CN117916043A - 具有带有两个质量块的防振动布置的工具保持器和设有工具保持器的切削工具 - Google Patents

具有带有两个质量块的防振动布置的工具保持器和设有工具保持器的切削工具 Download PDF

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CN117916043A
CN117916043A CN202280060042.7A CN202280060042A CN117916043A CN 117916043 A CN117916043 A CN 117916043A CN 202280060042 A CN202280060042 A CN 202280060042A CN 117916043 A CN117916043 A CN 117916043A
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D·赫恩
R·拉布
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Abstract

一种伸长的工具保持器(22)具有构成设有包封内腔的质量块壳体部分(40)的工具防振动构件，以及占据包封内腔的防振动布置(34)。防振动布置包括两个振动吸收质量块(54a,54b)，其设置在保持器腔内并且通过接触向内面向的腔壁表面的至少三个弹性悬挂部件弹性地悬挂在该保持器腔中。两个振动吸收质量块由不同的材料制成并且具有不同的长度。一种切削工具(20)设有工具保持器。

Description

具有带有两个质量块的防振动布置的工具保持器和设有工具 保持器的切削工具
技术领域
本申请的主题大体上涉及工具保持器，并且特别地，涉及具有防振动布置的此类工具保持器，并且进一步特别地，涉及具有两个振动吸收质量块的此类防振动布置。
背景技术
工具保持器可设有防振动布置，用于在金属切削操作期间抑制工具保持器的振动。典型地，防振动布置是弹簧质量系统，其包括腔和通过弹性支撑部件悬挂在该腔中的振动吸收质量块。
在一些此类防振动布置中，所述弹簧质量系统可包括两个振动吸收质量块。在例如US 3559512、US 3690414、US 4050665、US 4130185和US 4903785中公开此类工具保持系统的实例。
本申请的主题的目的在于提供新且改进的防振动布置。
发明内容
根据本申请的主题的第一方面，提供一种工具保持器，该工具保持器沿着其保持器纵向轴线伸长，限定相对的向前方向和向后方向，工具保持器构造成在其后端部处装固，工具保持器包括：
质量块壳体部分，其包括具有向内面向的腔壁表面的内部保持器腔；和
防振动布置，其包括：
两个振动吸收质量块，其包括具有长质量块中心轴线的长振动吸收质量块和具有短质量块中心轴线的短振动吸收质量块，长振动吸收质量块和短振动吸收质量块中的每个具有轴向相对的前质量块端部和后质量块端部；和
至少三个弹性悬挂部件；其中：
长振动吸收质量块沿着长质量块中心轴线延伸长质量块轴向长度并且包括长质量块材料；
短振动吸收质量块沿着短质量块中心轴线延伸短质量块轴向长度并且包括短质量块材料；
短质量块轴向长度小于长质量块轴向长度，并且长振动吸收质量块和短振动吸收质量块由不同的材料制成；并且
工具保持器能够在未组装状态和组装状态之间调节，并且在组装状态下：
两个振动吸收质量块设置在内部保持器腔中，并且通过接触向内面向的腔壁表面的至少三个悬挂部件而弹性地悬挂在该内部保持器腔中。
根据本申请的主题的第二方面，提供一种切削工具，其包括：
以上描述的类型的工具保持器；和
位于工具保持器的前端部处的切削部分，切削部分(24)包括至少一个切削刀片。
理解的是，上述内容是概述，并且下文中描述的特征可能够以任何组合应用于本申请的主题，例如，以下特征中的任何可能够应用于工具保持器或切削工具：
长振动吸收质量块和短振动吸收质量块可沿着保持器纵向轴线轴向地偏移，以使长振动吸收质量块和短振动吸收质量块中的一个比另一个更靠近工具保持器的前端部。
短振动吸收质量块可定位成比长振动吸收质量块更靠近工具保持器的前端部。
长振动吸收质量块和短振动吸收质量块中更靠近工具保持器的前端部的任何一个具有的密度可大于长振动吸收质量块和短振动吸收质量块中的另一个的密度。
长质量块材料可比短质量块材料更刚性。
至少三个悬挂部件可包括至少一个中心悬挂部件。长振动吸收质量块和短振动吸收质量块可由至少一个中心悬挂部件间隔开。
防振动布置可包括四个悬挂部件，该四个悬挂部件包括位于两个振动吸收质量块中的轴向前方的振动吸收质量块的前质量块端部处的一个悬挂部件、位于两个振动吸收质量块中的轴向后方的振动吸收质量块的后质量块端部处的另一个悬挂部件，以及与两个振动吸收质量块间隔开的两个中心悬挂部件。
两个中心悬挂部件可与彼此弹性接触。
防振动布置可包括恰好两个振动吸收质量块。
长振动吸收质量块可在垂直于长质量块中心轴线定向的平面中具有恒定的长质量块截面面积，该平面远离长振动吸收质量块的质量块端部。短振动吸收质量块可在垂直于短质量块中心轴线定向的平面中具有恒定的短质量块截面面积，该平面远离短振动吸收质量块的质量块端部。长质量块截面面积可与短质量块截面面积相同。
两个振动吸收质量块可具有带有相同直径的圆柱形形状。在组装状态下，长质量块中心轴线和短质量块中心轴线可对准并且共享平行于保持器纵向轴线的质量块公共中心轴线。
切削部分可以可释放地附接于工具保持器。
附图说明
为了更好理解本申请且示出其可如何在实施中执行，现在将参照附图，在该附图中：
图1是根据本申请的切削工具的透视图，其示出防振动布置；
图2是根据本申请的图1中的切削工具的分解透视图；
图3是图1中的切削工具的轴向截面图；
图4是沿图3中的线IV-IV截取的图1中的切削工具的径向截面图；以及
图5是沿图3中的线V-V截取的图1中的切削工具的径向截面图。
将认识到，为了说明的简单和清楚，图中示出的元件不必按比例绘制。例如，为了清楚，元件中的一些的尺寸可相对于其它元件扩大，或者若干物理构件可包括在一个功能块或元件中。此外，在认作是适当的情况下，附图标记可在附图间重复，以指示对应或类似的元件。
具体实施方式
在以下描述中，将描述本申请的主题的各种方面。出于阐释的目的，足够详细地阐述特定构造和细节，以提供本申请的主题的彻底理解。然而，对本领域技术人员而言还将显而易见的是，本申请的主题可在没有本文中提出的特定构造和细节的情况下实践。
首先注意图1，图1示出用于切屑移除的切削工具20，描绘本申请的方面。切削工具20具有工具纵向轴线A。根据本申请的主题的一些实施例，切削工具20可为固定切削工具。也就是说，切削工具20不设计成绕着旋转轴线旋转。在图中示出的该非限制性实例中，切削工具20是镗杆。然而，大体上，本申请的主题不仅仅约束于镗杆，而且还可适用于例如但不限于车削工具。本申请的主题还可适用于旋转切削工具，诸如铣刀和钻头。对于此类旋转切削工具而言，切削工具20设计成能够在绕着工具纵向轴线A的旋转方向上旋转。
切削工具20包括工具保持器22。切削工具20还包括切削部分24，切削部分24可包括至少一个切削刀片26。至少一个切削刀片26设计成执行金属切削操作并且具有用于该目的的切削刃。根据本申请的主题的一些实施例，至少一个切削刀片26可以可释放地附接于切削部分24。切削部分24可与工具保持器22集成地形成。备选地，如在图中示出的非限制性实例中看到的，切削部分24可以可释放地附接于工具保持器22。切削部分24可设置在工具保持器22的前端部处。工具保持器22的后端部构造成由保持装置装固。
现在参照图2，图2示出工具保持器22的分解图，描绘本申请的另一个方面。工具保持器22具有保持器纵向轴线B，其限定相对的向前方向DF和向后方向DR。工具保持器22沿着保持器纵向轴线B伸长。根据本申请的主题的一些实施例，切削工具20和工具保持器22可与彼此同轴。应当注意的是，两个元件(例如，在本情况中，切削工具20和工具保持器22)与彼此同轴(当它们的纵向轴线共同入射(与彼此对准)时)。
应当进一步注意的是，术语“向前”和“向后”遍及说明书和权利要求的使用分别指在图3中沿保持器纵向轴线B的方向向左和向右的相对位置。一般来说，向前方向是朝向切削部分24的方向。
根据本申请的主题的一些实施例，工具保持器22可分别包括两个相对的前保持器端部表面30F和后保持器端部表面30R，以及在它们之间延伸的保持器外周表面32。保持器外周表面32可绕着保持器纵向轴线B延伸。在图中示出的该非限制性实例中，保持器端部表面30中的一个(例如，前保持器端部表面30F)是锯齿状的，用于与切削部分24的对应表面接合。
工具保持器22包括质量块壳体部分40和防振动布置34。工具防振动布置34设计成当切削工具20执行金属切削操作时，减小或消除切削工具20的振动。根据本申请的主题的一些实施例，防振动布置34可设置在切削工具20的前端部处。
质量块壳体部分40具有形成在其中的内部保持器腔36。也就是说，内部保持器腔36包封在质量块壳体部分40内。保持器腔36至少部分地由向内面向的腔壁表面38形成。腔壁表面38将保持器腔36与质量壳体部分40进行界定。质量块壳体部分40包绕保持器腔36。保持器腔36具有腔中心轴线D。根据本申请的主题的一些实施例，保持器腔36可沿着腔中心轴线D伸长。保持器腔36可沿与工具保持器22相同的方向伸长。特别地，保持器腔36可与工具保持器22同轴。腔壁表面38可包括两个相对的腔壁端部表面42和在它们之间延伸的腔壁外周表面44。腔壁外周表面44可绕着腔中心轴线D延伸。
另外参照图3，图3示出穿过腔壁外周表面44的保持器腔36的轴向截面图(在包含腔中心轴线D的平面中截取)，保持器腔36具有腔横截面。根据本申请的主题的一些实施例，所述腔横截面可沿着腔中心轴线D是均匀的。腔壁外周表面44可具有大体圆柱形形状。腔壁外周表面44可在两个腔壁端部表面42附近具有圆柱形形状(其中腔壁外周表面44邻接悬挂部件62，如稍后在说明书中描述的)。两个腔壁端部表面42可为平面的，并且横向于腔中心轴线D定向。两个腔壁端部表面42可垂直于腔中心轴线D定向。
返回图1和图2，本工具保持器22还包括防振动布置34，其包括多个振动吸收质量块54a、54b。优选地，防振动布置34可包括恰好两个振动吸收质量块54a、54b。
两个振动吸收质量块54a、54b包括长振动吸收质量块54a，其包含长质量块材料。长振动吸收质量块54a沿着长质量块中心轴线E1延伸长质量块轴向长度LL。两个振动吸收质量块54a、54b还包括短振动吸收质量块54b，其包含短质量块材料。短振动吸收质量块54b沿着短质量块中心轴线E2延伸短质量块轴向长度LS。短质量块轴向长度LS小于长质量块轴向长度LL。长质量块材料和短质量块材料是不同的。也就是说，长振动吸收质量块54a和短振动吸收质量块54b由不同的材料制成。优选地，两种质量块材料是非磁性的。例如，短质量块材料可为钨，而长质量块材料可为碳化钨。根据本申请的主题的一些实施例，长质量块材料可比短质量块材料更刚性(即，长质量块材料具有比短质量块材料大的杨氏模量)。这降低长振动吸收质量块54a(其构成弹簧质量系统的轴向长度的大部分)弯曲并可能撞击腔壁外周表面44的可能性。
参照图2-3，两个振动吸收质量块54a、54b中的每个具有对应的质量块中心轴线E1、E2。在组装的工具保持器22中，质量块中心轴线E1、E2可为同轴的，其中质量块54a、54b共享相同的质量块公共中心轴线E。两个振动吸收质量块54a、54b中的每个包括两个轴向相对的质量块端部60a、60b(前质量块端部60a和后质量块端部60b)，前质量块端部60a在后质量块端部60b的前方。两个轴向相对的质量块端部60a、60b沿着对应的质量块中心轴线E1、E2彼此间隔开。根据本申请的主题的一些实施例，每个振动吸收质量块54a、54b可包括两个相对的质量块端部表面56和在它们之间延伸的质量块外周表面58。质量块外周表面58可绕着对应的质量块中心轴线E1、E2延伸。两个质量块端部表面56分别位于两个质量块端部60a、60b处。每个振动吸收质量块54a、54b可沿着对应的质量块中心轴线E1、E2伸长。注意的是，在对应的质量块中心轴线E1、E2的方向上，在相应质量块端部表面56之间测量长质量块轴向长度LL和短质量块轴向长度LS。
参照图4，图4示出通过短振动吸收质量块54b的中心部分(即，远离相应质量块端部60a、60b)在垂直于保持器纵向轴线B的平面中的工具保持器的截面图，短振动吸收质量块54b可在垂直于短质量块中心轴线E2定向的平面中具有恒定的短质量块截面面积CS。参照图5，图5示出通过长振动吸收质量块54a的中心部分(即，远离相应质量块端部60a、60b)在质量块端部表面56之间在垂直于保持器纵向轴线B的平面中的工具保持器的截面图，长振动吸收质量块54a可在垂直于长质量块中心轴线E1定向的平面中具有恒定的长质量块截面面积CL。长质量块截面面积CL可与短质量块截面面积CS相同。因此，在其中两个质量块54a、54b两者具有圆柱形形状的实施例中，它们可具有相同的直径。
参照图3，根据本申请的主题的一些实施例，质量块端部表面56可为圆锥形形状的，在远离振动吸收质量块54a、54b的中心部分的方向上向内渐缩。质量块外周表面58可具有圆柱形形状。
防振动布置34还包括至少三个弹性悬挂部件62。至少三个悬挂部件62是可弹性变形的。根据本申请的主题的一些实施例，至少三个悬挂部件62可由与两个振动吸收质量块54a、54b的材料不同的材料形成。在一些实施例中，悬挂部件62由橡胶制成，具有60A至95A之间的硬度计硬度。至少三个悬挂部件62可为O形环。
工具保持器22能够在未组装状态和组装状态之间调节。在工具保持器22的未组装状态下，两个振动吸收质量块54a、54b设置在内部保持器腔36外。
根据本申请的主题的一些实施例，参照图3，工具保持器22包括腔轴向密封部件67，其在向后方向DR上限定(界定)保持器腔36并且密封保持器腔36。也就是说，腔轴向密封部件67形成腔壁端部表面38中的一个。当保持器腔36被腔轴向密封部件67启封时(即，当工具保持器22处于未组装位置时)，两个振动吸收质量块54a、54b可插入到保持器腔36中。在工具保持器22的组装状态下，保持器腔36由腔轴向密封部件67密封。
在工具保持器22的组装状态下，两个振动吸收质量块54a、54b设置在保持器腔36内。并且，它们的相应中心轴线E1、E2可对准，由此共享质量块公共中心轴线E。
根据本申请的主题的一些实施例，长振动吸收质量块54a和短振动吸收质量块54b可沿着保持器纵向轴线B轴向地偏移。因此，长振动吸收质量块54a和短振动吸收质量块54b中的一个比另一个更靠近工具保持器22的前端部。优选地，短振动吸收质量块54b可定位成比长振动吸收质量块54a更靠近工具保持器22的前端部。测试示出，使最短质量块更靠近切削区域改进阻尼效果。
根据本申请的主题的一些实施例，长振动吸收质量块54a和短振动吸收质量块54b中更靠近工具保持器22的前端部的任何一个振动吸收质量块构成第一材料，该第一材料具有的第一密度大于构成长振动吸收质量块54a和短振动吸收质量块54b中的另一个振动吸收质量块的第二材料的第二密度。因此，在其中短振动吸收质量块54b更靠近工具保持器22的前端部的构造中，短质量块材料比长质量块材料更致密，并且当长振动吸收质量块54a更靠近工具保持器22的前端部时，长质量块材料更致密。发现，使最致密的质量块更靠近切削区域改进阻尼效果。
根据本申请的主题的一些实施例，在工具保持器22的组装位置中，两个振动吸收质量块54a、54b可在与工具保持器22相同的方向上伸长。也就是说，质量块公共中心轴线E可平行于保持器纵向轴线B，其中轴线B、E分别建立工具保持器22的最长主尺寸以及振动吸收质量块54a、54b的最长主尺寸。特别地，质量块公共中心轴线E可与保持器纵向轴线B共同入射(即，两个振动吸收质量块54a、54b可与工具保持器22同轴)。
在工具保持器22的组装位置中，两个振动吸收质量块54a、54b经由至少三个悬挂部件62连接于质量块壳体部分40。因此，两个振动吸收质量块54a、54b通过接触向内面向的腔壁表面38的至少三个悬挂部件62弹性地悬挂在保持器腔36中。每个悬挂部件62可邻接相应的质量块端部表面56。注意的是，质量块外周表面58的任何部分都不与向内面向的腔壁表面38直接接触。根据本申请的主题的一些实施例，至少三个悬挂部件62中的每个可通过抵靠向内面向的腔壁表面38和抵靠质量块端部表面56中的一个的接触而处于压缩弹性变形下。
根据本申请的主题的一些实施例，至少三个悬挂部件可包括由附图标记63指示的至少一个中心悬挂部件。长振动吸收质量块54a和短振动吸收质量块54b可由至少一个中心悬挂部件63间隔开并且与至少一个中心悬挂部件63接触。在图中示出的该非限制性示例中，防振动布置34可包括总共四个悬挂部件，一个悬挂部件62位于振动吸收质量块中的轴向向前的振动吸收质量块的前质量块端部60a处，另一个悬挂元件62位于振动吸收质量块中的轴向向后的振动吸收质量块的后质量块端部60b处，并且两个中心悬挂部件63与两个振动吸收质量块54a、54b间隔开。两个中心悬挂部件63可与彼此弹性接触。两个中心悬挂部件63中的每个可仅与两个振动吸收质量块54a、54b中的一个接触。
防振动布置34包括形成在保持器腔36中的振荡空间68。振荡空间68位于两个振动吸收质量块54a、54b和质量块壳体部分40之间(且更特别地位于两个振动吸收质量块54a、54b和向内面向的腔壁表面38之间)。换言之，质量块壳体部分40和两个振动吸收质量块54a、54b由振荡空间68间隔开。根据本申请的主题的一些实施例，振荡空间68完全周向地包绕两个振动吸收质量块54a、54b。也就是说，振荡空间68可绕着腔中心轴线D的完整的(360°)角度范围延伸。因此，振荡空间68可被认为是包绕两个振动吸收质量块54a、54b的轴向范围的环形振荡空间。
两个振动吸收质量块54a、54b构造成在至少三个悬挂部件62弹性变形时在振荡空间68内振荡。换言之，当至少三个悬挂部件62经历弹性变形时，两个振动吸收质量块54a、54b能够在振荡空间68内振荡地移位。
当切削工具20遇到工件时，其容易受到振动的影响。典型地，对于车削或铣削切削操作而言，振动是横向振动。典型地，对于钻孔切削操作而言，振动是扭转振动。两个振动吸收质量块54a、54b以振动频率振荡。防振动布置34设计成向两个振动吸收质量块54a、54b提供接近(如果不是与之相同)切削工具20的固有频率的振动频率，由此减少或消除切削工具20的振动。
根据本申请的主题的一些实施例，振荡空间68可为空的。例如，振荡空间68可没有粘性流体。
虽然在一定程度的特殊性上描述本申请的主题，但是应当理解，在不脱离如下文中要求权利的本发明的精神或范围的情况下，可做出各种变型和改型。

Claims (13)

1.一种工具保持器(22)，所述工具保持器(22)沿着其保持器纵向轴线(B)伸长，所述保持器纵向轴线(B)限定相对的向前方向(DF)和向后方向(DR)，所述工具保持器(22)构造成在其后端部处装固，所述工具保持器(22)包括：
质量块壳体部分(40)，其包括具有向内面向的腔壁表面(38)的内部保持器腔(36)；和
防振动布置(34)，其包括：
两个振动吸收质量块(54a,54b)，其包括具有长质量块中心轴线(E1)的长振动吸收质量块(54a)和具有短质量块中心轴线(E2)的短振动吸收质量块(54b)，所述长振动吸收质量块(54a)和所述短振动吸收质量块(54b)中的每个具有轴向相对的前质量块端部(60a)和后质量块端部(60b)；和
至少三个弹性悬挂部件(62)；其中：
所述长振动吸收质量块(54a)沿着所述长质量块中心轴线(E1)延伸长质量块轴向长度(LL)并且包括长质量块材料；
所述短振动吸收质量块(54b)沿着所述短质量块中心轴线(E2)延伸短质量块轴向长度(LS)并且包括短质量块材料；
所述短质量块轴向长度(LS)小于所述长质量块轴向长度(LL)，并且所述长振动吸收质量块(54a)和所述短振动吸收质量块(54b)由不同的材料制成；并且
所述工具保持器(22)能够在未组装状态和组装状态之间调节，并且在所述组装状态下：
所述两个振动吸收质量块(54a,54b)设置在所述内部保持器腔(36)中，并且通过接触所述向内面向的腔壁表面(38)的所述至少三个悬挂部件(62)而弹性地悬挂在所述内部保持器腔(36)中。
2.根据权利要求1所述的工具保持器(22)，其中，所述长振动吸收质量块(54a)和所述短振动吸收质量块(54b)沿着所述保持器纵向轴线(B)轴向地偏移，以使所述长振动吸收质量块(54a)和所述短振动吸收质量块(54b)中的一个比另一个更靠近所述工具保持器(22)的前端部。
3.根据权利要求2所述的工具保持器(22)，其中，所述短振动吸收质量块(54b)定位成比所述长振动吸收质量块(54a)更靠近所述工具保持器(22)的所述前端部。
4.根据权利要求2或3所述的工具保持器(22)，其中，所述长振动吸收质量块(54a)和所述短振动吸收质量块(54b)中更靠近所述工具保持器(22)的所述前端部的任何一个具有的密度大于所述长振动吸收质量块(54a)和所述短振动吸收质量块(54b)中的另一个的密度。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的工具保持器(22)，其中，所述长质量块材料比所述短质量块材料更刚性。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的工具保持器(22)，其中：
所述至少三个悬挂部件(62)包括至少一个中心悬挂部件(63)；并且
所述长振动吸收质量块(54a)和所述短振动吸收质量块(54b)由所述至少一个中心悬挂部件(63)间隔开。
7.根据权利要求6所述的工具保持器(22)，其中：
所述防振动布置(34)包括四个悬挂部件(62)，所述四个悬挂部件(62)包括：
一个悬挂部件(62)，其位于所述两个振动吸收质量块(54a，54b)中的轴向前方的振动吸收质量块的所述前质量块端部(60a)处；
另一个悬挂部件(62)，其位于所述两个振动吸收质量块(54a，54b)中的轴向后方的振动吸收质量块的所述后质量块端部(60b)处，以及
两个中心悬挂部件(63)，其与所述两个振动吸收质量块(54a，54b)间隔开。
8.根据权利要求7所述的工具保持器(22)，其中，所述两个中心悬挂部件(63)与彼此弹性接触。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的工具保持器(22)，其中，所述防振动布置(34)包括恰好两个振动吸收质量块(54a，54b)。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的工具保持器(22)，其中：
所述长振动吸收质量块(54a)在垂直于所述长质量块中心轴线(E1)定向的平面中具有恒定的长质量块截面面积(CL)，所述平面远离所述长振动吸收质量块(54a)的质量块端部(60a，60b)；
所述短振动吸收质量块(54b)在垂直于所述短质量块中心轴线(E2)定向的平面中具有恒定的短质量块截面面积(CS)，所述平面远离所述短振动吸收质量块(54b)的质量块端部(60a,60b)；并且
所述长质量块截面面积(CL)与所述短质量块截面面积(CS)相同。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的工具保持器(22)，其中：
两个振动吸收质量块(54a,54b)具有带有相同直径的圆柱形形状；并且
在所述组装状态下，所述长质量块中心轴线(E1)和所述短质量块中心轴线(E2)对准并且共享平行于所述保持器纵向轴线(B)的质量块公共中心轴线(E)。
12.一种切削工具(20)，其包括：
根据权利要求1-11中任一项所述的工具保持器(22)；以及
位于所述工具保持器(22)的前端部处的切削部分(24)，所述切削部分(24)包括至少一个切削刀片(26)。
13.根据权利要求12所述的切削工具(20)，其中，所述切削部分(24)可释放地附接于所述工具保持器(22)。
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