CN106391914B - 一种轧制与犁切-挤压三维内外翅片管制造设备与方法 - Google Patents

一种轧制与犁切-挤压三维内外翅片管制造设备与方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轧制与犁切‑挤压三维内外翅片管制造设备与方法；包括机架、可调拉杆机构、左托料架、可旋转的轧辊机头、外翅片犁切刀具和右托料架；轧辊机头上设有用于在金属管外表面形成外螺纹结构的外螺纹轧辊机构和用于在金属管内表面形成内螺纹结构的内螺纹辊芯机构；外螺纹轧辊机构对称分布在内螺纹辊芯机构的外围，它们形成金属管的轧辊工位，当金属管经过该轧辊工位时，在外螺纹轧辊机构与内螺纹辊芯机构之间滚压轧制作用下，在金属管的内外表面形成螺纹结构。采用本设备，加工热管，其内外翅片结构可一次成型，有效减少装夹时间，提高生产效率，降低生产成本。

Description

一种轧制与犁切-挤压三维内外翅片管制造设备与方法
技术领域
本发明涉及内外翅片管加工工艺及其设备，尤其涉及一种轧制与犁切-挤压三维内外翅片管制造设备与方法。
背景技术
随着社会的不断发展，能源短缺的问题日益严重。强化传热技术作为重要的节能途径，对于解决能源问题具有重要的意义，在石油、化工、动力、核能、制冷等领域得到了广泛的应用。换热管是强化传热技术所用到的关键传热元件，其主要特征在于在管的内外表面加工出一定的表面结构，以扩展传热面或提高传热系数，从而提高传热效率。目前强化传热技术使用的换热管以外翅片管为主，其内壁多为光滑壁面、内螺纹沟槽或者直齿沟槽。光滑壁面、内螺纹沟槽或者直齿沟槽对于扩展传热面效果有限。此外，内螺纹沟槽或直齿沟槽由于翅片结构较为规则，其扩展表面相应比较规则，流体流过时边界层的破坏程度有限，不能形成有效的扰动作用，对于强化传热系数的提高有限。因此，内壁为光滑壁面、内螺纹沟槽或者直齿沟槽的换热外翅片管，难以获得更高的传热效率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种加工工艺简单的轧制与犁切-挤压三维内外翅片管制造设备与方法。以获得具有三维非连续内外翅片结构的换热管，进一步提高换热管的传热表面积，提高传热系数，强化传热效率。
本发明通过下述技术方案实现：
一种轧制与犁切-挤压三维内外翅片管制造设备，包括机架1、可调拉杆机构2、左托料架5、可旋转的轧辊机头3、外翅片犁切刀具4和右托料架51；
所述可调拉杆机构2、左托料架5、可旋转的轧辊机头3、外翅片犁切刀具4和右托料架51依次设置在机架1上；
所述轧辊机头3上设有用于在金属管7外表面形成外螺纹结构的外螺纹轧辊机构；安装在可调拉杆机构2上的用于在金属管7内表面形成内螺纹结构及三维非连续内翅片结构的内螺纹辊芯机构6；
所述外螺纹轧辊机构对称分布在内螺纹辊芯机构6的外围，它们形成金属管7的轧辊工位，当金属管7经过该轧辊工位时，在外螺纹轧辊机构与内螺纹辊芯机构6之间滚压轧制作用下，在金属管7的内外表面形成螺纹结构。
所述外螺纹轧辊机构为三个对称分布、且可旋转的的螺纹轧辊33，由电动机44驱动其旋转；
所述内螺纹辊芯机构6包括拉杆6-1、螺纹芯头6-2、内翅片犁切刀6-3；所述内翅片犁切刀6-3通过刀杆6-4轴向固定安装在拉杆6-1的端部；所述螺纹芯头6-2以周向转动、轴向限位的方式安装在拉杆6-1的端部；
作业时，金属管7置于左托料架5上，并将金属管7的起始端置于轧辊工位内；可调拉杆机构2轴向推动拉杆6-1在金属管7内轴向运动，直至螺纹芯头6-2及内翅片犁切刀6-3到达轧辊工位；
电动机44驱动螺纹轧辊33转动，金属管7在螺纹轧辊33以及螺纹芯头6-2的滚轧咬合作用下，在其内外表面形成连续的螺纹结构的同时，推动金属管7向外翅片犁切刀具4方向螺旋前进；
当已经成型的内外螺纹结构运动到内翅片犁切刀6-3的工位时，内翅片犁切刀6-3的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前内螺纹凸起结构的三维非连续的内翅片结构；
当已经成型的内外螺纹结构运动到外翅片犁切刀具4的工位时，外翅片犁切刀具4的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前外螺纹凸起结构的三维非连续的外翅片结构。
所述外翅片犁切刀具4包括刀架41及其上的结构相同的三组刀具组件；这三组刀具组件对称分布在刀架41的孔形工位46周围；
所述刀具组件包括安装在刀架41上的驱动丝杆旋转的电机42、丝杆43、丝杆及外翅片犁切刀安装座44、外翅片犁切刀45；
所述电机42固定在刀架41上，丝杆43分别连接电机42和丝杆及外翅片犁切刀安装座44，外翅片犁切刀45安装在丝杆及外翅片犁切刀安装座44上；所述外翅片犁切刀45的刀刃径向均等分布在孔形工位46内，当已成型的内外螺纹结构转动并轴向经过该孔形工位46时，外翅片犁切刀45的刀刃切断金属管7表面的外螺纹结构。
所述可调拉杆机构2包括丝杆机构22，驱动丝杆旋转的驱动电机21、安装在丝杆机构22的丝杆上的拉杆座23；拉杆座23与丝杆螺纹配合；
所述拉杆6-1的末端固定在丝杆机构22的拉杆座23上；驱动电机21带动丝杆旋转，并使拉杆座23移动并停留在所需位置，以适应不同长度金属管7的安装工位。
所述内翅片犁切刀6-3的刀刃为连续的螺旋状刀刃。
所述左托料架5和右托料架51的结构相同，其包括支架51、设置在支架51顶部的凹形工位52、设置在凹形工位52两侧的用于支撑金属管7的滚柱53；当金属管7在凹形工位52内转动时，带动滚柱53转动。
所述滚柱53的外表面包覆有柔性衬套，以防止划伤金属管7表面。
所述外翅片犁切刀45的刀头呈锥形结构。
一种三维内外翅片管的加工方法，其包括如下步骤：
步骤一：将金属管7置于左托料架5上，并将金属管7的起始端置于轧辊工位内；
步骤二：丝杆机构22丝杆上的拉杆座23轴向推动拉杆6-1在金属管7内轴向同步运动，直至螺纹芯头6-2及内翅片犁切刀6-3到达轧辊工位后停止；
步骤三：电动机44驱动螺纹轧辊33转动，金属管7在螺纹轧辊33以及螺纹芯头6-2的滚轧咬合作用下，在其内外表面形成连续的螺纹结构的同时，推动金属管7向外翅片犁切刀具4方向螺旋前进运动；
步骤四：当已经成型的内外螺纹结构螺旋运动到内翅片犁切刀6-3的螺旋状刀刃的工位时，内翅片犁切刀6-3的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前内螺纹凸起结构的三维非连续的内翅片结构；
与此同时，当已经成型的内外螺纹结构运动到外翅片犁切刀具4的工位时，外翅片犁切刀具4的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前外螺纹凸起结构的三维非连续的外翅片结构，直至整个金属管7加工完成，最后承载在右托料架51上，得到所需结构的三维内外翅片管。
所述外翅片犁切刀45刀头的锥度为10°～30°。可采用棱锥形结构。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明轧辊机头3上设有用于在金属管7外表面形成外螺纹结构的外螺纹轧辊机构和用于在金属管7内表面形成内螺纹结构的内螺纹辊芯机构6；外螺纹轧辊机构对称分布在内螺纹辊芯机构6的外围，它们形成金属管7的轧辊工位，当金属管7经过该轧辊工位时，在外螺纹轧辊机构与内螺纹辊芯机构6之间滚压轧制作用下，在金属管7的内外表面形成螺纹结构。外螺纹轧辊机构为三个对称分布、且可旋转的的螺纹轧辊33，由电动机44驱动其旋转；内螺纹辊芯机构6包括拉杆6-1、螺纹芯头6-2、内翅片犁切刀6-3；内翅片犁切刀6-3通过刀杆6-4轴向固定安装在拉杆6-1的端部；所述螺纹芯头6-2以周向转动、轴向限位的方式安装在拉杆6-1的端部。本发明结构简单，可加工出同时具有三维外翅片和内翅片结构的翅片管，所制备的内外翅片管其传热表面积大，具有较高的传热系数，能有效提高强化传热效率。
本发明作业时，金属管7置于左托料架5上，并将金属管7的起始端置于轧辊工位内；可调拉杆机构2轴向推动拉杆6-1在金属管7内轴向运动，直至螺纹芯头6-2及内翅片犁切刀6-3到达轧辊工位；电动机44驱动螺纹轧辊33转动，金属管7在螺纹轧辊33以及螺纹芯头6-2的滚轧咬合作用下，在其内外表面形成连续的螺纹结构的同时，推动金属管7向外翅片犁切刀具4方向螺旋前进；当已经成型的内外螺纹结构运动到内翅片犁切刀6-3的工位时，内翅片犁切刀6-3的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前内螺纹凸起结构的三维非连续的内翅片结构；当已经成型的内外螺纹结构运动到外翅片犁切刀具4的工位时，外翅片犁切刀具4的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前外螺纹凸起结构的三维非连续的外翅片结构。本发明内外翅片结构采用一次成型工艺，有效减少装夹时间，提高生产效率，降低生产成本。
本发明外翅片犁切刀具具有自动调节功能，可根据金属管的直径及加工要求调节间距及刀具形状，进而有效调节翅片结构尺寸。
附图说明
图1为本发明轧制与犁切-挤压三维内外翅片管制造设备的结构示意图。
图2为可调拉杆机构的结构示意图。
图3为外翅片犁切刀具的结构示意图。
图4为外翅片犁切刀(近似棱锥形)的结构示意图。
图5为外翅片成型原理图。
图6为托料架的结构示意图。
图7为内螺纹辊芯机构的结构示意图。
图8为内翅片犁切刀的结构示意图。
图9为内翅片成型原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1至9所示。本发明公开了一种轧制与犁切-挤压三维内外翅片管制造设备，包括机架1、可调拉杆机构2、左托料架5、可旋转的轧辊机头3、外翅片犁切刀具4和右托料架51。
所述可调拉杆机构2、左托料架5、可旋转的轧辊机头3、外翅片犁切刀具4和右托料架51依次设置在机架1上。
所述轧辊机头3上设有用于在金属管7外表面形成外螺纹结构的外螺纹轧辊机构；安装在可调拉杆机构2上的用于在金属管7内表面形成内螺纹结构及三维非连续内翅片结构的内螺纹辊芯机构6。
所述外螺纹轧辊机构对称分布在内螺纹辊芯机构6的外围，它们形成金属管7的轧辊工位，当金属管7经过该轧辊工位时，在外螺纹轧辊机构与内螺纹辊芯机构6之间滚压轧制作用下，在金属管7的内外表面形成螺纹结构。
所述外螺纹轧辊机构为三个对称分布、且可旋转的的螺纹轧辊33，由电动机44驱动其旋转。
所述内螺纹辊芯机构6包括拉杆6-1、螺纹芯头6-2、内翅片犁切刀6-3；所述内翅片犁切刀6-3通过刀杆6-4轴向固定安装在拉杆6-1的端部；所述螺纹芯头6-2以周向转动、轴向限位的方式安装在拉杆6-1的端部。
作业时，金属管7置于左托料架5上，并将金属管7的起始端置于轧辊工位内；可调拉杆机构2轴向推动拉杆6-1在金属管7内轴向运动，直至螺纹芯头6-2及内翅片犁切刀6-3到达轧辊工位；注：该螺纹芯头6-2及内翅片犁切刀6-3的外径略小于金属管7的内径。
电动机44驱动螺纹轧辊33转动，金属管7在螺纹轧辊33以及螺纹芯头6-2的滚轧咬合作用下，在其内外表面形成连续的螺纹结构的同时，推动金属管7向外翅片犁切刀具4方向螺旋前进。滚轧时，金属管7可径向变形；螺纹轧辊33相当于模具的外模，螺纹芯头6-2相当于模具的内模。
当已经成型的内外螺纹结构运动到内翅片犁切刀6-3的工位时，内翅片犁切刀6-3的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前内螺纹凸起结构的三维非连续的内翅片结构。
当已经成型的内外螺纹结构运动到外翅片犁切刀具4的工位时，外翅片犁切刀具4的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前外螺纹凸起结构的三维非连续的外翅片结构。
所述外翅片犁切刀具4包括刀架41及其上的结构相同的三组刀具组件；这三组刀具组件对称分布在刀架41的孔形工位46周围，即沿其圆周分布。
所述刀具组件包括安装在刀架41上的驱动丝杆旋转的电机42、丝杆43、丝杆及外翅片犁切刀安装座44、外翅片犁切刀45。
所述电机42固定在刀架41上，丝杆43分别连接电机42和丝杆及外翅片犁切刀安装座44，外翅片犁切刀45安装在丝杆及外翅片犁切刀安装座44上；所述外翅片犁切刀45的刀刃径向均等分布在孔形工位46内，当已成型的内外螺纹结构转动并轴向经过该孔形工位46时，外翅片犁切刀45的刀刃切断金属管7表面的外螺纹结构。
所述可调拉杆机构2包括丝杆机构22，驱动丝杆旋转的驱动电机21、安装在丝杆机构22的丝杆上的拉杆座23；拉杆座23与丝杆螺纹配合；
所述拉杆6-1的末端固定在丝杆机构22的拉杆座23上；驱动电机21带动丝杆旋转，并使拉杆座23移动并停留在所需位置，以适应不同长度金属管7的安装工位。
所述内翅片犁切刀6-3的刀刃为连续的螺旋状刀刃。
所述左托料架5和右托料架51的结构相同，其包括支架51、设置在支架51顶部的凹形工位52、设置在凹形工位52两侧的用于支撑金属管7的滚柱53；当金属管7在凹形工位52内转动时，带动滚柱53转动。
所述滚柱53的外表面包覆有柔性衬套，以防止划伤金属管7表面。
所述外翅片犁切刀45的刀头呈锥形结构。
本发明三维内外翅片管的加工方法，可通过如下步骤实现：
步骤一：将金属管7置于左托料架5上，并将金属管7的起始端置于轧辊工位内；
步骤二：丝杆机构22丝杆上的拉杆座23轴向推动拉杆6-1在金属管7内轴向同步运动，直至螺纹芯头6-2及内翅片犁切刀6-3到达轧辊工位后停止；
步骤三：电动机44驱动螺纹轧辊33转动，金属管7在螺纹轧辊33以及螺纹芯头6-2的滚轧咬合作用下，在其内外表面形成连续的螺纹结构的同时，推动金属管7向外翅片犁切刀具4方向螺旋前进运动；
步骤四：当已经成型的内外螺纹结构螺旋运动到内翅片犁切刀6-3的螺旋状刀刃的工位时，内翅片犁切刀6-3的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前内螺纹凸起结构的三维非连续的内翅片结构；
与此同时，当已经成型的内外螺纹结构运动到外翅片犁切刀具4的工位时，外翅片犁切刀具4的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前外螺纹凸起结构的三维非连续的外翅片结构，直至整个金属管7加工完成，最后承载在右托料架51上，得到所需结构的三维内外翅片管。
所述外翅片犁切刀45刀头的锥度为10°～30°。可采用棱锥形结构。
三维内外翅片管加工完毕后，仅需控制驱动丝杆旋转的驱动电机21方向旋转，即可带动内螺纹辊芯机构6自动回到初始位置(即向左侧移动)，省时省力，操作方便。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种三维内外翅片管的加工方法，其特征在于采用轧制与犁切-挤压三维内外翅片管制造设备实现，该设备包括机架（1）、可调拉杆机构（2）、左托料架（5）、可旋转的轧辊机头（3）、外翅片犁切刀具（4）和右托料架（51）；
所述可调拉杆机构（2）、左托料架（5）、可旋转的轧辊机头（3）、外翅片犁切刀具（4）和右托料架（51）依次设置在机架（1）上；
所述轧辊机头（3）上设有用于在金属管（7）外表面形成外螺纹结构的外螺纹轧辊机构；安装在可调拉杆机构（2）上的用于在金属管（7）内表面形成内螺纹结构及三维非连续内翅片结构的内螺纹辊芯机构（6）；
所述外螺纹轧辊机构对称分布在内螺纹辊芯机构（6）的外围，它们形成金属管（7）的轧辊工位，当金属管（7）经过该轧辊工位时，在外螺纹轧辊机构与内螺纹辊芯机构（6）之间滚压轧制作用下，在金属管（7）的内外表面形成螺纹结构；
所述外螺纹轧辊机构为三个对称分布、且可旋转的螺纹轧辊，由电动机（44）驱动其旋转；
所述内螺纹辊芯机构（6）包括拉杆（6-1）、螺纹芯头（6-2）、内翅片犁切刀（6-3）；所述内翅片犁切刀（6-3）通过刀杆（6-4）轴向固定安装在拉杆（6-1）的端部；所述螺纹芯头（6-2）以周向转动、轴向限位的方式安装在拉杆（6-1）的端部；
作业时，金属管（7）置于左托料架（5）上，并将金属管（7）的起始端置于轧辊工位内；可调拉杆机构（2）轴向推动拉杆（6-1）在金属管（7）内轴向运动，直至螺纹芯头（6-2）及内翅片犁切刀（6-3）到达轧辊工位；
电动机（44）驱动螺纹轧辊转动，金属管（7）在螺纹轧辊以及螺纹芯头（6-2）的滚轧咬合作用下，在其内外表面形成连续的螺纹结构的同时，推动金属管（7）向外翅片犁切刀具（4）方向螺旋前进；
当已经成型的内外螺纹结构运动到内翅片犁切刀（6-3）的工位时，内翅片犁切刀（6-3）的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前内螺纹凸起结构的三维非连续的内翅片结构；
当已经成型的内外螺纹结构运动到外翅片犁切刀具（4）的工位时，外翅片犁切刀具（4）的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前外螺纹凸起结构的三维非连续的外翅片结构；
所述外翅片犁切刀具（4）包括刀架（41）及其上的结构相同的三组刀具组件；这三组刀具组件对称分布在刀架（41）的孔形工位（46）周围；
所述刀具组件包括安装在刀架（41）上的驱动丝杆旋转的电机（42）、丝杆（43）、丝杆及外翅片犁切刀安装座、外翅片犁切刀（45）；
所述电机（42）固定在刀架（41）上，丝杆（43）分别连接电机（42）和丝杆及外翅片犁切刀安装座，外翅片犁切刀（45）安装在丝杆及外翅片犁切刀安装座上；所述外翅片犁切刀（45）的刀刃径向均等分布在孔形工位（46）内，当已成型的内外螺纹结构转动并轴向经过该孔形工位（46）时，外翅片犁切刀（45）的刀刃切断金属管（7）表面的外螺纹结构；
所述可调拉杆机构（2）包括丝杆机构（22），驱动丝杆旋转的驱动电机（21）、安装在丝杆机构（22）的丝杆上的拉杆座（23）；拉杆座（23）与丝杆螺纹配合；
所述拉杆（6-1）的末端固定在丝杆机构（22）的拉杆座（23）上；驱动电机（21）带动丝杆旋转，并使拉杆座（23）移动并停留在所需位置，以适应不同长度金属管（7）的安装工位；
实现步骤包括：
步骤一：将金属管（7）置于左托料架（5）上，并将金属管（7）的起始端置于轧辊工位内；
步骤二：丝杆机构（22）丝杆上的拉杆座（23）轴向推动拉杆（6-1）在金属管（7）内轴向同步运动，直至螺纹芯头（6-2）及内翅片犁切刀（6-3）到达轧辊工位后停止；
步骤三：电动机（44）驱动螺纹轧辊转动，金属管（7）在螺纹轧辊以及螺纹芯头（6-2）的滚轧咬合作用下，在其内外表面形成连续的螺纹结构的同时，推动金属管（7）向外翅片犁切刀具（4）方向螺旋前进运动；
步骤四：当已经成型的内外螺纹结构螺旋运动到内翅片犁切刀（6-3）的螺旋状刀刃的工位时，内翅片犁切刀（6-3）的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前内螺纹凸起结构的三维非连续的内翅片结构；
与此同时，当已经成型的内外螺纹结构运动到外翅片犁切刀具（4）的工位时，外翅片犁切刀具（4）的刀刃切断螺纹结构，使其形成断续的凸起结构，刀刃的后刀面同时在凸起结构的沟槽向外挤压，使凸起结构向外扩张，形成高于未切割前外螺纹凸起结构的三维非连续的外翅片结构，直至整个金属管（7）加工完成，最后承载在右托料架（51）上，得到所需结构的三维内外翅片管。
2.根据权利要求1所述三维内外翅片管的加工方法，其特征在于，所述外翅片犁切刀（45）刀头的锥度为10°~30°。
3.根据权利要求2所述三维内外翅片管的加工方法，其特征在于：所述内翅片犁切刀（6-3）的刀刃为连续的螺旋状刀刃。
4.根据权利要求2所述三维内外翅片管的加工方法，其特征在于：所述左托料架（5）和右托料架（51）的结构相同，其包括支架（51）、设置在支架（51）顶部的凹形工位（52）、设置在凹形工位（52）两侧的用于支撑金属管（7）的滚柱（53）；当金属管（7）在凹形工位（52）内转动时，带动滚柱（53）转动。
5.根据权利要求4所述三维内外翅片管的加工方法，其特征在于：所述滚柱（53）的外表面包覆有柔性衬套，以防止划伤金属管（7）表面。
6.根据权利要求2所述三维内外翅片管的加工方法，其特征在于：所述外翅片犁切刀（45）的刀头呈锥形结构。
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