CN112461621A - 用于小试件的拼焊板分块压边成形实验装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于小试件的拼焊板分块压边成形实验装置，其包括模架组件、导向与分块压边组件、液压缸组件和光栅尺组件，其中使用螺栓将导向与分块压边组件安装在模架组件上，光栅尺组件通过两组螺栓安装在导向与分块压边组件和模架组件上，液压缸组件中的拉深液压缸和液压千斤顶分别安置在模架组件的缸体固定件和导向燕尾块上，使用方法：成形前，通过控制液压千斤顶带动压边组件将拼焊板试件挤压在压边圈与凹模间；成形时，通过调节液压千斤顶内液压油油压来使压边圈输出与拼焊板试件拉深深度相对应的预设压边力组；待完成后，各液压缸缩回，等待下一次操作。本专利结构紧凑，可对拼焊板小试件进行两个独立、实时控制的压边力拉深成形实验。

Description

用于小试件的拼焊板分块压边成形实验装置及使用方法

技术领域

本发明涉及实验装置领域，特别涉及一种用于小试件的拼焊板分块压边成形实验装置及使用方法。

背景技术

在现代汽车工业中，由于拼焊板在汽车的轻量化方面具有无可比拟的优势，所以拼焊板成形技术被广泛应用于汽车工业当中。相较于单板成形，拼焊板的成形过程更加复杂，目前人们还没有完全掌握拼焊板的成形技术，因此我国每年都要投入大量的资源对拼焊板的成形工艺进行研究，在众多影响拼焊板成形质量的因素中，压边力对拼焊板成形质量的好坏有着显著的影响，合理的压边力可以有效地抑制拼焊板成形件的起皱与破裂。通过实验的方法去探索和验证压边力是否合理是目前人们常用的研究手段。在实际操作中，为了节省成本、便于操作和提高实验效率，科研人员一般倾向使用等效的小试件来作为实验试件。但是目前还没有一种适用于小试件、压边力可以以较高精度进行实时输出的拼焊板分块拉深成形装置，这在一定程度上影响了对拼焊板分块压边成形工艺的研究。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于小试件的拼焊板分块压边成形实验装置及使用方法，通过使用液压系统提供动力，采用拉深液压缸实现对拼焊板试件的拉深，通过配有导向结构的阶梯式分块压边组件将类似于千斤顶形式的单作用缸产生的压边力传递给压边圈，并转化为两个可独立实时输出的压边力，最终提供了一种适用于小试件并且可以对小试件的两个压边区域施加可独立、可连续控制压边力的拼焊板拉深实验装置。

本发明提供了一种用于小试件的拼焊板分块压边成形实验装置，其包括模架组件、导向与分块压边组件、液压缸组件和光栅尺组件。所述模架组件，其包括铝合金机架、机座平台、缸体固定件、缸体旋转固定件、凸模连接件、凸模、凹模、凹模定位销、连接柱、锁紧螺母和凹模固定座，所述液压缸组件，其包括拉深液压缸和液压千斤顶，所述机座平台的下表面和所述铝合金机架顶部的上表面固定连接，所述机座平台通过连接件穿过所述缸体固定件与所述导向燕尾块固定连接，所述拉深液压缸的法兰通过所述缸体旋转固定件和所述缸体固定件安装连接，所述拉深液压缸的缸芯和所述凸模连接件底部的第四螺纹孔连接，所述凸模的凸台和所述凸模连接件顶部的方孔安装连接；所述导向与分块压边组件，其包括导向燕尾块、导向件、压边块、顶杆、过渡压边圈和压边圈，所述连接柱的下端穿过所述导向件的第一通孔与所述导向燕尾块的螺纹孔固定连接并使用锁紧螺母限制所述连接柱的旋转，所述液压千斤顶的底部安放在所述导向燕尾块的圆弧凹槽上，所述压边块位于所述液压千斤顶的顶部，所述导向件分别位于所述导向燕尾块和所述压边块顶部的上表面，所述顶杆的第一端穿过所述导向件的第二通孔通过连接件和所述压边块的第一阶梯孔固定连接，所述顶杆的第二端通过连接件和所述过渡压边圈的第二阶梯孔固定连接，所述压边圈安装在所述过渡压边圈上，所述连接柱的第二端通过所述锁紧螺母和所述凹模固定座的第三通孔固定连接，所述凹模定位销安装在所述凹模固定座的定位销孔处，所述凹模的第一螺纹孔通过连接件与所述凹模固定座第四通孔固定连接，所述光栅尺组件，其包括光栅尺、光栅尺连接件、第一连接件、第二连接件和第三连接件，所述光栅尺的尺体两端通过第三连接件分别与所述导向燕尾块和所述凹模固定座的外表面固定连接，所述光栅尺连接件的第一端通过第一连接件和所述凸模连接件的第三螺纹孔固定连接，所述光栅尺的游标通过第二连接件和所述光栅尺连接件的第二端固定连接。

可优选的是，所述用于固定凹模固定座的锁紧螺母共十八个，其中所述位于凹模固定座下端的六个锁紧螺母安装在连接柱上，并使其水平高度保持一致，对所述凹模固定座起支撑作用，将所述凹模固定座穿过凹模固定座的第三通孔并安装在所述六个锁紧螺母上，然后将所述十二只锁紧螺母分成六组，每组两个安装到所述六根连接柱上。

可优选的是，所述压边块、所述过渡压边圈、所述顶杆和所述压边圈分为左右两部分对称的布置在以拉深液压缸为中心的两侧。

可优选的是，所述凹模的圆形法兰上设有对称的环形侧耳，所述环形侧耳上设有第一螺纹孔，所述凹模固定座的第五通孔内设置有与凹模连接的凹台，所述凹台上设有定位销孔和第四通孔。

可优选的是，多个连接件均为内六角螺栓。

可优选的是，压边缸选择使用液压千斤顶。由拼焊板的拉深成形经验可知，对拼焊板的压边区施加垂直于板面且均匀的压边力更加符合理论、有限元模拟实验设置时的要求和可以获得更好的试件实际成形效果，因此拼焊板的拉深成形实验机的压边部件在进行压边力的传递和施加时，应该尽可能的保证压边力是垂直于板面方向的且压边力分布要均匀。液压千斤顶的一端只有缸壁而没有其他结构，可以保证缸芯更加接近只有缸壁的这一端，其用在本发明上作为压边组件的动力源可以减少压边力传递的力距长度，从而在满足本装置能实现对最小直径为100mm拼焊板试件进行拉深成形实验的要求下，保证了压边力施加的效果和拼焊板试件成形后的质量。液压千斤顶在压边组件的力传递的过程中，有用于导向的导向件，可以消除压边力偏载的情况，避免了压边力的偏载情况，从而更加符合理论、模拟实验设置时的要求并且可以获得更好的实际成形效果。

本发明的另外一方面，提供一种用于小试件的拼焊板分块压边成形的使用方法，其具体操作步骤如下：

S1、将拼焊板试件放置在压边圈的上表面，然后通过控制液压系统调控液压油进入液压千斤顶，使液压千斤顶的缸芯伸出并带动由压边块、顶杆、过渡压边圈和压边圈组成的压边组件向上移动，将安放在压边圈上表面的拼焊板试件挤压在压边圈上表面和凹模下表面之间；

S2、控制液压系统使高压液压油进入拉深液压缸的无杆腔，使拉深液压缸的缸芯伸出并带动凸模连接件和凸模向上移动，当凸模与拼焊板试件接触时，开始拼焊板试件的拉深成形过程；

S3、当凸模与拼焊板试件接触时，液压系统开始随着凸模的拉深位移来实时调节两个独立的液压千斤顶内液压油的油压大小，进而使各个液压千斤顶输出与拉深液压缸的拉深位移相对应的变压边力组，实时的压边力则通过压边组件逐级传递到压边圈，从而转化为拼焊板试件成形所需的压边力，并实现压边力的实时独立控制；

S4、当凸模上移到某一预设拉深位置时，控制液压系统使高压油进入拉深液压缸的有杆腔从而使拉深液压缸缩回，进而带动凸模连接件和凸模向下移回到初始位置，在拉深液压缸缩回的过程中，通过控制液压系统也使液压千斤顶的高压油液流回液压油箱，由于重力作用压边组件的压边圈也回到初始位置，等待下一次操作。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明的机械结构简单,可靠。采用成熟且简单的机械结构，整体零件数量少，从而保证了整个机械结构性能的可靠性。

2、本发明零件结构简单，易于制造且成本低。整个机械结构的零件没有采用难于加工和加工成本较高的加工形式，从而保证了制造的便利性和低的加工成本。

3、本发明结构紧凑，可对最小直径为100mm的试件进行实验。本专利区别于现有文献和市场上采用带有法兰的单作用缸作为压边缸的设计而是采用液压千斤顶作为压边缸。现有文献和市场上用于拼焊板分两块独立、实时、实施压边的成形实验装置，其采用的是带有法兰的单作用缸，因为其本身缸壁和缸芯的体积大加之有法兰，所以沿垂直单作用缸轴线方向的平面尤其是法兰处会占有很大的面积，从而使采用这种液压缸设计的拼焊板拉深成形实验装置不能进行最小直径为100mm的拼焊板试件的拉深成形实验，且其装置对直径一般为400mm的大试件的成形实验也存在偏载的缺点，在理论、有限元模拟实验设置和实际拼焊板试件的成形实验效果均存在着问题。本发明采用液压千斤顶作为压边缸来进行拼焊板拉深成形实验装置的设计，可以使最终设计出来的拼焊板拉深成形的实验装置可以对比直径为400mm小很多的拼焊板试件进行拉深成形实验；加之采用阶梯式压边结构可对最小直径为100mm的试件进行实验。

4、本发明中压边力的传递更加准确并且压边圈施力更加均匀。本发明装置没有采用类似于橡胶块的压边零件，而是采用刚性压边，施力更加准确，并且压边组件设有导向的结构，使压边力的施加更加均匀。

5、本发明采用分块压边且压边力实时可调。将压边圈分为两个独立的机构，并且设有各自独立的液压千斤顶，通过独立的控制液压千斤顶便可以对拼焊板试件的两个压边区域施加独立且可实时变化的压边力。

附图说明

图1a为本发明一种用于小试件的拼焊板分块压边成形实验装置的整体结构示意图；

图1b为本发明图1a的A-A剖视示意图；

图2为本发明一种用于小试件的拼焊板分块压边成形实验装置中导向燕尾块的结构示意图；

图3为本发明一种用于小试件的拼焊板分块压边成形实验装置中导向件结构示意图；

图4为本发明一种用于小试件的拼焊板分块压边成形实验装置中压边块的结构示意图；

图5a为本发明一种用于小试件的拼焊板分块压边成形实验装置中凸模连接件的结构示意图；

图5b为本发明图5a的A-A剖视示意图；

图6为本发明一种用于小试件的拼焊板分块压边成形实验装置中过渡压边圈的结构示意图；

图7为本发明一种用于小试件的拼焊板分块压边成形实验装置中凹模的结构示意图；

图8为本发明一种用于小试件的拼焊板分块压边成形实验装置中凹模固定座的结构示意图。

主要附图标记：

铝合金机架1，机座平台2，缸体固定件3，缸体旋转固定件4，拉深液压缸5，导向燕尾块6，圆弧凹槽61，中心孔62，螺纹孔63，导向件7，第一通孔71，凹槽72，第一方形通孔73，第二通孔74，连接柱8，锁紧螺母9，压边块10，第一阶梯孔101，凸模连接件11，方孔111，第三螺纹孔112，第四螺纹孔113，第一内六角螺栓12，光栅尺连接件13，顶杆14，凸模15，过渡压边圈16，第二阶梯孔161，压边圈17，凹模18，圆形法兰181，第一螺纹孔182，环形侧耳183，第二方形通孔184，凹模固定座19，第三通孔191，凹台192，第四通孔193，定位销孔194，第五通孔195，凹模定位销20，液压千斤顶21，光栅尺22，第二内六角螺栓23，第三内六角螺栓24。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

本发明提供一种用于小试件的拼焊板分块压边成形实验装置，如图1所示，其包括模架组件、导向与分块压边组件、液压缸组件和光栅尺组件。

模架组件，其包括铝合金机架1、机座平台2、缸体固定件3、缸体旋转固定件4、凸模连接件11、凸模15、凹模18、凹模定位销20、连接柱8、锁紧螺母9和凹模固定座19；液压缸组件，其包括拉深液压缸5和液压千斤顶21。

机座平台2的下表面和铝合金机架1顶部的上表面固定连接，机座平台2通过内六角螺栓穿过缸体固定件3与导向燕尾块6固定连接，拉深液压缸5的法兰通过缸体旋转固定件4和缸体固定件3的上表面连接，拉深液压缸5的缸芯穿过导向燕尾块6的中心孔62和凸模连接件11底部的第四螺纹孔113连接。

凸模15的第一端穿过导向件7的第一方形通孔73和凸模连接件11顶部的方孔111固定连接。

导向与分块压边组件，其包括导向燕尾块6、导向件7、压边块10、顶杆14、过渡压边圈16和压边圈17。优选地，压边块10、顶杆14、过渡压边圈16和压边圈17共同组成本装置实验所需的压边组件，是本发明装置的一个重要的结构组成。该压边组件将压边圈17分为两个独立的机构，并且设有各自对应的独立的液压千斤顶21，通过控制液压千斤顶21可以对两个压边区域施加独立并且可实时变化的压边力。

在本发明的一个优选实施方式中，如图2所示，导向燕尾块6为圆柱体，设置有安置液压千斤顶的对称圆弧凹槽61、用于拉深液压缸5的缸芯穿过的中心孔62以及六个与连接柱8装配的螺纹孔63；如图3所示，导向件7为圆柱形凸台，凸台底部有六个可供连接柱8穿过的第一通孔71，凸台顶部设置有用于可供光栅尺连接件13穿过的凹槽72、用于凸模15穿过的第一方形通孔73和六个可供顶杆14穿过的第二通孔74；如图4所示，压边块10上沿圆周方向均匀分布有第一阶梯孔101；如图5a及图5b所示，凸模连接件11的外形为长方体，并设置有与凸模15进行装配的方孔111、与拉深液压缸5的缸芯进行装配的第四螺纹孔113以及与光栅尺连接件13进行装配的第三螺纹孔112；如图6所示，过渡压边圈16有沿周向分布的第二阶梯孔161。

连接柱8的下端穿过导向件7的第一通孔71与导向燕尾块6的螺纹孔63固定连接并使用锁紧螺母9限制连接柱的旋转，液压千斤顶21的底部安放在导向燕尾块6的圆弧凹槽61上，压边块10位于液压千斤顶21的顶部，导向件7分别位于导向燕尾块6和压边块10顶部的上表面，顶杆14的第一端穿过导向件7的第二通孔74通过内六角螺栓和压边块10的第一阶梯孔101固定连接，顶杆14的第二端通过内六角螺栓和过渡压边圈16的第二阶梯孔161固定连接，压边圈17安装在过渡压边圈上16，连接柱8的第二端通过锁紧螺母9和凹模固定座19的第三通孔191固定连接，凹模定位销20安装在凹模固定座19的定位销孔194处。

凹模18的第一螺纹孔182通过内六角螺栓与凹模固定座19第四通孔193固定连接。

光栅尺组件，其包括光栅尺22、光栅尺连接件13、第一内六角螺栓12、第二内六角螺栓23和第三内六角螺栓24。光栅尺连接件13位于导向件7的凹槽72内，光栅尺22尺体的两端通过第三内六角螺栓24分别与导向燕尾块6和凹模固定座19的外表面固定连接，光栅尺连接件13的第一端通过第一内六角螺栓12和凸模连接件11的第三螺纹孔112固定连接，光栅尺22的游标通过第二内六角螺栓23和光栅尺连接件13的第二端固定连接。

在其余实施例中，本专利实施例中所有的内六角螺栓在其余实施例中也可使用其他连接件进行连接。

如图1所示，用于固定凹模固定座19的锁紧螺母9共十八个，其中位于凹模固定座19下端的六个锁紧螺母9安装在连接柱8上，并使其水平高度保持一致，对凹模固定座19起支撑作用，凹模固定座19的第三通孔191分别对准连接柱8并将凹模固定座19安装在六个锁紧螺母9上，然后将十二只锁紧螺母9分成六组，每组两个安装到六根连接柱8上。

如图7所示，凹模18的底部为圆柱体，顶部为圆形法兰181，凹模18的中间设置有供凸模15穿过的第二方形通孔184，圆形法兰181上设有对称的环形侧耳183，环形侧耳183上设有第一螺纹孔182；如图8所示，凹模固定座19为圆柱体，凹模固定座19的第五通孔195内设置有与凹模18连接的凹台192，凹台192上设有定位销孔194和第四通孔193，第三通孔191沿圆周方向分布在凹模固定座19上。

本发明通过采用液压千斤顶21作为压边缸和阶梯式压边结构，使整个机械结构紧凑，可对最小直径为100mm的拼焊板小试件进行两个独立实时控制的压边力拉深成形实验，为拼焊板小试件的变压边力研究提供了实验装置；本发明的实验装置压边力传递更加准确、合理，并且压边圈17在拼焊板试件上的施力更加均匀；本发明采用刚性压边施力更加准确，并且压边组件设有导向件7，导向件7使得压边力的施加更加均匀，从而使得压边效果与理论压边更加贴合，压边更加合理；采用分块压边且两组压边力独立、实时可调，操作方便，实际应用价值大；将压边功能分为两个独立的机构，并各自设有独立的液压千斤顶21以及配套的压边机构，通过独立控制各自的液压千斤顶21即可独立、实时的对拼焊板小试件的两个压边区域施加预设的压边力。

以下结合实施例对本发明一种用于小试件的拼焊板分块压边成形实验装置及使用方法做进一步描述：

本发明装置的具体使用方法步骤如下：

S1、将拼焊板试件放置在压边圈17的上表面，启动液压系统调控液压油进入液压千斤顶21的无杆腔内，使液压千斤顶21的缸芯伸出并带动由压边块10、顶杆14、过渡压边圈16和压边圈17组成的压边组件向上移动，随着压边组件的不断上移，将安放在压边圈17上表面的拼焊板试件挤压在压边圈17的上表面和凹模18的下表面之间。

S2、控制液压系统使高压液压油进入拉深液压缸5的无杆腔，使拉深液压缸5的缸芯伸出并带动凸模连接件11和凸模15向上移动，当凸模15与拼焊板试件接触时，开始拼焊板试件的拉深成形过程；

S3、当凸模15与拼焊板试件接触时，液压系统开始随着凸模15的拉深位移来实时调节两个独立的液压千斤顶21内液压油的油压大小，进而使各个液压千斤顶21输出与拉深液压缸5的拉深位移相对应的变压边力组，实时的压边力则通过压边组件逐级传递到压边圈17，从而转化为拼焊板试件成形所需的压边力，并实现压边力的实时独立控制；

S4、当凸模15上移到某一预设拉深位置时，控制液压系统使高压油进入拉深液压缸5的有杆腔从而使拉深液压缸5缩回，进而带动凸模连接件11和凸模15向下移回到初始位置，在拉深液压缸5缩回的过程中，通过控制液压系统也使液压千斤顶21的高压油液流回液压油箱，由于重力作用压边组件的压边圈17也回到初始位置，等待下一次操作。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于小试件的拼焊板分块压边成形实验装置，其包括模架组件、导向与分块压边组件、液压缸组件和光栅尺组件，其特征在于，

所述模架组件，其包括铝合金机架、机座平台、缸体固定件、缸体旋转固定件、凸模连接件、凸模、凹模、凹模定位销、连接柱、锁紧螺母和凹模固定座，所述液压缸组件，其包括拉深液压缸和液压千斤顶，所述机座平台的下表面和所述铝合金机架顶部的上表面固定连接，所述机座平台通过连接件穿过所述缸体固定件与导向燕尾块固定连接，所述拉深液压缸的法兰通过所述缸体旋转固定件和所述缸体固定件安装连接，所述拉深液压缸的缸芯和所述凸模连接件底部的第四螺纹孔连接，所述凸模的凸台和所述凸模连接件顶部的方孔安装连接；

所述导向与分块压边组件包括导向燕尾块、导向件、压边块、顶杆、过渡压边圈和压边圈，所述连接柱的下端穿过所述导向件的第一通孔与所述导向燕尾块的螺纹孔固定连接，并使用所述锁紧螺母限制所述连接柱的旋转，所述液压千斤顶的底部安放在所述导向燕尾块的圆弧凹槽上，所述压边块位于所述液压千斤顶的顶部，所述导向件分别位于所述导向燕尾块和所述压边块顶部的上表面，所述顶杆的第一端穿过所述导向件的第二通孔通过连接件和所述压边块的第一阶梯孔固定连接，所述顶杆的第二端通过连接件和所述过渡压边圈的第二阶梯孔固定连接，所述压边圈安装在所述过渡压边圈上，所述连接柱的第二端通过锁紧螺母和所述凹模固定座的第三通孔固定连接，所述凹模定位销安装在所述凹模固定座的定位销孔处，所述凹模的第一螺纹孔通过连接件与所述凹模固定座第四通孔固定连接；

所述光栅尺组件，其包括光栅尺、光栅尺连接件、第一连接件、第二连接件和第三连接件，所述光栅尺的尺体两端通过第三连接件分别与所述导向燕尾块和所述凹模固定座的外表面固定连接，所述光栅尺连接件的第一端通过第一连接件和所述凸模连接件的第三螺纹孔固定连接，所述光栅尺的游标通过第二连接件和所述光栅尺连接件的第二端固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于小试件的拼焊板分块压边成形实验装置，其特征在于，所述用于固定凹模固定座的锁紧螺母共十八个，其中所述位于凹模固定座下端的六个锁紧螺母安装在连接柱上，并使其水平高度保持一致，对所述凹模固定座起支撑作用，将所述凹模固定座穿过凹模固定座的第三通孔并安装在所述六个锁紧螺母上，然后将所述十二只锁紧螺母分成六组，每组两个安装到所述六根连接柱上。

3.根据权利要求1所述的一种用于小试件的拼焊板分块压边成形实验装置，其特征在于，所述压边块、所述过渡压边圈、所述顶杆和所述压边圈分为左右两部分对称的布置在以拉深液压缸为中心的两侧。

4.根据权利要求1所述的一种用于小试件的拼焊板分块压边成形实验装置，其特征在于，所述凹模的圆形法兰上设有对称的环形侧耳，所述环形侧耳上设有第一螺纹孔，所述凹模固定座的第五通孔内设置有与凹模连接的凹台，所述凹台上设有定位销孔和第四通孔。

5.根据权利要求1所述的一种用于小试件的拼焊板分块压边成形实验装置，其特征在于，多个连接件均为内六角螺栓。

6.一种利用权利要求1-5中任一项所述的一种用于小试件的拼焊板分块压边成形的使用方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1、将拼焊板试件放置在压边圈的上表面，然后通过控制液压系统调控液压油进入液压千斤顶，使液压千斤顶的缸芯伸出并带动由压边块、顶杆、过渡压边圈和压边圈组成的压边组件向上移动，将安放在压边圈上表面的拼焊板试件挤压在压边圈上表面和凹模下表面之间；

S2、控制液压系统使高压液压油进入拉深液压缸的无杆腔，使拉深液压缸的缸芯伸出并带动凸模连接件和凸模向上移动，当凸模与拼焊板试件接触时，开始拼焊板试件的拉深成形过程；

S3、当凸模与拼焊板试件接触时，液压系统开始随着凸模的拉深位移来实时调节两个独立的液压千斤顶内液压油的油压大小，进而使各个液压千斤顶输出与拉深液压缸的拉深位移相对应的变压边力组，实时的压边力则通过压边组件逐级传递到压边圈，从而转化为拼焊板试件成形所需的压边力，并实现压边力的实时独立控制；

S4、当凸模上移到某一预设拉深位置时，控制液压系统使高压油进入拉深液压缸的有杆腔从而使拉深液压缸缩回，进而带动凸模连接件和凸模向下移回到初始位置，在拉深液压缸缩回的过程中，通过控制液压系统也使液压千斤顶的高压油液流回液压油箱，由于重力作用压边组件的压边圈也回到初始位置，等待下一次操作。

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