CN102666016A - 具有卷耳部的板簧装置、板簧装置的制造方法及喷丸加工装置 - Google Patents

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Abstract

板簧装置(10)包括在端部具有卷耳部(12)的板簧(11)以及被压入卷耳部(12)内的衬套(20)。对卷耳部(12)的内表面(30)利用铰刀等进行切削加工，且实施喷丸加工。该喷丸加工引起的卷耳内表面(30)的压缩残留应力分布为：包含卷耳部(12)的卷绕起始部(31)的第一区域(S1)的压缩残留应力的绝对值(τ1)和包含卷耳部(12)的卷绕中间点(32)的第二区域(S2)的压缩残留应力的绝对值(τ2)比卷耳内表面(30)的其他区域(S3)的压缩残留应力的绝对值(τ3)大。

Description

具有卷耳部的板簧装置、板簧装置的制造方法及喷丸加工装置
技术领域
本发明涉及在车辆的悬架机构等中使用的、具有卷耳部(eye)的板簧装置、板簧装置的制造方法以及用于卷耳部的喷丸加工装置。
背景技术
在车辆的悬架机构中使用的板簧装置包括：在端部具有卷耳部(eye)的钢制的板簧；以及插入该板簧的卷耳部内的衬套等。该板簧装置通过衬套安装于车体侧的构件。此外，为了提高板簧的使用寿命，进行喷丸加工。在喷丸加工中，例如使由钢丝切丸等构成的许多弹丸高速地击打板簧的表面，使板簧的表面产生压缩残留应力。为了提高卷耳部的使用寿命，有时也对卷耳部的内表面进行喷丸加工。
例如，已知有使用以下专利文献1记载的喷丸加工装置对卷耳部的内表面施加压缩残留应力的情况。在该公知技术中记载了以下内容：在卷耳部的内侧插入弹丸喷嘴和弹丸反射构件。弹丸从上述弹丸喷嘴射向弹丸反射构件。从弹丸喷嘴射出的弹丸被弹丸反射构件反射而与卷耳部的内表面碰撞。在该专利文献1中，通过对卷耳部的下部集中进行喷丸加工，能抑制卷耳部的疲劳破坏和滞后破坏。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平5―138535号公报(特公平7―36982号公报)
发明内容
发明所要解决的问题
如专利文献1的图1等中所揭示的那样，只要对整个卷耳部的内表面进行喷丸加工就能提高卷耳部的使用寿命。但是，若对整个卷耳部的内表面均匀地投射弹丸，则对提高使用寿命的效果较小的区域也要投射大量的弹丸。因此，不仅需要花费较长的喷丸加工时间，而且还违背节能的要求。
在专利文献1的图9中揭示了对卷耳部的下部集中投射弹丸的情况。在此情况下，尽管在抑制疲劳破坏方面确认有效果，但根据卷耳部的不同，有时抑制滞后破坏的效果较小。例如，在由SUP11等弹簧钢所构成的高强度板簧中，有时压入卷耳部内的衬套的外径比卷耳部的内径大0.5mm以上。对于这样的板簧，仅对卷耳部的下部集中进行喷丸加工，有时在抑制衬套压入后的滞后破坏方面效果较小。
因此，本发明的目的在于提供能抑制压入了衬套的卷耳部的疲劳破坏和滞后破坏的板簧装置、喷丸加工装置及板簧装置的制造方法。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的板簧装置包括：板簧，该板簧在端部具有卷成圆形的卷耳部；以及衬套，该衬套被压入所述卷耳部内，在所述卷耳部的内侧具有实施了切削加工和喷丸加工的卷耳内表面，且关于所述卷耳内表面的圆周方向的压缩残留应力分布，具有以下的压缩残留应力分布：包含该卷耳部的卷绕起始部的第一区域的压缩残留应力的绝对值和包含经过卷耳中心的铅垂线上的卷绕中间点的第二区域的压缩残留应力的绝对值比该卷耳内表面的其他区域的压缩残留应力的绝对值大。
本发明的板簧装置的制造方法包括：通过将板簧的端部卷成圆形来形成卷耳部的工序；通过切削所述卷耳部的内表面来将该卷耳内表面精加工成圆形，且除去附着于该卷耳内表面的氧化被膜的切削工序；在进行了所述切削工序之后实施的内表面喷丸加工工序；以及在所述内表面喷丸加工工序之后，将外径比该卷耳部的内径大的衬套压入所述卷耳部的工序。在所述内表面喷丸加工工序中，通过对所述卷耳内表面投射弹丸来对所述卷耳内表面施加压缩残留压力，且关于该卷耳内表面的圆周方向的压缩残留应力分布，使包含该卷耳部的卷绕起始部的第一区域的压缩残留应力的绝对值和包含经过卷耳中心的铅垂线上的卷绕中间点的第二区域的压缩残留应力的绝对值比该卷耳内表面的其他区域的压缩残留应力的绝对值大。
用于对所述卷耳内表面进行喷丸加工的喷丸加工装置包括：弹丸喷嘴，该弹丸喷嘴插入所述卷耳部的内侧；以及弹丸反射构件，该弹丸反射构件具有与所述弹丸喷嘴相对的反射面，利用该反射面将从所述弹丸喷嘴投射来的弹丸反射向所述卷耳内表面，所述反射面的形状构成为：使朝向所述第一区域和第二区域反射的弹丸量比朝向所述其他区域反射的弹丸量多。
在该喷丸加工装置中，所述反射面与所述弹丸反射构件的轴线所构成的角度设定为如下的角度：使在该反射面进行反射的弹丸的投射角超过0°、且在45°以下。
发明的效果
根据本发明，在卷耳部中压入有衬套的板簧装置中，能对卷耳部的在抑制疲劳破坏和滞后破坏方面有效的部位施加足够的压缩残留应力，能提高卷耳部的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施方式1所涉及的板簧装置的主视图。
图2是将图1所示的板簧装置的卷耳部放大表示的主视图。
图3是表示图2所示的卷耳部与衬套分离的状态的剖视图。
图4是仅表示图2所示的卷耳部的主视图。
图5是图2所示的卷耳部和用于切削加工的工具的一部分的侧视图。
图6是图2所示的卷耳部和用于进行内表面喷丸加工的装置的一部分的侧视图。
图7是本发明实施方式2所涉及的喷丸加工装置的弹丸反射构件的立体图。
图8是图7所示的弹丸反射构件的侧视图。
图9是本发明实施方式3所涉及的喷丸加工装置的弹丸反射构件的立体图。
图10是图9所示的弹丸反射构件的主视图。
图11是表示本发明实施方式4所涉及的喷丸加工装置的侧视图。
图12是图11所示的喷丸加工装置的弹丸反射构件的立体图。
图13是图12所示的弹丸反射构件的主视图。
图14是本发明实施方式5所涉及的弹丸反射构件的立体图。
图15是表示本发明实施方式6所涉及的喷丸加工装置的侧视图。
具体实施方式
以下，参照图1至图6对本发明实施方式1所涉及的板簧装置及其制造方法进行说明。
图1所示的板簧装置10例如在汽车等车辆的悬架机构中使用。该板簧装置10包括：在两端具有卷耳部12的钢制的板簧11；以及压入卷耳部12内的衬套20。
板簧11安装于未图示的车辆的悬架机构部，以弹性支承车辆的载荷。因此，对卷耳部12不仅施加有车辆作用于弹簧上的重量，并且对卷耳部12反复作用有车辆加速或减速时的拉伸应力。一般而言，通过在板簧11的厚度方向上重叠子板(未图示)来构成重叠板簧装置。
板簧11的材料(弹簧钢)的一个示例为SUP11。化学成分(mass%)的一个示例为C：0.56～0.64、Si：0.15～0.35、Mn：0.70～1.00、P：0.035以下、S：0.035以下、Cr：0.70～1.00、B：0.0005以上、剩余部分为Fe。不过，也可以使用此外的钢种的弹簧钢。
如图2和图3所示，衬套20的一个示例由金属制的外筒21、内筒22、弹性构件23所构成。弹性构件23由橡胶等弹性材料构成，并设置在外筒21与内筒22之间。对该板簧11进行淬火和回火等热处理。
设于板簧11两端部的一对卷耳部12之间的区域成为带状的弹簧片部11a。换言之，在弹簧片部11a的两端形成有上述卷耳部12。本实施方式的卷耳部12从弹簧片部11a的两端朝上侧卷成圆形。即，该卷耳部12是上卷卷耳(up-turned eye)。在卷耳部12的板端12a与弹簧片部11a的上表面之间形成有稍许的间隙G。
利用第一喷丸加工装置25(图1中示意表示一部分)对板簧11的表面进行喷丸加工。第一喷丸加工装置25一边移动板簧11一边沿高速旋转的叶轮的切线方向投射弹丸26。通过使弹丸26击打板簧11的全周，从而在板簧11的外表面产生压缩残留应力。
如图4所示，在卷耳部12的内侧形成有卷耳内表面30。对该卷耳内表面30进行后述的切削加工和喷丸加工。卷耳内表面30具有第一区域S1(图2和图4中由下侧的影线所表示的部分)和第二区域S2(图2和图4中由上侧的影线所表示的部分)。第一区域S1包含卷绕起始部31。
第二区域S2包含经过卷耳中心C1的铅垂线V上的卷绕中间点32。第二区域S2包含从卷绕中间点32朝卷绕起始部31一侧后退θ角度的位置P1。角度θ约为20°。第二区域S2相对于第一区域S1夹着卷耳中心C1位于相反侧，即位于卷耳内表面30的最上部。
如图5所示，利用使用铰刀等切削工具40的切削加工将卷耳内表面30精加工成圆形。在该切削加工中，使切削工具40一边旋转一边插入卷耳部12。利用该切削加工能提高卷耳内表面30的圆度。而且，利用该切削加工，能将卷耳内表面30精加工成卷耳内表面30的内径D1比衬套20的外径D2稍小。例如，D1与D2之差例如为0.7mm以下。
利用在上述切削加工之后实施的内表面喷丸加工工序，对卷耳内表面30施加压缩残留应力。在内表面喷丸加工工序中，使用图6所示的第二喷丸加工装置50。第二喷丸加工装置50包括：插入卷耳部12的弹丸喷嘴51；弹丸反射构件52；驱动机构53；压缩空气的供给源54；弹丸供给源55；以及弹丸供给软管56。弹丸反射构件52通过轴57固定于弹丸喷嘴51。弹丸反射构件52的反射面58配置于与弹丸喷嘴51的喷射口相对的位置。驱动机构53具有使弹丸喷嘴51和弹丸反射构件52沿卷耳部12的轴线方向(图6中用箭头X1表示的方向)移动的功能。
另外，也可以将弹丸喷嘴51和弹丸反射构件52设为固定的状态，使卷耳部12沿图6中箭头X2所示的方向进行相对移动。总之，驱动机构53只要能使弹丸反射构件52和弹丸喷嘴51沿卷耳部12的轴线方向相对于卷耳内表面30进行相对移动即可。
弹丸反射构件52的一个示例呈与弹丸喷嘴51同心配置的三角锥形的锥体形状。从弹丸喷嘴51投射出来的弹丸60在弹丸反射构件52的反射面上进行反射。反射后的弹丸60的方向改变为弹丸反射构件52的径向，从而投射到卷耳内表面30上。作为弹丸60的示例，有弹丸尺寸(粒径)为φ1.3mm的球状钢丝切丸，或弹丸尺寸为φ1.0mm的钢丝切丸。将该弹丸60以高速(例如投射速度76.7m／sec)射向卷耳内表面30。投射压力的一个示例为0.5MPa，投射量例如为200g／秒，投射时间为3～30秒。
已知若对具有卷耳部12的板簧装置10进行疲劳破坏试验，则疲劳破坏主要在第一区域S1产生。但是，本发明人员经过努力研究，结果得到了以下认识：在卷耳部12以较大的力压入有衬套20的情况下，关于滞后破坏，对第二区域S2的喷丸加工特别有效。为此，除了第一区域S1以外，对第二区域S2也重点进行了喷丸加工。
例如，如图6所示，在第一喷丸加工工序中，使弹丸喷嘴51和弹丸反射构件52的中心线C3相对于卷耳部12的中心线C2向第一区域S1一侧偏离偏移量T。在该状态下，使弹丸喷嘴51和弹丸反射构件52沿轴线方向X1移动。
在第二喷丸加工工序中，使弹丸喷嘴51和弹丸反射构件52的中心线C3相对于卷耳部12的中心线C2向第二区域S2一侧偏移。在该状态下，使弹丸喷嘴51和弹丸反射构件52沿轴线方向X1移动。
通过实施上述第一喷丸加工工序和第二喷丸加工工序，能使第一及第二区域S1、S2的压缩残留应力大于其他区域S3的压缩残留应力。
另外，也可以改变弹丸反射构件52的形状，以使弹丸集中投射到第一区域S1和第二区域S2。例如，图7和图8中示出了实施方式2所涉及的弹丸反射构件52。该弹丸反射构件52具有两个反射面58。被各反射面58反射的弹丸60集中射向第一及第二区域S1、S2。
图9和图10表示实施方式3的弹丸反射构件52。该弹丸反射构件52具有一对主反射面58和一对副反射面59。被主反射面58反射的大量弹丸60集中射向第一及第二区域S1、S2，被副反射面59反射的少量弹丸60射向其他区域S3。
图11至图13表示实施方式4所涉及的喷丸加工装置50’。该喷丸加工装置50’中，弹丸喷嘴51与弹丸反射构件52分开构成。弹丸反射构件52具有一对反射面58。这些反射面58与弹丸喷嘴51相对。在卷耳部12和弹丸喷嘴51固定的情况下，使弹丸反射构件52沿轴线X1方向移动。在弹丸喷嘴51和弹丸反射构件52固定的情况下，构成为使卷耳部12沿箭头X2所示的方向进行相对移动。除此之外与图6所示的实施方式1的喷丸加工装置50相同，因此省略说明。
将反射面58与弹丸反射构件52的轴线C3所构成的角度设为α。将该角度α设定为小于45°(α＜45°)以使弹丸的投射角β为0＜β≤45°。投射角β是弹丸的投射方向相对于被投射面(卷耳内表面30)的法线Z所构成的角度。若投射角β超过45°，则与被投射面(卷耳内表面30)碰撞的弹丸的投射能量显著减少，因此，喷丸加工效果显著下降。
在弹丸的投射角β为0°的情况下，朝向被投射面(卷耳内表面30)的弹丸60与被投射面(卷耳内表面30)所反射回的弹丸60a发生干扰。在此情况下，弹丸的投射能量抵消，因此，喷丸加工的效果显著下降。因此，投射角β优选为0°以上。不过，在从反射面58至卷耳内表面30的距离较大的情况下，被卷耳内表面30反射回的弹丸60a与朝向卷耳内表面30的弹丸60的干扰实际上不成为问题，因此，投射角β也可以是0°。
在该实施方式4的情况下，也可以如图13所示，使弹丸反射构件52绕轴线(箭头R所示的方向)在例如0～45°的范围内往复转动。由此，能使弹丸集中于第一区域S1和第二区域S2，且使弹丸也能投射到其他区域S3。
图14表示实施方式5的弹丸反射构件52。该弹丸反射构件52具有一对主反射面58和一对副反射面59。被主反射面58反射的大量弹丸60集中射向第一及第二区域S1、S2，被副反射面59反射的少量弹丸60射向其他区域S3。
图15表示实施方式6所涉及的喷丸加工装置50”。该喷丸加工装置50”的弹丸反射构件52具有仅朝一个方向倾斜的反射面58。反射面58与弹丸反射构件52的轴线C3所构成的角度α小于45°。即，对反射面58的角度α进行设定，以使弹丸相对于被投射面(卷耳内表面30)的法线Z的投射角β为0＜β≤45°。反射面58的面积比弹丸喷嘴51的弹丸投射面积大。
在实施方式6所涉及的喷丸加工装置50”的情况下，通过使弹丸反射构件52绕轴线C3旋转，能在一定程度上吸收轴线C3相对于弹丸喷嘴51的偏差。第一及第二区域S1、S2是想使压缩残留应力大于其他区域S3的部位。在将弹丸射向这些区域S1、S2时，通过降低弹丸反射构件52的旋转速度，重点地进行喷丸加工。在将弹丸射向其他区域S3时，通过加快弹丸反射构件52的旋转速度，进行短时间的喷丸加工。由此，能对卷耳内表面30的圆周方向施加所希望的压缩残留应力分布。对于除此之外的结构和作用，实施方式6的喷丸加工装置50”与图11的喷丸加工装置50相同，因此，省略说明。
板簧装置10的卷耳部12在其成形时被加热，因此，在表面产生被称为黑皮的氧化被膜。对卷耳内表面30不进行上述切削加工，而在残留黑皮的状态下进行喷丸加工，对这种情况下的压缩残留应力进行了测定。测定结果是第一区域S1的压缩残留应力为-408MPa。与此相对，对卷耳内表面30进行上述切削加工，在除去了黑皮的状态下进行喷丸加工，对这种情况下的压缩残留应力也进行了测定。测定结果为-498MPa，与在残留黑皮的状态下进行喷丸加工的情况相比，得到绝对值高90MPa的值。另外，作为本领域的惯例，对压缩残留应力值用负值来表示。这样，通过在对卷耳部12进行切削加工之后实施内表面喷丸加工，能更有效地体现第一及第二区域S1、S2的压缩残留应力。
此处，将第一区域S1的压缩残留应力的绝对值设为τ1，将第二区域S2的压缩残留应力的绝对值设为τ2，将圆周方向的其他区域S3的压缩残留应力的绝对值设为τ3。利用上述内表面喷丸加工工序所施加的卷耳内表面30的圆周方向的压缩残留应力分布为：τ1和τ2比τ3大例如5～10%以上。例如，第一及第二区域S1、S2的压缩残留应力为-498MPa以上。其他区域S3的压缩残留应力为-400MPa左右。另外，若压缩残留应力分布的斜率过大，则斜率较大的部位有时会成为破损的起点。因此，使压缩残留应力分布的斜率平缓较好。
如上所述，通过提高第二区域S2的压缩残留应力值，能改善压入了衬套20的状态下的卷耳部12的滞后破坏。为了调查卷耳部12的滞后破坏，进行了卷耳部12的滞后破坏试验。试验条件如下：将压入了相当于衬套的金属件的卷耳部12浸渍在强酸性(pH1.0)的硫酸液中，测定了至破坏为止的时间。其结果是，现有的卷耳部在短时间(10分钟～30分钟)内产生了滞后破坏。与此相对，确认了本实施方式的卷耳部12的滞后破坏在5个小时以上才发生，滞后破坏得到了大幅度的改善。而且，根据本实施方式的内表面喷丸加工工序，与对卷耳内表面30的全周均等地投射弹丸的情况相比，能节约投射所需的能量。
在上述内表面喷丸加工工序结束之后，将衬套20压入卷耳部12。衬套20的外径D2(如图2所示)比卷耳部12在插入衬套20之前的自由状态下的内径D1稍大。D1与D2之差例如为0.5～0.7mm左右。因此，在压入衬套20的状态下，该卷耳部12在比上述自由状态稍许扩径的状态下，将衬套20收纳在卷耳部12的内侧。
卷耳内表面30在压入衬套20之前预先进行了上述切削工序，因此，能提高卷耳内表面30的圆度和表面精度。而且，通过上述切削工序，卷耳部12的内径D1被精加工为比衬套20的外径D2稍大。因此，能使衬套20的全周与卷耳内表面30高精度地紧贴。
如以上说明的那样，本实施方式的板簧装置10的制造方法包含以下的工序。
(1)对板簧11的端部进行加热，通过卷成圆形来形成卷耳部12的工序。
(2)对板簧11进行淬火、回火等热处理的工序。
(3)对板簧11的外表面进行喷丸加工的工序。
(4)利用铰刀等对卷耳内表面30进行机械加工的切削工序。通过该切削工序，将卷耳内表面30精加工成圆形，且除去卷耳内表面30的氧化被膜。
(5)在进行了上述切削工序之后，进行对卷耳内表面30投射弹丸的内表面喷丸加工工序。在该内表面喷丸加工工序中，产生以下的压缩残留应力分布：第一及第二区域S1、S2的压缩残留应力的绝对值τ1、τ2比其他区域S3的压缩残留应力的绝对值τ3大。
(6)在上述内表面喷丸加工工序之后将衬套20压入卷耳部12的工序。
工业上的可利用性
当然，在实施本发明的过程中，对以板簧的弹簧片部、卷耳部、衬套的形状和结构为代表的构成板簧装置的各部分的形态可以进行各种变更来实施。此外，卷耳部并不限于上述实施方式中说明的上卷卷耳(up-turnedeye)，也可以是下卷卷耳(down-turned eye)。
符号说明
10…板簧装置
11…板簧
12…卷耳部
20…衬套
30…卷耳内表面
31…卷绕起始部
32…卷绕中间点
50、50’、50”…喷丸加工装置
51…弹丸喷嘴
52…弹丸反射构件
58…反射面

Claims (5)

1.一种板簧装置，包括：
板簧(11)，该板簧(11)在端部具有卷成圆形的卷耳部(12)；以及
衬套(20)，该衬套(20)被压入所述卷耳部(12)，
所述板簧装置的特征在于，
在所述卷耳部(12)的内侧具有实施了切削加工和喷丸加工的卷耳内表面(30)，
关于所述卷耳内表面(30)的圆周方向的压缩残留应力分布，具有以下的压缩残留应力分布：包含该卷耳部(12)的卷绕起始部(31)的第一区域(S1)的压缩残留应力的绝对值(τ1)和包含经过卷耳中心(C1)的铅垂线(V)上的卷绕中间点(32)的第二区域(S2)的压缩残留应力的绝对值(τ2)比该卷耳内表面(30)的其他区域(S3)的压缩残留应力的绝对值(τ3)大。
2.一种板簧装置的制造方法，其特征在于，包括：
通过将板簧(11)的端部卷成圆形来形成卷耳部(12)的工序；
通过切削所述卷耳部(12)的内表面来将该卷耳内表面(30)精加工成圆形，且除去附着于该卷耳内表面(30)的氧化被膜的切削工序；
在进行了所述切削工序之后，通过对所述卷耳内表面(30)投射弹丸来对所述卷耳内表面(30)施加压缩残留压力的内表面喷丸加工工序，在所述内表面喷丸加工工序中，关于该卷耳内表面(30)的圆周方向的压缩残留应力分布，使包含该卷耳部(12)的卷绕起始部(31)的第一区域(S1)的压缩残留应力的绝对值(τ1)和包含经过卷耳中心(C1)的铅垂线(V)上的卷绕中间点(32)的第二区域(S2)的压缩残留应力的绝对值(τ2)比该卷耳内表面(30)的其他区域(S3)的压缩残留应力的绝对值(τ3)大；以及
在所述内表面喷丸加工工序之后，将外径比所述卷耳部(12)的内径大的衬套(20)压入该卷耳部(12)的工序。
3.如权利要求2所述的板簧装置的制造方法，其特征在于，
所述内表面喷丸加工工序包括：
将弹丸喷嘴(51)插入所述卷耳部(12)的内侧的步骤；
将弹丸反射构件(52)配置于与该弹丸喷嘴(51)相对的位置的步骤；
将弹丸从所述弹丸喷嘴(51)投射向所述弹丸反射构件(52)的步骤；
利用所述弹丸反射构件(52)将所述弹丸反射向所述卷耳内表面(30)的步骤；
进行在所述弹丸反射构件(52)接近所述第一区域(S1)的状态下投射所述弹丸的第一喷丸加工工序的步骤；以及
进行在所述弹丸反射构件(52)接近所述第二区域(S2)的状态下投射所述弹丸的第二喷丸加工工序的步骤。
4.一种喷丸加工装置，用于对权利要求1所述的板簧装置的卷耳内表面(30)进行所述喷丸加工，
所述喷丸加工装置的特征在于，包括：
弹丸喷嘴(51)，该弹丸喷嘴(51)插入所述卷耳部(12)的内侧；以及
弹丸反射构件(52)，该弹丸反射构件(52)具有与所述弹丸喷嘴(51)相对的反射面(58)，利用该反射面(58)将从所述弹丸喷嘴(51)投射来的弹丸反射向所述卷耳内表面(30)，
所述反射面(58)的形状构成为：朝向所述第一区域(S1)和第二区域(S2)反射的弹丸量比朝向所述其他区域(S3)反射的弹丸量多。
5.如权利要求4所述的喷丸加工装置，其特征在于，
所述反射面(58)与所述弹丸反射构件(52)的轴线(C3)所构成的角度(α)设定为如下的角度：使在该反射面(58)进行反射的弹丸的投射角(β)超过0°、且在45°以下。
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