CN1872526A - 用于注模成型机的计量方法 - Google Patents

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Abstract

计量过程中的计量方法,该计量过程包括一个主计量过程Sa和一个后续计量过程Sb,其中在所述主计量过程中通过用安装在其顶端的止回阀向前转动螺杆来执行计量,而在所述后续计量过程中,在主计量过程结束后反向转动螺杆以执行后续计量过程,在主计量过程Sa完成之后执行后续计量过程Sb,其中螺杆向前移动到一个自由转动状态,在向前移动期间对所述螺杆的转动状态进行监控,如果螺杆转动停止,则使螺杆反向转动一个指定的旋转量。

Description

用于注模成型机的计量方法
技术领域
本发明涉及一种用于注模成型机的计量方法,其中通过用一个所安装的止回阀转动一个螺杆来执行计量,并且该止回阀被强制关闭。
背景技术
通常,在线内螺杆(inline screw)式的注模成型机中,通过在螺杆的顶端安装一个止回阀(环形阀)来避免在注入期间熔融树脂的回流。在这种类型的注模成型机中,为了提供更为可靠的回流防止性能而执行常规的方法,其中在通过转动螺杆(向前转动)执行计量之后,通过使螺杆反向转动一个小的旋转数(旋转角)使止回阀强制关闭。
例如,在日本未审专利公开公报No.11(1999)-240052中公开了一种线内螺杆式注模成型机的操作方法(计量方法),其中避免了在回吸和注入期间所测得的要注入的熔融混合树脂的量发生变化,减少了充填量的离差。在这种操作方法中,在计量汇聚到加热管顶端的熔融混合树脂之后,转动一个螺杆,并移动一个检测环(环形阀)直到它与一个检测片相接触,封闭检测环和检测片之间所形成的树脂路径,然后执行回吸处理。
然而,在注模成型机的常规操作方法(计量方法)中存在下列问题。
首先,由于螺杆的反向转动受到设置时间或螺杆转动量的控制,在止回阀(环形阀)的位置处很容易出现离差,或者在反向转动后出现树脂压力。最终它将变得不足以避免在数次喷射之间测得的树脂量发生变化,从而不能确保高计量精度。
其次,当止回阀尾部的树脂压力变得高于前端的压力时,由于计量结束后螺杆将向相反方向转动,很难向回移动止回阀,因此不可能完全关闭止回阀。即使随后执行使螺杆回退的回吸处理,已关闭的止回阀也可能再次打开,因此在开始注入之前不可能可靠且稳定地关闭止回阀。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于注模成型机的计量方法,其中通过显著减少反向转动后树脂压力的离差以及进一步减小多次喷射之间测得的树脂量的变化,能够确保很高的计量精度,即使此时通过用安装在其顶端的止回阀来向前转动螺杆、然后反向转动螺杆。
本发明的另一个目的是提供一种用于注模成型机的计量方法,其中消除了由于回吸处理使止回阀再次打开的问题,即使在反向转动螺杆之后包含了回吸处理时,止回阀也可以在开始注入之前被可靠、稳定地关闭。
为了实现所述目标,本发明所述的用于注模成型机的计量方法的特征通过以下事实来表明:在包括一个主计量过程和一个后续计量过程的计量过程中,其中在所述主计量过程中通过向前转动在其顶端安装有止回阀的螺杆来执行计量,而在所述后续计量过程中,在主计量过程完成之后反向转动螺杆以执行后续计量过程,在执行后续计量过程时,螺杆被设定为自由转动状态,并在主计量过程完成之后向前移动,在向前移动期间对螺杆的转动状态进行监控,如果螺杆转动停止,则使螺杆反向转动一个指定的旋转量。
附图说明
图1:示出了本发明的最佳实施例的注模成型机计量方法的处理流程的流程图。
图2:示出了在使用相同计量方法的后续计量过程中出现的螺杆位置的正确离差的处理流程的流程图。
图3:其中体现了本计量方法的注模成型机的局部截面平面视图。
图4(a):示出了当执行该计量方法时螺杆状态的动作示意图。
图4(b):示出了当执行该计量方法时在图4(a)之后的螺杆状态的动作示意图。
图4(c):示出了当执行该计量方法时在图4(b)之后的螺杆状态的动作示意图。
图4(d):示出了当执行该计量方法时在图4(c)之后的螺杆状态的动作示意图。
图4(e):示出了当执行该计量方法时在图4(d)之后的螺杆状态的动作示意图。
图5:示出了当执行该计量方法时用于螺杆转动的伺服电机和用于螺杆前进/后退的伺服电机的动作状态的时序图。
图6:在该计量方法的后续计量过程中出现的螺杆位置的正确离差的示意图。
图7:用于解释该计量方法的效率的模制成型产品质量相对于喷射次数的变化数据点。
图8:用于解释该计量方法的效率的数据表。
具体实施方式
下面参考附图详细解释本发明的一个优选实施例。所附附图并非用来限定本发明,而是使其更易于理解。为了避免本发明的表述不清,对于众所周知的部分省去了详细的描述。
首先,下面参考图3和图4(a)描述了能够体现本实施例所述计量方法的注模成型机M的结构。
在图3中所示的注模成型机M中仅示出了一个注入装置Mi,而没有示出模具锁定装置。注入装置Mi配备有一个注入级11和一个驱动级12,它们彼此分离,并且加热套管13的尾端通过注入级11的前表面来支撑。加热套管13在其前端配备有一个注入喷嘴14,而在其尾部配备有一个贮料斗15,它向加热套管13中送入模制成型材料,一个螺杆3通过加热套管13的内部插入。
这个螺杆3在其顶端配备有一个环形阀(止回阀)2。如图4(a)中详细示出的,螺杆3具有一个锥形的螺杆头3h,而螺杆头具有逐渐变细的尖端,所述螺杆还在螺杆头3h和螺纹3f之间具有一个直径相对较小的阀加载轴3s,其中管状环形阀2以可自由更换的方式被加载到所述加载轴3s上。通过这种方式,环形阀2可以在阀加载轴3s的轴向方向上(前后方向上)随着特定冲程自由滑动,在这种情况下,如果环形阀2退回并与在螺纹3f一侧形成的阀片3r相接触,则从螺纹3f一侧至螺杆头3h一侧的树脂路径被截止,如果环形阀2前进并离开阀片3r,则树脂路径被释放。在这种情况下,树脂路径的截止等同于环形阀2的关闭。
另一方面,四个连接杆(tie bars)16...安装在注入级11和驱动级12之间,一个滑块17可自由滑动地加载到连接杆16...上。在滑块17的前端支撑了一个与移动环18结合成一体的转动块19,其可自由转动,螺杆3的尾端连接到转动块19的中央。并且,用于转动螺杆的伺服电机5连到滑块17一侧,一个固定到伺服电机5的旋转轴上的驱动环21经由一个旋转传动机构22连接到移动环18。这个旋转传动机构22可以是利用传动齿轮的齿轮型传动机构,或者也可以是利用定时带的带型传动机构。此外,与伺服电机5一起安装的是一个旋转编码器6,它检测伺服电机5的转速(旋转数)。
另一方面,在滑块17的尾部,一个螺母单元25与其同轴安装为一体,被支撑可在驱动级12上自由转动的滚珠螺旋单元26的前端被适配到螺母单元25中,构成了一个滚珠螺旋机构24。并且,一个移动环27被连到从驱动级12向后伸出的滚珠螺旋单元26的尾端,一个用于螺杆前进/回退的伺服电机(电动机)28被连到一个连接至驱动级12的支撑面板12s,并且固定到伺服电机28的旋转轴上的一个驱动环29经由一个旋转传动机构30连接到移动环27。旋转传动机构30可以是一个利用传动齿轮的齿轮型传动机构,或者也可以是一个利用定时带的带型传动机构。此外,与伺服电机28一起安装的是一个旋转编码器31,它检测伺服电机28的转速(旋转数)。
另外,在图3中,用32来表示的是一个构造在注模成型机M中的控制器,其中通过所存储的控制程序32p在本实施例所述的计量方法中执行一个控制序列(顺序控制)。另一方面,连接到控制器32的是所述伺服电机5和28、旋转编码器6和31、以及位于转动块19和滑块17之间的一个负载单元(压力检测器)33。施加到螺杆3上的压力(树脂压力)可以通过负载单元33被检测出来。此外,连接到控制器32的还有一个利用液晶显示器等的显示设备7。
接下来,参考图3~8并参照图1所示流程图来阐述利用注模成型机M的本实施例的计量方法。
在本实施例的计量方法中,根据一个主计量过程Sa和一个后续计量过程Sb来执行每次计量,主计量过程Sa和后续计量过程Sb构成了该计量处理过程。
在主计量过程Sa中,首先通过控制器32驱动控制(速度控制)用于转动螺杆的伺服电机5。通过这种方式,伺服电机5的旋转经由旋转传动机构22被传递给螺杆3,借助于向前转动的螺杆3,已被塑化的熔融树脂被计量,并朝着加热套管13内的螺杆3的前端汇集,与之相对应,螺杆3(在步骤S1中)退回。并且,在主计量过程Sa中,借助于伺服电机28对螺杆的前进/回退进行供电和控制,并且螺杆3(在步骤S1中)被背压控制。在图5的时序图中示出了用于转动螺杆的伺服电机5和用于螺杆前进/回退的伺服电机28的操作状态。在图5中,用Xo来表示的是计量开始部分,用Vm来表示的是在主计量过程Sa中伺服电机5的转速。另一方面,在图4(a)中示出了主计量过程Sa中螺杆3的状态,其中的箭头Rp表示螺杆3的转速(转动方向向前),箭头Pf表示熔融树脂的相对运动方向。
随着螺杆3退回到一个预设的计量结束位置Xm,主计量过程Sa结束(步骤S2)。图4(b)中示出的是在计量结束位置Xm处螺杆3的状态。在这种状态下,在环形阀2的螺纹3f一侧的树脂压力Pf处于比喷嘴头3h一侧的树脂压力Ph更高的状态,即在该状态下Ph<Pf。
接下来描述后续计量过程Sb。在后续计量过程Sb中,首先执行的是将螺杆3移动到使环形阀2与阀片3r相接触的位置的操作(步骤S3~S9)。在这种情况下,螺杆3被切换到可自由转动的状态,即在该状态下它可以通过外力被动地旋转,并且用于螺杆前进/回退的伺服电机28由控制器32驱动控制。在这种情况下驱动控制变为由一个所添加的限压器进行的速度控制,伺服电机28的转动通过旋转传动机构30和滚珠螺旋机构24被动态转换为使螺杆3向前移动(步骤S3和S4)。在图5中,用Vf来表示的是在螺杆3向前移动期间用于螺杆前进/回退的伺服电机28的转速。
并且,控制器32在螺杆3向前移动的同时开始定时,并通过螺杆3的被动旋转开始监控旋转状态(旋转检测)(步骤S3)。在这种情况下,如图4(c)所示,通过螺杆3的向前运动,螺杆头3h一侧的熔融树脂反向流动到螺纹3f一侧(箭头Fr的方向),这种反向流动使螺杆3在与向前转动相反的方向上(箭头Rrs的方向)被动转动。因此,在这种状态下,针对环形阀2而言,喷嘴头3h一侧的树脂压力Ph变得高于螺纹3f一侧的树脂压力Pf,即有如下关系:Pf<Ph。
然后环形阀2向后移动,通过熔融树脂的反向流动被推回,并停在与阀片3r相接触的位置(接触位置)。因此,环形阀2有效地在接触位置关闭(见图4(d)中的位置)。在此时刻,熔融树脂的反向流动停止,同时螺杆3的被动旋转也停止。由于螺杆3伴随着这样的行为,由控制器32监控螺杆3的转动,如果螺杆3的转动停止,则立即完成控制以停止螺杆3的向前运动(步骤S5、S6和S7)。
在这种情况下,可以通过监控由安装在伺服电机5上的旋转编码器6所获得的编码器脉冲Dp来检测出螺杆3的转动和停止。具体地说,如果一段预设监控时间内的脉冲数变为一个指定的数值,或者如果脉冲输出间隔变为一个指定的间隔(时间),则它被判断为停止状态。因此,停止状态是这样一个概念:它不仅包括完全停止的情况,而且还包括减慢为一个指定速度的情况。如果检测到螺杆3的停止状态,则同时对定时进行重置。
通过执行这种螺杆前进处理,螺杆3能够总是精确地停在环形阀2与阀片3r相接触的接触位置。通过借助于从旋转编码器6获得的编码器脉冲Dp检测出这样的接触位置(停止状态),不再需要其他的检测器,其优点是能够利用已有的设备很容易地、并以低成本实现。
通过这种方式,在螺杆3向前移动期间可能会发生异常,通过环形阀2的一部分被切下或者有异质的材料被嵌入到环形阀2中。当发生这种异常时,螺杆3的转动不会正常停下,而是继续空转。在这一实施例中,如果即使在螺杆3开始向前移动的同时开始定时之后达到一段预设的时间(判别时间)Ts时没有检测到螺杆3的停止状态,则执行特定的差错处理(步骤S5和S9)。当进行差错处理时,可以执行驱动(操作)停止处理、警告报告处理等,通过这些处理可以迅速检测到环形阀2的操作异常,并能够迅速执行针对操作异常的措施。
接下来以相反方式执行转动螺杆3的处理。应注意螺杆3的反向转动可以在对螺杆3停止状态的所述检测之后立即进行,或者可以在经过一段指定的设置时间之后进行。在这种情况下,用于螺杆转动的伺服电机5通过控制器32驱动控制(速度控制),由此螺杆3在图4(d)所示的箭头Rr方向上反向主动旋转(步骤S10)。在图5中,用Vr来表示的是螺杆3反向转动期间伺服电机5的转速,用θe和θs来表示的是螺杆3的角度。反向转动的螺杆3的旋转量可以对于每台模制成型机任意设定,如设置为大约1/4。在这种情况下,图5中的(θe-θs)可以被设定为大约90[°]。此外,在螺杆3反向转动期间,用于螺杆前进/回退的伺服电机28通过控制器32驱动控制,执行位置控制以固定螺杆3的前后位置,进一步避免测得的树脂量的改变并提高计量精度。在图5中,用Xd来表示的是螺杆3反向旋转之后的螺杆位置(反向转动结束位置)。
在反向转动螺杆3时的旋转数(旋转角)或转速可以在连接到控制器32的显示设备7上进行显示。通过执行这种显示,操作者能够很容易地以可视方式了解环形阀2的操作状态。如果螺杆3的反向转动达到了一个设定的旋转量(旋转角),则执行控制以停止螺杆3的转动(步骤S11和S12)。
在螺杆3反向转动期间,由于螺杆3的前后位置是固定的,后向(箭头Fi的方向)压力被施加到熔融树脂,如图4(d)所示。在这种情况下,针对环形阀2而言,并且在螺杆3反向转动之前不久,喷嘴头3h一侧的树脂压力高于螺纹3f一侧的树脂压力Pf,即Pf<Ph。因此,在螺杆3反向转动之后,针对环形阀2而言,喷嘴头3h一侧的树脂压力Ph变得远远高于螺纹3f一侧的树脂压力Pf,即Pf<<Ph。
另一方面,一旦螺杆3反向转动的操作完成,则执行通过预设冲程(例如大约1~2[mm])使螺杆3退回的回吸处理,并释放压力。在回吸处理过程中,伺服电机28由控制器32驱动控制(速度控制),并且螺杆3向后移动。在这种情况下,对于螺杆3的向后冲程,向后冲程的终止通过考虑完成压力释放的位置被预设为回吸结束位置Xs。由此,一旦螺杆3到达回吸结束位置Xs,则螺杆3的向后运动停止,并终止回吸处理过程,处理过程进行到下一个注入处理过程。在图5中,用Vs来表示的是用于螺杆前进/回退的伺服电机28的转速,而Xs是回吸操作中的回吸结束位置,其中回吸结束位置Xs变为注入开始位置。应注意回吸处理过程是这样一个处理过程:其中通过一个预设的微小冲程使螺杆3退回,从而在计量结束之后释放压力,避免发生在模具的开口内存在树脂压力的有害效应,即避免发生由于树脂粘滞度低而造成的所谓“流鼻涕现象”、以及由于树脂粘滞度高而造成的来自模制线轴的所谓“蛛网现象”等现象。
图4(e)中所示的是在执行这种回吸处理之后螺杆3的状态,其中针对环形阀2而言,喷嘴头3h一侧的树脂压力要比螺纹3f一侧的树脂压力高一些,或者大致相等,即在该状态下Pf<Ph或Pf≈Ph。因此,即使执行了回吸处理,由于利用了在前部(螺杆头3h一侧)的树脂压力总是高于环形阀2的尾部(螺纹3f一侧)的树脂压力的特定,环形阀2能够在回吸处理之前关闭,借助于后续的回吸处理可以消除环形阀再次打开所造成的有害影响,由此在开始注入之前可以可靠、稳定地关闭止回阀2。
另一方面,在控制器32中,执行一个处理来校正后续计量过程Sb中进一步产生的螺杆位置离差。这种校正处理方法根据图2所示的流程图来阐述。
首先,一旦主计量过程Sa结束,则检测并读取作为在其结束之后的螺杆位置的计量结束位置Xm(步骤S21、S22和S23)。由于在这种情况下计量结束位置Xm是预设的,也可以采用设定的计量结束位置Xm(设定值)。并且,如果螺杆3已经反向转动,则检测并读取作为反向转动之后的螺杆位置的反向转动结束位置Xd(步骤S24、S25和S26)。在这种情况下,可以通过与伺服电机28一起安装的旋转编码器31来检测计量结束位置Xm和反向转动结束位置Xd。一旦得到了计量结束位置Xm和反向转动结束位置Xd,则由计量结束位置Xm和反向转动结束位置Xd之间的偏差来获得校正量H(=Xd-Xm)。另一方面,一旦获得了校正量H,则用该校正量H来校正至少在注入处理过程中的位置设置值X1、X2...。
图6中所示的是用所获得的校正量H来校正注入处理过程中的位置设置值X1、X2...的情况。在图6中,用V1、V2、V3...来表示的是多个阶段中设定的注入速度。由图6清楚可见,当注入过程从螺杆3的回吸结束位置(注入开始位置)Xs开始,并且注入速度从V1切换到V3时,在校正之前的基础设置中,在设置位置X1处执行切换。但是,如果获得了校正量H并进行了校正,则如图所示在设置位置(X1+H)处执行切换。以同样的方式,当注入速度还从V2切换到V3时,在设置位置(X2+H)处执行切换。通过进行这样的校正,在后续计量过程Sb中发生的螺杆位置的差错量可以被消除,并消除了测得的树脂量的进一步改变,可以确保较高的计量精度。
尽管在该例所示的情况下是通过获取计量结束位置Xm、反向转动结束位置Xd和校正量H来对注入处理过程中的位置设置值X1、X2...进行校正,也可以为其他的目的(如数据显示和分析)通过存储计量结束位置Xm的检测(操作)数据、反向转动结束位置Xd、校正量H等对这些数据加以利用。
在注入处理过程中,通过控制器32来对伺服电机28进行驱动控制。由于伺服电机28的转动通过旋转传动机构29传递给滚珠螺旋单元26,滚珠螺旋单元26与螺母单元25一起向前转动。作为结果,螺杆3前进,并且测得的熔融树脂被注入填充到模具中。一旦注入过程结束,如果继续进行下一次喷射(模制周期),则开始下一次喷射的计量过程,并执行与该计量过程相关的相同处理。
图7和图8中所示的是当通过本实施例的计量方法进行计量时实际模制成型产品(棒料流(bar flow))的质量[g]。此外,为了比较而一同列出的还有未按照本实施例的计量方法执行计量时,即采用普通模制中使用的计量方法时,实际模制成型产品(棒料流(bar flow))的质量[g]。本实施例的计量方法表示了这样一种情况:当主计量过程Sa结束后,螺杆3被置于自由转动状态并向前移动,在向前移动期间监控螺杆3的转动状态,当螺杆3的转动已经停下之后使螺杆3反向转动一个指定的量,并继续执行回吸处理,而在普通模制的情况下,在主计量过程Sa结束之后立即就执行回吸处理。从图7和图8所示的数据图和数据表可以清楚地看到,如果利用本实施例的计量方法强制关闭环形阀,可以大大减少各次喷射之间模制成型产品质量的离差,表示变化参数的6CV可以减低大约1/3。
因此,根据本实施例的计量方法,在螺杆3向前移动到自由转动状态之后开始后续计量过程Sb中的螺杆3的反向转动处理,并且在向前移动的过程中螺杆3的转动停止;即止回阀2关闭。因此,反向转动后树脂压力的离差以及测得的树脂量的改变可以被大大减少,由此可确保很高的计量精度,减少了发生缺陷的比例并降低了制造所需的能量。
尽管上面详细阐述了一个实施例,但本发明并不局限于该实施例,而是可以在不超出本发明构思的范围内任意改变,并且可以添加或省略结构细节、形状、数量、数据值、工艺等等。
例如,尽管描述了环形阀作为止回阀2的一个例子,但它并不仅限于环形阀。并且,尽管示出了一种利用从旋转编码器6获得的编码器脉冲Dp的方法作为用于监控螺杆3的转动状态(停止状态)的方法的一个例子,但并不排除其他监控方法。此外,尽管示出了通过螺杆3的旋转数(旋转角)来设定反向转动螺杆3的旋转量的情况,但并不排除通过时间来对其进行设定的情况。另一方面,尽管采用了通过监控时间Ts来检测操作异常的一个例子,但除此之外,也可以通过监控螺杆3的旋转数(旋转角)或树脂压力来完成检测。因此,在这种情况下,如果即使在达到预定的旋转数或树脂压力之后还没有检测到停止状态,可以执行特定的差错处理。此外,尽管在所示实施例中示出了执行螺杆3的前后位置固定的位置控制的情况,但也可以执行螺杆3的压力固定的压力控制。

Claims (13)

1.一种用于注模成型机的计量方法,其特征在于,在包括一个主计量过程和一个后续计量过程的计量过程中,其中在所述主计量过程中通过向前转动在其顶端安装有止回阀的螺杆来执行计量,而在所述后续计量过程中,在主计量过程完成之后反向转动螺杆以执行后续计量过程,在执行后续计量过程时,螺杆被设定为自由转动状态,并在主计量过程完成之后向前移动,在向前移动期间对所述螺杆的转动状态进行监控,如果螺杆转动停止,则使螺杆反向转动一个指定的旋转量。
2.如权利要求1所述的用于注模成型机的计量方法,其特征在于,所述后续计量过程包括回吸处理,所述回吸处理在反向转动所述螺杆之后使所述螺杆向后移动一个指定的冲程。
3.如权利要求1所述的用于注模成型机的计量方法,其特征在于,检测完成所述主计量过程之后的螺杆位置(计量结束位置)和反向转动所述螺杆之后的螺杆位置(反向转动结束位置),由所述计量结束位置和所述反向转动结束位置之间的偏差得到一个校正量,并用这个校正量来校正至少在注入过程中的位置设定值。
4.如权利要求1所述的用于注模成型机的计量方法,其特征在于,通过从与用于螺杆转动的伺服电机一起安装的旋转编码器所得到的编码器脉冲来检测所述停止状态,其中该伺服电机转动所述螺杆。
5.如权利要求1所述的用于注模成型机的计量方法,其特征在于,如果即使在监控所述螺杆的转动状态期间内达到了预设的时间但仍未检测到所述停止状态,则执行指定的差错处理。
6.如权利要求1所述的用于注模成型机的计量方法,其特征在于,如果即使在监控所述螺杆的转动状态期间内达到了预设的旋转数但仍未检测到所述停止状态,则执行指定的差错处理。
7.如权利要求1所述的用于注模成型机的计量方法,其特征在于,如果即使在监控所述螺杆的转动状态期间内达到了预设的树脂压力但仍未检测到所述停止状态,则执行指定的差错处理。
8.如权利要求1所述的用于注模成型机的计量方法,其特征在于,当反向转动所述螺杆时,执行控制以固定所述螺杆的前后位置。
9.如权利要求1所述的用于注模成型机的计量方法,其特征在于,当反向转动所述螺杆时,执行控制以固定所述螺杆的压力。
10.如权利要求1所述的用于注模成型机的计量方法,其特征在于,根据所述螺杆的旋转数预先设定反向转动所述螺杆的旋转量。
11.如权利要求1所述的用于注模成型机的计量方法,其特征在于,在一个显示设备上显示反向转动所述螺杆的旋转量。
12.如权利要求1所述的用于注模成型机的计量方法,其特征在于,根据时间预先设定反向转动所述螺杆的旋转量。
13.如权利要求1所述的用于注模成型机的计量方法,其特征在于,在一个显示设备上显示反向转动所述螺杆的转速。
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