3-把握框架;4-装置主体;5-推压轴马达;6-旋转轴马达;7-旋转工具;7a-肩部;7b-销部;8-支撑部件;W-工件;W1-第一钢板;W2-第二钢板。
具体实施方式
下面,根据附图详细说明本发明的实施形态。
图1,是本发明的实施形态所涉及的接合枪1的概略结构图。如图1所示,该接合枪1,包括作为摩擦点接合装置的接合单元2和把握框架3。该接合枪1,例如是这样使用的,即:将把握框架3安装在未示的机器人的手腕子上,用接合单元2将用于汽车车身的工件W的多块钢板W1、W2(参照图2)在使所述多块钢板W1、W2沿厚度方向互相至少重叠了一部分的状态下以固相状态(各块钢板W1、W2未熔解的状态)点状接合起来的。在本实施形态中,多块钢板W1、W2是未镀的两块第一钢板W1a、W1b和镀上了金属的一块第二钢板W2。第一钢板W1a、W1b分别是抗拉强度在340MPa以上的高张力钢板,第二钢板W2是抗拉强度小于340MPa的软钢板。两块第一钢板W1a、W1b分别被用作车身的内板和增强用板,一块第二钢板W2被用作车身的外板。
所述接合单元2,包括装置主体4、推压轴马达5及旋转轴马达6。在该装置主体4的下侧,安装有旋转工具7。该旋转工具7具有圆柱状肩部7a和圆柱状销部7b,该销部7b从该肩部7a的底面中心向下侧突出,该销部7b的直径小于肩部7a的直径。旋转工具7,构成为:旋转轴马达6使该旋转工具7以旋转轴心X为轴心进行旋转,同时推压轴马达5使该旋转工具7沿旋转轴心X的方向进行升降。推压轴马达5和旋转轴马达6与控制盘(未示)连接,该控制盘对该推压轴马达5和该旋转轴马达6进行控制。
在所述把握框架3的、从侧面来看呈L字状的臂3a的前端,安装有金属制(钢制)的圆柱状支撑部件8。所述接合枪1,被设为:旋转工具7和支撑部件8夹住工件W的被接合部分。支撑部件8的直径,大于旋转工具7的肩部7a的直径。
-接合枪对工件进行的摩擦点接合的工序-
下面,参照图2说明接合枪1对工件W进行的摩擦点接合的工序。
首先,如图2(a)所示,使镀上了金属的第二钢板W2和未镀的第一钢板W1b、W1a依次重叠起来并以该重叠物作为工件W,再以第二钢板W2侧的面位于支撑部件8侧的方式用支撑部件8支撑工件W的被接合部分。这样,三块钢板W1a、W1b、W2就以位于重叠方向(在图2中,为上下方向)上的两端的两块钢板中的一块钢板(在图2中,为上侧)是第一钢板W1a、并且所述两块钢板中的另一块钢板(在图2中,为下侧)是第二钢板W2的方式重叠起来。
接着,一驱动旋转轴马达6(参照图1),旋转工具7就以旋转轴心X(参照图1)为轴心进行旋转。
若旋转工具7的转数达到目标转数后,一边使旋转工具7旋转,一边驱动推压轴马达5(参照图1),旋转工具7就进行下降。
如上所述驱动推压轴马达5,来使旋转工具7进行下降,直到销部7b与工件W的表面(即,未镀的第一钢板W1a侧的面)接触为止。这样来用旋转工具7和支撑部件8夹住工件W的被接合部分,同时沿旋转轴心X的方向(在图2中,为朝下的方向)推压该工件W的被接合部分。这样通过旋转工具7与第一钢板W1a的表面之间的摩擦来产生摩擦热。该摩擦热,从第一钢板W1a传给第一钢板W1b和第二钢板W2,第一钢板W1b和第二钢板W2也软化。
之后,如图2(b)和图2(c)所示,继续使旋转工具7进行旋转及推压。这样,在第一钢板W1a、W1b和第二钢板W2中就发生塑性流动。因为支撑部件8的直径大于肩部7a的直径,所以摩擦热从支撑部件8散去。
这样,在工件W内使塑性流动持续规定时间后,如图2(d)所示,一边使旋转工具7进行旋转,一边使推压轴马达5进行倒转,来使旋转工具7进行上升,从而将旋转工具7从工件W内拔出。
之后,工件W冷却(放冷)而硬化,做完工件W的接合工作。
补充说明一下,在所述接合工序中设定旋转工具7所施加的压力、旋转工具7的转数及接合时间,使得工件W的被接合部分的在受到摩擦热后的温度是各块钢板W1、W2不熔化的温度,例如是生成奥氏体组织的温度。
-实施例-
下面,对本发明的实施例进行说明。
(接合单元)
将接合单元设为推压轴马达为伺服马达的、固定位置型加压式单元。
将旋转工具设为陶瓷制的;将旋转工具的肩部的直径设为10mm;将旋转工具的销部的直径设为3mm,将该销部的长度设为1.27mm。
(钢板)
将第一钢板设为厚度1.0mm的980MPa级高张力钢板(JIS(日本工业标准)  3135 SPFC980Y)。将第一钢板的成分设为图3所示的样子。
将第二钢板设为270MPa级软钢板。在第二钢板上镀锌后进行合金化处理,来使该镀上了锌的第二钢板成为镀层单位面积质量55g/m2、厚度0.7mm的合金化熔化锌镀层钢板。该合金化熔化锌镀层钢板的熔点根据含有的锌及铁的比例的不同而不同,在530℃到600℃。
(接合)
如图4所示,在第一实施例和第二实施例中,将一块合金化熔化锌镀层钢板(锌-铁覆盖式软钢)和两块高张力钢板(DP980)依次重叠起来并以该重叠物作为工件,再通过使旋转工具从该重叠物的上表面一边旋转,一边推压工件的被接合部分,来对该被接合部分进行了摩擦点接合。在该接合时,工件的被接合部分受到摩擦热而被加热到了生成奥氏体组织的温度。
如图5所示,在比较例1、2及3中,将两块高张力钢板和一块合金化熔化锌镀层钢板依次重叠起来并以该重叠物作为工件,再通过使旋转工具从该重叠物的上表面一边旋转,一边推压工件的被接合部分,来对该被接合部分进行了摩擦点接合。与所述实施例一样,在该接合时,工件的被接合部分受到摩擦热而被加热到了生成奥氏体组织的温度。
(接合条件)
如图6所示,在第一实施例中,将旋转工具所施加的压力设为19.6kN;将旋转工具的转数设为1000rpm;将接合时间设为3.0s。
在第二实施例中,将旋转工具所施加的压力设为19.6kN;将旋转工具的转数设为3000rpm;将接合时间设为5.0s。
在第一比较例中,将旋转工具所施加的压力设为19.6kN;将旋转工具的转数设为1000rpm;将接合时间设为5.0s。
在第二比较例中,将旋转工具所施加的压力设为19.6kN;将旋转工具的转数设为3000rpm;将接合时间设为5.0s。
在第三比较例中,将旋转工具所施加的压力设为19.6kN;将旋转工具的转数设为1000rpm;将接合时间设为3.0s。
(试验)
分别对接合后的各个工件的上侧板与中间板之间的接口、和中间板与下侧板之间的接口进行拉伸试验,测量了各个接口的拉伸剪切强度。
(评价)
对各个接口的拉伸剪切强度和是现有技术的电阻点焊的点焊JIS A级平均值进行比较,对该比较的结果进行了评价。
如图6和图7所示,在第一实施例和第二实施例中,各个接口的拉伸剪切强度都超过了点焊JIS A级平均值。
与此相对,如图6和图8所示,在第一比较例中,各个接口的拉伸剪切强度都超过了点焊JIS A级平均值,而在第二比较例中,虽然上侧板与中间板之间的接口的拉伸剪切强度超过了点焊JISA级平均值,但是中间板与下侧板之间的接口的拉伸剪切强度小于点焊JIS A级平均值。就是说,在第二比较例中,高张力钢板相互间的被接合部分的拉伸剪切强度小于点焊JIS A级平均值。此外,在第三比较例中,中间板与下侧板之间的接口的拉伸剪切强度也小于点焊JIS A级平均值,与第二比较例一样。
-效果-
如上所述,根据本实施形态,因为以位于重叠方向上的两端的两块钢板中的至少一块钢板是未镀的第一钢板W1a的方式将多块钢板W1a、W1b、W2重叠起来,让旋转工具7从未镀的第一钢板W1a侧的面一边旋转,一边推压所述重叠起来的多块钢板W1a、W1b、W2的被接合部分,所以旋转工具7不易滑动,容易产生摩擦热。因此,能够抑制接合时间变长。因为让所述旋转工具7从未镀的第一钢板W1a侧的面一边旋转,一边进行推压,所以介于钢板W1与钢板W2之间的、熔点较低的金属镀层不易进行熔化及蒸发。因此,能够抑制镀上了金属的第二钢板W2的耐蚀性下降。综上所述,能够抑制接合时间变长,同时抑制镀上了金属的钢板W2的耐蚀性下降。
此外,准备好直径大于旋转工具7的肩部7a直径的支撑部件8,再以位于重叠方向上的两端的两块钢板中的一块钢板是未镀的第一钢板W1a、并且另一块钢板是镀上了金属的第二钢板W2的方式将多块钢板W1a、W1b、W2重叠起来,以镀上了金属的第二钢板W2侧的面位于支撑部件8侧的方式用支撑部件8支撑所述重叠起来的多块钢板W1a、W1b、W2的被接合部分,让旋转工具7从未镀的第一钢板W1a侧的面一边旋转,一边推压所述被接合部分,因而能使摩擦热通过支撑部件8散去。因此,位于支撑部件8侧的第二钢板W2的金属镀层更不易进行熔化及蒸发。因此,能够确实地抑制镀上了金属的第二钢板W2的耐蚀性下降。
因为让旋转工具7从材料强度很大且不易进行塑性流动的、未镀的高张力钢板W1a侧的面一边旋转,一边推压重叠起来的多块钢板W1a、W1b、W2的被接合部分,所以能使该高张力钢板W1a的被接合部分充分地进行塑性流动。因此,能够提高未镀的高张力钢板W1a、W1b与镀上了金属的软钢板W2之间的接合强度。
此外,能够提高用作车身的、未镀的两块高张力钢板W1a、W1b与镀上了金属的一块软钢板W2之间的接合强度。而且,由于旋转工具7的旋转及推压而形成的凹部(参照图2)不会形成在用作车身外板的、镀上了金属的一块软钢板W2的外表面上。因此,能够确保车辆外观的美观。
(其他实施形态)
在所述实施形态中,将工件W用作汽车的车身。也可以将工件W用作汽车车身以外的其他部件。
在所述实施形态中用两块第一钢板W1a、W1b和一块第二钢板W2构成了工件W,而本发明并不限于此。只要用一块或多块第一钢板W1、和一块或多块第二钢板W2构成工件W就可以,例如也可以用一块第一钢板W1和一块第二钢板W2构成工件W。在该情况下,例如将一块第一钢板W1用作车身的内板,将一块第二钢板W2用作车身的外板。
在所述实施形态中,以位于重叠方向上的两端的两块钢板中的一块钢板是第一钢板W1a、并且另一块钢板是第二钢板W2的方式将三块钢板W1a、W1b、W2重叠起来。不过,只要以位于重叠方向上的两端的两块钢板中的至少一块钢板是第一钢板W1的方式将多块钢板W1、W2重叠起来就可以。在该情况下,让旋转工具7从第一钢板W1侧的面一边旋转,一边推压重叠起来的多块钢板W1、W2的被接合部分。
在所述实施形态中,将支撑部件8的直径设为大于旋转工具7的肩部7a的直径的值,也可以将该支撑部件8的直径设为与该肩部7a的直径相同的值,也可以将该支撑部件8的直径设为小于该肩部7a的直径的值。
在所述实施形态中,用肩部7a和销部7b构成了旋转工具7。不过,本发明并不限于所述结构,例如也可以用如图9所示的、有两个肩部的工具构成旋转工具,也可以用如图10所示的、旋涡状工具构成旋转工具。
本发明不被限定为实施形态,可以在不脱离本发明的精神或主要特征的状态下以其他各种各样的方式实施本发明。
如上所述,所述实施形态在任何意义上都只不过是例子,不得限定地解释本发明。本发明的范围,是由权利要求书所示的,而不受到说明书正文的任何约束。而且,属于权利要求书所述的内容的等同范围的变形和变更,都在本发明的范围内。
-工业实用性-
综上所述,本发明所涉及的摩擦点接合方法,能用于抑制接合时间变长,同时抑制镀上了金属的钢板的耐蚀性下降的用途等。

Claims (7)

1.一种摩擦点接合方法,将多块钢板重叠起来,让旋转工具一边旋转,一边推压所述重叠起来的多块钢板的被接合部分,利用由此产生的摩擦热让所述被接合部分进行塑性流动,从而以固相状态对所述被接合部分进行摩擦点接合,其特征在于:
将未镀的一块或多块第一钢板以及镀上了金属的一块或多块第二钢板作为所述多块钢板准备好,
以位于重叠方向上的两端的两块钢板中的至少一块钢板是所述未镀的第一钢板的方式将所述多块钢板重叠起来,让所述旋转工具从所述未镀的第一钢板侧的面一边旋转,一边推压所述重叠起来的多块钢板的被接合部分。
2.根据权利要求1所述的摩擦点接合方法,其特征在于:
准备好直径大于所述旋转工具的肩部直径的支撑部件,
以位于重叠方向上的两端的两块钢板中的一块钢板是所述未镀的第一钢板、另一块钢板是所述镀上了金属的第二钢板的方式将所述多块钢板重叠起来,以所述镀上了金属的第二钢板侧的面位于所述支撑部件侧的方式用所述支撑部件支撑所述重叠起来的多块钢板的被接合部分,让所述旋转工具从所述未镀的第一钢板侧的面一边旋转,一边推压所述被接合部分。
3.根据权利要求1或2所述的摩擦点接合方法,其特征在于:
所述第一钢板是高张力钢板;
所述第二钢板是软钢板。
4.根据权利要求3所述的摩擦点接合方法,其特征在于:
将来镀的一块高张力钢板和镀上了金属的一块软钢板作为所述多块钢板准备好。
5.根据权利要求4所述的摩擦点接合方法,其特征在于:
所述未镀的一块高张力钢板,被用作车身的内板;
所述镀上了金属的一块软钢板,被用作所述车身的外板。
6.根据权利要求3所述的摩擦点接合方法,其特征在于:
将未镀的两块高张力钢板和镀上了金属的一块软钢板作为所述多块钢板准备好,
依次重叠所述未镀的两块高张力钢板和所述镀上了金属的一块软钢板。
7.根据权利要求6所述的摩擦点接合方法,其特征在于:
所述未镀的两块高张力钢板,分别被用作车身的内板和增强用板;
所述镀上了金属的一块软钢板,被用作所述车身的外板。
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