CN112518594A - 一种压电振子阵列型超声喷丸强化装置 - Google Patents

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CN112518594A CN202110181858.2A CN202110181858A CN112518594A CN 112518594 A CN112518594 A CN 112518594A CN 202110181858 A CN202110181858 A CN 202110181858A CN 112518594 A CN112518594 A CN 112518594A
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Abstract

本申请实施例涉及一种压电振子阵列型超声喷丸强化装置，包括：支撑装置、喷丸室、压电超声振子和激振片，其中的支撑装置包括喷丸室夹持板、换能器夹持板、底板和支撑杆，换能器夹持板与所述喷丸室夹持板以及所述底板均通过支撑杆连接，以便为喷丸室和压电超声振子的安装提供充足的空间，压电超声振子的输出端伸入喷丸室，激振片连接在压电超声振子的输出端，激振片上远离压电超声振子的输出端的一侧铺设有多个弹丸。压电超声振子将超声电源输入的超声频电振荡信号转化为同频率的机械振动信号并将振幅放大后作用在激振片上，激振片高频振动驱动弹丸反复冲击待加工工件表面，从而提高超声喷丸装置的喷丸质量和喷丸效率。

Description

一种压电振子阵列型超声喷丸强化装置
技术领域
本申请涉及超声加工技术领域，具体而言，涉及一种压电振子阵列型超声喷丸强化装置。
背景技术
超声喷丸技术已成功应用在金属和合金表面上产生微米、亚微米、纳米晶粒，而表层具有超细晶粒（尤其是纳米级）显微结构的金属可以显著改善机械性能，正因如此，超声喷丸强化技术已经引起了全世界越来越多学者的关注。
相关技术中，超声喷丸装置的喷丸质量和喷丸效率较低。
发明内容
本申请实施例提供一种压电振子阵列型超声喷丸强化装置，旨在提高超声喷丸装置的喷丸质量和喷丸效率。
本申请实施例提供一种压电振子阵列型超声喷丸强化装置，包括：
支撑装置，所述支撑装置包括喷丸室夹持板、换能器夹持板、底板和支撑杆，所述换能器夹持板设置在所述喷丸室夹持板和所述底板之间，且所述换能器夹持板与所述喷丸室夹持板以及所述底板均通过支撑杆连接；
喷丸室，所述喷丸室设置在所述喷丸室夹持板与所述换能器夹持板之间，且所述喷丸室与所述喷丸室夹持板连接；
压电超声振子，所述压电超声振子的中部与所述换能器夹持板连接，所述压电超声振子的输出端伸入所述喷丸室；
激振片，所述激振片连接在所述压电超声振子的输出端，所述激振片上远离所述压电超声振子的输出端的一侧铺设有多个弹丸。
可选地，所述喷丸室包括夹持部和喷丸部，所述夹持部为中空圆柱，所述夹持部的外侧面上设置有外螺纹，所述喷丸室夹持板上开设有与所述夹持部相配合的螺纹孔；
所述喷丸部设置在所述夹持部的底端，所述压电超声振子的输出端伸入所述喷丸部的内部。
可选地，所述喷丸部包括顶板和圆环侧壁，所述顶板设置在所述夹持部的底端，所述圆环侧壁设置在所述顶板上的远离所述夹持部的一侧；
所述顶板上均匀开设有多个螺纹孔，用于通过螺栓将待加工工件固定在所述喷丸部内；
所述激振片为与所述圆环侧壁相适配的圆形。
可选地，还包括喷丸室固定板；
所述喷丸室固定板上开设有与所述夹持部相配合的螺纹孔，且所述喷丸室固定板与所述喷丸室夹持板螺栓连接。
可选地，所述压电超声振子有多个，每个所述压电超声振子包括压电换能器和级联变幅杆，所述级联变幅杆穿过所述换能器夹持板，并与所述换能器夹持板连接；
所述压电换能器的一端和所述级联变幅杆的一端通过螺柱连接；
所述级联变幅杆上远离与所述压电换能器连接的一端伸入所述喷丸部的内部，且所述激振片连接在所述级联变幅杆的输出端。
可选地，所述级联变幅杆上设置有法兰盘，所述级联变幅杆上的法兰盘和所述换能器夹持板通过螺栓连接。
可选地，所述换能器夹持板与所述喷丸室夹持板之间均匀设置有多根支撑杆；
所述支撑杆的两端均设置有连接柱，所述连接柱上设置有外螺纹，所述换能器夹持板上开设有与所述连接柱上的外螺纹相配合的螺纹孔，所述喷丸室夹持板上开设有与所述连接柱相配合的通孔；
所述支撑杆的一端的连接柱与所述换能器夹持板螺纹连接，所述支撑杆的另一端的连接柱穿过所述喷丸室夹持板的通孔，并通过螺母与所述喷丸室夹持板紧固连接。
可选地，所述换能器夹持板与所述底板之间均匀设置有多根支撑杆；
所述支撑杆的两端均设置有连接柱，所述连接柱上设置有外螺纹，所述底板上开设有与所述连接柱上的外螺纹相配合的螺纹孔，所述换能器夹持板上开设有与所述连接柱相配合的通孔；
所述支撑杆的一端的连接柱与所述底板螺纹连接，所述支撑杆的另一端的连接柱穿过所述换能器夹持板的通孔，并通过螺母与所述换能器夹持板紧固连接。
采用本申请提供的压电振子阵列型超声喷丸强化装置，其中的支撑装置包括喷丸室夹持板、换能器夹持板、底板和支撑杆，换能器夹持板与所述喷丸室夹持板以及所述底板均通过支撑杆连接，以便为喷丸室和压电超声振子的安装提供充足的空间，喷丸室设置在喷丸室夹持板与换能器夹持板之间，且喷丸室与喷丸室夹持板连接，压电超声振子的中部与换能器夹持板连接，压电超声振子的输出端伸入喷丸室，激振片连接在压电超声振子的输出端，激振片上远离压电超声振子的输出端的一侧铺设有多个弹丸。压电超声振子将超声电源输入的超声频电振荡信号转化为同频率的机械振动信号并将振幅放大后作用在激振片上，激振片高频振动驱动弹丸反复冲击待加工工件表面，使待加工工件表层材料发生塑性变形，从而植入残余压应力，达到表面强化的效果，从而提高超声喷丸装置的喷丸质量和喷丸效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例的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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例提出的一种压电振子阵列型超声喷丸强化装置的立体结构示意图；
图2是本申请一实施例提出的一种压电振子阵列型超声喷丸强化装置的内部结构示意图；
图3是本申请一实施例提出的喷丸室的内部结构示意图；
图4是本申请一实施例提出的换能器夹持板的立体结构示意图。
附图标记说明：
1-支撑装置、11-喷丸室夹持板、12-换能器夹持板、13-底板、14-支撑杆、2-喷丸室、21-夹持部、22-喷丸部、221-顶板、222-圆环侧壁、3-压电超声振子、31-级联变幅杆、32-压电换能器、4-喷丸室固定板、5-激振片、6-待加工工件。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
超声喷丸技术已成功应用在金属和合金表面上产生微米、亚微米、纳米晶粒，而表层具有超细晶粒（尤其是纳米级）显微结构的金属可以显著改善机械性能，正因如此，超声喷丸强化技术已经引起了全世界越来越多学者的关注。
相关技术中，超声喷丸装置的喷丸质量和喷丸效率较低。
有鉴于此，本申请创造性地提出一种压电振子阵列型超声喷丸强化装置，旨在解决射流电解加工中加工精度较差且加工效率低的问题。
参考图1和图2，图1是本申请一实施例提出的一种压电振子阵列型超声喷丸强化装置的立体结构示意图，图2是本申请一实施例提出的一种压电振子阵列型超声喷丸强化装置的内部结构示意图。如图1和图2所示，所述压电振子阵列型超声喷丸强化装置，包括：
支撑装置1，所述支撑装置1包括喷丸室夹持板11、换能器夹持板12、底板13和支撑杆14，所述换能器夹持板12设置在所述喷丸室夹持板11和所述底板13之间，且所述换能器夹持板12与所述喷丸室夹持板11以及所述底板13均通过支撑杆14连接；
喷丸室2，所述喷丸室2设置在所述喷丸室夹持板11与所述换能器夹持板12之间，且所述喷丸室2与所述喷丸室夹持板11连接；
压电超声振子3，所述压电超声振子3的中部与所述换能器夹持板12连接，所述压电超声振子3的输出端伸入所述喷丸室2；
激振片5，所述激振片5连接在所述压电超声振子3的输出端，所述激振片5上远离所述压电超声振子3的输出端的一侧铺设有多个弹丸。
在本实施方式中，支撑装置1包括喷丸室夹持板11、换能器夹持板12、底板13和支撑杆14，换能器夹持板12设置在喷丸室夹持板11和底板13之间，且换能器夹持板12与喷丸室夹持板11以及底板13均通过支撑杆14连接，具体地，底板13设置在最下层，然后，换能器设置在底板13上部，底板13和换能器之间通过多根支撑杆14连接，喷丸室夹持板11设置在换能器夹持板12上部，喷丸室夹持板11和换能器夹持板12之间通过多根支撑杆14连接，支撑杆14使换能器夹持板12和喷丸室夹持板11之间，以及换能器夹持板12和底板13之间留有足够的安装空间。
喷丸室2设置在喷丸室夹持板11与换能器夹持板12之间，且喷丸室2与喷丸室夹持板11连接，压电超声振子3穿过换能器夹持板12，且压电超声振子3的中部与换能器夹持板12连接，具体地，压电超声振子3有多个，呈环形阵列均匀连接在换能器夹持板12上，压电超声振子3的输出端伸入喷丸室2，激振片5通过特制胶水固定连接在压电超声振子3的输出端，且激振片5上远离压电超声振子3的输出端的一侧铺设有多个弹丸，待加工工件6连接在喷丸室2内部，压电超声振子3将超声电源输入的超声频电振荡信号转化为同频率的机械振动信号并将振幅放大后作用在激振片5上，激振片5高频振动驱动弹丸反复冲击待加工工件6表面，使待加工工件6表层材料发生塑性变形，从而植入残余压应力，达到表面强化的效果，从而提高超声喷丸装置的喷丸质量和喷丸效率。
其具体工作过程为：将压电振子的正负电极导线均与超声电源正负极连接，压电振子之间为并联关系，待加工工件6固定在喷丸室2内，在激振片5上放置一定数量的弹丸，使弹丸铺满激振片5上表面，然后将喷丸室夹持板11、喷丸室2等其它零件装配好，压电超声振子3将超声电源输入的超声频电振荡信号转化为同频率的机械振动信号并将振幅放大后作用在激振片5上，激振片5高频振动驱动弹丸反复冲击待加工工件6下表面，使待加工工件6表层材料发生塑性变形，从而植入残余压应力，达到表面强化的效果。
基于上述压电振子阵列型超声喷丸强化装置，本申请提供以下一些具体可实施方式的示例，在互不抵触的前提下，各个示例之间可任意组合，以形成新一种压电振子阵列型超声喷丸强化装置。应当理解的，对于由任意示例所组合形成的新一种压电振子阵列型超声喷丸强化装置，均应落入本申请的保护范围。
参考图1至图3，图3是本申请一实施例提出的喷丸室的内部结构示意图，如图1至图3所示，在一种可行的实施方式中，所述喷丸室2包括夹持部21和喷丸部22，所述夹持部21为中空圆柱，所述夹持部21的外侧面上设置有外螺纹，所述喷丸室夹持板11上开设有与所述夹持部21相配合的螺纹孔；
所述喷丸部22设置在所述夹持部21的底端，所述压电超声振子3的输出端伸入所述喷丸部22的内部。
在本实施方式中，喷丸室2包括夹持部21和喷丸部22，喷丸室2可一体成型，其中，夹持部21为中空圆柱，中空圆柱的结构能够在保证强度的前提下减轻喷丸室2的重量，且夹持部21的外侧面上设置有外螺纹，喷丸室夹持板11上开设有与夹持部21相配合的螺纹孔，以便喷丸室2的夹持部21与喷丸室夹持板11通过螺纹连接，喷丸部22设置在夹持部21的底端，可通过旋动喷丸部22，使夹持部21在喷丸室夹持板11上的螺纹孔中移动，从而使喷丸室2相对于喷丸室夹持板11移动，压电超声振子3的输出端伸入喷丸部22的内部，由于激振片5连接在压电超声振子3的输出端，压电超声振子3和激振片5相对于喷丸室夹持板11固定，从而使喷丸室2相对于喷丸室夹持板11移动时，能够使喷丸室2中的待加工工件6相对于激振片5移动，以便能够调节喷丸室2中的待加工工件6与激振片5的距离。
在一种可行的实施方式中，所述喷丸部22包括顶板221和圆环侧壁222，所述顶板221设置在所述夹持部21的底端，所述圆环侧壁222设置在所述顶板221上的远离所述夹持部21的一侧；
所述顶板221上均匀开设有多个螺纹孔，用于通过螺栓将待加工工件6固定在所述喷丸部22内；
所述激振片5为与所述圆环侧壁222相适配的圆形。
在本实施方式中，喷嘴的喷丸部22包括顶板221和圆环侧壁222，顶板221设置在夹持部21的底端，顶板221可为圆环形，夹持部21连接在顶板221的内圈处，圆环侧壁222设置在顶板221上的远离夹持部21的一侧，且圆环侧壁222连接在顶板221的外圈处，顶板221上均匀开设多个螺纹孔，待加工工件6设置在喷丸部22内的顶部，多个螺栓分别穿过顶板221上的螺纹孔和待加工工件6，并通过螺母将待加工工件6固定，激振片5为与圆环侧壁222相适配的圆形，从而能够使激振片5和待加工工件6之间形成一个相对密闭的空间，以避免激振片5上的喷丸从喷丸部22的内部掉出，且能够便于在激振片5伸入喷丸部22的内部后，还可顺利转动喷丸部22，调节待加工工件6与激振片5的距离，由于多个压电超声振子3在换能器夹持板12上呈环形阵列均匀分布，所以多个压电超声振子3的输出端均匀连接的激振片5的底部，以使作用于激振片5上的振动更加均匀，从而得到更好的喷丸效果。
在一种可行的实施方式中，还包括喷丸室固定板4；
所述喷丸室固定板4上开设有与所述夹持部21相配合的螺纹孔，且所述喷丸室固定板4与所述喷丸室夹持板11螺栓连接。
在本实施方式中，喷丸室固定板4上开设有与夹持部21相配合的螺纹孔，以便使喷丸室固定板4与夹持部21螺纹连接，喷丸室固定板4与喷丸室夹持板11螺栓连接，以使喷丸室固定板4无法相对于喷丸室夹持板11移动，喷丸室固定板4和喷丸室夹持板11的配合能够增大与喷丸室2的夹持部21的螺纹连接长度，从而能够更好地限制夹持部21与喷丸室夹持板11之间的相对位移。
参考图1至图4，图4是本申请一实施例提出的换能器夹持板的立体结构示意图，在一种可行的实施方式中，所述压电超声振子3有多个，每个所述压电超声振子3包括压电换能器32和级联变幅杆31，所述级联变幅杆31穿过所述换能器夹持板12，并与所述换能器夹持板12连接；
所述压电换能器32的一端和所述级联变幅杆31的一端通过螺柱连接；
所述级联变幅杆31上远离与所述压电换能器32连接的一端伸入所述喷丸部22的内部，且所述激振片5连接在所述级联变幅杆31的输出端。
在本实施方式中，压电超声振子3有多个，每个压电超声振子3包括压电换能器32和级联变幅杆31，级联变幅杆31穿过换能器夹持板12，并与换能器夹持板12连接，具体地，换能器夹持板12上开设有多个与级联变幅杆31相配合的通孔，且多个通孔呈圆环阵列均匀分布，级联变幅杆31穿过换能器夹持板12上的通孔，与压电换能器32连接，与级联变幅杆31连接后的压电换能器32与底板13之间留有一定空隙，具体地，压电换能器32的一端和级联变幅杆31的一端可通过螺柱连接，并且，级联变幅杆31上设置有法兰盘，级联变幅杆31上的法兰盘和换能器夹持板12通过螺栓连接，从而使级联变幅杆31与换能器夹持板12无法相对移动，级联变幅杆31上远离与压电换能器32连接的一端伸入喷丸部22的内部，且激振片5连接在级联变幅杆31的输出端，压电换能器32能够将超声电源输入的超声频电振荡信号转化为同频率的机械振动信号，并将振幅通过级联变幅杆31放大后作用在激振片5上，以增强振动效果，从而提高喷丸质量和喷丸效率。
在一种可行的实施方式中，换能器夹持板12与喷丸室夹持板11之间均匀设置有多根支撑杆14，多根支撑杆14均匀设置于换能器夹持板12和喷丸室夹持板11的边缘处，以便能够使换能器夹持板12与喷丸室夹持板11之间留有足够的安装空间来安装喷丸室2；
支撑杆14的两端均设置有连接柱，连接柱上设置有外螺纹，换能器夹持板12上开设有与连接柱上的外螺纹相配合的螺纹孔，喷丸室夹持板11上开设有与连接柱相配合的通孔；
连接时，支撑杆14的一端的连接柱与换能器夹持板12螺纹连接，支撑杆14的另一端的连接柱穿过喷丸室夹持板11的通孔，并通过螺母与喷丸室夹持板11紧固连接。
在一种可行的实施方式中，换能器夹持板12与底板13之间均匀设置有多根支撑杆14，多根支撑杆14均匀设置于换能器夹持板12和底板13的边缘处，以便能够使换能器夹持板12与底板13之间留有足够的安装空间来安装压电超声振子3；
支撑杆14的两端均设置有连接柱，连接柱上设置有外螺纹，底板13上开设有与连接柱上的外螺纹相配合的螺纹孔，换能器夹持板12上开设有与连接柱相配合的通孔；
连接时，支撑杆14的一端的连接柱与底板13螺纹连接，支撑杆14的另一端的连接柱穿过换能器夹持板12的通孔，并通过螺母与换能器夹持板12紧固连接。
应当理解地，本申请说明书尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的一种压电振子阵列型超声喷丸强化装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (8)

1.一种压电振子阵列型超声喷丸强化装置，其特征在于，包括：
支撑装置(1)，所述支撑装置(1)包括喷丸室夹持板(11)、换能器夹持板(12)、底板(13)和支撑杆(14)，所述换能器夹持板(12)设置在所述喷丸室夹持板(11)和所述底板(13)之间，且所述换能器夹持板(12)与所述喷丸室夹持板(11)以及所述底板(13)均通过支撑杆(14)连接；
喷丸室(2)，所述喷丸室(2)设置在所述喷丸室夹持板(11)与所述换能器夹持板(12)之间，且所述喷丸室(2)与所述喷丸室夹持板(11)连接；
压电超声振子(3)，所述压电超声振子(3)的中部与所述换能器夹持板(12)连接，所述压电超声振子(3)的输出端伸入所述喷丸室(2)；
激振片(5)，所述激振片(5)连接在所述压电超声振子(3)的输出端，所述激振片(5)上远离所述压电超声振子(3)的输出端的一侧铺设有多个弹丸。
2.根据权利要求1所述的压电振子阵列型超声喷丸强化装置，其特征在于，
所述喷丸室(2)包括夹持部(21)和喷丸部(22)，所述夹持部(21)为中空圆柱，所述夹持部(21)的外侧面上设置有外螺纹，所述喷丸室夹持板(11)上开设有与所述夹持部(21)相配合的螺纹孔；
所述喷丸部(22)设置在所述夹持部(21)的底端，所述压电超声振子(3)的输出端伸入所述喷丸部(22)的内部。
3.根据权利要求2所述的压电振子阵列型超声喷丸强化装置，其特征在于，
所述喷丸部(22)包括顶板(221)和圆环侧壁(222)，所述顶板(221)设置在所述夹持部(21)的底端，所述圆环侧壁(222)设置在所述顶板(221)上的远离所述夹持部(21)的一侧；
所述顶板(221)上均匀开设有多个螺纹孔，用于通过螺栓将待加工工件(6)固定在所述喷丸部(22)内；
所述激振片(5)为与所述圆环侧壁(222)相适配的圆形。
4.根据权利要求2所述的压电振子阵列型超声喷丸强化装置，其特征在于，
还包括喷丸室固定板(4)；
所述喷丸室固定板(4)上开设有与所述夹持部(21)相配合的螺纹孔，且所述喷丸室固定板(4)与所述喷丸室夹持板(11)螺栓连接。
5.根据权利要求2所述的压电振子阵列型超声喷丸强化装置，其特征在于，
所述压电超声振子(3)有多个，每个所述压电超声振子(3)包括压电换能器(32)和级联变幅杆(31)，所述级联变幅杆(31)穿过所述换能器夹持板(12)，并与所述换能器夹持板(12)连接；
所述压电换能器(32)的一端和所述级联变幅杆(31)的一端通过螺柱连接；
所述级联变幅杆(31)上远离与所述压电换能器(32)连接的一端伸入所述喷丸部(22)的内部，且所述激振片(5)连接在所述级联变幅杆(31)的输出端。
6.根据权利要求5所述的压电振子阵列型超声喷丸强化装置，其特征在于，
所述级联变幅杆(31)上设置有法兰盘，所述级联变幅杆(31)上的法兰盘和所述换能器夹持板(12)通过螺栓连接。
7.根据权利要求1所述的压电振子阵列型超声喷丸强化装置，其特征在于，
所述换能器夹持板(12)与所述喷丸室夹持板(11)之间均匀设置有多根支撑杆(14)；
所述支撑杆(14)的两端均设置有连接柱，所述连接柱上设置有外螺纹，所述换能器夹持板(12)上开设有与所述连接柱上的外螺纹相配合的螺纹孔，所述喷丸室夹持板(11)上开设有与所述连接柱相配合的通孔；
所述支撑杆(14)的一端的连接柱与所述换能器夹持板(12)螺纹连接，所述支撑杆(14)的另一端的连接柱穿过所述喷丸室夹持板(11)的通孔，并通过螺母与所述喷丸室夹持板(11)紧固连接。
8.根据权利要求1所述的压电振子阵列型超声喷丸强化装置，其特征在于，
所述换能器夹持板(12)与所述底板(13)之间均匀设置有多根支撑杆(14)；
所述支撑杆(14)的两端均设置有连接柱，所述连接柱上设置有外螺纹，所述底板(13)上开设有与所述连接柱上的外螺纹相配合的螺纹孔，所述换能器夹持板(12)上开设有与所述连接柱相配合的通孔；
所述支撑杆(14)的一端的连接柱与所述底板(13)螺纹连接，所述支撑杆(14)的另一端的连接柱穿过所述换能器夹持板(12)的通孔，并通过螺母与所述换能器夹持板(12)紧固连接。
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