JP2008302404A - 重ね合わせ板材の液圧成形方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内空部を有する予備成形体であっても成形後におけるフランジ部の板厚減少が生じない、重ね合わせ板材の液圧成形方法と装置を提供する。
【解決手段】キャビティ２３内の予備成形体１０に対して進退可能な可動パッド部２７をキャビティ２３内に突出した状態で、予備成形体１０を可動パッド部２７の内面に当接させて頂部壁Ｐａを形成すると共に、予備成形体１０の他の部分をキャビティ２３の内側面に沿うように当接させて側部壁Ｐｂを形成し、可動パッド部２７を徐々に後退させつつ液圧を注入することにより側部壁Ｐｂとキャビティ２３の内側面２３ａとの間で摩擦抵抗を生じさせつつ側部壁Ｐｂを伸張させ、フランジ部Ｆからの材料流入を抑制して成形することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、液圧により重ね合せた板材を金型のキャビティに合致する形状に成形する、重ね合わせ板材の液圧成形方法及び装置に関する。

従来の液圧成形は、例えば、下記特許文献１に開示されているように、外周が接合された２枚の金属板からなる予備成形体を型内に設置し、予め形成した注入口から高圧の成形媒体を両金属板内に注入することにより膨張変形させ、型の形状に沿った複雑な形状の中空成形体の成形品を形成している。

この液圧成形では、あらゆる形状をした成形品が均一な肉厚を有する良好なものに仕上がるものではない。例えば、井桁形状あるいはＵ字形状をしている予備成形体、つまり、形状的に内部に穴あるいは内部空間（以下、内空部と略称）を有する予備成形体の場合には、液圧成形時に内空部周辺に形成されたフランジ部で肉厚減少が発生することが実験により判明している。

液圧成形において、中空成形体の前記フランジ部ではない、いわば本体部分の肉厚減少を防止する方法としては、例えば、下記特許文献２に開示されているように、予備成形体を型内で液圧を注入して成形する中空成形体に張出し高さが大きい部分がある場合に、保持部と可動部を備えた型を用い、中空成形体の可動部との接触状態を維持しつつ液圧を注入して成形することにより、予備成形体のフランジ部からスムーズに材料を流入させ、本体部分の局所的な板厚減少を抑制するものがある。

しかし、この方法は、型により押えられている予備成形体のフランジ部から材料を流入させて本体部分の板厚減少を抑制するものであり、フランジ部の肉厚減少を防止することはできない。特に、井桁形状あるいはＵ字形状をしている予備成形体の場合、内空部の大きさあるいは形状によっては、相互に対向するフランジ部の材料の流動を規制することが困難なことから、フランジ部でのしわや板厚減少の発生を防止することが極めて困難である。前記実験では、Ｕ字状の予備成形体を用いて自動車のサスペンションメンバーを成形したが、Ｕ字の湾曲部、特に、内空部側のフランジ部において局所的な肉厚減少が生じている。
特開２００２−９６１１６号公報（段落番号［０００７］、図３など参照） 特開２００４−３１４１５８号公報（要約、段落番号［０００７］、［００１２］、図３など参照）

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、内空部を有する予備成形体であっても成形後におけるフランジ部の板厚減少が生じない、重ね合わせ板材の液圧成形方法と装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成する第１の発明は、重合した２枚の板材の外周を接合して予備成形体を形成し、この予備成形体の外周部を一対の金型により挟んだ後、前記金型のキャビティ内で前記予備成形体の内部に液圧を注入し、前記予備成形体を前記キャビティの内側面に沿うように膨張成形させ中空成形体を成形する液圧成形方法であって、前記予備成形体の外周部を挟圧する挟圧部と、前記キャビティ内の予備成形体に対して進退することができ後退位置で前記キャビティの一部を構成する可動パッド部と、を有する金型を使用し、前記可動パッド部を前記キャビティ内に突出しかつ前記予備成形体の外周部を前記挟圧部により挟圧した状態で、前記液圧を注入して前記予備成形体を膨張させ、当該予備成形体を前記可動パッド部の内面に当接させて頂部壁を形成すると共に、前記予備成形体の他の部分を前記キャビティの内側面に沿うように当接させて側部壁を形成した後、前記可動パッド部を徐々に後退させつつ前記液圧を注入することにより前記側部壁と前記キャビティの内側面との間で摩擦抵抗を生じさせつつ前記側部壁を伸張させることを特徴とする重ね合わせ板材の液圧成形方法である。

第２の発明は、重合した２枚の板材の外周を接合して形成した予備成形体の外周部を挟圧する挟圧部、及び、前記予備成形体を中空成形体に成形するキャビティ、が形成された一対の金型を有し、前記金型のキャビティ内で前記予備成形体の内部に液圧を注入し前記予備成形体を前記キャビティの内側面に沿うように膨張成形させて中空成形体を成形する液圧成形装置であって、
前記金型の少なくとも一方に前記予備成形体に対して進退可能に設けられ、かつ後退位置で前記キャビティの一部を構成する可動パッド部と、
前記可動パッド部を前記キャビティ内に突出後退させる駆動部と、
前記液圧の注入により前記予備成形体を前記可動パッド部の内面に当接して頂部壁を形成すると共に、前記予備成形体の他の部分を前記キャビティの内側面に沿うように当接して側部壁を形成するように前記可動パッド部を前記キャビティ内に所定長突出させ、かつ前記頂部壁及び側部壁を形成した後に注入される前記液圧により前記側部壁を伸張させるように、前記可動パッド部を徐々に後退させる制御部と、
を有することを特徴とする重ね合わせ板材の液圧成形装置である。

請求項１および６の発明によれば、キャビティ内の予備成形体に対して進退可能な可動パッド部を前記キャビティ内に突出した状態で、予備成形体を前記可動パッド部の内面に当接させて頂部壁を形成すると共に、前記予備成形体の他の部分を前記キャビティの内側面に沿うように当接させて側部壁を形成し、前記可動パッド部を徐々に後退させつつ前記液圧を注入することにより前記側部壁と前記キャビティの内側面との間で摩擦抵抗を生じさせつつ前記側部壁を伸張させるようにしたので、前記摩擦抵抗によりフランジ部からの材料流入が抑制され、前記側部壁の材料の伸びにより成形が行われる。したがって、成形後のフランジ部での板厚減少が生じることはない。特に、内空部を有する予備成形体の場合においては、フランジ部でのしわや板厚減少の発生を防止する面倒な制御を行わなくても、全体的に強度の均一な中空成形体化を成形でき、成形品の品質が向上する。

請求項２および７の発明によれば、内空部を有する予備成形体の場合、可動パッド部を前記内空部近傍の板材に当接させたため、フランジ部の板材を流入抑制する能力が高まり、内空部近傍の板材の板厚減少が防止できる。

請求項３および８の発明によれば、内空部を有する予備成形体の場合、可動パッド部を円弧状部に沿って当接させるため、最も板厚減少が生じやすい部分であるフランジ部からの板材の流入抑制能力が高まり、井桁形状あるいはＵ字形状などの予備成形体の内空部側のフランジ部の板厚減少がより確実に防止できる。

請求項４および９の発明によれば、可動パッド部を、キャビティの深さの大きい側の板材に当接させるため、板厚減少が生じやすい側での、フランジ部からの板材の流入抑制能力が高まり、井桁形状あるいはＵ字形状などの予備成形体の内空部側のフランジ部の板厚減少が防止できる。

請求項５および１０の発明によれば、可動パッド部を、側部壁を形成した後の予備成形体の膨張速さと同じ速さで後退させるため、割れなどが生じることなく、フランジ部からの板材の流入抑制しつつ側部壁を伸張させることができ、井桁形状あるいはＵ字形状などの予備成形体の内空部側のフランジ部の板厚減少が防止できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明を適用して液圧成形された成形品の一例を示す斜視図、図２（Ａ）は同成形品の予備成形体の一例を示す斜視図、図２（Ｂ）は同成形品の予備成形体の他の例を示す斜視図、図３は液圧成形装置を示す概略平面図、図４は図３の４−４線に沿う断面相当図である。なお、図３は、上型を除去し下型上に予備成形体を配置した状態を示す。

本発明を適用して液圧成形する成形品Wは、図１に示すような、自動車構造部材、例えば、サスペンションメンバーのような、各板材がそれぞれ断面ハット状をした２枚の板材の側端が接合された井桁形状の中空成形体である。

このような成形品Wを成形するには、図２に示すような、内空部Nを有する予備成形体１０を用いる。予備成形体１０は、図２（A）に示すような、井桁形状の予備成形体１０aを使用して膨張させる場合と、図２（B）に示すような、前記井桁形状を略半分に分割した予備成形体１０ｂを用いて膨張させ、成形後に両者を接続して成形品Wに仕上げる場合があるが、いずれにしても予備成形体１０は、重合した２枚の板材Ｐ１，Ｐ２の外周を、例えば、レーザー溶接、アーク溶接あるいは接着剤等により全周接合して気密性のある接合部１１（図４参照）としたものが使用される。

図３，４に示す液圧成形装置２０は、分割した予備成形体１０ｂの一方を成形する場合のもので、概説すれば、上下一対の金型２１, ２２と、下型２２に設けられた液体供給ノズル３０と、後述の注入手段３３や可動パッド部２７などの作動を制御する制御部Cと、を有している。

さらに詳述する。上型２１と下型２２は、相互に近接離間可能にボルスタ（図示せず）により支持され、内部に最終成形品Wの外形形状に対応する形状のキャビティ２３，２４が形成され、キャビティ２３，２４を取り囲む外周部は、予備成形体１０の外周部を挟圧する挟圧部２５，２６となっている。

特に、本実施形態の上型２１は、挟圧部２５，２６により挟圧する予備成形体１０の外周部（以下、フランジ部Ｆ）での板厚減少を防止するための可動パッド部２７が設けられている。可動パッド部２７は、液圧シリンダなどにより構成された駆動部２８によりキャビティ２３内の予備成形体１０に対して進退可能に駆動されるが、後退位置では、キャビティ２３の内面と、いわゆる面一になり、キャビティ２３の内面の一部を構成する。

図５は液圧成形中に予備成形体の円弧状部に作用する力の方向を示す説明図である。フランジ部Ｆでの板厚減少は、予備成形体１０に形成された内空部Nの直状部Ｎａではなく、円弧状部Ｎｂにおいて著しい。液圧成形時に予備成形体１０に作用する液圧による力の方向は、図５に示すように、円弧状部Ｎｂの内周から拡開する放射方向に作用する。したがって、予備成形体１０での材料の伸びは、各矢印先端部の間隔ｍに対応するものと考えられ、円弧状部Ｎｂの内周から離れるに従って板材の伸び量は増大することになる。特に、液圧成形では、３次元的にキャビティ内で板材が伸びることから、キャビティの深さが深ければ深い程大きな伸び量となる。この伸び量を吸収するために、フランジ部Ｆでは板材が内部に引き込まれることになるが、フランジ部Ｆは、挟圧部２５，２６によって挟圧されているので、挟圧力にもよるが、フランジ部Ｆの板材の板厚が減少することになる、と考えられる。因みに、実験では、挟圧部２５，２６の挟圧力が８Ｍｐａの場合には、フランジ部の板厚が減少は、２３．５％であり、１４０Ｍｐａの場合には、２４．７％と大きくなった。

したがって、フランジ部Ｆでの板厚減少を防止するには、フランジ部Ｆの板材の引き込みが生じる前に、対処すればよいことから、本実施形態では、フランジ部Ｆの板材の引き込みが生じる前に、板材をキャビティ２３の内面に当接させ、板材の引き込みが生じようとすると、板材とキャビティ２３の内面との間で摩擦抵抗がこれに対抗して作用するようにし、板材の引き込みの防止によりフランジ部Ｆの板厚減少を防止している。

このようなランジ部Ｆの板材の引き込みが生じる前に、板材がキャビティ２３の内面に接触させるには、可動パッド部２７は、内空部Nの近傍に配置することが好ましい。内空部Nの近傍に可動パッド部２７を配置すれば、速やかに板材をキャビティ２３の内面に接触させることができ、フランジ部の板材の流入を抑制する能力が高まり、フランジ部の板厚減少を防止できる。

また、本実施形態の予備成形体１０では、内空部Nの端部に円弧状部Ｎｂが形成されているが、このような予備成形体１０では、内空部Nの円弧状部Ｎｂに沿うように可動パッド部２７を配置すればより好ましいものとなる。円弧状部Ｎｂは、成形時に板材が集まりしわの発生や板厚の減少が生じやすい部分であるが、可動パッド部２７を円弧状部Ｎｂに沿って設ければ、円弧状部Ｎｂ全域にわたってフランジ部の板材の流入抑制能力が高まり、フランジ部の板厚減少がより確実に防止できる。特に、図３に一点鎖線で示すように、円弧状部Ｎａに沿うように適数個の可動パッド部２７を分割して配置すれば、広範囲に板厚減少を防止でき、また、大きな型を使用する場合よりコスト的にも有利となる。

さらに、可動パッド部２７は、一対の金型２１，２２のそれぞれに形成されたキャビティの深さＤ１、Ｄ２の内、深い側（Ｄ１側）の板材に当接させるように配置することが好ましい。キャビティの深さが大きい側の方がより材料の流入が生じやすいが、これを確実に防止できる。

制御部Cは、フランジ部Ｆの板材の引き込みが生じる前に、板材がキャビティ２３の内面に接触させるように、成形媒体を予備成形体１０内に注入する注入手段３３や、可動パッド部２７が突出後退する作動を制御するが、主として、下記の２段階の制御を行なう。

第１段階の制御は、当初可動パッド部２７をキャビティ２３内に突出させた状態で成形媒体を予備成形体１０内に注入する場合であり、この制御により、予備成形体１０の一部が可動パッド部２７の内面に当接して形成される頂部壁Ｐａ（図７参照）と、予備成形体１０の他の部分がキャビティ２３の内側面２３ａに沿うように当接して形成される側部壁Ｐｂ（図７参照）とを生じさせる。

第２段階の制御は、頂部壁Ｐａと側部壁Ｐｂを形成した後の行うもので、可動パッド部２７を徐々に後退させつつ注入手段３３により成形媒体を予備成形体１０内に注入し、側部壁Ｐｂを伸張させる。

前述の液体供給ノズル３０は、図４に示すように、流路３１に液圧導入管３２を介して、成形媒体（水など）の液圧を注入する注入手段３３が連結されている。成形媒体の注入は、型締め時に、液体供給ノズル３０のドーム状をした先端部を、予備成形体１０の一端部位に形成された通孔Oに入り込ませ、注入手段３３からの成形媒体を予備成形体１０内に導入するが、この点は公知に属するため詳述は避ける。

次に、液圧成形方法を説明する。

図６は液圧成形開始状態、図７は側部壁形成状態、図８は可動パッド部後退状態、図９は最終成形状態を、それぞれ示す概略断面図、図１０は液圧成形中の板材とキャビティの内面との状態を示す概略断面図、図１１は液圧成形時の可動パッド部の状態と摩擦抵抗などの関係を示すタイミングチャートを示すものである。

まず、図３及び図４に示すように、予備成形体１０を上型２１と下型２２とにより挟み、挟圧部２５，２６により予備成形体１０の外周部を挟圧し型締めする。この型締め時に、液体供給ノズル３０が予備成形体１０の通孔Oに入り込み、成形媒体注入可能状態となる。

制御部Cは、注入手段３３や切換バルブなどを動作させ、予備成形体１０の内部に存在する空気を排出した後、所定の圧力で成形媒体を予備成形体１０の内部に注入し成形を開始する。

この成形開始時点では、図６に示すように、可動パッド部２７は、キャビティ２３内に所定長突出した状態であるため、膨張変形される予備成形体１０の一部が可動パッド部２７に接することになる。この段階は、図１１ではＡゾーンに相当するが、図１１（ｄ）に示すように、側部壁Ｐｂとキャビティ２３の内面２３ａとの間の隙間の距離ｘが急激に小さくなり、予備成形体１０の一部が可動パッド部２７に接するまでの間は、フランジ部Ｆの材料が内部に流入することもある。

液圧の注入をさらに継続すると、予備成形体１０は、図７に示すように、可動パッド部２７の内面に当接し、ここで頂部壁Ｐａが形成され、頂部壁Ｐａの外周部分はある程度可動パッド部２７と内側面２３ａとの間に入り込み、予備成形体１０の他の部分は、予備成形体１０の側部壁Ｐｂとキャビティ２３の内側面２３ａとの間の距離ｘ（図１０参照）が、次第に狭まる。図１１では、（ｄ）に示すように、側部壁Ｐｂとキャビティ２３の内面２３ａとの間の隙間の距離ｘが次第に小さくなる。

側部壁Ｐｂが形成され、距離ｘが「０」（図１１のＢ点）になるまで、つまり、側部壁Ｐｂがキャビティ２３の内面２３ａに略全面的に接触した状態になるまで液圧の注入を継続する。この結果、キャビティ２３の内側面２３ａに沿う側部壁Ｐｂが形成されるが、この段階でのフランジ部Ｆの材料が内部に流入することがあっても極めて少ない。

頂部壁Ｐａと側部壁Ｐｂが形成されると、制御部Cは、駆動部２８を動作し、図８に示すように、可動パッド部２７を徐々に後退させつつ液圧を注入し、予備成形体１０をさらに膨張させる。この段階での予備成形体１０の膨張は、側部壁Ｐｂがキャビティの内側面２３ａに当接した状態で行われる。側部壁Ｐｂのフランジ部Ｆに近い部分は、キャビティの内側面２３ａに密着しているので、この部分での側部壁Ｐｂとキャビティの内側面２３ａとの間では、大きな摩擦抵抗が生じる（図１１のＣゾーン）。

側部壁Ｐｂとキャビティ２３の内面２３ａとの接触面積が増大するに伴って、図１１（ｅ）に示すように、側部壁Ｐｂとキャビティの内側面２３ａとの間の摩擦抵抗も次第に増大することになるので（図１１のＤゾーン）、この段階での側部壁Ｐｂの伸びと共に、摩擦抵抗も増大し、フランジ部Ｆから材料の内部流入が大幅に制限される。この段階での可動パッド部２７の上昇と予備成形体１０の膨張速度は、材料の流入抑制からすれば、一致させることが好ましい（図１１の（ｂ）（ｃ）参照）。

図９に示すように、可動パッド部２７が完全に後退し、上昇限に達し、可動パッド部２７がキャビティ２３の一部となるまで後退した状態で液圧を注入すると、側部壁Ｐｂの伸びはなく、摩擦抵抗も「０」になるが、予備成形体１０は完全に成形されたものとなる。

このように本実施形態では、可動パッド部２７の位置を調整しつつ側部壁Ｐｂに伸ばして成形するので、フランジ部Ｆから内部に材料流入が生じることが防止され、フランジ部Ｆの板厚が減少される。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、前記実施形態では、内腔部Ｎを有するＵ字状をした予備成形体を成形するものであるが、必ずしも内腔部Ｎを有していなくてもよく、材料の流入を抑制しつつ成形でき、また、Ｕ字状をした予備成形体のみでなく、井桁状をした予備成形体であっても同様に材料の流入を抑制できる。

さらに、前記実施形態では、キャビティの一方のみに可動パッドを設けているが、両キャビティに可動パッドを設けてもよい。

本発明は、金型内に保持した状態で、重ね合わせた２枚の板材内に液圧を注入し、板材を所定形状に成形するので、井桁状の自動車構造部材の成形に適したものである。

本発明を適用して液圧成形された成形品の一例を示す斜視図である。 （Ａ）は同成形品の予備成形体の一例を示す斜視図、（Ｂ）は同成形品の予備成形体の他の例を示す斜視図である。 液圧成形装置を示す概略平面図である。 図３の４−４線に沿う断面相当図である。 液圧成形中に予備成形体の円弧状部に作用する力の方向を示す説明図である。 液圧成形開始状態を示す概略断面図である。 側部壁形成状態を示す概略断面図である。 可動パッド部後退状態を示す概略断面図である。 最終成形状態を示す概略断面図である。 液圧成形中の板材とキャビティの内面との状態を示す概略断面図である。 液圧成形時の可動パッド部の状態と摩擦抵抗などの関係を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１０…予備成形体、
２１，２２…金型、
２３，２４…キャビティ、
２３ａ…キャビティの内側面、
２５，２６…挟圧部、
２７…可動パッド部、
２８…駆動部
Ｃ…制御部、
Ｎ…内空部、
Ｎｂ…円弧状部、
Ｐａ…頂部壁、
Ｐｂ…側部壁。

Claims (10)

1. 重合した２枚の板材の外周を接合して予備成形体を形成し、この予備成形体の外周部を一対の金型により挟んだ後、前記金型のキャビティ内で前記予備成形体の内部に液圧を注入し、前記予備成形体を前記キャビティの内側面に沿うように膨張成形させ中空成形体を成形する液圧成形方法であって、
   前記予備成形体の外周部を挟圧する挟圧部と、前記キャビティ内の予備成形体に対して進退することができ後退位置で前記キャビティの一部を構成する可動パッド部と、を有する金型を使用し、前記可動パッド部を前記キャビティ内に突出しかつ前記予備成形体の外周部を前記挟圧部により挟圧した状態で、前記液圧を注入して前記予備成形体を膨張させ、当該予備成形体を前記可動パッド部の内面に当接させて頂部壁を形成すると共に、前記予備成形体の他の部分を前記キャビティの内側面に沿うように当接させて側部壁を形成した後、前記可動パッド部を徐々に後退させつつ前記液圧を注入することにより前記側部壁と前記キャビティの内側面との間で摩擦抵抗を生じさせつつ前記側部壁を伸張させることを特徴とする、重ね合わせ板材の液圧成形方法。
2. 前記可動パッド部は、内空部を有する予備成形体の前記内空部近傍に当接することを特徴とする請求項１に記載の重ね合わせ板材の液圧成形方法。
3. 前記可動パッド部は、前記内空部を有する予備成形体の円弧状部に沿って当接することを特徴とする請求項１又は２に記載の重ね合わせ板材の液圧成形方法。
4. 前記可動パッド部は、前記一対の金型それぞれに形成された前記キャビティの深さの大きい側の前記板材に当接することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の重ね合わせ板材の液圧成形方法。
5. 前記可動パッド部は、前記側部壁が形成された後の前記予備成形体の膨張速さと同じ速さで後退させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の重ね合わせ板材の液圧成形方法。
6. 重合した２枚の板材の外周を接合して形成した予備成形体の外周部を挟圧する挟圧部、及び、前記予備成形体を中空成形体に成形するキャビティ、が形成された一対の金型を有し、前記金型のキャビティ内で前記予備成形体の内部に液圧を注入し前記予備成形体を前記キャビティの内側面に沿うように膨張成形させて中空成形体を成形する液圧成形装置であって、
   前記金型の少なくとも一方に前記予備成形体に対して進退可能に設けられ、かつ後退位置で前記キャビティの一部を構成する可動パッド部と、
   前記可動パッド部を前記キャビティ内に突出後退させる駆動部と、
   前記液圧の注入により前記予備成形体を前記可動パッド部の内面に当接して頂部壁を形成すると共に、前記予備成形体の他の部分を前記キャビティの内側面に沿うように当接して側部壁を形成するように前記可動パッド部を前記キャビティ内に所定長突出させ、かつ前記頂部壁及び側部壁を形成した後に注入される前記液圧により前記側部壁を伸張させるように、前記可動パッド部を徐々に後退させる制御部と、
   を有することを特徴とする、重ね合わせ板材の液圧成形装置。
7. 前記可動パッド部は、内空部を有する予備成形体の、前記内空部近傍に配置したことを特徴とする請求項６に記載の重ね合わせ板材の液圧成形装置。
8. 前記可動パッド部は、前記内空部を有する予備成形体の、円弧状部に沿って分割配置したことを特徴とする請求項６又は７に記載の重ね合わせ板材の液圧成形装置。
9. 前記可動パッド部は、前記一対の金型それぞれに形成された前記キャビティの深さの大きい側の前記板材に当接することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の重ね合わせ板材の液圧成形装置。
10. 前記可動パッド部は、前記側部壁を形成した後の前記予備成形体の膨張速さと同じ速さで後退させることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の重ね合わせ板材の液圧成形装置。

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