DE69013640T2 - Elektroerosionselektrode und verfahren zu deren herstellung. - Google Patents
Elektroerosionselektrode und verfahren zu deren herstellung.Info
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Description
- Diese Erfindung bezieht sich aut eine Elektrode für Elektroerosionsbearbeitung, insbesondere eine Elektrode für die Elektroerosion zum Senkformen und auf ein Verfahren zur Herstellung derselben.
- Als Elektrode für Elektroerosionsbearbeitung werden jene verwendet, die Graphit/Be/Kupferlegierungen beinhalten, die auf einer Werkzeugmaschine für dreidimensionale Bearbeitung bearbeitet werden. Jedoch machen jene Elektroden für Elektroerosionsbearbeitung, die in erster Linie Graphit usw. beinhalten, Probleme, daß sie nämlich nicht nur beträchtliche Zeit für die Bearbeitung mit schlechter Genauigkeit, sondern daß sie auch teuere Betriebsanlagen erfordern, die zu einem Kostenanstieg führen. Unter solchen Gegebenheiten haben die gegenwärtigen Erfinder eine Elektrode für Elektroerosionsbearbeitung entwickelt, die einen Hauptkörper umfaßt der dadurch erhalten wird, daß ein Bindemittel aus Gipshalbhydratpulver und ein Füllstoff aus leitendem Metallpulver durch Formen und Härten in die Form einer Elektrode gebracht wird, die mit einer leitenden Lösung imprägniert wird, um die Beständigkeit in dein früheren leitenden Metallpulver zu verbessern, und eine Patentanmeldung als japanische Patentanmeldung Nr. 46069/1989 hinterlegt.
- Die JP-A 58 -66630 beschreibt ein Verfahren zur Darstellung einer Elektroerosionselektrode, bei welchem eine Aluminiumlegierung in eine Form aus Gips gegossen wird Die verfestigte Aluminiumlegierung bildet die Haupteinheit der Elektroerosionselektrode, von der ein Teil durch Diffusion von Kupfer durchdrungen wird. Auf einer Oberfläche der so geformten, durch Diffusion durchdrungenen Schicht wird im weiteren Kupfer durch Plattierung oder Galvanisieren aufgebracht, wobei eine anhaftende Schicht geformt wird.
- Das Herstellungsverfahren von Elektroerosionselektroden, wie in der JP-A 57/27623 beschrieben, unterscheidet sich in dem Tatbestand, daß, nachdem eine Gipsmatrize gewonnen wurde, die Oberfläche dieser Matrize mit einem Metall überzogen und dieser Überzug mit einer Leitung verbunden wird Die Matrize wird dann mit Epoxidharz oder Harz aus metallischem Material gefüllt und so der Kern der Elektrode geformt.
- Trotzdem trat bei einem Versuch zur Bearbeitung verschiedener Arten von Erzeugnissen mittels Elektroerosionsbearbeitung unter Verwendung einer Elektrode, wie sie in der früher eingereichten Patentanmeldung aufgezeigt wurde, das Problem auf, daß, wenn eine solche Elektrode als solche benutzt wird, ihre Haltbarkeit aufgrund der Sprödigkeit des Materials fraglich ist. Wenn im übrigen eine solche Elektrode für Elektroerosionsbearbeitung einer Zahnkrone und -brücke benutzt wird, die ein Titanmaterial oder andere harte Materialien für eine solche Bearbeitung zu komplizierten Formen beinhaltet, konnte keine Bearbeitung mit genügender Genauigkeit erreicht werden. Deshalb waren Verbesserungen in den obigen Punkten gewünscht.
- Diese Erfindung wurde vollendet mit dem Ziel, eine Elektrode für Elektroerosionsbearbeitung zu schaffen, die zum Senkformen benutzt wird, wobei die obigen Probleme bewältigt sind, und ein Verfahren zur Herstellung derselben aufzuzeigen; welche Elektrode ein Elektrodenglied umfaßt, das hergestellt wird, indem ein Grundstoff und ein Bindemittel aus Gipshalbhydratpulver und ein Füllmittel aus leitendem Metallpulver durch Modellieren und/oder Formen und Härten in die gewünschte Elektrodenform gebracht werden mit anschließendem Überziehen des Elektrodenglieds mit einem leitenden Metall, um die Beständigkeit in der Leitfähigkeit der leitenden Metallpulverpartikel zu verbessern, die als Füllmittel im Elektrodenglied verteilt sind, und um auch eine dünne Metallschicht auf der Oberfläche zu bilden.
- In der Elektrode gemäß dieser Erfindung dient der Grundstoff Gipshalbhydratpulver, das ein Material ist, das zur Formbarkeit und Festigkeit beiträgt auch als Bindemittel, und ein α-Typ des Gipshalbhydrats, welches käuflich als Zahnstein erhältlich ist, wird bevorzugt verwendet, weil der α-Typ des Gipshalbhydrats die Eigenschaft hat, daß die Ausdehnung durch Kristallwachstum von Gipsdihydrat während der Hydration und dem Härten größer ist, als die Kontraktion, die zusammen damit auftritt, so daß ein geformtes, genau nach der Formoberfläche abgebildetes Produkt erhalten werden kann, das weder Kontraktion noch Verzug erleidet. Im weiteren wird die Zugabe eines sehr kleinen Anteils von Gipsdihydratpulver besonders bevorzugt, um als Kristallisationskern für das Gipshalbhydratpulver zu dienen, weil die Bildung von Nadelkristallen beschleunigt wird, wenn das Gipshalbhydrat hydratisiert und gehärtet wird, und weil die Partikel des leitenden Metallpulvers verteilt werden können, um die Löcher zwischen den Kristallen zu füllen.
- Auf der anderen Seite wird, wobei auch Kupfer, Titan, Wolfram, Nickel, Messing, Phosphorbronze und Blei erwähnt werden können, als leitendes Metallpulver, das mit dem Gipshalbhydratpulver zu mischen ist, im Hinblick auf die Formbarkeit des Elektrodenglieds, auf Leitfähigkeit und Kosten Kupfer bevorzugt, insbesondere als Mischung aus zwei Kupferpulvern, die in Form und Partikelgröße unterschiedlich sind.
- Es sollte beachtet werden, daß das Mischungsverhältnis des Gipshalbhydratpulvers zum leitenden Metallpulver vorzugsweise 55 bis 45 : 45 bis 55 im Volumen im Fall des Kupferpulvers ist. Der Grund ist, daß nicht genügend Festigkeit in der geformten Elektrode erhalten werden kann und im weiteren die Elektrode eine rauhe Oberfläche und schlechte Formgenauigkeit hat, wenn der Anteil des Gipspulvers weniger als 40 % ist, und daß die Formgebungsverfahren schwierig sind, wenn besagter Anteil weniger als 30 % ist; während die Leitfähigkeit sich erniedrigt, wenn besagter Anteil mehr als 60 % ist. Da an die Elektrode nach dieser Erfindung die Anforderung gestellt wird, daß sie die Fähigkeit besitzt, eine feine Kontur bei Objekten wie einer Zahnkrone und -brücke genau zu bearbeiten, ist es in erster Linie notwendig, daß sie mit hervorragender Formbarkeit herstellbar ist, und daß sie Festigkeit ebenso wie eine hervorragende Leitfähigkeit besitzt.
- Die Elektrode gemäß dieser Erfindung kann angefertigt werden durch Zufügen einer geeigneten Menge Wasser, eines Beschleunigers für die Gipsabbindung, usw., zu einem Material, das eine Mischung aus einem Gipshalbhydratpulver und einem leitfähigen Metallpulver beinhaltet; Kneten der sich ergebenden Mischung unter Entgasung, normalerweise im Vakuum; Abbilden und/oder Formen der gekneteten Mischung durch ein Verfahren wie Gießen in eine gewünschte Form unter Benutzung einer billigen und leicht bedienbaren Form aus Silikongummi oder ähnlichem, um ein Elektrodenglied darzustellen; Trocknen des Elektrodenglieds; Unterwerfen des getrockneten Elektrodenglieds einer Imprägnierung mit einer Oberflächenbehandlungslösung, die ein leitendes Metall wie Kupfer, Messing, Silber, usw. (chemische Beschichtung) enthält, oder der galvanischen Beschichtung.
- Das Elektrodenglied kann als solches zur Elektroerosionsbearbeitung benutzt werden, wegen der Leitfähigkeit aufgrund der Anwesenheit des leitenden Metallpulvers, das darin als Füllstoff enthalten ist. Jedoch erlaubt es die darauffolgende Beschichtungsbehandlung nicht nur, daß das leitende Metall, das in der Oberflächenbehandlungslösung enthalten ist, in die winzigen Löcher eindringt die im Elektronenglied vorhanden sind, um den Raumzusammenhang zwischen den Partikeln des leitenden Metallpulvers zu verbessern, das zunächst als Füllmittel im Elektronenglied verteilt ist, sondern sie formt auch eine dünne Überzugsschicht aus Metall, um die Oberfläche des Elektronenglieds zu verstärken, wobei die Leitfähigkeit und Festigkeit der Elektrode verbessert werden kann. Dementsprechend kann "Abplatzen", das vorkommt, wenn das Elektronenglied als solches benutzt wird, oder wenn eine Elektrode benutzt wird, wie sie in der früheren Anmeldung aufgezeigt ist, vermieden werden, und die Elektrode mit verbesserter Haltbarkeit ausgestattet werden. Daneben kann, wenn eine Oberflächenpräparation mit einer leitenden Lösung mit Silber oder Kupfer am Elektrodenglied vor der Beschichtungsbehandlung angewandt wird, eine einheitliche überzugsschicht aus Metall in vorteilhafterweise gebildet werden, sogar wenn die Elektrode für die Bearbeitung feiner Werkstückkonturen, wie eine Zahnkrone und -brücke benutzt wird, die eine beträchtlich unregelmäßige Oberfläche aufweist.
- Gerade wenn die Elektrode für Elektroerosionsbearbeitung eine komplizierte Übertragungsoberfläche besitzt, kann sie nicht nur mit hervorragender Formbarkeit erhalten werden, die dem als Bindemittel enthaltenen Gipshalbhydratpulver zuzuschreiben ist, sondern sie hat auch eine hervorragende Leitfähigkeit dank der Anwesenheit von leitendem Metallpulver, das darin als Füllstoff enthalten ist, und durch Anwendung der Oberflächenbehandlung, und im weiteren kann die gewünschte Kontur der zu bearbeitenden Oberfläche über einen langen Zeitraum erhalten werden, um die Elektroerosionsbearbeitung über lange Zeit hinweg zu ermöglichen.
- Wenn, wie oben beschrieben, eine Mischung aus wenigstens zwei solchen Metallpulvern, die eine unterschiedliche Form und Partikelgrößen haben, bevorzugt als leitendes Metallpulver verwendet wird, so führen jedoch Metallpulver, die sehr kleine Partikelgrößen von weniger als 1 um haben, zu verminderter Leitfähigkeit; dagegen können jene Metallpulver von mehr als 50 um nicht gut als Füllstoff im Elektronenglied verteilt werden, und sie bewirken auch eine Verminderung in der Leitfähigkeit Wenn demgemäß also ein hoher Grad an Leitfähigkeit und Genauigkeit gefordert wird, wird es vorgezogen, Pulver mit verschiedenen Partikelgrößen im Bereich von 1 bis 50 um zu mischen, so daß der Anteil an größeren Partikeln etwas größer sein kann, als der der kleineren Partikel, z.B. im Verhältnis der ersteren zu letzteren von 3 : 2, wobei eine Kombination mit kugelförmigen, größeren Partikeln und dendritenförmigen, kleineren Partikeln im Hinblick auf die Verteilbarkeit als Füllstoff bevorzugt ist. Der Anteil an Gipsdihydratpulver, der zum Gipshalbhydratpulver in Form kristalliner Kerne hinzuzugeben ist, ist zweckmäßigerweise in einer Menge von 1 Gewichtsprozent oder weniger des Gipshalbhydratpulvers vorzusehen. Der Grund ist, daß Gipsdihydratpulver, das mit weniger als 0,2 Gewichtsprozent enthalten ist, nicht ausreicht, um als Kristallisationskerne zu dienen; wenn dagegen mehr als ein Gewichtsprozent des Gipsdihydratpulvers enthalten ist, bewirkt es nach Hydration und Härtung das Kristallwachstum und beeinflußt so die Leitfähigkeit.
- Sowohl die Figur 1 wie die Figur 2 zeigen in einer Querschnittsansicht (A) und in einer Draufsicht (B) eine Elektrode für Elektroerosionsbearbeitung (zur Herstellung einer Zahnkrone und -brücke) gemäß den kennzeichnenden Merkmalen dieser Erfindung, und Figur 3 zeigt im Querschnitt, wie eine Zahnkrone und -brücke durch Elektroerosionsbearbeitung erhalten werden kann, indem die Elektrode gemäß den kennzeichnenden Merkmalen dieser Erfindung angewendet wird; worin die Bezugsnummer (1) eine Elektrode (Elektrodenglied) zeigt auf die das äußere Profil einer Zahnkrone und -brücke übertragen wurde; (1a) einen Einpaß; (2) eine Elektrode (Elektrodenglied), auf die das innere Profil der Zahnkrone und -brücke übertragen wurde; (3) ein der Elektroerosionsbearbeitung zu unterziehendes Material; (4) eine Zahnkrone und -brücke, die durch Elektroerosionsbearbeitung gewonnen werden soll; (4a) die äußere Oberfläche einer Zahnkrone und -brücke; und (4b) die innere Oberfläche einer Zahnkrone und -brücke.
- Diese Erfindung wird in den Einzelheiten durch bevorzugte Ausgestaltungen beschrieben, wobei Teil(e) jeweils Volumenanteil(e) bedeuten, wenn nicht anderweitig spezifiziert.
- In einem 10 Torr Vakuumkneter wurden gut 20 Teile Zahnstein (Nr. 80810 A, hergestellt durch Noritake Co., Ltd.), 0,5 Gewichtsanteile an Gipsdihydrat, dessen Partikel eine durchschnittliche Partikelgröße von 15 um besitzen, und 50 Teile von leitendem Metallpulver, das 30 Teile eines dendritenförmigen Kupferpulvers beinhaltet, das eine durchschnittliche Partikelgröße von 10 um besitzt (gemäß der Größenbestimmungsmethode über Siebanalyse nach Fischer) und 20 Teile eines kugelförmigen Kupferpulvers, das eine Partikelgröße besitzt, das einer Siebdurchlässigkeit (mesh pass) von 325 entspricht. Dann wurden der gekneteten Mischung 3 Teile Wasser hinzugefügt, in dem Zusätze einschließlich eines Abbindebeschleunigers für den Gips enthalten sind, gefolgt von Kneten unter vermindertem Druck für 60 Sekunden, um eine breiartige Form einer entgasten, gekneteten Mischung anzufertigen. Die Mischung wurde in vorbestimmte Formen aus Silikongummi gegossen, auf die das Gußmuster einer Modellzahnkrone und -brücke übertragen wurde, um zylindrische Elektrodenglieder für die Elektroerosionsbearbeitung zu formen, die jeweils einen Durchmesser von 10 mm und eine Länge von 30 mm haben (siehe Figur 1, die in einer Querschnittsansicht (A) und einer Draufsicht (B) eine Elektrode (1) zeigt auf die die äußere Oberfläche (4a) eines Enderzeugnisses einer Zahnkrone und -brücke übertragen wurde, und siehe Figur 2, die in einer Querschnittsansicht (A) und einer Draufsicht (B), die eine Elektrode (2) zeigt, auf die die innere Oberfläche (4b) des Enderzeugnisses einer Zahnkrone und -brücke übertragen wurde, wobei (1a) und (1b) Einpässe sind, wenn diese Elektroden auf eine Elektroerosionsmaschine aufgesetzt werden). Darauf wurden die Elektrodenglieder, nachdem sie für 24 Stunden bei Raumtemperatur getrocknet wurden, für 30 bis 300 Minuten in einer 20 eigen Kupfersulfatlösung untergetaucht, um eine chemisches Beschichtungsbehandlung zu bewirken.
- Als ein Zahnmaterial aus Titan der Elektroerosionsbearbeitung unterworfen wurde, wobei das so erhaltene Paar von Elektroden bei einem Anlagenstrom von 6 A, Anschaltzeit 100 us, Ausschaltzeit 700 us benutzt wurde (siehe Figur 3, in welcher die zwei Elektroden (1, 2) in der Achse "X" der Elektroerosionsmaschine ausgerichtet werden, damit sie einander gegenüberliegen, und in der ein Werkstück (3) von zwei einandergegenüberliegenden Seiten gleichzeitig bearbeitet wird, wobei die Bezugsziffer (4) eine Zahnkrone und -brücke zeigt die letztendlich durch die Elektroerosionsbearbeitung erhalten werden soll), begann die Elektroerosion sofort nach Anlegung des elektrischen Stroms im Vergleich mit der Elektrode der früheren Erfindung, welche ungefähr eine Minute erforderte, bevor die Abtragung begann. Da jedoch der Überzugsfilm nicht zufriedenstellend ausgebildet war, waren die Elektroden doch beträchtlich verschlissen, wenn auch nicht so ernst wie bei der Elektrode nach der früheren Erfindung. Darüberhinaus war die Geschwindigkeit der Elektroerosionsbearbeitung 5.56 x 10 &supmin;³ mm/min, die weit unterhalb des in Auge gefaßten Werts von 3.13 x 10&supmin;² mm/min war.
- Ein Elektrodenpaar wurde in derselben Art und Weise wie in der ersten Ausgestaltung angefertigt, außer daß das leitende Metallpulver 5 Teile eines dendritenförmigen Kupferpulvers mit einer Partikelgröße für 3 um Durchlässigkeit umfaßte (entsprechend der Größenbestimmungsmethode über Siebanalyse nach Fischer), 20 Teile eines kugelförmigen Kupferpulvers mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 10 um und ein kugelförmiges Kupferpulver mit einer Partikelgröße, die einer Siebdurchlässigkeit (mesh pass) von 325 entspricht, und mit dem Unterschied, daß das Eintauchen zum Zweck des Galvanisierens in einer 20 %igen Kupfersulfatlösung, die eine Galvanisierhilfe enthielt, bei einem Strom von 0,05 bis 0,08 mA/cm² für 30 bis 300 min. ausgeführt wurde.
- Als Zahnmaterialien aus Titan der Elektroerosionsbearbeitung unterworfen wurden, wobei die so angefertigten Elektrodenpaare unter Bedingungen, wie in der nachfolgenden Tabelle gezeigt, verwendet wurden, wurde Verschleiß und Rißfestigkeit der Elektroden sehr stark durch ausreichende Dicke (50 bis 120 um) des Überzugsfilms verbessert, der auf der Oberfläche der Elektroden ausgebildet war, und es wurde im wesentlichen die gewünschte Bearbeitungsgeschwindigkeit erzielt. Jedoch kamen teilweise Verschleiß und Risse in den Elektroden vor wegen der Ungleichmäßigkeit in der Dicke des Überzugsfilms in entsprechenden Bereichen mit Unregelmäßigkeiten in kleinerem Ausmaß. Anlagenstrom Anschaltzeit Ausschaltzeit Bearbeitungsgeschwindigkeit
- Ein Elektrodenpaar wurde in derselben Art und Weise wie nach der zweiten Ausgestaltung angefertigt, außer daß an den getrockneten Elektrodengliedern eine Oberflächenbehandlung angewandt wurde, wobei ein leitendes Silberspray verwendet wurde, worauf das Elektrodenpaar einem Bearbeitungstest unterzogen wurde. Jede der Elektroden hatte eine gleichmäßige Oberfläche mit gleichförmigem Überzugsfilm mit einer Dicke von 50 bis 120 um, und damit wurde die ins Auge gefaßte Bearbeitungsgeschwindigkeit erreicht, ohne teilweisen Verschleiß und Risse an den Elektroden.
- Wie in der vorangehenden Beschreibung offenbart, ist die Elektrode für Elektroerosionsbearbeitung gemäß dieser Erfindung frei vom Problem der Formkontraktion und sie kann leicht geformt werden, wenn nur eine einfache Form aus Silikongummi oder ähnlichen verfügbar ist, so daß sie nur einfache Gerätschaften für das Formen erfordert und mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann. So können verschiedene Arten von Elektroden sogar in kleinen Stückzahlen effizient produziert werden. Darüberhinaus kann die gegenwärtige Elektrode mit hoher Maßgenauigkeit hergestellt werden und sie sorgt für eine hervorragende Bearbeitungsleistung, die gleich ist oder sogar über der der konventionellen Elektroden für Elektroerosionsbearbeitung liegt, die in erster Linie Graphit enthalten, das mit schlechter Verarbeitbarkeit verbunden ist. Es sollte besonders beachtet werden, daß diese Erfindung es ermöglicht hat, harte Materialien wie Titan in komplizierte Formen bei Endprodukten zu verarbeiten, wobei billige Elektroden mit hoher Genauigkeit verwendet werden. Verglichen mit den Elektroden der früheren Erfindung, bei welchen ein Gipshalbhydratpulver als Bindemittel verwendet wird, und ein leitendes Metallpulver als Füllstoff benutzt wird, um die Elektrodenglieder durch Abbilden und/oder Formen und Härten anzufertigen, die dann mit einer leitenden Lösung imprägniert werden, die ein leitendes Pulver, wie darin verteiltes Graphit enthalten, sind die vorliegenden Elektroden höherwertiger hinsichtlich der Beständigkeit der Leitungsfähigkeit, der Oberflächengenauigkeit und der Haltbarkeit. Da also die Elektrode gemäß dieser Erfindung die diesem Typ von Elektroden für Elektroerosionsbearbeitung innenwohnenden Probleme gelöst hat, trägt sie sehr viel zur Weiterentwicklung des Stands der Technik bei.
Claims (8)
1. Elektrode für Elektroerosionsbearbeitung, die ein mit einem
leitfähigen Metall beschichtetes Elektrodenglied enthält,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptbestandteile des
Elektrodengliedes Gips und ein darin verteiltes Pulver eines
leitfähigen Metalles sind.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
Pulver des leitfähigen Metalls eine Mischung kugelförmigen
Kupferpulvers mit grösserem Durchmesser und dendritenförmiges
Kupferpulver mit kleinerem Durchmesser enthält.
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Beschichtung aus leitfähigem Metall eine chemisch
oder galvanisch aufgebrachte Kupferschicht ist.
4. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für die
Elektroerosionsbearbeitung, wobei ein elektrisches Glied geformt
und dann unter Bildung einer dünnen Metallschicht an der
Oberfläche des Elektrodengliedes mit einem leitfähigen
Metall beschichtet wird, gekennzeichnet durch die folgenden
Schritte zur Erzielung des elektrischen Gliedes
- ein Gipshalbhydratpulver, Gipsdihydratpulver in einer Menge
von nicht mehr als 1 Gewichtsprozent des
Gipshalbhydratpulvers, und ein Pulver eines leitfähigen Metalls werden im
Vakuum durch Kneten gemischt;
- zu dem gekneteten Produkt wird Wasser zugefügt und
anschliessend weiterhin im Vakuum geknetet;
- das weiter geknetete Produkt wird in eine Form gegossen, in
die eine vorbestimmte Formgebung übertragen wurde, worauf der
Gips hydratisiert und geformt wird und härtet, wobei sich ein
Elektrodenglied ergibt und
- das erzielte Elektrodenglied getrocknet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor
dem Beschichten mit dem leitfähigen Metall die Oberfläche des
Elektrodengliedes einer Oberflächenbehandlung mit der Lösung
eines leitfähigen Metalls unterworfen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Lösung des leitfähigen Metalls ein Silber- oder Kupferspray
ist
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass das Pulver des leitfähigen Metalls eine
Mischung eines kugelförmigen Kupferpulvers mit grösserem
Durchmesser und eines dendritenförmiges Kupferpulvers mit
kleinerem Durchmesser enthält.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass das Elektrodenglied chemisch oder galvanisch
mit Hilfe einer Kupfersulfatlösung beschichtet wird.
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