CN102481628B - 半熔融或半凝固成形法 - Google Patents

Abstract

在该半熔融或半凝固成形法中，通过横浇道(54)，从柱状部向形成于成形模(2)内部的涡旋部材(50)的铸造空间即模腔(13)填充半熔融或半凝固金属。而且，其特征在于，横浇道(54)与柱状部交叉的角度即交叉角θ1为97°≤θ1≤135°，和/或横浇道(54)与柱状部交叉的倒角部分的曲率半径R与柱状部的截面积S的平方根

之比

为

Description

半熔融或半凝固成形法

技术领域

本发明涉及涡旋部材的半熔融或半凝固成形法。

背景技术

以往，在被称为触变压铸的半熔融成形法中，在作为原材料的圆柱状的坯料的表面，由于坯料暴露于空气中等，形成有水锈（氧化覆膜等）。因此，将坯料加热到半熔融状态，在模具中使用并挤压该半熔融金属而成形预定形状的产品时，这些水锈流入模具的模腔中的产品部分，可能形成内部缺陷。

由于该内部缺陷，可能在产品中产生铸巢，产生强度降低，所以，需要防止水锈流入模具的产品部分。

因此，在专利文献1（日本特许3686412号公报）所记载的成形装置中，为了去除坯料表面附近的水锈，在模具内的坯料最初接触的部分安装与模具分体的浇口部件。该浇口部件具有窄口的贯通孔，在半熔融金属流过该贯通孔时，去除坯料表面附近的水锈。

发明内容

但是，在专利文献1所记载的成形装置中，成形后的产品和浇口部件在连接状态下被固定，所以，需要在每1次的成形作业中将浇口部件插入模具，存在由于循环时间的增加而产生生产效率降低的问题。

并且，浇口部件的设置部位是高热的半熔融金属流入的位置，在成形条件上，成为温度、压力都最为严酷的场所。因此，浇口部件的损伤剧烈，部件寿命可能缩短。

并且，在每次的成形作业中需要浇口部件，所以，需要确保浇口部件的数量。并且，考虑多次使用时，还需要从产品取下浇口部件的作业。因此，工时、部件费用增加。

因此，作为不使用浇口部件而去除水锈的其他方法，本案申请人提出了如下方法：在半熔融金属流向模具的产品部的路径（所谓的横浇道）的中途，在弯折成L字的部位设置捕集水锈的部分（所谓的水锈捕集器）。

例如，在通过触变压铸来制造涡旋部件的情况下，从模具的模腔的产品部分中的、隔着端板位于螺旋状涡卷（lap）的相反侧的凸台部分，通过横浇道注入半熔融金属。

但是，在半熔融金属流过的路径的中途设置水锈捕集器的情况下，半熔融金属流过的横浇道成为与模具的凸台部分的侧方连接的形式，所以，当半熔融金属从横浇道流入凸台部分时，由于流路的急剧的角度变化，可能产生空气被卷入凸台部分的部分（所谓的卷入部）。

而且，即使在这种半熔融金属流过的路径的中途设置水锈捕集器的情况下，也难以完全去除水锈。

本发明的课题在于，提供如下的半熔融或半凝固成形法：在通过触变压铸来成形涡旋部件的情况下，减少凸台部分中的空气卷入部的产生。

本发明第1方面的半熔融或半凝固成形法是用于利用半熔融或半凝固金属铸造涡旋部材的成形法。涡旋部材具有：平板状的端板；涡卷状部分，其从端板的一个表面突出；以及柱状部，其从端板中的突出有涡卷状部分的一个表面的相反侧的另一个表面突出。在该成形法中，在形成于成形模内部的涡旋部材的铸造空间即模腔中，通过用于填充半熔融或半凝固金属的流路即横浇道，从柱状部向涡旋部材的成形模的模腔填充半熔融或半凝固金属。而且，在该成形法中，横浇道与柱状部交叉的角度即交叉角θ1为97°≤θ1≤135°，和/或横浇道与柱状部交叉的倒角部分的曲率半径R与柱状部的截面积S的平方根

之比

为

这里，横浇道与柱状部交叉的角度即交叉角θ1为97°≤θ1≤135°，和/或横浇道与柱状部交叉的倒角部分的曲率半径R与柱状部的截面积S的平方根

之比

由此，能够大幅减少在涡旋部件内部产生卷入空气的卷入部的情况。

本发明第2方面的半熔融或半凝固成形法在第1方面的半熔融或半凝固成形法中，所述横浇道）的一端与所述柱状部连接，其另一端与材料填充机构侧的材料剩余部连接，所述材料填充机构用于填充所述半熔融或半凝固金属，所述横浇道的长度L是从与所述柱状部连接的部分至所述材料剩余部为止的流路的中心线的长度，并且横浇道的长度L与柱状部的截面积S的平方根

之比

为

这里，横浇道的长度L与柱状部的截面积S的平方根

之比为

由此，能够抑制水锈流入涡旋部件的产品部分。

附图说明

图1是用于实施本发明的实施方式的半熔融或半凝固成形法的半熔融或半凝固成形装置的结构图。

图2是图1的成形后的涡旋部件、横浇道和半熔融/半凝固金属材料剩余部的平面图。

图3是图1的成形后的涡旋部件、横浇道和半熔融/半凝固金属材料剩余部的侧面图。

图4是示出图1的涡旋部件的成形中途的模腔内部的状态作为比较例的剖面图。

图5是示出在图4的成形中途形成的空气卷入部作为比较例的放大剖面图。

图6是示出通过本发明的实施方式的半熔融或半凝固成形法抑制了成形中途形成的空气卷入部的状态的放大剖面图。

图7是示出从横浇道与柱状部的交叉角减去90度后的角度和卷入量比的关系的曲线图。

图8是示出横浇道与柱状部交叉的倒角部分的曲率半径与凸台的截面积的平方根之比的关系的曲线图。

图9是示出卷入量比与不合格率比的关系的曲线图。

图10是示出横浇道的长度与柱状部的截面积的平方根之比的关系的曲线图。

图11是示出流入比与不合格率比的关系的曲线图。

图12是使用图1的成形装置的半熔融或半凝固成形方法的工序图，是初始状态的图。

图13是使用图1的成形装置的半熔融或半凝固成形方法的工序图，是合模过程的图。

图14是使用图1的成形装置的半熔融或半凝固成形方法的工序图，是材料注入过程的图。

图15是使用图1的成形装置的半熔融或半凝固成形方法的工序图，是填充过程的图。

图16是使用图1的成形装置的半熔融或半凝固成形方法的工序图，是填充完成的状态的图。

图17是使用图1的成形装置的半熔融或半凝固成形方法的工序图，是开模过程的图。

图18是使用图1的成形装置的半熔融或半凝固成形方法的工序图，是推出过程的图。

图19是使用图1的成形装置的半熔融或半凝固成形方法的工序图，是成形品取出过程的图。

具体实施方式

接着，参照附图说明本发明的半熔融或半凝固成形法的实施方式。

<半熔融或半凝固成形装置1的结构>

图1所示的用于进行半熔融或半凝固成形的半熔融或半凝固成形装置1（以下称为成形装置1）是用于成形涡旋压缩机的可动涡旋件、即涡旋部件50的成形装置，该涡旋部件50具有：涡卷状部分51；形成于涡卷状部分51的根部侧的板状的端板52；以及从端板52中的与涡卷状部分51相反一侧突出的柱状部即凸台53。

成形装置1具有涡旋部件用成形模2（以下称为成形模2）、涡卷用推杆3、嵌件或滑动模5、材料填充机构6、推杆驱动机构7以及基架8。

在该成形装置1中，通过材料填充机构6施加压力，从而向成形模2内部填充铁系的半熔融或半凝固金属材料即半熔融/半凝固金属材料C，由此，能够对涡旋部件50进行模成形。

在成形了涡旋部件50后，通过未图示的驱动构件将构成成形模2的一个可动模11沿着基架8从另一个固定模12拉开（参照图17）。然后，通过推杆驱动机构7将涡卷用推杆3和追加推杆9推入可动模11内部，由此，能够从可动模11内部取出涡旋部件50（参照图18）。

下面，在其他项目中更加详细地说明成形模2、涡卷用推杆3以及嵌件或滑动模5。

<涡旋部件用成形模2和嵌件或滑动模5的结构>

如图1所示，成形模2具有沿着基架8往复移动的可动模11、以及固定在基架8上的固定模12。

并且，成形装置1还具有嵌件或滑动模5，以便在可动模11和固定模12结合时形成的涡旋部件50的形状的铸造空间即模腔13中，形成用于填充半熔融或半凝固金属材料的流路即横浇道54。

嵌件或滑动模5配置于模腔13与横浇道54之间，是与成形模2的可动模11和固定模12分体的部件。

嵌件或滑动模5配置于模腔13与横浇道54之间，以便形成横浇道54，该横浇道54是用于从平板部分即端板52中的突出有突出部分即涡卷状部分51的第1表面52a的相反侧的第2表面52b沿端板52的板厚方向填充半熔融或半凝固金属的流路。

例如，在滑动模5的情况下，能够沿着与横浇道54的延伸方向不同的方向往复移动，在本实施方式中，能够沿着与横浇道54的延伸方向正交的垂直于图1的纸面的方向往复移动，由此，能够相对于固定模12内部插入和脱离。并且，在嵌件5的情况下，相对于固定模12，沿着与横浇道54的延伸方向正交的垂直于图1的纸面的方向插入或者从图1的左方向插入均可。

并且，能够在横浇道54的屈曲部设置水锈捕集器ST，以便去除脱碳层和氧化水锈。例如，如图1所示，水锈捕集器ST从材料剩余部55以线状或圆弧状突出设置，但是，本发明不限于此，可以对水锈捕集器的位置和形状进行各种变更。

如图1所示，可动模11的用于形成涡旋部件50的模腔13中具有用于形成涡卷状部分51的涡卷状槽13a、以及用于形成端板52的平板状槽13b。

如图1所示，固定模12的用于形成涡旋部件50的模腔13中具有用于形成突出的柱状部即凸台53的柱状槽13c。进而，固定模12具有用于形成横浇道54的横浇道槽13d。

可动模11固定于可动台板21，与可动台板21一起在基架8上往复移动。固定模12固定于固定台板22，且在基架8上静止。

<涡卷用推杆3的结构>

图1所示的涡卷用推杆3安装于推杆驱动机构7，且能够通过形成于可动模11的贯通孔15，在模腔13的涡卷状槽13a的前端出没。

涡卷用推杆3在涡旋部件50的成形后，推压涡旋部件50的涡卷状部分51的前端51a，能够从可动模11推出涡旋部件50。

<半熔融或半凝固成形法的概要>

在本实施方式的半熔融或半凝固成形法中，在形成于成形模2内部的作为成形品即涡旋部件50的铸造空间的模腔13中，从端板52中的突出有涡卷状部分51的第1表面52a的相反侧的第2表面52b沿端板52的板厚方向填充半熔融或半凝固金属。因此，不是从端板52的周缘，而是从未形成涡卷状部分51的背侧表面即第2表面52b供给，所以，能够顺畅地在模腔13全体填充半熔融或半凝固金属，其结果，能够防止填充不良、空气卷入或冷隔的产生。

并且，在本实施方式中成形的涡旋部件50是可动涡旋件，具有从端板52中的突出有涡卷状部分51的第1表面52a的相反侧的第2表面52b突出的柱状部即凸台53。因此，通过用于在模腔13中填充半熔融或半凝固金属的流路即横浇道54，从位于端板52中心的柱状部的凸台53向涡旋部件50的成形模2的模腔13填充半熔融或半凝固金属。

这样，从涡旋部件50的柱状部即凸台53进行填充，所以，能够顺畅地在模腔13全体（特别是形成端板52的平板状槽13b全体）填充半熔融或半凝固金属。

另外，成形后的横浇道54的一端与柱状部即凸台53连接，另一方面，其另一端与材料填充机构6侧的材料剩余部55连接。因此，如图13所示，成形后的涡旋部件50在从成形模2取出后，切除横浇道54和材料剩余部55。

为了去除从材料填充机构6出来后的半熔融/半凝固金属材料C表面的脱碳层或氧化水锈，材料填充机构6不配置于柱状部即凸台53的正后方，而是离开横浇道54的量进行配置。由此，从半熔融/半凝固金属材料C表面去除的水锈主要滞留在设于材料剩余部55和横浇道54中途的水锈捕集器ST中，所以，涡旋部件50中很少混入杂质。

并且，在本实施方式中，在横浇道54与模腔13之间，从与横浇道54的延伸方向不同的方向插入与成形模2分体的嵌件或滑动模5，然后，在成形模2中填充半熔融或半凝固金属。这样，通过将与成形模2分体的嵌件或滑动模5插入固定模12，能够使横浇道54延长到模腔13（特别是端板52的部分）的中心，能够有效防止填充不良、空气卷入或冷隔的产生。

<关于卷入部的减少>

这里，在半熔融/半凝固金属材料C流过的路径的中途设置水锈捕集器ST（参照图1）的情况下，如图4～5所示，在通过触变压铸来制造涡旋部件50的情况下，在形成有横浇道54的横浇道槽13d中流过的半熔融/半凝固金属材料C流入模具的产品部分中的用于形成柱状部即凸台53的圆柱状槽13c时，流路的角度急剧变化，所以，在柱状部即凸台53的内部可能产生空气被卷入的部分即卷入部A。这种卷入部A的产生成为涡旋部件50的产品不良的原因。

因此，在本实施方式中，为了减少卷入部A的产生，如图3所示，横浇道54与柱状部的凸台53交叉的角度即交叉角θ1为97°≤θ1≤135°，和/或横浇道54与柱状部即凸台53交叉的倒角部分的曲率半径R与柱状部即凸台53的截面积S的平方根

之比

为

通过设定为该条件，能够大幅减少卷入部A的产生。

具体而言，根据图7所示的曲线图，如果横浇道54与柱状部即凸台53的交叉角θ1从直角（90°）前进的角为7°～45°的范围（即97°≤θ1≤135°的范围），则与交叉角θ1为直角（图7的曲线图的角度0°）时的基准值1相比，卷入量的判定值即卷入量比ra减少到0.5以下。

这里，卷入量比ra是指，改变交叉角θ1时的舌部TP的截面积与交叉角θ1为直角（图7的曲线图的角度0°）时形成的包围卷入部A的舌部TP（参照图5）的截面积之比。

更详细而言，舌部TP的截面积是在柱状部即凸台53的纵剖面观察时的舌部TP的纵剖面的截面积。作为舌部TP的截面积的求解方法，例如，通过计算机模拟，从产生半熔融/半凝固金属材料C在圆柱状槽13c内部封闭空气的区域的时刻开始，按照1/100秒叠加正在成长的舌部TP的纵截面积，由此，求出与舌部TP的截面积相当的面积量。

这里，存在如下关系：随着交叉角θ1的增大，成形涡旋部件50时的横浇道54的长度增大，但是，当横浇道54的长度过大时，材料的浪费增多，并且模具尺寸也增大等，在实施方面是不优选的。在考虑这些实施方面的制约的情况下，优选交叉角θ1在实施方面的最大值为105°（图7的曲线图的角度15°），因此，交叉角θ1在实施方面更加优选的范围为97°≤θ1≤105°的范围。

另一方面，根据图8所示的曲线图可知，如果设横浇道54与柱状部即凸台53交叉的倒角部分的曲率半径R与柱状部即凸台53的截面积S的平方根

之比

为

则与直角（图8的曲线图的角度0°）时的基准值1相比，卷入量比ra减少到0.5以下。

这里，图8的曲线图中的柱状部即凸台53的截面积S采用涡旋部件50中的用作最终进行切削精加工后作为产品的产品部分PS（图3参照）的部分的端部的面积即端面积。

接着，根据图9所示的曲线图可知，如果图7～8的卷入量比ra减少到0.5以下，则次品产生的判定值即不合格率比rb也能够减少到0.6以下的程度的值。

这里，不合格率比rb是指，改变交叉角θ1时的各个次品产生比例与交叉角θ1为直角（图7的曲线图的角度0°）时的次品产生比例之比。

以上，交叉角θ1为97°≤θ1≤135°，和/或横浇道54与柱状部即凸台53交叉的倒角部分的曲率半径R与柱状部即凸台53的截面积S的平方根

为

通过设定为该条件，能够大幅减少卷入部A的产生，还能够减少次品产生比例。

另外，关于端板52与柱状部即凸台53之间的角部58的圆角（半径）、以及柱状部即凸台53与横浇道54之间的外侧的角部59的圆角（半径），是设计事项，适当选定即可，与卷入部A的产生不良没有特别的关系。

<关于水锈流入的抑制>

但是，如上所述，即使在与半熔融/半凝固金属材料C流过的横浇道54对应的横浇道槽13c的中途设置水锈捕集器ST的情况下，也难以完全去除水锈。

因此，在本实施方式中，为了抑制水锈流入涡旋部件50中的最终进行切削精加工后用作产品的产品部分PS，横浇道54的长度L与图3所示的柱状部即凸台53的截面积S的平方根

之比

为

通过设定为该条件，能够大幅抑制水锈流入涡旋部件50的产品部分PS。

具体而言，根据图10所示的曲线图，如果横浇道54的长度L与柱状部即凸台53的截面积S的平方根

之比

为

则与

时的基准值1相比，水锈流入的判定值即流入比rc急剧减少。并且，根据图11所示的曲线图，伴随流入比rc的降低，不合格率比rb也减少。

这里，流入比rc是指，改变L（即改变

）时的各个流入量与

时的针对产品部分PS的水锈流入量之比。

另外，图10的曲线图中的路径长度是横浇道54的长度L，在测定上，采用到达图3的产品部分PS的路径长度。

这里，存在如下关系：随着

的增大，成形涡旋部件50时的横浇道54的长度增大，但是，当横浇道54的长度过大时，材料的浪费增多，并且模具尺寸也增大等，在实施方面是不优选的。在考虑这些实施方面的制约的情况下，优选

在实施方面的最大值为3.28，因此，

在实施方面更加优选的范围为的范围。

<半熔融或半凝固成形法的步骤>

接着，参照图12～图19说明使用实施方式的成形装置1的半熔融或半凝固成形法。

首先，从图12所示的初始状态起，如图13所示，使可动模11沿着基架8移动，连接可动模11和固定模12而形成模腔13（合模过程）。

接着，如图14所示，在材料填充机构6中投入半熔融/半凝固金属材料C（材料注入过程）。

接着，如图15所示，通过液压或空气压使材料填充机构6的柱塞6a移动，施加压力而在成形模2内部填充半熔融/半凝固金属材料C（填充过程）。此时，填充中途的半熔融/半凝固金属M通过横浇道槽13d填充到模腔13中。

接着，如图16所示，完成在模腔13的全体中填充半熔融/半凝固金属M，然后，在半熔融/半凝固金属M冷却并硬化时，在模腔13内部成形有成形后的涡旋部件50（填充完成）。成形后的涡旋部件50与形成于横浇道槽13d内部的横浇道54和材料剩余部55连接。

接着，如图17所示，使可动模11沿着基架8移动，以使可动模11从固定模12脱离，打开成形模2（开模过程）。此时，嵌件或滑动模5成为夹在涡旋部件50与横浇道54之间的状态。

接着，如图18所示，在使用嵌件作为嵌件或滑动模5的情况下，驱动推杆驱动机构7，使涡卷用推杆3从可动模11的涡卷状槽13a内部突出，由此，涡卷用推杆3推压涡旋部件50的涡卷状部分51。并且，通过推杆驱动机构7的驱动，追加推杆9也从可动模11突出而推压材料剩余部55。由此，能够从可动模11内部推出成形后的涡旋部件50、横浇道54、材料剩余部55和嵌件5成为一体的部件（推出过程）。并且，在推出的同时，柱塞6a返回初始位置。

另一方面，在使用滑动模作为嵌件或滑动模5的情况下，在驱动推杆驱动机构7之前，使用将滑动模5设于可动模11等的滑动模驱动机构（未图示）等，沿着垂直于图18的纸面的方向，将滑动模5分割为两部分并使它们向相互远离的方向移动，从而打开滑动模5。然后，驱动推杆驱动机构7，能够从可动模11内部推出成形后的涡旋部件50、横浇道54和材料剩余部55成为一体的部件。

最后，如图19所示，从成形模2内部取出成形后的涡旋部件50、横浇道54、材料剩余部55和嵌件5成为一体的部件（成形品取出过程）。此时，涡卷用推杆3和追加推杆9返回到图12的初始状态。

成形后的涡旋部件50在横浇道54与柱状部即凸台53的边界部分被切断，从横浇道54和材料剩余部55分离。并且，夹在涡旋部件50与横浇道54之间的嵌件5也分离。

关于涡旋部件50的最后的精加工，通过立铣刀、轴形磨具、空气研磨具等实施表面精加工，由此，能够精加工成涡旋部件50的完成品所要求的尺寸和表面粗糙度。

<特征>

（1）

在本实施方式中，横浇道54与柱状部即凸台53交叉的角度即交叉角θ1为97°≤θ1≤135°，和/或横浇道54与柱状部即凸台53交叉的倒角部分的曲率半径R与柱状部即凸台53的截面积S的平方根

之比

为

由此，能够大幅减少在涡旋部件50的内部产生卷入空气的卷入部A的情况。其结果，涡旋部件的触变压铸中的产品合格率提高。并且，还能够大幅减少触变压铸后的切削精加工的劳力和时间。

（2）

并且，在本实施方式中，横浇道54的长度L与柱状部即凸台53的截面积S的平方根

之比为

由此，能够抑制水锈流入涡旋部件50的产品部分PS。其结果，能够进一步提高涡旋部件50的产品合格率。

（3）

并且，在本实施方式中，在形成于成形模2内部的作为成形品即涡旋部件50的铸造空间即模腔13中，从端板52中的突出有涡卷状部分51的第1表面52a的相反侧的第2表面52b，沿着端板52的板厚方向填充半熔融/半凝固金属。因此，不是从端板52的周缘，而是从未形成涡卷状部分51的背侧表面即第2表面52b供给，所以，能够顺畅地在模腔13全体填充半熔融或半凝固金属，其结果，能够防止填充不良、空气卷入或冷隔的产生。

（4）

而且，在本实施方式中，成形的涡旋部件50是可动涡旋，具有从端板52中的突出有涡卷状部分51的第1表面52a的相反侧的第2表面52b突出的柱状部即凸台53。因此，在本实施方式的成形法中，通过横浇道54，从柱状部即凸台53的部分向涡旋部件50的成形模2的模腔13填充半熔融或半凝固金属。这样，从涡旋部件50的柱状部即凸台53进行填充，所以，能够顺畅地在模腔13全体（特别是形成端板52的平板状槽13b全体）填充半熔融或半凝固金属，能够更加有效地防止填充不良，能够制造高品质的涡旋部件50。

产业上的可利用性

本发明能够应用于经由横浇道利用半熔融或半凝固金属进行铸造的半熔融或半凝固成形法，以便铸造具有隔着端板从涡卷状部分的相反侧的表面突出的柱状部的形状的涡旋部件。因此，只要是具有突出的柱状部的形状的涡旋部件，固定涡旋件也能够通过本发明的成形法成形。并且，即使在成形后去除柱状部的情况下，也能够应用本发明的成形法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许3686412号公报

Claims (2)

1.一种半熔融或半凝固成形法，该方法用于利用半熔融或半凝固金属铸造涡旋部材（50），所述涡旋部材（50）具有：平板状的端板（52）；涡卷状部分（51），其从所述端板（52）的一个表面突出；以及柱状部，其从所述端板（52）中的突出有所述涡卷状部分（51）的一个表面的相反侧的另一个表面突出，

在所述半熔融或半凝固成形法中，在形成于成形模（2）内部的所述涡旋部材（50）的铸造空间即模腔（13）中，通过用于填充所述半熔融或半凝固金属的流路即横浇道（54），从所述柱状部的部分向所述涡旋部材（50）的成形模（2）的模腔（13）填充半熔融或半凝固金属，

所述半熔融或半凝固成形法的特征在于，

所述横浇道（54）与所述柱状部交叉的角度即交叉角θ1为97°≤θ1≤135°，和/或所述横浇道（54）与所述柱状部交叉的倒角部分的曲率半径R与所述柱状部的截面积S的平方根

之比

为

2.根据权利要求1所述的半熔融或半凝固成形法，其中，

所述横浇道（54）的一端与所述柱状部连接，其另一端与材料填充机构（6）侧的材料剩余部（55）连接，所述材料填充机构（6）用于填充所述半熔融或半凝固金属，

所述横浇道（54）的长度L是从与所述柱状部连接的部分至所述材料剩余部（55）为止的流路的中心线的长度，并且

所述横浇道（54）的长度L与所述柱状部的截面积S的平方根

之比

为 $3\&le;L/\sqrt{\mathrm{}}S\&le;5.6.$

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