CN111319199A - 一种冷循环易脱模注塑模具及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷循环易脱模注塑模具及其制作工艺，包括：凹模、凸模，凹模和凸模合模后形成的空腔为型腔，凹模或者凸模上侧壁上设有镂空结构的镂槽，型腔所形成的容器的开口处的厚度大于镂空结构的厚度，型腔的全部或部分内腔壁上镀有陶瓷层，陶瓷层的表面设有槽体，型腔的内腔表面形成了陶瓷和金属交替排布的镀层，凹模和凸模外侧设有循环冷却装置，在注入熔融状态下的注塑材料时，金属件的外表面会与型腔的内腔表面齐平，在型腔内部的温度下降的过程中，金属件会凹入型腔的表面。本发明提及的模具在制作带有镂空结构的注塑件时，能够减少注塑件对模具的粘连。

Description

一种冷循环易脱模注塑模具及其制作工艺

技术领域

本发明涉及一种注塑模具特别是医用器件注塑模具，尤其涉及一种冷循环易脱模注塑模具及其制作工艺。

背景技术

注塑是一种工业产品生产造型的方法。产品通常使用橡胶注塑和塑料注塑。注塑还可分注塑成型模压法和压铸法。注射成型机(简称注射机或注塑机)是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备，注射成型是通过注塑机和模具来实现的。塑料是较轻的材料，相对密度分布在0.90—2.2之间。特别是发泡塑料，因内有微孔，质地更轻，相对密度仅为0.01。这种特性使得塑料可用于要求减轻自重的产品生产中。

医用注塑件对于材质的要求极高，而注塑模具为了应对脱模问题，往往会对注塑件材质有限制，有些医用注塑件不易脱模，即使添加了脱模剂等化学手段也难以奏效。在制作带有镂空结构(本文中的镂空结构可理解为网状结构)，由于网状结构的注塑过程中，比表面积较大，极易发生注塑件上的材料与所述模具发生粘连，且在脱模的过程中，容易造成注塑材料在镂空结构处的断裂，从而使整个产品的制作停滞，如果当前模具处在生产线上，则注塑材料在模具中的残余还会影响其余的注塑件的制作，为此对应带有镂空结构的注塑件，需要减少其注塑件与模具的粘连。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种冷循环易脱模注塑模具及其制作工艺。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种冷循环易脱模注塑模具，包括：一种冷循环易脱模注塑模具，包括：凹模、凸模，所述凹模和凸模合模后形成的空腔为型腔，所述凹模或者凸模的侧壁上设有镂空结构的镂槽，所述型腔所形成的容器的开口处的厚度大于所述镂空结构的厚度，所述型腔的全部或部分内腔壁上镀有陶瓷层，所述陶瓷层的表面设有槽体，所述槽体内设有金属件，所述型腔的内腔表面形成了陶瓷和金属交替排布的镀层，所述凹模和所述凸模外侧设有循环冷却装置，所述陶瓷的热胀冷缩系数小于所述金属的热胀冷缩系数；在注入熔融状态下的注塑材料时，所述金属件的外表面会与所述型腔的内腔表面齐平，在所述型腔内部的温度下降的过程中，所述金属件会凹入所述型腔的表面。

本发明一个较佳实施例中，所述型腔的内腔侧壁中，位于所述镂槽区域的镀层面积大于其余区域的镀层面积。

本发明一个较佳实施例中，所述型腔的内腔侧壁上，越接近所述镂槽，所述陶瓷层和所述金属件在单位宽度范围内宽度越小。

本发明一个较佳实施例中，所述型腔的形状为碗状，所述镂空结构分布在碗状型腔的侧壁上。

本发明一个较佳实施例中，所述金属件和所述陶瓷层在型腔的内腔表面以平行线条的形式排布。

本发明一个较佳实施例中，所述容器的开口处的厚度至少为所述容器的镂空结构处的厚度的2倍。

本发明一个较佳实施例中，垂直方向上的所述凸模和所述凹模的两点处的表面弧度相同。

本发明一个较佳实施例中，所述注塑件在脱模的过程中，所述凹模或者所述凸模接触低频振动器，所述接触位点分布在所述镂空结构处。

本发明一个较佳实施例中，所述镂槽表面中高度起伏落差越大的区域，所述金属件和所述陶瓷层交替的程度就越高。

为达到上述目的，本发明采用的另一技术方案为：一种冷循环易脱模注塑模具的制作工艺，包括如下制作步骤：

S1.根据注塑件的形状制作模具的雏形，并在模具的内腔表面镀上一层陶瓷；

S2.根据注塑件上的镂空结构选择陶瓷和金属的排布方式，模拟注塑时的环境温度和压力并加以保持，根据排布方式在陶瓷表面进行刻蚀并填充金属，确保当前温度下的金属表面与型腔的内腔表面齐平；

S3.待模具降温至室温以下后，再度升温至注塑时的熔融状态的温度，在反复升降温度的过程中，对金属的起伏进行辅助辊压和统计。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

(1)本发明所提及的一种冷循环易脱模注塑模具，能够在加工制作带有镂空结构的容器或者其余物件的过程中，针对注塑件在带有镂空结构的区域容易与生产该注塑件的模具发生粘连的情况进行优化，通过金属和陶瓷的交替排布的镀层来使得注塑件和模具之间的粘连度较低，并确保模具的镂空结构区域不会因粘连而发生断裂，同时由于型腔的内腔表面的金属的凹陷，降低了注塑件脱模时的断裂的几率，从而减少了模具清理，增长了模具的使用寿命。

(2)金属件在热胀冷缩的过程中还可以用于降低模具中的镂槽是密度，即镂槽主要用于制作镂空结构中的主干支撑结构，表面积相对较小的镂空结构分布在主干支撑结构附近，即表面积相对较小的镂空结构可由金属件的热胀冷缩来完成，可以较低模具制作时的模具上的镂槽制作，且金属件可人为的温度把控，由于某些注塑件的镂空结构中的网格密度较大，网格的数量较大，对于镂槽的掌控难度大，可以利用金属件的起伏升降来减少镂槽的刻蚀密度，相应的清理模具时的劳动强度和检查模具表面残余注塑材料时的难度也相对减轻。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所提及的一种凹模结构示意图；

图2是本发明所提及的模具生产的一种注塑件的结构示意图；

图3是本发明所提及镂槽结构处的冷热影响下的结构对比图；

图4是本发明所提及的模具和陶瓷层的位置关系透视图；

图5是本发明所提及的模具表面的金属-陶瓷镀层的排布图。

图中：1、镂槽；2、凹模；3、镂空结构；4、陶瓷层；5、嵌槽；6、模具；7、金属件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

为了能够制作带有镂空结构的注塑件，本发明提出了一种解决方案，包括：一种冷循环易脱模注塑模具，包括：凹模、凸模，凹模和凸模合模后形成的空腔为型腔，凹模或者凸模的侧壁上设有镂空结构的镂槽，凸模和凹模的中部向同一方向进行凹陷或者凸起，型腔所形成的容器的开口处的厚度大于镂空结构的厚度，型腔的全部或部分内腔壁上镀有陶瓷层，陶瓷层的表面设有槽体，槽体内设有金属件，型腔的内腔表面形成了陶瓷和金属交替排布的镀层，凹模和凸模外侧设有循环冷却装置，陶瓷的热胀冷缩系数小于金属的热胀冷缩系数；在注入熔融状态下的注塑材料时，金属件的外表面会与型腔的内腔表面齐平，在型腔内部的温度下降的过程中，金属件会凹入型腔的表面。

需要说明的是带有镂空结构，即可以理解为某些便于散热的机械外壳，轻量化设计的塑料结构组件，日常浣洗用具的塑料箩筐，具有一定柔韧性的塑料网，均为包含带有镂空结构的注塑产品。图1示出了本发明所提及的模具生产的一种注塑件的结构示意图，为日常洗米时所使用的箩筐，顶部为厚度相对较大的实心把握区，中部连同底部为承载区，且承载区的侧壁上包含了大量的镂空网格，在制作上述注塑件的过程中，注塑材料可能会由于材料或者网格的密度等，与模具发生粘连。这种注塑件在制作个过程中，如果发生了粘连或者断裂等，对于整个产品而言，即可被认定为残次品，且残余在模具的注塑材料，对于下一次注塑的过程也会造成干扰。

本发明所提及的模具，由凹模和凸模组成，凹模和凸模合模后形成的空腔为型腔，凹模或者凸模的侧壁上设有用于形成镂空结构的镂槽，通常带有此种镂槽结构的为壳体，所以在其整体的厚度均较小的情况，凸模和凹模的中部会向着同一方向进行凸起或凹陷，形成容器状空腔。型腔所形成的容器注塑件的的开口处的侧壁厚度要大于镂空结构处的侧壁厚度。即在实际的产品中，镂空结构区域的厚度相对为整个注塑件中结构中的最薄的区域。型腔的全部或者部分内腔侧壁上镀有陶瓷层，陶瓷层表面设有槽体，槽体中设有金属件，在型腔的内腔表面形成了陶瓷和金属交替排布的镀层，该镀层中的陶瓷为玻璃陶瓷，其线性膨胀系数α<0.1*10^-6/℃，金属件的材料为铜或者钢，铜的线性膨胀系数α＝17.5*10^-6/℃，钢的线性膨胀系数α＝1.2*10^-5/℃。陶瓷的热胀冷缩系数小于金属的热胀冷缩系数，当使用上述材料作为镀层材料时，在整个注塑材料的注入和冷却成型整个过程中，金属件的体积变化幅度要原超于陶瓷层的变化幅度。凸模和凹模的外侧设有循环冷却装置，为模具的冷却提供了冷源。在注入熔融状态下的注塑材料时，型腔内腔侧壁表面上的金属件的外表面会与型腔的内腔表面齐平，在型腔的内部温度下降的过程中，金属件会凹入型腔的表面。

图1示出了本发明所提及的一种凹模结构示意图；注塑件上的镂空结构由模具上的阵列排布的凸点组成，凸点可分布在凸模或者凹模其中一个上，也可凸模和凹模凸模同时设置凸点，凸点之间缝隙形成了镂槽。

由于该模具中的镂空结构处极易发生粘连模具的情况，从而在型腔的内腔侧壁中，位于镂槽区域的镀层面积远大于其余区域的镀层面积，即热胀冷缩较为明显的镀层主要集中在模具中的镂槽处。需要说明的时，虽然陶瓷层也会由于热胀冷缩发生一定程度的起伏，但是由于其幅度较金属要小很多，所以对于陶瓷层的热胀冷缩的变化可以忽略。对于没有镂槽区域的型腔侧壁，可以间隔镀上少量的陶瓷层来降低当前区域的脱模的难易程度。

对应注塑件上接近镂槽的区域，可适当设置相应的镀层，越接近镂槽，陶瓷层和金属件在单位宽度范围内宽度越小。可以理解的是，注塑件的不同结构处在同模的过程中，由于受力和脱模的角度问题，在不同结构的交界处，易发生注塑件的局部断裂和粘连，所以在型腔的内腔侧壁上，越接近镂槽的区域，陶瓷层和金属件在单位宽度范围内宽度越小。即在注塑件冷却时，在微观上的金属件与注塑件的表面相错，可以有效的降低脱模时模具和注塑件间的粘连度，从而在方便脱模，且可以对该区域的结构完整性起到保护作用。

如图2所示的容器，生产其模具的型腔呈碗状，镂空结构主要分布在碗状型腔的内腔侧壁上。为了使得金属件的起伏能够对应型腔的镂槽的排布和形状，金属件和陶瓷层在型腔的内腔表面以平行线条的形式排布，在某种面积较小的平滑区域，金属件和陶瓷层可以以方块交错的形式排布。且为了提升容器的结构强度，上述注塑件容器的开口处的厚度至少为该容器的镂空结构处的厚度的2倍。由于镂空结构的表面具体位置若干凹槽或者通槽，此处的比表面积相对较大，在脱模的过程中，模具和冷却的注塑件表面由于材料自身的特性，可能会发生粘连，从而导致注塑件表面的断裂或者损坏，可在打开模具前，向模具内注入脱模剂，由于金属件和陶瓷层的的受冷凹陷，脱模剂能够相对顺利的由模具上的注塑孔进入设有镀层的区域，而金属件和陶瓷层交替程度较为明显的镂槽处所容纳的脱模剂的量相对较为充足，能够辅助粘连程度相对较大的区域。模具上的带有镂槽的区域，在垂直方向上的凸模和凹模的两点处的表面弧度相同，即注塑件产品的镂空区域的厚度大部分情况下相对均匀，凹模和凸模的中部向同一个方向凹陷或凸起，且垂直方向上的两点的表面弧度一致，能够确保注塑件产品的厚度相对均匀，注塑件厚度均匀的情况下，对应的镂槽的网格排布密度和金属镀层的密度在计算或者制作的过程可以节省相当可观的时间。

在使用脱模剂的同时，还可以打开低频振动器，使其接触凸模或者凹模，凸模或者凹模的接触位点主要分布在模具外表面上最接近镂槽的区域。可以加剧微观结构上的模具和注塑件的相错，且还有助于脱模剂在模具和注塑件之间的缝隙扩散。从而能够快速将脱模剂扩散到整个型腔中。

在镂槽表面中，高度起伏落差越大的区域，该处型腔的内腔侧壁上的金属件和陶瓷层交替的程度就会越高。即单位面积内，较大数量上的位点处的金属件不与注塑件接触，从而在脱模的过程中，极大程度的较少了模具和注塑件的接触面积，从而较低了脱模的难度。

本发明一种冷循环易脱模注塑模具的制作工艺，包括如下制作步骤：

S1.根据注塑件的形状制作模具的雏形，并在模具的内腔表面镀上一层陶瓷；

S2.根据注塑件上的镂空结构选择陶瓷和金属的排布方式，模拟注塑时的环境温度和压力并加以保持，根据排布方式在陶瓷表面进行刻蚀并填充金属，确保当前温度下的金属表面与型腔的内腔表面齐平；

S3.待模具降温至室温以下后，再度升温至注塑时的熔融状态的温度，在反复升降温度的过程中，对金属的起伏进行辅助辊压和统计。

需要注意的是，根据注塑件的形状和镂空结构的排布密度的不同，模具在制作过程中的镀层的设置位置和镀层内金属和陶瓷的交替密度会发生一定的变化。在制作模具的过程中，首先要记录模具所要注入的注塑材料的熔融状态下的温度，根据注塑件的形状制作出大致的模具的雏形，模具的内部空腔为型腔，型腔的形状接近注塑件的形状，并预留一定的空间用于镀层。在模具内镀上陶瓷镀层，具体材料为玻璃陶瓷，其受到温度的影响所发生的形变程度相对较小，由于生产的塑料制品，所以考虑到整体制品的厚度和允许的误差范围后，对于陶瓷层和塑料制品自身的形变权且忽略。在确定注塑件上的镂空结构的网格排列密度和凹槽深度后，对模具进行镂槽的刻蚀，为了较低模具的清理难度，可刻蚀密度，镂槽主要用于制作注塑件的镂空结构中的主干结构，即表面积较大的镂空结构，对于镂空结构中密度相对较大，单个镂孔的较小的结构，则可以借助金属件的凸起或者凹陷，来减少镂槽的刻蚀的繁琐度。对应镂槽的排布，在接近镂槽或者网状镂槽间进行槽体的刻蚀，槽体主要用于填充金属件。金属件和陶瓷层在型腔的内腔表面的排布，主要由注塑件的镂空结构的具体形状来确定。为了使得金属的填充的变化能够满足模具加工注塑件时的变化，需要模拟注塑时的环境温度和压力，并加以保持，根据预先选定的排布方式，在陶瓷层表面进行刻蚀，形成槽体，金属则以熔融状态注入冷却凝固在槽体中。待金属凝固后，进行打磨和抛光，确定当前的温度下的金属表面和型腔的内腔表面齐平(若模具的内腔表面需要部分的金属件受热凸起，形成表面较小的凹槽，则对应该部分的金属件不用打磨至于型腔的内腔表面相齐平)。当温度开始下降并降到室温以下后，再度提升温度至注塑时的熔融状态的温度，对镂槽及其附近区域的金属进行起伏的观察和统计，再初次的降温升温过程中，金属件可能由于自身内部的阻力、自身嵌设在陶瓷层中，自身与陶瓷层的结构原因等无法顺利的凸起或者凹陷，可以进行少量的辅助辊压或者敲击等确保起伏的顺利进行，再之后的两至三次的温度升降过程中，金属件和陶瓷层热胀冷缩变化逐渐趋于稳定，此时对模具进行验收，若设置在镂槽区域的金属件的凸起率能够达到95％以上，且凹陷率达到95％以上，则该模具可以进行相应的生产制造。而对应不过通过验收的模具，需要清除镀层，或者重新刻蚀等。

图3示出了本发明所提及镂槽结构处的冷热影响下的结构对比图；即镀层可主要设置在镂槽结构处，模具上阵列排布的凸点之间的缝隙，或者凸点上可设置金属镀层，金属镀层主要分布在凸点之间的镂槽底部或者凸点的表面(凸点的平行于模具内腔表面的区域，即图3中的四个方块的顶部区域，设置的金属件和陶瓷层的排布方式为方块交错设置(单个凸点的顶部可容纳若干个方块)。如果镂槽的宽度较大，凸点间的距离超过2-3mm，可在凸点的侧壁上设置环状镀层，即图3中四个方块的侧壁处)。图3中左侧的模具部分为冷却状态下的表面结构，温度提升到注塑材料熔融温度下的时候，模具则会变成如右侧的模具，金属件和型腔的表面齐平。

图4和图5为镀层与模具的结构关系图。图4显示的金属件和陶瓷层以平行线条的形式分布在型腔的内腔表面，图4为尚未填充金属件的状态，为了能够使得金属件在热胀冷缩的过程减少脱落的可能，会在陶瓷层表面的槽体中，沿其长度方向设置球形嵌槽，嵌槽内的金属件在形变的过程中，金属件其形变的程度，不足以使得嵌槽内的金属件缩小至能够从嵌槽内脱落，所以嵌槽在设置内腔半径和嵌槽的开口大小时，能够确保，金属件的在整个注塑过程中的体积变化，不会使得金属件能够从陶瓷层的槽体中脱落。图5显示的是注入了金属件并冷却后的情况，原先与型腔表面相齐平的金属件由于冷缩而发生了表面的褶皱，此种褶皱会在温度再度提升后消失，金属件会再度变得相对光滑(由于在微观上其形状的变化并非非常的平整，所以还需要在制作时对金属件的形变打磨提高次数和精度，确保其在热胀冷缩的过程中，尤其是热胀的状态下，能够以相对平整的状态去贴合并塑造注塑件的外部形状)。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种冷循环易脱模注塑模具，包括：凹模、凸模，所述凹模和凸模合模后形成的空腔为型腔，其特征在于，所述凹模或者凸模的侧壁上设有镂空结构的镂槽，所述型腔所形成的容器的开口处的厚度大于所述镂空结构的厚度，所述型腔的全部或部分内腔壁上镀有陶瓷层，所述陶瓷层的表面设有槽体，所述槽体内设有金属件，所述型腔的内腔表面形成了陶瓷和金属交替排布的镀层，所述凹模和所述凸模外侧设有循环冷却装置，所述陶瓷的热胀冷缩系数小于所述金属的热胀冷缩系数；

在注入熔融状态下的注塑材料时，所述金属件的外表面会与所述型腔的内腔表面齐平，在所述型腔内部的温度下降的过程中，所述金属件会凹入所述型腔的表面。

2.根据权利要求1所述的一种冷循环易脱模注塑模具，其特征在于：所述型腔的内腔侧壁中，位于所述镂槽区域的镀层面积大于其余区域的镀层面积。

3.根据权利要求1所述的一种冷循环易脱模注塑模具，其特征在于：所述型腔的内腔侧壁上，越接近所述镂槽，所述陶瓷层和所述金属件在单位宽度范围内宽度越小。

4.根据权利要求1所述的一种冷循环易脱模注塑模具，其特征在于：所述型腔的形状为碗状，所述镂空结构分布在碗状型腔的侧壁上。

5.根据权利要求1所述的一种冷循环易脱模注塑模具，其特征在于：所述金属件和所述陶瓷层在型腔的内腔表面以平行线条的形式排布。

6.根据权利要求1所述的一种冷循环易脱模注塑模具，其特征在于：所述容器的开口处的厚度至少为所述容器的镂空结构处的厚度的2倍。

7.根据权利要求1所述的一种冷循环易脱模注塑模具，其特征在于：垂直方向上的所述凸模和所述凹模的两点处的表面弧度相同。

8.根据权利要求1所述的一种冷循环易脱模注塑模具，其特征在于：所述注塑件在脱模的过程中，所述凹模或者所述凸模接触低频振动器，所述接触位点分布在所述镂空结构处。

9.根据权利要求1所述的一种冷循环易脱模注塑模具，其特征在于：所述镂槽表面中高度起伏落差越大的区域，所述金属件和所述陶瓷层交替的程度就越高。

10.根据权利要求1-9所述的任一一种冷循环易脱模注塑模具的制作工艺，其特征在于：包括如下制作步骤：

S1.根据注塑件的形状制作模具的雏形，并在模具的内腔表面镀上一层陶瓷；

S2.根据注塑件上的镂空结构选择陶瓷和金属的排布方式，模拟注塑时的环境温度和压力并加以保持，根据排布方式在陶瓷表面进行刻蚀并填充金属，确保当前温度下的金属表面与型腔的内腔表面齐平；

S3.待模具降温至室温以下后，再度升温至注塑时的熔融状态的温度，在反复升降温度的过程中，对金属的起伏进行辅助辊压和统计。

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