FR2677905A1 - Method for preparing the mould for baking (firing) a casting made from a lost-wax or similar pattern - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE DE PREPARATION DU MOULE DE CUISSON D'UN OBJET DE
FONDERIE REALISE A PARTIR D'UN MODELE EN CIRE PERDUE OU
ANALOGUE
La présente invention concerne un procédé de préparation du moule de cuisson d'un objet de fonderie réalisé par la technique de la fonte par cire perdue. Ce procédé s'applique plus particulièrement à la réalisation d'objets en pâte de verre, en bronze, en métaux précieux, et en toute matière pouvant être employée dans la technique de la fonte par cire perdue.PROCESS FOR THE PREPARATION OF THE COOKING MOLD OF AN OBJECT
FOUNDRY MADE FROM A LOST WAX MODEL OR
SIMILAR
The present invention relates to a process for preparing the baking mold for a foundry object produced by the technique of lost wax casting. This process applies more particularly to the production of objects in glass paste, in bronze, in precious metals, and in any material that can be used in the technique of lost wax casting.
On connaît la technique de fonte du bronze par réalisation d'un stuc de contact autour de la cire du modèle à reproduire ; dans cette technique, le modèle en cire est ainsi carapaçonné avant d'être classiquement placé dans du sable ou analogue. Le stuc employé doit bien entendu avoir des capacités de démoulage importantes et présenter une compatibilité avec le bronze pour ce qui concerne son coefficient de dilatation thermique.A cet égard, les compositions de stuc employées pour le bronze ne sont pas transposables au domaine de la fonte des verres ou des pâtes de verre, d'autant plus que dans ce dernier cas, les problèmes d'adhérence du verre contre la couche de contact du moule sont prépondérants ; on ne connaît d'ailleurs pas à ce jour d'agent démoulant réfractaire procurant des résultats satisfaisants, c'està-dire une capacité à reproduire fidèlement tous les détails du modèle originel en cire, un pouvoir réfractaire élevé et un coefficient de dilatation thermique comparable à celui du verre ou de la pâte de verre. The technique of bronze casting is known by making a contact stucco around the wax of the model to be reproduced; in this technique, the wax model is thus shelled before being conventionally placed in sand or the like. The stucco used must of course have significant mold release capabilities and be compatible with bronze with regard to its coefficient of thermal expansion. In this regard, the stucco compositions used for bronze cannot be transferred to the field of cast iron. glasses or glass pastes, especially since in the latter case, the problems of adhesion of the glass against the contact layer of the mold are preponderant; to date, no refractory release agent is known which gives satisfactory results, that is to say an ability to faithfully reproduce all the details of the original wax model, a high refractory power and a comparable coefficient of thermal expansion. to that of glass or glass paste.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de préparation du moule de cuisson d'un objet de fonderie en un matériau fusible donné, qui est réalisé, à partir d'un modèle en cire ou analogue, par la technique de la fonte par cire perdue, caractérisé en ce qu'on réalise, au contact dudit modèle, une carapace stratifiée faisant office de moule et, constituant un agent démoulant réfractaire dont le coefficient de dilatation thermique est proche de celui du matériau fusible employé. The present invention aims to remedy these drawbacks by proposing a process for preparing the baking mold for a foundry object in a given fusible material, which is produced, using a wax or similar model, by the technique of lost wax casting, characterized in that a laminated shell acting as a mold is produced on contact with said model, and constituting a refractory release agent whose coefficient of thermal expansion is close to that of the fusible material used.
Pour ce faire, l'invention propose, à titre de première variante, d'appliquer, au contact du modèle en cire ou analogue, des morceaux de tissus de fibres céramiques, par exemple fabriqués à partir d'un mélange d'alumine et de silice, lesdits morceaux de tissus ayant été préalablement trempés dans un liant céramique tel que, préférentiellement, de la silice colloïdale ; en séchant, la silice colloïdale apporte un durcissement du tissu de fibres céramiques qui forme ainsi la carapace souhaitée autour du modèle. To do this, the invention proposes, as a first variant, to apply, in contact with the wax or similar model, pieces of tissue of ceramic fibers, for example made from a mixture of alumina and silica, said pieces of fabric having been previously soaked in a ceramic binder such as, preferably, colloidal silica; as it dries, colloidal silica hardens the ceramic fiber fabric, which forms the desired shell around the model.
On pourrait également employer d'autres liants céramiques, et par exemple du silicate d'éthyle ou analogue ; ce dernier liant est composé de silice en suspension dans de l'alcool, le durcissement se produisant soit après évaporation de l'alcool, soit en raison d'une réaction chimique d'inversion acido-basique initiée au contact de vapeurs d'amoniaque. Other ceramic binders could also be used, for example ethyl silicate or the like; the latter binder is composed of silica suspended in alcohol, hardening occurring either after evaporation of the alcohol, or due to a chemical acid-base inversion reaction initiated in contact with ammonia vapors.
Dans une seconde variante de l'invention, il est proposé de faire précéder la phase de préparation précédente d'une phase d'enduction du modèle en cire ou analogue au moyen d'un agent démoulant réfractaire du type d'une barbotine qu'on applique au pinceau ou par trempage. In a second variant of the invention, it is proposed to precede the previous preparation phase with a coating phase of the wax model or the like by means of a refractory release agent of the type of a slip which is apply by brush or by soaking.
Cette barbotine est constituée par un liant céramique dans lequel sont noyées, dans des proportions adéquates, des fibres de céramique finement broyées ou de la poudre de céramique.This slip is formed by a ceramic binder in which are embedded, in adequate proportions, finely ground ceramic fibers or ceramic powder.
Dans ce dernier cas, il est également possible, sur cette première couche de contact légèrement durcie, de réaliser un stuc par poudrage de la poudre de céramique employée pour constituer la barbotine, les morceaux de tissus en fibres céramiques étant alors appliqués sur le modèle dans une troisième phase. In the latter case, it is also possible, on this first slightly hardened contact layer, to make a stucco by dusting the ceramic powder used to form the slip, the pieces of fabric made of ceramic fibers then being applied to the model in a third phase.
La carapace stratifiée ainsi agencée au contact de la cire ou analogue est très réfractaire et on s'est aperçu qu'elle pouvait être démoulée très facilement, par exemple en frottant manuellement la carapace qui se décolle alors par plaques entières de la pièce réalisée. The laminated shell thus arranged in contact with the wax or the like is very refractory and it has been found that it could be removed from the mold very easily, for example by manually rubbing the shell which then peels off with whole plates of the part produced.
Dans le cas particulier du verre ou de la pâte de verre, on a pu remarquer que, du fait que la carapace n'adhère pas à la surface du verre, la fidélité de reproduction de tous les détails du modèle s'avèrait particulièrement élevée ; à cet égard, on a mis en évidence qu'une empreinte digitale laissée sur le modèle était correctement reproduite dans le verre.In the particular case of glass or glass paste, it has been observed that, since the shell does not adhere to the surface of the glass, the reproduction fidelity of all the details of the model was particularly high; in this regard, it was highlighted that a fingerprint left on the model was correctly reproduced in the glass.
Mis à part le verre, les essais portant sur le bronze ainsi que sur des matériaux précieux du type de certains métaux et alliages ont révéler les mêmes qualités de démoulage et de reproductibilité. Dans ce dernier cas, seul le coefficient de dilatation thermique de la carapace en fibres réfractaires a dû être corrigé, ce qui est facile à obtenir puisqu'on dispose de tissus en fibres réfractaires à base d'alumine et de silice dont on peut faire varier à la fabrication les proportions respectives ; en outre, des composés tels que le zircone peuvent être ajoutés à la composition de ces fibres, ce qui permet d'ajuster leurs propriétés chimiques et physiques, notamment leur coefficient de dilatation thermique et, par là-même, de rendre facile le décochage. Apart from glass, tests on bronze as well as on precious materials such as certain metals and alloys revealed the same qualities of mold release and reproducibility. In the latter case, only the coefficient of thermal expansion of the refractory fiber shell had to be corrected, which is easy to obtain since there are fabrics of refractory fibers based on alumina and silica which can be varied. during manufacture the respective proportions; in addition, compounds such as zirconia can be added to the composition of these fibers, which makes it possible to adjust their chemical and physical properties, in particular their coefficient of thermal expansion and, thereby, to make detachment easy.
Par tissus, on entendra non seulement les tissus fabriquées par tissage de fibres céramiques, mais également les mats et les voiles de fibres pour lesquels ces dernières sont plus agglomérées que véritablement tissées. Dans la technique de fabrication de ces tissus, la silice et l'alumine sont fondus et passés dans des soufflantes parsemées de trous ; en refroidissant, la silice et l'alumine forment des filaments qui s'enchevêtrent les uns les autres, puis le tissu obtenu est aiguilleté.By fabrics is meant not only fabrics made by weaving ceramic fibers, but also mats and veils of fibers for which the latter are more agglomerated than genuinely woven. In the technique of manufacturing these fabrics, the silica and alumina are melted and passed through blowers strewn with holes; on cooling, the silica and the alumina form filaments which become entangled with one another, then the fabric obtained is needled.
On notera également que, dans la seconde variante conforme à l'invention qui consiste à enduire le modèle en cire d'une barbotine convenable, cette même barbotine peut convenir à tous les matériaux cités puisque, étant préparée en faible épaisseur, son coefficient de dilatation thermique joue peu. It will also be noted that, in the second variant in accordance with the invention which consists in coating the wax model with a suitable slip, this same slip can be suitable for all the materials mentioned since, being prepared in small thickness, its coefficient of expansion thermal plays little.
L'invention n'est, pas ailleurs, pas limitée au moulage de matériaux fusibles classiques tels que le verre ou le bronze mais peut être appliquée à d'autres matériaux plus récents, tels certains composites réfractaires ; en effet, la carapace stratifiée, selon la nature des fibres réfractaires que l'on y met, peut supporter des températures élevées pouvant atteindre de 1600"C à 1800C correspondant à celles nécessaires au travail de ces matériaux composites. Les applications à l'aéronautique, notamment, sont nombreuses. The invention is, not elsewhere, not limited to the molding of conventional fusible materials such as glass or bronze but can be applied to other more recent materials, such as certain refractory composites; in fact, the laminated shell, depending on the nature of the refractory fibers used, can withstand high temperatures of up to 1600 "C to 1800C corresponding to those necessary for working with these composite materials. Applications to aeronautics , in particular, are numerous.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'un mode d'exécution préféré du procédé conforme à l'invention donné à titre d'exemple non limitatif en référence au dessin annexé sur lesquel la figure 1 représente schématiquement la constitution d'un four dans lequel on a placé un modèle à reproduire en pâte de verre à partir d'un moule formé par la carapace stratifiée conforme à l'invention. Other characteristics and advantages of the present invention will emerge more clearly from the description which follows of a preferred embodiment of the method according to the invention given by way of nonlimiting example with reference to the attached drawing in which the figure 1 schematically represents the constitution of an oven in which a model to be reproduced in glass paste has been placed from a mold formed by the laminated shell according to the invention.
On décrira maintenant ainsi plus en détail le procédé complet par lequel on peut réaliser une pièce d'art en pâte de verre par la technique de la fonte en cire perdue". Ce procédé comporte un grand nombre d'étapes, quelques unes d'entre elles concernant plus spécifiquement le procédé de préparation du moule conforme à la présente invention. We will now describe in more detail the complete process by which one can make a piece of art in glass paste by the technique of lost wax casting ". This process includes a large number of steps, some of them they relate more specifically to the mold preparation process according to the present invention.
Tout d'abord, dans une première étape, le créateur conçoit un modèle 1 ou une sculpture, soit par modelage direct d'une cire préparée selon une recette connue, soit par modelage dans une autre matière et fabrication d'un moule en élastomère permettant le tirage d'une cire du même type que celle qu'on aurait employée par un modelage direct. Ce choix d'une matière modelable perdue n'est pas unique et, hormis les cires (animales, végetales ou minérales), on pourrait employer le polystyrène, certains métaux et leurs alliages, ou encore des mélanges de substances polymérisables dont la composition varie. First, in a first step, the designer designs a model 1 or a sculpture, either by direct modeling of a wax prepared according to a known recipe, or by modeling in another material and manufacturing an elastomer mold allowing the drawing of a wax of the same type as that which would have been used by direct modeling. This choice of a lost moldable material is not unique and, apart from waxes (animal, vegetable or mineral), we could use polystyrene, certain metals and their alloys, or mixtures of polymerizable substances whose composition varies.
Après avoir effectué, le cas échéant, quelques retouches du modèle 1, on l'enduit, par exemple au pinceau ou par trempage, d'une première couche d'un agent démoulant réfractaire dont le coefficient de dilatation thermique est proche de celui de la pâte de verre. Cette première couche est une barbotine d'un liant céramique liquide mélangé avec de la poudre de céramique pouvant être extraite, par exemple, des résidus de fabrication d'un mat ou d'un tissu de fibres céramiques tissées, collées ou agglomérées. Il s'agit donc, dans tous les cas, de fibres céramiques très courtes. A titre d'exemple, la proportion en poids (liant céramique liquide)/(poudre céramique broyée) est de 0,89. After having carried out, if necessary, some retouching of model 1, it is coated, for example with a brush or by dipping, with a first layer of a refractory release agent whose coefficient of thermal expansion is close to that of molten glass. This first layer is a slip of a liquid ceramic binder mixed with ceramic powder which can be extracted, for example, residues from the manufacture of a mat or a fabric of woven, bonded or agglomerated ceramic fibers. It is therefore, in all cases, very short ceramic fibers. For example, the proportion by weight (liquid ceramic binder) / (ground ceramic powder) is 0.89.
Avant séchage, on saupoudre la même poudre céramique sur le modèle (1) (opération connue sous le nom de stucage dans d'autres domaines) de manière à faire durcir la première couche. Before drying, the same ceramic powder is sprinkled on the model (1) (operation known as stuccoing in other fields) so as to harden the first layer.
On applique alors, sur le stuc ainsi réalisé, des morceaux d'un tissu de fibres céramiques relativement peu épais ; avant son application, le tissu est imprégné de silice colloïdale (liquide) ou analogue ayant pour rôle de ponter chimiquement les fibres céramiques du tissu pour les durcir. Cette couche permet d'améliorer la solidité du moule, notamment au moment de la fonte du verre ou de la pâte de verre après qu'on ait évaporé la cire. En outre, cette couche constitue également un excellent démoulant du verre et on notera, conformément à la première variante de l'invention, qu'elle pourrait tout à fait être employée comme une première couche ; dans ce dernier cas, la reproductibilité des détails du modèle est cependant moindre, et c'est pourquoi il peut s'avérer préférable d'employer une première couche de contact telle qu'on l'a décrite plus haut. Then applied to the stucco thus produced, pieces of a relatively thin ceramic fiber fabric; before its application, the fabric is impregnated with colloidal silica (liquid) or the like having the role of chemically bridging the ceramic fibers of the fabric to harden them. This layer makes it possible to improve the solidity of the mold, in particular at the time of the melting of the glass or the glass paste after the wax has been evaporated. In addition, this layer also constitutes an excellent release agent from the glass and it will be noted, in accordance with the first variant of the invention, that it could quite well be used as a first layer; in the latter case, the reproducibility of the details of the model is however less, and this is why it may be preferable to use a first contact layer as described above.
Après évacuation de la cire ou matière de modelage analogue par chauffage, la carapace réfractaire ainsi déposée sur le modèle 1 constituera un moule 2 vide permettant d'obtenir un objet en pâte de verre qui soit la réplique dudit modèle 1. En celà, l'invention est parfaitement conforme à la technique de la fonte par "cire perdue". After evacuating the wax or similar modeling material by heating, the refractory shell thus deposited on the model 1 will constitute an empty mold 2 making it possible to obtain an object in glass paste which is the replica of said model 1. In this, the invention perfectly conforms to the technique of "lost wax" melting.
L'enfournement du modèle 1 entouré de sa carapace stratifiée peut s'effectuer de manière classique dans un four. Cependant, il est préférable d'employer la technique proposée dans la demande de brevet en France déposée le même jour par le même déposant, et intitulée "Procédé d'enfournement du moule de cuisson d'un objet de fonderie". Dans cette dernière technique, on monte, autour du moule (2), une succession de parois réfractaires et isolantes séparées les unes des autres par des masses thermiques de plus en plus importantes, ce qui permet de former un calorimètre autour dudit moule (2). A l'intérieur du four, on place ainsi le modèle 1, revêtu de sa carapace stratifiée, dans une boîte 3 en silicate de calcium ou analogue, préalablement fabriquée à une dimension pouvant contenir ledit modèle 1.La boîte 3 est rempli d'une masse de sable 4, d'une granulométrie grossière, et pouvant être aggloméré ou non avec de la résine polyuréthane, et elle est placée, au milieu d'un rempart de briques 5 contre les parois intérieures duquel on a plaqué une nappe de fibres céramique d'environ 13 millimètres d'épaisseur,sur un lit 6 de chamotte (argile cuite) et/ou de sable. Puis, la boîte 3 est noyée dans un mélange 6a de chamotte et/ou de sable. The charging of the model 1 surrounded by its laminated shell can be carried out in a conventional manner in an oven. However, it is preferable to use the technique proposed in the patent application in France filed the same day by the same applicant, and entitled "Method of charging the baking mold for a foundry object". In the latter technique, a succession of refractory and insulating walls is separated around the mold (2) separated from each other by increasingly large thermal masses, which makes it possible to form a calorimeter around said mold (2). . Inside the oven, the model 1 is thus placed, coated with its laminated shell, in a box 3 made of calcium silicate or the like, previously manufactured to a size which may contain said model 1. The box 3 is filled with a mass of sand 4, with a coarse grain size, which may or may not be agglomerated with polyurethane resin, and it is placed, in the middle of a brick rampart 5 against the interior walls of which a sheet of ceramic fibers has been pressed about 13 millimeters thick, on a bed 6 of chamotte (baked clay) and / or sand. Then, the box 3 is drowned in a mixture 6a of chamotte and / or sand.
Deux thermocouples 7, 8 peuvent également être installés pour prélever les températures respectives du four et du moule 2, de sorte à réguler la courbe de cuisson de l'objet en pâte de verre qui va reproduire le modèle 1. Two thermocouples 7, 8 can also be installed to take the respective temperatures of the oven and the mold 2, so as to regulate the baking curve of the object in glass paste which will reproduce the model 1.
L'avant dernière opération de préparation du four consiste à disposer, sur un des barreaux horizontaux 9 très stables, une réserve annexe 10 destinée à contenir le verre coloré et non coloré nécessaire à la réalisation de l'objet en pâte de verre. Un orifice 11 est aménagé dans cette réserve 10, à l'aplomb du modèle 1, afin de guider le verre ou la pâte de verre vers uncône de coulée 12, fixé dans le prolongement dudit modèle 1, et qui est, à l'origine, vide. De cette manière, il est aisé de monter la température du four jusqu'à atteindre la sublimation de la cire ou de la matière de modelage analogue qui, du fait que le cône de coulée 12 est vide, peut s'évaporer et brûler ; ceci constitue un avantage notable vis-à-vis de l'art antérieur pour lequel cette opération est une opération autonome nécessitant un chauffage séparé du modèle 1.Conformément à la présente invention, la température de sublimation de la cire est choisie nettement inférieure à celle à partir de laquelle le verre commence à couler (température couramment dénommée température de transformation de Tammann). Ainsi, dans le procédé conforme à l'invention, la cire est sublimée puis brûlée, eta donc quitté la carapace constituée autour d'elle, par l'application des couches de fibres céramique décrites précédemment, bien avant que le verre ne fonde, s'écoule dans le cône de coulée 12, puis du cône de coulée 12 à l'intérieur de ladite carapace où il vient prendre la place de la cire ou de la matière de modelage analogue. The penultimate oven preparation operation consists in placing, on one of the very stable horizontal bars 9, an additional reserve 10 intended to contain the colored and non-colored glass necessary for the production of the glass paste object. An orifice 11 is arranged in this reserve 10, directly above the model 1, in order to guide the glass or the glass paste towards a pouring cone 12, fixed in the extension of said model 1, and which is originally , empty. In this way, it is easy to raise the temperature of the oven until reaching the sublimation of the wax or similar modeling material which, due to the fact that the pouring cone 12 is empty, can evaporate and burn; this constitutes a notable advantage with respect to the prior art for which this operation is an autonomous operation requiring heating separate from the model 1. In accordance with the present invention, the sublimation temperature of the wax is chosen to be significantly lower than that from which the glass begins to flow (temperature commonly referred to as Tammann's transformation temperature). Thus, in the process according to the invention, the wax is sublimated and then burned, and has therefore left the shell formed around it, by the application of the layers of ceramic fibers described above, well before the glass melts, s 'flows into the pouring cone 12, then from the pouring cone 12 inside said shell where it comes to take the place of wax or similar modeling material.
Dans une dernière étape, et après avoir réservé un poids en pâte de verre égal environ à quatre fois le poids de la cire du modèle 1 considéré, on dispose du verre coloré ou non dans des réserves disposées juste au-dessus dudit cône de coulée 12. In a last step, and after having reserved a weight of glass paste equal to approximately four times the weight of the wax of the model 1 considered, the colored glass is available or not in reserves arranged just above said pouring cone 12 .
Une fois cet enfournement terminé, il convient de refermer la cloche supérieure du four et de procéder à la fonte de l'objet à réaliser selon une courbe de montée en température et de refroidissement adéquate, par exemple contrôlée à l'aide des deux thermocouples 7, 8. Once this charging is complete, the upper bell of the oven should be closed and the object to be melted should be melted according to an adequate temperature rise and cooling curve, for example controlled using the two thermocouples 7 , 8.
Après refroidissement du four et du moule 2 jusque vers 60 C environ, on ouvre le four, on retire, avec un aspirateur, le sable disposé autour de l'objet revêtu de sa carapace stratifiée faisant office de moule 2, qu'on peut ensuite extraire. La finition consiste à frotter les carapaces pour décoller la couche de contact stratifiée par plaques, puis à dégager le cône de coulée 12 à la scie diamantée et enfin à procéder au nettoyage et au polissage de la pièce en pâte de verre découverte suite au décollement de ladite couche de contact stratifiée. After the oven and mold 2 have cooled down to around 60 ° C, the oven is opened and the sand placed around the object coated with its laminated shell acting as mold 2 is removed with a vacuum cleaner. extract. The finishing consists in rubbing the shells to peel off the laminated contact layer by plates, then to clear the pouring cone 12 with a diamond saw and finally to clean and polish the piece of glass paste discovered following the peeling of said laminated contact layer.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, il est à noter que le cône de coulée 12 est percé à sa base d'un trou de largeur limitée ; ce trou constitue, en combinaison avec le cône de coulée, une "chicane" limitant la transition, vers la pièce en pâte de verre en train de refroidir, des contraintes produites, sans qu'on puisse rien y faire, à la surface libre du verre à la partie supérieure dudit cône de coulée 12. Ces tensions induites dans le verre lors du refroidissement doivent, en effet, rester confinées à l'intérieur du cône de coulée 12 et c'est pourquoi l'orifice prévu à la base dudit cône 12 doit avoir un diamètre limité. Cette disposition constitue une nouveauté eu égard à l'art antérieur connu. According to a particular characteristic of the invention, it should be noted that the pouring cone 12 is pierced at its base with a hole of limited width; this hole constitutes, in combination with the pouring cone, a "baffle" limiting the transition, towards the piece of glass paste in the process of cooling, of the stresses produced, without anything being possible to do, on the free surface of the glass at the top of said pouring cone 12. These tensions induced in the glass during cooling must, in fact, remain confined inside the pouring cone 12 and this is why the orifice provided at the base of said cone 12 must have a limited diameter. This provision constitutes a novelty with regard to the known prior art.
La présente invention n'est pas limitée par la description qui vient d'en être donnée d'une forme d'exécution relative à la constitution de pièces d'art en pâte de verre, mais s'étend au contraire à tous procédés de fonderie utilisant des techniques analogues, à savoir, par exemple les procédés de fonderie du bronze ou de métalloïdes ainsi que d'aciers réfractaires, notamment au carbone. The present invention is not limited by the description which has just been given of an embodiment relating to the constitution of pieces of art in glass paste, but on the contrary extends to all foundry processes using similar techniques, namely, for example the bronze foundry or metalloid processes as well as refractory steels, in particular carbon.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2677905B1 (en) | 1995-06-02 |
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