FR2506210A1 - Powder metal compactor with die - uses collet tab design punch and die channel for precision sphericals - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne le domaine des constructions mécaniques et a notamment pour objet un dispositif pour la compression de produits à partir de matériaux en poudre. Le dispositif faisant l'objet de l'invention peut être utilisé en tant qu'outillage dans le façonnage à la presse. The present invention relates to the field of mechanical constructions and in particular relates to a device for compressing products from powdered materials. The device which is the subject of the invention can be used as a tool in press shaping.
Les matériaux employés pour fabriquer des produits par compression peuvent être des poudres de A1203, MgO, ZrO2, etc. L'invention peut entre appliquée notamment à la fabrication de produits de la métallurgie des poudres, utilisés dans les échangeurs thermiques à récupération, pour la réalisation de processus à haute température dans les industries métallurgique, chimique et énergétique. The materials used to manufacture products by compression can be powders of A1203, MgO, ZrO2, etc. The invention can be applied in particular to the manufacture of powder metallurgy products, used in recovery heat exchangers, for carrying out high temperature processes in the metallurgical, chemical and energy industries.
La résolution du problème de ltobtention de hautes températures, jusqu'à 20000C, dans les processus industriels (métallurgie, chimie, énergétique), n'est possible qu'à condition d'approvisionner les appareils et les installations, fonctionnant à de tels régimes, en boulets de garnissage en matériaux précités, fabriqués par des méthodes industrielles. The resolution of the problem of obtaining high temperatures, up to 20000C, in industrial processes (metallurgy, chemistry, energy), is only possible provided that the devices and installations operating at such speeds are supplied, in packing balls of the aforementioned materials, manufactured by industrial methods.
Les besoins en boulets de garnissage se chiffrent aujourdthui par millions d'unités pour les échangeurs thermiques à récupération, sans compter les réacteurs chimiques et d'autres appareils à haute température. The need for packing balls today amounts to millions of units for recovery heat exchangers, not counting chemical reactors and other high-temperature devices.
L'analyse des méthodes et des dispositifs existants pour2a compression des boulets de garnissage à partir de matériaux réfractaires en poudre, montre que la mise en forme rapide des corps sphériques se heurte à des difficultés résultant de l'emploi de matériels de fabrication à bas débit ou de la basse qualité des produits mis en forme. Analysis of existing methods and devices for compressing packing balls from powdered refractory materials shows that the rapid shaping of spherical bodies comes up against difficulties resulting from the use of low-flow manufacturing materials or the low quality of the shaped products.
On connaît un équipement pour la production de boulets, destinés au garnissage des échangeurs thermiques à récupération, par bouletagé de poudres microniques dans un granulateur à cuve. Equipment is known for the production of balls, intended for the lining of recovery heat exchangers, by pelletizing of micron powders in a tank granulator.
Malgré leur grand débit, les dispositifs mettant en oeuvre ce procédé ne permettent pas d'obtenir des boulets de forme correcte avec une surface rigide. Les boulets sortant du granulateur présentent des écarts de dimension notables par rapport aux boulets voulus et, de plus, produisent de la poussière pendant le fonctionnement des échangeurs pour le réchauffage de l'air, aussi se heurte-t-on à certaines difficultés lors de leur utilisation. Despite their high throughput, the devices implementing this process do not allow balls of correct shape to be obtained with a rigid surface. The balls leaving the granulator have significant differences in size from the desired balls and, moreover, produce dust during the operation of the heat exchangers for air heating, so there are certain difficulties encountered during their usage.
Les dispositifs de compression de type connu pour la fabrication de produits de ce genre sont, dans leur ensemble, caractérisés par une application lente de l'effort de compression (presses hydrauliques), ainsi que par la nécessité d'un démontage manuel de la matrice et du poinçon de formage, ce qui est dû à l'impossibilité de l'extraction automatique sans défauts du produit comprimé hors du canal de la matrice de la presse. Compression devices of known type for the production of products of this kind are, as a whole, characterized by a slow application of the compression force (hydraulic presses), as well as by the need for manual disassembly of the matrix and the forming punch, which is due to the impossibility of the automatic extraction without defects of the compressed product out of the channel of the press die.
Les presses hydrauliques à plateau rotatif connues pour la mise en forme de produits en matériaux pulvérulents de basse densité, comprennent un plateau rotatif horizontal dans lequel, suivant une circonférence, dans des plans radiaux, sont disposés les éléments formants : chambres de compression comprenant des matrices flottantes sur ressorts et un poinçon avec un actionnement hydraulique l'animant d'un mouvement rectiligne alternatif pour la compression. Hydraulic presses with a rotary plate known for shaping products from low density pulverulent materials, comprise a horizontal rotary plate in which, along a circumference, in radial planes, are arranged the forming elements: compression chambers comprising dies floating on springs and a punch with hydraulic actuation driving it in an alternating rectilinear movement for compression.
Un inconvénient des dispositifs de ce genre est le frottement important de la surface formante du poinçon et de la matrice contre la surface du produit, quand celui-ci est une briquette de forme bombée compliquée, ce qui, en cas d'augmentation de la vitesse et des efforts de compres- sion, provoque la destruction (désagrégation, rupture déformation) du produit. A drawback of devices of this kind is the high friction of the forming surface of the punch and of the matrix against the surface of the product, when the latter is a briquette of complicated convex shape, which, in the event of an increase in speed and compression efforts, causes the destruction (disintegration, rupture deformation) of the product.
On contact aussi des presses pour la mise en forme de produits à partir de poudres, comprenant un plateau dans la masse duquel sont montées des matrices, dotées d'éléments flottants destinés à éjecter le produit mis en forme. Les poinçons des presses de ce genre sont réalisés de façon qu'ils puissent remonter par échelons et effectuer un mouvement rectiligne alternatif pour la compression successive des couches de poudres, afin d'accrottre la résistance mécanique du produit mis en forme. Les éléments formants d'une telle presse sont actionnés mécaniquement ou hydrauliquement, et le plateau-barillet est animé d'un mouvement de rotation intermittent à l'aide d'un mécanisme à croix de Malte. La précision du positionnement du plateaubarillet au poste de compression est assurée par un indexage mécanique spécial. Presses are also contacted for the shaping of products from powders, comprising a plate in the mass of which are mounted dies, fitted with floating elements intended to eject the shaped product. The punches of presses of this kind are made so that they can go up in steps and perform an alternating rectilinear movement for the successive compression of the layers of powders, in order to increase the mechanical resistance of the shaped product. The forming elements of such a press are actuated mechanically or hydraulically, and the barrel plate is driven by an intermittent rotational movement using a Maltese cross mechanism. The precision of the positioning of the barrel plate at the compression station is ensured by a special mechanical indexing.
Toutefois, un tel dispositif a un bas débit et un effort de compression faible, par suite de la longue durée du cycle de compression de chaque produit. La compression relativement lente dans un tel dispositif ne permet pas d'obtenir un effort suffisant pour une mise en forme efficace des particules de poudre, surtout pour les produits de forme compliquée, non plate, par exemple sphérique, aussi la qualité des produits fabriqués à l'aide de telles panses est-elle très basse. However, such a device has a low flow rate and a low compression force, owing to the long duration of the compression cycle of each product. The relatively slow compression in such a device does not make it possible to obtain sufficient effort for an effective shaping of the powder particles, especially for the products of complicated shape, not flat, for example spherical, also the quality of the products manufactured at is the aid of such paunch very low.
Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients mentionnés. The object of the invention is to eliminate the drawbacks mentioned.
On s'est donc proposé de créer un dispositif pour la compression de produits ayant une configuration compliquée, à partir de poudres d'oxydes réfractaires de mise en forme difficile, qui exécuterait la compression cyclique à une cadence rapide, tout en permettant d'obtenir des produits formés de bonne qualité : forme précise de la surface extérieure, résistance mécanique et densité élevées, absence de défauts internes. It has therefore been proposed to create a device for the compression of products having a complicated configuration, from refractory oxide powders of difficult shaping, which would carry out cyclic compression at a rapid rate, while making it possible to obtain good quality formed products: precise shape of the external surface, high mechanical strength and density, absence of internal defects.
La solution consite en un dispositif pour la compression de produits à partir de matériaux en poudre, comprenant des éléments formants : une matrice avec une douille de guidage et un poinçon actionnés par un mécanisme, dispositif dans lequel, d'après l'invention, les éléments mentionnés sont réalisés sous la forme de pinces fendues à languettes fixées élastiquement et écartées radialement, les languettes de la matrice et du poinçon constituant la surface active formante quand elles sont serrées, et les languettes de la douille de guidage étant en contact avec la surface latérale de la matrice. The solution consists of a device for compressing products from powdered materials, comprising forming elements: a die with a guide sleeve and a punch actuated by a mechanism, device in which, according to the invention, the elements mentioned are produced in the form of split pliers with elastically fixed tongues and radially spaced apart, the tongues of the matrix and of the punch constituting the active forming surface when they are tightened, and the tongues of the guide sleeve being in contact with the surface side of the matrix.
Dans le cas de mise en forme de produits sphériques avec de gros efforts de compression et une course importante du poinçon, il est avantageux d'adjoindre au dispositif une frette fixe, encerclant les languettes de la douille de guidage et les contactant sur une surface conique quand elles sont serrées. In the case of shaping spherical products with large compression forces and a large stroke of the punch, it is advantageous to add to the device a fixed hoop, encircling the tongues of the guide sleeve and contacting them on a conical surface when they're tight.
Dans le cas de mise en forme de produits à forte adhésivité vis-à-vis des éléments formants, la matrice est réalisée avec des canaux pour l'amenée d'un gaz sous haute pression à sa surface formante, au temps d'extraction du produit comprimé. In the case of shaping of products with high adhesiveness with respect to the forming elements, the matrix is produced with channels for bringing a gas under high pressure to its forming surface, at the time of extraction of the compressed product.
La substance de l'invention consiste en ce qui suit. The substance of the invention consists of the following.
La réalisation des éléments formants du dispositif sous la forme de pinces fendues, à languettes fixées élastiquement et écartées radialement, qui constituent la surface active formante quand elles sont serrées, se traduit en définitive par la possibilité de réduire le cycle de compression, grâce à l'obtention de l'autodémontage des éléments formants, tout en conservant la haute qualité des produits formés dont la géométrie répète celle de la surface active de la matrice et du poinçon à l'état fermé. The realization of the forming elements of the device in the form of split clamps, with elastically fixed tongues and radially spaced apart, which constitute the active forming surface when they are tightened, ultimately results in the possibility of reducing the compression cycle, thanks to the '' self-dismantling of the forming elements, while retaining the high quality of the formed products whose geometry repeats that of the active surface of the matrix and the punch in the closed state.
Au temps d'extraction du produit formé, grEce à 1'écartement des languettes des éléments formants et à l'amenée d'air par les canaux à la surface active du poinçon et de la matrice contactant le produit, sa séparation d'avec les éléments formants, son extraction et son transfert à la capacité collectrice s'effectuent d'une manière fiable. Au temps de compression, la géométrie et l'état des éléments formants assurent la transmission d'efforts de compression considérables, uniformément répartis sur toute la surface du produit sphérique à former. At the time of extraction of the product formed, thanks to the spacing of the tongues of the forming elements and to the supply of air by the channels to the active surface of the punch and of the matrix contacting the product, its separation from the forming elements, its extraction and transfer to the collecting capacity are carried out in a reliable manner. At the compression time, the geometry and the state of the forming elements ensure the transmission of considerable compression forces, uniformly distributed over the entire surface of the spherical product to be formed.
Des mécanismes individuels pour l'actionnement des éléments formants et une commande appropriée du dispositif assurent la séquence des déplacements axiaux du poinçon, de la matrice et de la douille de guidage, nécessaire à ltexécution de tout le cycle de compression. Individual mechanisms for actuating the forming elements and appropriate control of the device ensure the sequence of the axial displacements of the punch, the die and the guide sleeve, necessary for the execution of the entire compression cycle.
La forme donnée aux éléments et leur exécution, en conjugaison avec leurs déplacements axiaux coordonnés, permettent d'obtenir aux phases respectives du cycle de compression le serrage des languettes élastiques, leur libération, l'amenée d'air et l'alimentation en poudre lors de l'extraction, avant la mise en forme et pendant la compression des produits. The shape given to the elements and their execution, in conjunction with their coordinated axial displacements, make it possible to obtain, at the respective phases of the compression cycle, the tightening of the elastic tongues, their release, the air supply and the powder supply during extraction, before shaping and during product compression.
Grâce à la réalisation indiquée du dispositif et à la séquence des positions relatives de ses éléments, il devient possible de réaliser la compression des produits sur carrousel, avec exécution simultanée de phases et parties de cycles différentes ou identiques, le démontage des éléments formants pour la libération du produit fini s' effectuant automatiquement. Thanks to the indicated embodiment of the device and to the sequence of the relative positions of its elements, it becomes possible to carry out the compression of the products on a carousel, with simultaneous execution of different or identical phases and parts of cycles, the dismantling of the forming elements for the release of the finished product taking place automatically.
Le débit du dispositif conforme à l'invention peut ainsi entre augmenté de 5 à 10 fois, comparativement aux modèles les plus avancés des dispositifs-pour usages similaires, tout en conservant une haute qualité des produits formés : obtention de la géométrie prescrite et absence de défauts internes. Dans le cas d'une presse équipée d'un dispositif conforme à l'invention et marchant à la cadence de 4000 boulets par heure, le diamètre des boulets étant
d'environ 15 mm et leur densité d'environ 5 g/cm3, la quantité de produits rébutés est inférieure à 0,2 %.The flow rate of the device according to the invention can thus increased by 5 to 10 times, compared to the most advanced models of devices-for similar uses, while retaining a high quality of the products formed: obtaining the prescribed geometry and absence of internal faults. In the case of a press equipped with a device according to the invention and operating at the rate of 4000 balls per hour, the diameter of the balls being
of about 15 mm and their density of about 5 g / cm3, the quantity of rebut products is less than 0.2%.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels
- la figure 1 représente le dispositif de compression dans la position précédant la compressicn, en coupe longitudinale
- la figure 2 représente une vue en coupe du dispositif en position de compression
- la figure 3 représente une vue en coupe du dispositif dans la position précédant l'extraction du poinçon
- la figure 4 représente une vue en coupe du dispositif dans la position d'extraction du produit;;
Le dispositif représenté par les dessins, aux diverses étapes de la compression du produit, est destiné à la compression de boulets à partir d'une poudre de Zr02, pour le garnissage d'échangeurs thermiques à récupération réchauffant l'air dans l'industrie métallurgique et dans les installations industrielles à laser. Pour un échangeur thermique à récupération dont le niveau de température atteint 20000C et dont la surface d'échange est d'environ 500 m2, il faut jusqu'à 10 t de garnissage constitué de boulets de 20 mm de diamètre.The invention will be better understood and other objects, details and advantages thereof will appear better in the light of the explanatory description which will follow of different embodiments given only by way of nonlimiting examples with reference to the non-drawing drawings. annexed limitative in which
- Figure 1 shows the compression device in the position before the compression, in longitudinal section
- Figure 2 shows a sectional view of the device in the compression position
- Figure 3 shows a sectional view of the device in the position preceding the extraction of the punch
- Figure 4 shows a sectional view of the device in the product extraction position;
The device represented by the drawings, at the various stages of the compression of the product, is intended for the compression of balls from a powder of Zr02, for the lining of heat exchangers with recovery heating the air in the metallurgical industry and in industrial laser installations. For a recuperative heat exchanger whose temperature level reaches 20000C and whose exchange surface is approximately 500 m2, up to 10 t of packing consisting of balls of 20 mm diameter is required.
Pour fabriquer une telle quantité de boulets, une presse ayant le débit indiqué doit fonctionner sans arrêt pendant des centaines d'heures sans abaissement de la qualité des produits. To manufacture such a quantity of balls, a press with the indicated flow rate must operate continuously for hundreds of hours without lowering the quality of the products.
Le dispositif (figures 1 à 4) se compose d'éléments formants (matrice 1 avec douille 2 de guidage et poinçon 3) réalisés chacun sous la forme de pinces fendues longitudinalement, dont les languettes 4, 5, 6 constituent les surfaces actives formantes 7, 8 respectives de la matrice 1 et du poinçon 3 quand elles sont fermées. The device (FIGS. 1 to 4) is made up of forming elements (matrix 1 with guide sleeve 2 and punch 3) each produced in the form of pliers split longitudinally, the tongues 4, 5, 6 of which form the active forming surfaces 7 , 8 respectively of the die 1 and of the punch 3 when they are closed.
Les languettes 5 de la douille 2 de guidage contactent directement, par leur ctté intérieur, la surface cylindrique latérale de la matrice 1, et par leur côté extérieur, la surface conique 9 de la frette fixe 10,embrassant lesdits éléments au temps de compression. The tabs 5 of the guide sleeve 2 directly contact, by their inner side, the lateral cylindrical surface of the die 1, and by their outer side, the conical surface 9 of the fixed hoop 10, embracing said elements at the compression time.
La frette fixe 10 est fixée à la surface du plateau rotatif de la presse (non représenté sur le dessin), qui assure les transferts nécessaires de la matrice aux postes successifs d'alimentation en poudre, de compression et d'évacuation du produit fini 11. The fixed hoop 10 is fixed to the surface of the rotary plate of the press (not shown in the drawing), which ensures the necessary transfers from the matrix to the successive positions of powder supply, compression and discharge of the finished product 11 .
Les languettes 5 de la douille 2 de guidage sont ajustées à la frette fixe 10 par leur partie conique. La douille 2 de guidage est serrée par un ressort 12 contre la frette 10. La matrice 1 est montée à l'intérieur de la frette 10 et de la douille 2 de guidage de façon qu'elle puisse coulisser le long de l'axe, et elle est pressée par un ressort 13 contre une douille 14 qui est ajustée à la surface cylindrique intérieure de la douille 2 de guidage. The tongues 5 of the guide sleeve 2 are adjusted to the fixed hoop 10 by their conical part. The guide sleeve 2 is clamped by a spring 12 against the hoop 10. The matrix 1 is mounted inside the hoop 10 and the guide sleeve 2 so that it can slide along the axis, and it is pressed by a spring 13 against a sleeve 14 which is adjusted to the inner cylindrical surface of the guide sleeve 2.
Les languettes 4 de la matrice ont à leur partie inférieure des saillies 15 pour l'appui du ressort 13, et, plus bas, elles constituent une queue cylindrique 16 avec un canal 17 d'air. La douille 14 comporte une partie qui dépasse au delà des limites de la frette 10 et coopère avec un poussoir 18 au moment précédant l'extraction et pendant l'extraction du produit 11. La queue 16 est prévue pour la coopération avec le poussoir 19 et pour la connexion au canal amenant l'air chassant le produit Il au temps d'extraction du produit. The tongues 4 of the matrix have at their lower part projections 15 for the support of the spring 13, and, below, they constitute a cylindrical tail 16 with an air channel 17. The sleeve 14 has a part which protrudes beyond the limits of the hoop 10 and cooperates with a pusher 18 at the moment preceding the extraction and during the extraction of the product 11. The tail 16 is provided for cooperation with the pusher 19 and for connection to the channel bringing the air expelling the product II to the product extraction time.
Les ressorts 12, 13 assurent le rappel automatique des languettes 4, 5 respectives de la matrice 1 dans la douille de guidage 2 jusqu'à leur position initiale, la jonction de tous les éléments entre eux, avec la frette 10 et la-douille 14. The springs 12, 13 ensure the automatic return of the respective tongues 4, 5 of the matrix 1 in the guide bush 2 to their initial position, the junction of all the elements together, with the hoop 10 and the bush 14 .
Le dispositif faisant l'objet de l'invention fonctionne de la façon suivante. The device which is the subject of the invention operates in the following manner.
La poudre d'oxyde de zirconium est introduite dans l'enceinte de la surface de formation 7 au temps précédant la compression (figure 1), dans l'enceinte limitée par la surface active 9 de la matrice 1 et par la surface cylindrique des languettes 5 serrées de la douille de guidage 2. The zirconium oxide powder is introduced into the enclosure of the formation surface 7 at the time preceding the compression (FIG. 1), into the enclosure limited by the active surface 9 of the matrix 1 and by the cylindrical surface of the tongues 5 tightened from guide sleeve 2.
Les surfaces coniques des languettes 5 de la douille 2 sont alors appliquées contre la surface conique de la frette 10. Les poussoirs 18, 19 ne contactent pas les parties saillantes de la matrice 1 et de la douille 14, respectivement.The conical surfaces of the tongues 5 of the sleeve 2 are then applied against the conical surface of the hoop 10. The pushers 18, 19 do not contact the projecting parts of the die 1 and of the sleeve 14, respectively.
Après la compression (figure 2), le produit Il est mis en forme par le poinçon 3 qui su engage dans la douille de guidage 2 de la matrice 1. La position des autres éléments du dispositif reste inchangée. After compression (Figure 2), the product Il is shaped by the punch 3 which engages in the guide sleeve 2 of the die 1. The position of the other elements of the device remains unchanged.
Pendant l'extraction du poinçon (figure 3), les languettes 5, 6 de la douille 2 de guidage et du poinçon 3 s'écartent partiellement, par suite du faible déplacement exécuté par la matrice 1, la douille 14 et le poinçon 3 en montée, sous l'action du poussoir 18. During the extraction of the punch (FIG. 3), the tabs 5, 6 of the guide sleeve 2 and of the punch 3 partially deviate, owing to the small displacement carried out by the die 1, the sleeve 14 and the punch 3 in mounted, under the action of pusher 18.
La partie supérieure du produit Il s'écarte alors en partie de la surface formante du poinçon 3. The upper part of the product II then deviates in part from the forming surface of the punch 3.
Au temps d'extraction du produit 11, le poinçon est entièrement sorti de la douille 2 et sous l'action du poussoir 19, la matrice monte au-dessus de la douille 14 en libérant presque entièrement le produit. Sous l'action de l'air sous haute pression, le produit mis en forme est chassé dans la partie de réception du dispositif. Ensuite le cycle de remplissage de la matrice et de la douille de guidage avec la poudre, de compression et d'extraction du produit se répète
L'invention peut titre appliquée avec efficacité dans toutes les branches de l'industrie où l'on emploie des corps sphériques comprimés, en oxydes réfractaires ou autres matériaux en poudre.At the time of extraction of the product 11, the punch is entirely removed from the sleeve 2 and under the action of the pusher 19, the die rises above the sleeve 14, almost entirely releasing the product. Under the action of air under high pressure, the shaped product is expelled into the receiving part of the device. Then the cycle of filling the matrix and the guide sleeve with the powder, compression and extraction of the product is repeated
The invention can be applied effectively in all branches of industry where compressed spherical bodies are used, made of refractory oxides or other powdered materials.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. Of course, the invention is in no way limited to the embodiments described and shown which have been given only by way of example. In particular, it includes all the means constituting technical equivalents of the means described, as well as their combinations, if these are carried out according to the spirit and implemented in the context of protection as claimed.
Claims (3)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR8110361A FR2506210A1 (en) | 1981-05-25 | 1981-05-25 | Powder metal compactor with die - uses collet tab design punch and die channel for precision sphericals |
Applications Claiming Priority (1)
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| FR8110361A FR2506210A1 (en) | 1981-05-25 | 1981-05-25 | Powder metal compactor with die - uses collet tab design punch and die channel for precision sphericals |
Publications (2)
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| FR2506210B1 FR2506210B1 (en) | 1984-04-06 |
Family
ID=9258861
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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| FR (1) | FR2506210A1 (en) |
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