CN111069664B - 一种防止180°阶梯角度刀刃崩刃的阶梯钻 - Google Patents
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Abstract
一种防止平角阶梯角度刀刃崩刃的阶梯钻，其特征在于：在平角阶梯角度刀刃的前角所对应的侧面刃口处磨削至少两个剪切面，而且后一个剪切面是在前一个剪切面的基础上靠近刃口处磨削成型，各剪切面所对应的剪切面宽度依次逐渐缩小，而各剪切面所对应的剪切面前角的角度也依次逐渐缩小，以此使各剪切面在所述侧面刃口处形成依次叠加的刃部剪切偏转折面。本发明采用双剪切面或多剪切面叠加组合的技术手段就能够很好的兼顾刀刃切削性能和机械强度两者之间的特性，既保证了刀刃切削性能和机械强度，又不伤害前级和本级支撑刃带，能够确保不会因为强度不足或切削力不足，而导致崩刀尖或断刀，提高了刀具的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于机加工刀具技术领域，特别涉及一种能够防止180°阶梯角度刀刃崩刃的阶梯钻。
背景技术
钻头作为机械加工用刀具中一个重要的组成部分，主要用于孔加工。随着机械行业的发展，用户对刀具产品的加工质量、加工可靠性、加工效率以及刀具的交货期都提出了更高的要求。
在阶梯钻头中，参见附图5，除顶角刀刃（见附图5中的标号21）而外，还会带有倒角刀刃（见附图5中的标号25）以及平角刀刃（见附图5中的标号18）。平角刀刃也是本发明中所称的180°阶梯角度刀刃。对于带有180°阶梯角度孔型工件的钻孔加工，已成为钻孔加工技术领域中的一个难题。
由于180°阶梯角度处的钻孔加工时属于平面切削，切削阻力会突然加大，加工过程中容易造成阻力过大，钻头的180°阶梯角度刀刃会承受更大的力，导致无规律的出现崩刃尖情况，崩刃尖后会出现缠屑、断刀等情况。对待加工的零件也容易产生损坏，增加了工件报废率，客户还需要重新采购刀具，一方面采购周期长，另一方面了增加了生产成本。
为了解决钻头平角（180°）阶梯角度处刀刃的强度问题，有人曾针对此180°阶梯角度刀刃（见附图6）偿试过做单剪切面。参见附图7，即在平角阶梯角度刀刃18的前角3所对应的侧面上做第一剪切面6，改变刀刃的几何特征，该第一剪切面6在刀刃处对应形成有第一剪切面前角7和第一剪切面宽度8（见附图7）。但从实际效果来看，此改进并未获得成功。其原因是：以往对平角阶梯角度刀刃加工时，在磨削排屑槽与后角之后会形成一个夹角（见附图6中的楔角5），这个夹角会造成此处刀刃更加锋利，而刀刃会因为过于锋利在切削加工钢件时出现不同程度的崩刃。而针对平角阶梯角度刀刃18做第一剪切面6时，遇到了一定的技术障碍，即一方面，为了保证刀刃的切削性能（锋利度），第一剪切面6需要有一定的前角，当前角设计越大，磨削第一剪切面6时就会切伤前面一个阶梯的支撑刃带，前角越大切伤越多。而减小前角又很难保证刀刃的切削性能（锋利度）。另一方面，为了保证刀刃的机械强度，第一剪切面宽度8需要有足够的宽度，但过宽在磨削加工时又会切伤本级阶梯的支撑刃带，太窄又无法保证刀刃的机械强度（不崩刃）。由此可见，针对平角阶梯角度刀刃18做第一剪切面6很难掌握刀刃切削性能和机械强度两者之间的尺度，往往顾此失彼。
有鉴于此，为解决上述问题，确保钻头平角阶梯角度刀刃处的切削性能和机械强度，解决阶梯钻平角阶梯角度刀刃崩刃或断刀问题是本发明研究的课题。
发明内容
本发明提供一种防止平角阶梯角度刀刃崩刃的阶梯钻，其目的是要解决现有阶梯钻平角阶梯角度刀刃因强度差，切削中受力大容易崩刃的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种防止平角阶梯角度刀刃崩刃的阶梯钻，包括柄部和刃部，所述刃部上设有平角阶梯角度刀刃，该平角阶梯角度刀刃由依次排列的内倒角刃、平角刃和R角刃连接构成，内倒角刃位于平角阶梯角度刀刃的内侧，R角刃位于平角阶梯角度刀刃的外侧，其创新在于：
针对由内倒角刃、平角刃和R角刃依次连接构成的平角阶梯角度刀刃，在平角阶梯角度刀刃的前角所对应的侧面刃口处磨削至少两个剪切面，而且后一个剪切面是在前一个剪切面的基础上靠近刃口处磨削成型，其中：
第一剪切面在所述侧面基础上磨削成型，第一剪切面对应形成有第一剪切面前角和第一剪切面宽度。
第二剪切面在第一剪切面基础上磨削成型，第二剪切面对应形成有第二剪切面前角和第二剪切面宽度。
所述第二剪切面前角的角度小于第一剪切面前角的角度，而且第二剪切面前角的夹角位于第一剪切面前角的夹角区域内；所述第二剪切面宽度小于第一剪切面宽度，而且第二剪切面位于第一剪切面靠近刃口一侧。
以此，各剪切面在所述侧面刃口处形成依次叠加的刃部剪切偏转折面。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1. 上述方案中，针对被加工材料为1215易切削钢，硬度≤HB160，本方案所述阶梯钻采用ISO代码为K30-K40的硬质合金钢材料，其钴含量为材料重量的12%，材料硬度为HRA92，第一剪切面前角为20°±2°，第一剪切面宽度为2-2.6mm；第二剪切面前角为0°±2°，第二剪切面宽度为0.3-0.5mm。
2. 上述方案中，针对被加工材料为304不锈钢，硬度≤HV210, 本方案所述阶梯钻采用ISO代码为K30-K40的硬质合金钢材料，其钴含量为材料重量的12%，材料硬度为HRA92，第一剪切面前角为22°±2°，第一剪切面宽度为1.8-2.2mm；第二剪切面前角为4°±2°，第二剪切面宽度为0.2-0.4mm。
3. 上述方案中，针对被加工材料为42CrMo，硬度为HB207-255，本方案在所述平角阶梯角度刀刃的侧面刃口处磨削第三剪切面，该第三剪切面在第二剪切面基础上磨削成型，第三剪切面对应形成有第三剪切面前角和第三剪切面宽度。
所述第三剪切面前角的角度小于第二剪切面前角的角度，而且第三剪切面前角的夹角位于第二剪切面前角的夹角区域内；所述第三剪切面宽度小于第二剪切面宽度，而且第三剪切面位于第二剪切面靠近刃口一侧。
所述阶梯钻采用ISO代码为K20-K30的硬质合金钢材料，其钴含量为材料重量的10%，材料硬度为HRA92.5，第一剪切面前角为22°±2°，第一剪切面宽度为1.5-1.8mm；第二剪切面前角为6°±2°，第二剪切面宽度为0.4-0.6mm；第三剪切面前角为2°±2°，第三剪切面宽度为0.2-0.4 mm。
4. 上述方案中，针对被加工材料为45钢，硬度为HRC20-30，本方案在所述平角阶梯角度刀刃的侧面刃口处磨削第四剪切面，该第四剪切面在第三剪切面基础上磨削成型，第四剪切面对应形成有第四剪切面前角和第四剪切面宽度。
所述第四剪切面前角的角度小于第三剪切面前角的角度，而且第四剪切面前角的夹角位于第三剪切面前角的夹角区域内；所述第四剪切面宽度小于第三剪切面宽度，而且第四剪切面位于第三剪切面靠近刃口一侧。
所述阶梯钻采用ISO代码为K20-K30的硬质合金钢材料，其钴含量为材料重量的10%，材料硬度为HRA92.5，第一剪切面前角为22°±2°，第一剪切面宽度为1.2-1.5mm；第二剪切面前角为8°±2°，第二剪切面宽度为0.5-0.8mm；第三剪切面前角为4°±2°，第三剪切面宽度为0.3-0.5 mm；第四剪切面前角为2°±2°，第四剪切面宽度为0.2-0.4 mm。
本发明设计原理和效果是：为了解决现有阶梯钻平角阶梯角度刀刃因强度差，切削中受力大容易崩刃的问题，本方案在平角阶梯角度刀刃的前角所对应的侧面刃口处磨削至少两个剪切面，而且后一个剪切面是在前一个剪切面的基础上靠近刃口处磨削成型，各剪切面所对应的剪切面宽度依次逐渐缩小，而各剪切面所对应的剪切面前角的角度也依次逐渐缩小，以此使各剪切面在所述侧面刃口处形成依次叠加的刃部剪切偏转折面。本发明采用双剪切面或多剪切面叠加组合的技术手段较好的解决了阶梯钻中平角阶梯角度刀刃切削性能（锋利度）与机械强度（不崩刃）之间的矛盾。其技术构思是对平角阶梯角度刀刃实施双剪切面或多剪切面的叠加组合处理，这种叠加组合的前道剪切面由于是在原来刀刃前角所对应的侧面刃口处小角度磨削形成，因此能够较好的保持原来刀刃的切削性能（锋利度），而后道剪切面由于是在前道剪切面基础上靠近刃口处更小角度磨削形成，因此又能够明显提高刀刃的机械强度，使刃口不崩刃。而以往采用单剪切面的处理手段，但从实际应用效果来看，并未获得成功。其原因是：对平角阶梯角度刀刃做单剪切面时，遇到了技术障碍，即一方面，为了保证刀刃的切削性能，单剪切面需要有一定的前角，当前角设计越大，磨削该单剪切面时就会切伤前面一个阶梯的支撑刃带，前角越大切伤越多。而减小前角又很难保证刀刃的切削性能（锋利度）。另一方面，为了保证刀刃的机械强度，单剪切面宽度需要有足够的宽度，但过宽在磨削加工时又会切伤本级阶梯的支撑刃带，太窄又无法保证刀刃的机械强度。由此可见，单剪切面理论上只有一次处理机会，无法同时兼顾刀刃切削性能和机械强度两者之间的特性，因此导致顾此失彼是必然结果。而本发明采用双剪切面或多剪切面叠加组合的技术手段就能够很好的兼顾刀刃切削性能和机械强度两者之间的特性，既保证了刀刃切削性能和机械强度，又不伤害前级和本级支撑刃带，从而获得了预想不到的效果。
总之，本发明通过第一剪切面提高平角阶梯角度刀刃刃口的切削性能，同时第二剪切面增加平角阶梯角度刀刃刃口的强度，使得平角阶梯角度刀刃在加工时，能够确保不会因为强度不足或切削力不足，而导致崩刀尖或断刀，提高了刀具的使用寿命，大大降低了被加我零件报废风险。因为与现有技术相比具有突出的实质性特点和显著的技术进步。
附图说明
附图1为本发明实施例1和实施例2阶梯钻刃部立体图；
附图2为本发明实施例1和实施例2阶梯钻从顶角端观察的视图；
附图3为本发明实施例1和实施例2阶梯钻从侧面观察的视图；
附图4为图3的A处放大图；
附图5为现有阶梯钻结构示意图；
附图6为现有阶梯钻平角阶梯角度刀刃示意图；
附图7为现有阶梯钻对平角阶梯角度刀刃做单剪切面后的示意图；
附图8为本发明实施例1和实施例2阶梯钻对平角阶梯角度刀刃做第二剪切面后的示意图；
附图9为图8的B处放大图；
附图10为本发明实施例3阶梯钻对平角阶梯角度刀刃做第三剪切面后的示意图；
附图11为本发明实施例4阶梯钻对平角阶梯角度刀刃做第四剪切面后的示意图。
以上附图中：1．柄部；2．刃部；3.前角；4.后角；5. 楔角；6. 第一剪切面；7．第一剪切面前角；8．第一剪切面宽度；9．第二剪切面；10．第二剪切面前角；11．第二剪切面宽度；12．第三剪切面；13．第三剪切面前角；14．第三剪切面宽度；15．第四剪切面；16．第四剪切面前角；17．第四剪切面宽度；18．平角阶梯角度刀刃；19．侧面；21．顶角刃；22．第一阶梯；23．第二阶梯；24．第三阶梯；25．倒角刃；26．内倒角刃；27．平角刃；28．R角刃；29．排屑槽；221．第一阶梯支撑刃带；231．第二阶梯支撑刃带；241．第三阶梯支撑刃带。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：一种防止平角阶梯角度刀刃崩刃的阶梯钻
本实施例是针对被加工材料为1215易切削钢，硬度≤HB160，而设计的阶梯钻。
如图1-4和图8-9所示，该阶梯钻由柄部1和刃部2两部分组成，所述刃部2上从头向尾依次设有顶角刃21、第一阶梯22、第二阶梯23、第三阶梯24和排屑槽29（见图3）。所述第一阶梯22上设有第一阶梯支撑刃带221，第二阶梯23上设有第二阶梯支撑刃带231，第三阶梯24上设有第三阶梯支撑刃带241（见图3）。所述第一阶梯22和第二阶梯23之间设有倒角刃25（见图3）。所述第二阶梯23和第三阶梯24之间设有平角阶梯角度刀刃18（见图3和图4），该平角阶梯角度刀刃18由依次排列的内倒角刃26、平角刃27和R角刃28连接构成（见图4），内倒角刃26位于平角阶梯角度刀刃18的内侧，R角刃28位于平角阶梯角度刀刃18的外侧。其中，内倒角刃26的宽度为0.02-0.1mm，角度为45°±2°，平角刃26的角度为180°±1°，R角刃28为R0.15 mm-R0.35mm。
本发明为了解决现有阶梯钻平角阶梯角度刀刃18因强度差，切削中受力大容易崩刃的问题，在平角阶梯角度刀刃18的前角3所对应的侧面19刃口处磨削两个剪切面，即第一剪切面6和第二剪切面9（见图8和图9），而且后一个剪切面是在前一个剪切面的基础上靠近刃口处磨削成型，其中：
所述第一剪切面6在所述侧面19基础上磨削成型，第一剪切面6对应形成有第一剪切面前角7和第一剪切面宽度8（见图8和图9）。
所述第二剪切面9在第一剪切面6基础上磨削成型，第二剪切面9对应形成有第二剪切面前角10和第二剪切面宽度11（见图8和图9）。
所述第二剪切面前角10的角度小于第一剪切面前角7的角度，而且第二剪切面前角10的夹角位于第一剪切面前角7的夹角区域内（见图8和图9）。所述第二剪切面宽度11小于第一剪切面宽度8，而且第二剪切面9位于第一剪切面6靠近刃口一侧（见图8和图9），以此，两个剪切面在所述侧面19刃口处形成依次叠加的刃部剪切偏转折面。
所述阶梯钻采用ISO代码为K30-K40的硬质合金钢材料，其钴含量为材料重量的12%，材料硬度为HRA92，第一剪切面前角7为20°±2°，第一剪切面宽度8为2-2.6mm；第二剪切面前角10为0°±2°，第二剪切面宽度11为0.3-0.5mm。
采用本实施例阶梯钻来加工1215易切削钢时，使用切削速度Vc=50m/min，每转进给fn=0.15mm/rev，刀具加工寿命60m后，平角阶梯角度刀刃18处无崩刃情况。
实施例2：一种防止平角阶梯角度刀刃崩刃的阶梯钻
本实施例是针对被加工材料为304不锈钢，硬度≤HV210，而设计的阶梯钻。
如图1-4和图8-9所示，实施例2与实施例1的不同在于：第一剪切面前角7为22°±2°，第一剪切面宽度8为1.8-2.2mm；第二剪切面前角10为4°±2°，第二剪切面宽度11为0.2-0.4mm。其他与实施例1相同，这里不再重复描述。
实施例3：一种防止平角阶梯角度刀刃崩刃的阶梯钻
本实施例是针对被加工材料为42CrMo，硬度为HB207-255，而设计的阶梯钻。
如图1-4和图10所示，实施例3与实施例1的不同在于：在所述平角阶梯角度刀刃18的侧面19刃口处磨削第三剪切面12，该第三剪切面12在第二剪切面9基础上磨削成型，第三剪切面12对应形成有第三剪切面前角13和第三剪切面宽度14（见图10）。
所述第三剪切面前角13的角度小于第二剪切面前角10的角度，而且第三剪切面前角13的夹角位于第二剪切面前角10的夹角区域内；所述第三剪切面宽度14小于第二剪切面宽度11，而且第三剪切面12位于第二剪切面911靠近刃口一侧。
所述阶梯钻采用ISO代码为K20-K30的硬质合金钢材料，其钴含量为材料重量的10%，材料硬度为HRA92.5，第一剪切面前角7为22°±2°，第一剪切面宽度8为1.5-1.8mm；第二剪切面前角10为6°±2°，第二剪切面宽度11为0.4-0.6mm；第三剪切面前角13为2°±2°，第三剪切面宽度14为0.2-0.4 mm。
实施例4：一种防止平角阶梯角度刀刃崩刃的阶梯钻
本实施例是针对被加工材料为45钢，硬度为HRC20-30，而设计的阶梯钻。
如图1-4和图11所示，实施例4与实施例3的不同在于：在所述平角阶梯角度刀刃18的侧面19刃口处磨削第四剪切面15，该第四剪切面15在第三剪切面12基础上磨削成型，第四剪切面15对应形成有第四剪切面前角16和第四剪切面宽度17（见图11）。
所述第四剪切面前角16的角度小于第三剪切面前角13的角度，而且第四剪切面前角16的夹角位于第三剪切面前角13的夹角区域内；所述第四剪切面宽度17小于第三剪切面宽度14，而且第四剪切面15位于第三剪切面12靠近刃口一侧。
所述阶梯钻采用ISO代码为K20-K30的硬质合金钢材料，其钴含量为材料重量的10%，材料硬度为HRA92.5，第一剪切面前角7为22°±2°，第一剪切面宽度8为1.2-1.5mm；第二剪切面前角10为8°±2°，第二剪切面宽度11为0.5-0.8mm；第三剪切面前角13为4°±2°，第三剪切面宽度14为0.3-0.5 mm；第四剪切面前角16为2°±2°，第四剪切面宽度17为0.2-0.4 mm。
下面针对本发明的其他实施情况以及结构变化作如下说明：
1.以上实施例中，举例说明了两至四个剪切面的情况，但本发明不局限于此，可以使用更多的剪切面。比如五个剪切面或六个剪切面。这是本领域技术人员容易理解并接受的。
2.以上实施例中，阶梯钻设有第一阶梯22、第二阶梯23和第三阶梯24三个阶梯，并且在第一阶梯22和第二阶梯23之间设有倒角刃25（见图3），第二阶梯23和第三阶梯24之间设有平角阶梯角度刀刃18（见图3和图4）。但本发明不局限于此，阶梯的数量不限，可以是两个、四个，甚至更多。而平角阶梯角度刀刃18是在什么阶梯之间的位置也不限，这是本领域技术人员容易理解并接受的。
3.以上实施例中，硬质合金棒料的钴含量越多碳化物的硬度也越低，但其抗冲击的能力（一般用横向断裂强度这个指标），即断裂的能力也越强。另外，晶粒的大小和其他元素的加入也会对碳化钨的性能有影响。但二者不是线性的关系，当钴含量增加到一定百分比后，起强度反而会降低。这是因为钴太多了，而其有是一种较软的金属。因此在选择时要根据自己的应用工况来选择合适钴含量的牌号，既要满足硬度要求，也能满足加工性能要求，不会发生崩刀，断裂等情况。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种防止平角阶梯角度刀刃崩刃的阶梯钻，包括柄部（1）和刃部（2），所述刃部（2）上设有平角阶梯角度刀刃（18），该平角阶梯角度刀刃（18）由依次排列的内倒角刃（26）、平角刃（27）和R角刃（28）连接构成，内倒角刃（26）位于平角阶梯角度刀刃（18）的内侧，R角刃（28）位于平角阶梯角度刀刃（18）的外侧，其特征在于：
针对由内倒角刃（26）、平角刃（27）和R角刃（28）依次连接构成的平角阶梯角度刀刃（18），在平角阶梯角度刀刃（18）的前角（3）所对应的侧面（19）刃口处磨削至少两个剪切面，而且后一个剪切面是在前一个剪切面的基础上靠近刃口处磨削成型，其中：
第一剪切面（6）在所述侧面（19）基础上磨削成型，第一剪切面（6）对应形成有第一剪切面前角（7）和第一剪切面宽度（8）；
第二剪切面（9）在第一剪切面（6）基础上磨削成型，第二剪切面（9）对应形成有第二剪切面前角（10）和第二剪切面宽度（11）；
所述第二剪切面前角（10）的角度小于第一剪切面前角（7）的角度，而且第二剪切面前角（10）的夹角位于第一剪切面前角（7）的夹角区域内；所述第二剪切面宽度（11）小于第一剪切面宽度（8），而且第二剪切面（9）位于第一剪切面（6）靠近刃口一侧；
以此，各剪切面在所述侧面（19）刃口处形成依次叠加的刃部剪切偏转折面。
2.根据权利要求1所述的阶梯钻，其特征在于：在所述平角阶梯角度刀刃（18）的侧面（19）刃口处磨削第三剪切面（12），该第三剪切面（12）在第二剪切面（9）基础上磨削成型，第三剪切面（12）对应形成有第三剪切面前角（13）和第三剪切面宽度（14）；
所述第三剪切面前角（13）的角度小于第二剪切面前角（10）的角度，而且第三剪切面前角（13）的夹角位于第二剪切面前角（10）的夹角区域内；所述第三剪切面宽度（14）小于第二剪切面宽度（11），而且第三剪切面（12）位于第二剪切面（9）靠近刃口一侧。
3.根据权利要求2所述的阶梯钻，其特征在于：在所述平角阶梯角度刀刃（18）的侧面（19）刃口处磨削第四剪切面（15），该第四剪切面（15）在第三剪切面（12）基础上磨削成型，第四剪切面（15）对应形成有第四剪切面前角（16）和第四剪切面宽度（17）；
所述第四剪切面前角（16）的角度小于第三剪切面前角（13）的角度，而且第四剪切面前角（16）的夹角位于第三剪切面前角（13）的夹角区域内；所述第四剪切面宽度（17）小于第三剪切面宽度（14），而且第四剪切面（15）位于第三剪切面（12）靠近刃口一侧。
4.根据权利要求1所述的阶梯钻，其特征在于：所述阶梯钻采用ISO代码为K30-K40的硬质合金钢材料，其钴含量为材料重量的12%，材料硬度为HRA92，第一剪切面前角（7）为20°±2°，第一剪切面宽度（8）为2-2.6mm；第二剪切面前角（10）为0°±2°，第二剪切面宽度（11）为0.3-0.5mm。
5.根据权利要求1所述的阶梯钻，其特征在于：所述阶梯钻采用ISO代码为K30-K40的硬质合金钢材料，其钴含量为材料重量的12%，材料硬度为HRA92，第一剪切面前角（7）为22°±2°，第一剪切面宽度（8）为1.8-2.2mm；第二剪切面前角（10）为4°±2°，第二剪切面宽度（11）为0.2-0.4mm。
6.根据权利要求2所述的阶梯钻，其特征在于：所述阶梯钻采用ISO代码为K20-K30的硬质合金钢材料，其钴含量为材料重量的10%，材料硬度为HRA92.5，第一剪切面前角（7）为22°±2°，第一剪切面宽度（8）为1.5-1.8mm；第二剪切面前角（10）为6°±2°，第二剪切面宽度（11）为0.4-0.6mm；第三剪切面前角（13）为2°±2°，第三剪切面宽度（14）为0.2-0.4 mm。
7.根据权利要求3所述的阶梯钻，其特征在于：所述阶梯钻采用ISO代码为K20-K30的硬质合金钢材料，其钴含量为材料重量的10%，材料硬度为HRA92.5，第一剪切面前角（7）为22°±2°，第一剪切面宽度（8）为1.2-1.5mm；第二剪切面前角（10）为8°±2°，第二剪切面宽度（11）为0.5-0.8mm；第三剪切面前角（13）为4°±2°，第三剪切面宽度（14）为0.3-0.5 mm；第四剪切面前角（16）为2°±2°，第四剪切面宽度（17）为0.2-0.4 mm。
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