JP2004527379A - 材料を加工するために高い運動エネルギーを利用する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、高い運動エネルギーを利用する材料加工のための方法に関し、スタンプ手段（１）は、打撃によって、加工される材料本体（２）に高い運動エネルギーを伝達し、その後、そのスタンプ手段（１）のはね返りが生じる。この方法は、与えられる前記打撃に連動して対策が行われていることを特徴とする。前記対策は、後続打撃の結果としてのマイナスの影響を回避するために、前記スタンプ手段（１）が、かなりの運動エネルギー含有量を有する後続打撃を与えることを防止する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い運動エネルギーを利用して材料を加工する方法に関し、一回の打撃によって加工される材料本体に高い運動エネルギーを伝達するために、印加された力によって始動位置から駆動され、その後にスタンプ手段のはね返りが前記打撃後に生じる、振動のないスタンプ手段を備える。本発明は、さらに、その方法を実施する装置にも関している。
【背景技術】
【０００２】
高速加工において、高い運動エネルギーが、材料本体を形成／加工するのに利用されている。高速加工に関連して、使用されるのは、プレスピストンが従来の加工におけるよりもかなり高い運動エネルギーを有する衝撃プレス機械である。すなわち、それは、メタルコンポーネントの切断、押し抜きおよび形成、粉末成形、そして、同様な作業を実行するために、従来のプレスよりもおおよそ１００倍以上速い速度を有することが多い。高速加工には、現在、技術が与える利点を達成するのに必要とされる高い運動エネルギーを生じるための多数の異なる原理がある。圧縮空気または圧縮ガス、スプリング、あるいは油圧応用装置（普通は、さらに、原則として、オイルを介して打撃機構を加速する圧力アキュムレータにおけるガスによって駆動される圧縮ガスであるプロセス）などによって、打撃機構を加速する機械が、含まれている。この技術分野は、長期にわたる関心の対象であった。多数の異なる機械および方法は、たとえば、ＷＯ ９７００７５１に示されているように、開発されてきた。原則的に、制御されていないプロセスが開始されたことは、それらの機械が、加速のために、空気、オイル、スプリング、空気／燃料混合物、爆発、または電流を使用したかどうかには関係なく、これらの機械すべての共通の特徴であり、それにより、打撃機構が、工具の方に向って加速されることを結果として生じ、その後、打撃機構は、何らかの方法で、特定の時間後に戻された。さらに、加速力は、例外なく、第１の衝撃後、打撃機構に作用し続け、それにより、第１の衝撃の発生に続いて起こる多数の衝撃へと導くことは真実であった。これらの付加的な衝撃および後続打撃は、望ましくなく、そして、多くの場合、明らかに有害である。
【０００３】
それゆえ、高速プロセスで加工中の製品に一回以上の衝撃を受けさせるのは、それが関係しているものが切断、押し抜き、均質な形成、あるいは、粉末成形であるかどうかには関係なく、原則として、例外なく、不都合であるということが認識されている。切断に関するかぎり、余分の、不必要な衝撃または複数の衝撃は、過度の工具摩耗および望ましくないギザギザを結果として生じることがある。押し抜き、油の塗布および溶接の場合、ギザギザおよび工具摩耗が生じることがある。均質な形成において、望ましくない材料の変化が起こり、押し抜き機がひびを入れ、そして半加工品が金型に不必要に固く固定され、それにより、結果として、金型摩耗で押し出す力を増大するという結果を生じる。セラミックス、硬質メタルなどの堅いが脆い物質の粉末成形において、第２の衝撃は、第１の衝撃で首尾よく生成される緊密に結びついた本体を壊すことがある。たとえば、銅または鉄などの軟質粉末を使用する粉末成形において、実際に数回の打撃が与えられると、密度は、増大し続けるが、その半加工品は、多数の衝撃で金型にますます堅固に押圧され、それにより、望ましくない摩耗を結果として生じるということは事実である。この問題に以前に関心が集中しなかった理由は、おそらく、これらの作動が、きわめて速く、そして、多くの場合、極めて単純に、観察することができなかったからであり、そのために、後続打撃の有害な影響は、説明のできないものと思われていた。加えて、第１の衝撃後に打撃機構の加速を中断することを可能とするために必要とされるきわめて短い対応時間は、そのこと自体を厄介な問題にする。さらに、打撃機構がガスによって加速される場合、第１の衝撃と第２の衝撃との間に経過する短い時間（一般的に、２ミリセカンドと５０ミリセカンドとの間）において駆動チャンバ内の圧力を下げることがほぼ技術的に不可能であったということは事実である。そのうえ、市場で入手可能な大多数のバルブは、入力信号の変化に対して２０ミリセカンド以内には決して反応できない。スプリングで作動される機械に関しては、数ミリセカンド以内にスプリングのプレローディングを弱める機械装置を設計することは、多少難しいということが事実上明らかである。そのうえ、大抵の周知の油圧高速機械には、迅速に進入するオイルを止めるために、それ故にピストンの駆動チャンバ内で強められる圧力を止めるためには、十分に迅速に調節することができないバルブメカニズムが備えられている。この理由は、多い流量（１分につき３００リットルから１０００リットル）のための油圧バルブは、通常、きわめて長い調節時間を必要とするからである。これは、次にまた、オイルが過度の圧力低下なくそれを通過することを可能とするための十分に大きい開口エリアが形成されるためには、バルブ本体は、極めて単純に、長い間隔を移動する必要があるという事実にも起因する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、上述の問題を排除すること、あるいは、少なくとも、最小とすることである。この目的は、高い運動エネルギーを利用して材料を加工する方法によって達成される。これには、その後にスタンプ手段のはね返りが生じる一回の打撃によって加工される材料本体に高い運動エネルギーを伝達するために、印加された力によって始動位置から駆動される振動のないスタンプ手段が備えられており、前記打撃が加えられるのに連動して１つの対策が行われることを特徴とする。その対策は、後続打撃の結果としてのマイナスの効果を回避するために、前記スタンプ手段がかなりの運動エネルギー含有量を有する後続打撃を与えることを防止し、その後、スタンプ手段が前記始動位置に戻される。
【発明の効果】
【０００５】
その解決のために、１つの方法が、以前に周知であったよりも高い品質を供給する方法で実施されることが可能である高速加工によって達成された。
【０００６】
本発明は、添付の図面を参照として以下により詳細に記述されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本発明の第１の好ましい実施形態を示している。油圧式のピストン／シリンダユニット９が示されており、その下方端にスタンプ手段１が設けられている油圧ピストン３が備えられている。このスタンプ手段１は、高速加工のための材料本体２（あるいは、工具）に高い運動エネルギーを伝達するように意図されている。概略図は、さらに、ピストン／シリンダユニット９には、下方圧力チャンバ１１５と上方圧力チャンバ１１６とが設けられていることを示している。上方圧力チャンバ１１６は、第１の経路Ｌ１を介してバルブ手段４に接続されている。下方チャンバ１１５は、第２の経路Ｌ２を介して同じバルブ手段４に接続されている。その他方側で、バルブ手段４は、第３の経路Ｌ３を介して圧力源８に接続され、そして、第４の経路Ｌ４を介してタンク７（ほとんどの場合、大気圧で）に接続されている。第１の位置（図１に示されている）において、バルブ手段は、上方チャンバ１１６が加圧されるように、圧力源８を第１の経路Ｌ１といっしょに連結している。同時に、下方チャンバ１１５は、タンク７に連結されている。バルブ手段４のこの位置において、油圧ピストン３は、それゆえ、下方に方向付けられた加速力によって作動させられる。バルブ手段４の第２の位置において（図示せず）、経路Ｌ１、Ｌ２の反転連結が生じ、それは、その代わりとして、下方圧力チャンバ１１５が、圧力源８に接続され、そして、上方圧力チャンバ１１６が、タンク７に接続されるということを意味している。この位置において、ピストン３は、それゆえ、その代わりとして、上方へ加速される。前記図は、さらに、バルブ手段４が、制御／調節ユニット６に連結されていることを示している。この制御／調節ユニット６は、図示の例において、位置センサ５０から構成される感知手段５からの信号を受ける。
【０００８】
本発明は、以下の方法で作動する。始動位置において、バルブ手段４は、制御／調節ユニット６によって、第２の位置に、すなわち、油圧ピストン３が、ピストン／シリンダユニット９の内側でその最上方位置に位置されるように位置されている。次に、スタンプ手段１で材料本体２に打撃を与えることが望ましいときは、制御／調節ユニット６が、バルブ手段４を作動し、それを第１の位置へ位置を変更させ（図１を参照）、上方圧力チャンバ１１６が、次に、圧力源８に接続される。（この圧力源は、アキュムレータに接続される油圧ポンプを備えている装置で構成され、そのアキュムレータにおいて、高速加工のために必要な高い圧力が、常時、維持されていることが適切である。）圧力チャンバ１１６における加圧状態のために、油圧ピストン３は、それゆえ、スタンプ手段１が、工具／材料本体２に打撃を与える前に、迅速に、きわめて高速にまで加速される。制御／調節ユニット６と不変交信を保っている位置センサ５０によって、油圧ピストン３の位置、従って、スタンプ手段１の位置は、感知されることが可能である。位置センサ５０によって確認される油圧ピストン３の所定の予め定められた位置Ｐ１において、信号が、次に、バルブ手段４を作動する制御／調節ユニット６に与えられ、それを前記第２の位置へ位置を変更させ、その結果、油圧ピストン３は、その上方位置へ向って移動するおよび／またはその上方位置にとどまる。本発明によって、このプロセスは、それゆえ、一回の打撃のみが加工の間に生じるように制御されることが可能であり、これにより、後続打撃による好ましくない影響が排除される。
【０００９】
図２は、打撃機構（スタンプ手段）の位置が、打撃付与の間、時間軸に沿って略図で描かれている図表を示している。実線は、本発明によって与えられる打撃を示し、破線は、どのように従来の打撃が生じるかを示している。２つのカーブは、第１の時間周期の間一致する、すなわち、正確には、同じ加速および移動が、始動位置（時間＝０）から打撃の付与（時間おおよそ６ｍｓ）までに、そして、戻り移動／はね返り（時間おおよそ９ｍｓ）の間で生じるということが分かる。従来の方法（破線）によれば、多数の後続打撃が、その後に起こる、すなわち、スタンプ手段は、工具／材料本体に対する力を変える付加的な多数の打撃を与え、それにより、前記のように、たとえば、増大される工具の摩耗、望ましくないギザギザ、しみ、ひび割れの形成などの形で望ましくない結果を生成する可能性があることが分かった。その理由は、従来技術による圧力チャンバ１１６が、第１の打撃の後にきわめて高く加圧され、そして、その打撃と連動して伝達される大きなエネルギーが、システムにおいて様々な種類の振動を生じさせ、その結果として、前記一連の後続打撃が生じるからである。本発明によれば、このことは、打撃が加えられるのに連動して位置を変えられるバルブ手段４によって回避され、そのために、上方チャンバ１１６における加圧は、後続打撃が与えられる時間の前に終る。図１に示されている実施形態によれば、これは、位置センサ５０によって確認される第１の時間Ｔ０（図２を参照）で生じ、位置を変えるために、信号が制御／調節ユニット６を介してバルブ手段４に与えられる。バルブ手段４が、特定の固有の慣性を有しているという事実によって、変えられた位置は、特定の時間ΔＴの後に選定される。示されている例示によれば、ΔＴは、おおよそ４ｍｓであり、それは、バルブ手段４が、時間Ｔ１によって位置が変えられるということを意味している。示されている例示において、Ｔ１は、スタンプ手段１が、第１のはね返り後、最も高い高さに位置が定められるときに生じるように選択されている。油圧ピストンの速度は、まさにこのとき、０か、あるいは、０に近いかである。この事実のために、油圧システムにおける不必要な圧力ピークは、位置変更と連動して回避されることが可能であり、その結果として、望ましくない圧力過渡現象は、それゆえ、排除されることが可能であり、それは、有効寿命の観点から利点である。さらに、原則として、すべての機械のタイプおよび適用に対して、打撃は、その第１のはね返りで、特定の予め定められた期間を有するので、すなわち、正確には、避けがたいはね返りは、衝撃移動の間に特定の位置を通過する油圧ピストン３から算出される特定の時間後、その最大高さ（０速度）に達するがゆえに、この位置を選択することは利点である。これらのパラメータは、加速力、そして、含まれるコンポーネントの質量と弾性によって決定されるので、前記パラメータは、本質的に、安定しており、繰り返し可能であり、そして、その制御システムは、それゆえ、バルブ手段４が、正確な時間にその第２の位置に位置が変えられるように調整されることが可能である。そういうわけで、打撃機構の速度がゼロであるときに近い時点が、それゆえに、選択されることが好ましい。
【００１０】
しかしながら、これは、決して本発明を限定するものではなくて、本発明の目的は、望ましくない影響を生じさせることがあるかなりの運動含有量を有する後続打撃を排除することであるということは理解されるであろう。従って、さらに、その結果、上方圧力チャンバと同じ高さのレベルに下方チャンバ１１５内を加圧する代わりに、マイナスの結果を回避するべく、はね返り移動の十分な減衰を生じさせるために、下方圧力チャンバ１１５のため、下方圧力源への接続を使用することを考えることが可能である。そのような実施形態によれば、使用されるのは、たとえば、三方向バルブおよび別の圧力源（図示せず）が可能であり、そのバルブは、位置を変えるとき、高圧力源８とのすべての連絡を遮断し、下方圧力チャンバ１１５を下方圧力源（図示せず）に接続し、そして、上方チャンバ１１６をタンク７に接続する。
【００１１】
図３は、本発明の別の方法の実施形態を示している。そのシステムの基本原理は、図１に示されているものとほぼ同じである。図１に示されているものに加えて使用されるものは、ダンパー１１であり、そのダンパー１１は、スタンプ手段が、材料本体を含む工具２に衝撃を与えるときに、ほぼ常時使用されることが分かる。ダンパーの目的は、打撃が与えられた後、工具の移動を止める／ブレーキをかけることである。本発明によれば、システムのための感知手段５として作用することが可能な圧力センサ５１が、このダンパー１１に接続されている。打撃が、スタンプ手段１によって工具／材料本体２に加えられるとき、衝撃の運動は、工具／材料本体２を介して下方に伝達され、そして、次に、油圧式であるダンパー１１を作動させ、そのダンパー１１内の油圧オイルは、次に、圧力センサ５１に作用し、それにより圧力センサ５１は、経路６０を介して制御／調節ユニット６へと信号を送る。次に、制御／調節ユニット６がバルブ手段４に作動し、上記に記述されたことに従って、それの位置を変えさせる。図３の実施形態は、図１のシステムと比べてバルブ手段４に対してより短い調節時間を必要とするということが分かる。この実施形態は、それゆえ、たとえば、ＳＥ ０００２０３８−８に記述されるようなバルブ手段などのきわめて迅速なバルブ手段４が使用されるときだけに用いられることが可能である。
【００１２】
図４は、本発明の別の改良を示している。この場合、後続打撃を回避するため、正確な時期に、バルブ手段４の位置変更を開始するために、使用されるのは、タイミング回路５３の形をとる感知手段５である。適切に使用されるのは、経験に基づくデータによって、始動の瞬間後どの時間Ｔ０で、タイミング回路５３が、バルブ手段４に位置変更のための信号を与えるかを決定するための衝撃作動の始動時間（図２では０）である。図２に示されている作動によれば、それゆえ、打撃の開始後おおよそ２．５ｍｓで、信号がバルブ手段４に送られている。
【００１３】
図５は、別の改良を示す。その改良において、使用されているのは、感知手段５とバルブ手段４との間に、油圧経路４１の形をとる直接連結である。この場合、それゆえ、直接バルブ手段４の位置を変えるために、ダンパー１１において得られる圧力ピークが使用される。別の方法として、経路４１は、圧力センサ５１からの信号に基づいて、バルブ手段４の始動手段を直接作動する電子／電気回路から構成されることが可能である。
【００１４】
図６は、別の改良を示す。その改良において、バルブ手段４の位置変更を生じることを可能とするために、使用されるのは経路４１に直列に連結される２つのバルブ手段４、４Ａである。この場合、適切に使用されるのは、衝撃ピストン３を制御するバルブ手段４によって作動されるのと同じ圧力源８である。特別なバルブ４Ａは、ごく小さく作られることが可能であり、ダンパー１１によって修正される打撃に連動するバルブ手段４の作動だけを制御する。
【００１５】
図７は、本発明の別の可能性を、すなわち、感知手段５の組合せを使用することを示している。この場合、前記図には、使用されるのは、図１および図４の感知手段の組み合わせ、すなわち、位置センサ５０とタイミング回路５３との組み合わせであることが示されている。この場合、位置センサ５０は、タイミング回路の始動ポイントを制御するために使用され、それは、ある状態において、たとえば、初期の始動サイクルが、より大きいか、あるいは、より小さいかの程度にまで変えることが可能であるという事実のために、いっそう顕著な精密さを与えることが可能である。図２は、本発明の適切な実施形態を図表で示している。たとえば、光学センサなどの位置センサは、それゆえ、スタンプ手段１の始動位置の下４ｍｍに配置されている。打撃機構が、Ｐ０に、すなわち、その始動位置から４ｍｍ移動した（あるいは、別の方法では、工具／材料本体２の方に向ってさらに１２ｍｍ移動させる）場合は、位置センサ５０はタイミング回路５３への信号を送り、これは時間Ｔ２で発生する。Ｔ２から、制御および調節ユニット６は、次に、バルブ手段４を作動させ、その結果、バルブ手段４は時間Ｔ０で位置変更を開始する。感知手段のこの組み合わせは、システムの順応性を増大させる。なぜなら、システムのパラメータが変更される（たとえば、異なるスタンプ手段）場合には、修正された時間パラメータを制御／調節ユニット６にプログラムするだけでいいので、システムを再調整することは、簡単でありそして短時間でできるからである。従って、たとえば、位置センサ５０の物理的な移動を行う必要はない。
【００１６】
図８は、打撃機構（スタンプ手段）の位置が、二度の連続的な打撃付与の間、時間軸に沿って略図で描かれている図表を示している。衝撃の運動が、きわめて短い時間で、おおよそ５ｍｓから１０ｍｓで行われるということと、打撃が与えられた後、打撃機構は、いかなる後続打撃も与えられることなく、衝撃位置の間隔全体Ｌから始動位置に戻るということとが分かる。従って、次の打撃が与えられる前に、比較的長い時間ΔＴｓが経過する。それゆえ、二度の打撃間の間隔ΔＴｓは、一度の打撃を与えるのに必要とされる時間Ｔｓと比べるとかなり長いということが分かる。
【００１７】
本発明は、上記に示されていることに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲の範囲内で変更されることが可能である。それゆえ、感知手段５の多くの改良が、多数の異なる方法で組み合わされ、その装置を異なる状態に適用することが可能であるということが理解される。さらに、前記感知手段に加えて、たとえば、音響センサ、振動加速度計などの多数の異なる種類の感知手段が、使用されることが可能であるということは明らかである。
【００１８】
語句ａｐｐｌｉｅｄ ｆｏｒｃｅ（印可された力）は、重力の力とは異なる力を意味している。さらに、センサは、多くの異なる周知の方法で設計されることが可能である。すなわち、位置センサは、とりわけ、アナログ、あるいは、デジタル、機械的、光学的、誘導的、あるいは、容量性（バイナリ、あるいは相対的または絶対的のいずれか）などでよいということが明らかである。図４の圧力センサは、たとえば、圧力チャンバ１１５などの１つ、あるいは、多数の異なる場所に配置されることが可能であるということも明らかである。最後に、その方法は、油圧装置に限定されるものではなく、そのうえ、たとえば、ガスにより駆動される装置、あるいは、スプリングにより作動される装置などの別の駆動装置での機械的装置を使用して本発明に適用されることは、まったく可能であるということが理解される。そのうえ、本発明は、さらに、対向するピストン装置、ジャンピング鉄床などにも適しているということが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の衝撃プレス機械の原理を示している。
【図２】衝撃作動を実行することに関連するスタンプ手段の移動を例示する図表を示し、１つのカーブは、本発明が作動していない場合の移動を示し、もう１つのカーブは、本発明が作動している場合の移動を示している。
【図３】第１の別の感知手段を有する装置を示している。
【図４】第２の別の感知手段の使用を示している。
【図５】本発明を実施するための変形させたコントロール装置を示している。
【図６】図５による装置の別の態様を示している。
【図７】感知手段の好ましい組み合わせを示している。
【図８】後続打撃のない本発明の衝撃作動を図表で示している。

Claims (14)

1. 高い運動エネルギーを利用して材料を加工する方法であって、一回の打撃によって加工される材料本体（２）に高い運動エネルギーを伝達するために、印加された力によって始動位置から駆動され、その後に前記スタンプ手段（１）のはね返りが生じる振動のないスタンプ手段（１）を備え、与えられた前記打撃に連動して対策が行われていることを特徴とし、前記対策は、後続打撃の結果としての否定的な影響を回避するために、前記スタンプ手段（１）が、かなりの運動エネルギー含有量を有する後続打撃を与えることを防止し、その後、前記スタンプ手段が、前記始動位置に戻される、方法。
2. 前記対策は、前記打撃が与えられた後、そして、別の打撃が生じる前に、かなり減少される、好ましくは、完全に停止される、および／または、反転される前記印加された力を備えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記対策は、前記スタンプ手段（１）が、第１のはね返り後、その方向転換ポイントにあるときの瞬間に、あるいは、その瞬間近くで実行されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記スタンプ手段（１）が、直接に、あるいは、間接に、油圧で駆動されることと、前記方策が、バルブ手段（４０）による作用を備えていることとを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記方策が、少なくとも１つの感知手段（５）からの少なくとも１つの信号により、制御／調節ユニット（６）によって制御されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 油圧オイルにおける圧力、および／または振動、および／または時間、および／または位置が、前記感知手段（５）によって感知されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. ２つの連続的な打撃間の時間の差（ΔＴｓ）が、前記スタンプ手段をその始動位置（Ｌ_１）から前記材料本体の位置（Ｌ２）に駆動するのに必要とされる時間Ｔｓよりかなり上回ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 高い運動エネルギーを利用して材料を加工する方法のための装置であって、加工される材料本体（２）に高い運動エネルギーを伝達するための振動のないスタンプ手段（１）と、前記スタンプ手段（１）のための駆動ユニット（８）と、前記駆動ユニットのための少なくとも１つの調節手段（４）と、前記調節手段（４）を制御するための制御／調節ユニット（６）とを備え、前記調節手段（４）が、直接に、あるいは、間接に感知手段（５）に連結され、それによって、前記調節手段（４）が、前記スタンプ手段（１）による第１の打撃の付与に連動して始動され、そのために、前記駆動ユニット（８）を介しての前記スタンプ手段への前記力が、減少され、あるいは、停止され、および／または、反転され、それによって、かなりの運動エネルギー含有量を有する続いて起こる打撃が、防止される、装置。
9. 前記駆動ユニット（８）が、少なくとも１つの油圧ピストン／シリンダユニット（９）を備えていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記調節手段（４）が、少なくとも１つのバルブ手段（４０）から構成されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記調節手段（４）が、前記感知手段（５）からの信号により、制御／調節ユニット（６）によって制御されることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記感知手段（５）が、位置センサ（５０）、および／または圧力センサ（５１）、および／または振動加速度計（５２）、および／または音響センサから構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 前記感知手段（５）が、高い運動エネルギーを有する別の打撃の発生を排除するために、前記第１の打撃の前に、あるいは、前記第１の打撃の間に、直接に、前記装置の特定の所定の状態において始動されるタイミング回路（５３）から構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
14. 前記調節手段（４）が、高いエネルギーを有する別の打撃の発生を排除する少なくとも２つの連絡バルブ装置（４０、４１）から構成されていることを特徴とする請求項８に記載の装置。

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