JP2011025303A - ダイカスト金型 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却媒体による冷却効果を向上できる分流子を備えたダイカスト金型を提供すること。
【解決手段】溶湯供給部４から供給される溶湯を固定金型２と可動金型３との間に形成されるキャビティ部に案内する分流子５を有するダイカスト金型１であって、分流子５は、溶湯供給部４から供給される溶湯の流れ方向に所定角度を有して配置され該溶湯が接触する第１接触部５１と、第１接触部５１に連続して設けられ溶湯をキャビティ部側に案内する第２接触部５２と、を備え、第１接触部５１の少なくとも一部、及び第２接触部５２の少なくとも一部は、銅合金により構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ダイカスト金型に関する。

従来、高圧鋳造を行うダイカスト金型では、固定金型と可動金型との間に形成されるキャビティ部に溶湯が高圧で充填されて鋳造が行われる。ダイカスト金型には、高圧で注入される溶湯をキャビティ部に導くための分流子が設けられており、この分流子には、溶湯が勢いよく接触する。そのため、分流子の表面は、非常に高温となる。ここで、ダイカスト金型では、キャビティ部に溶湯が充填された後には、このキャビティ部内に充填された溶湯を冷却して固化させると共に、分流子の近傍に充填されている溶湯も冷却して固化させる必要がある。
そこで、分流子の内側に水等の冷却媒体を流通させて、この分流子の温度を低下させることで溶湯を迅速に冷却する技術が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

特開２００７−２２２８８０号公報 特開２００８−２８４５５５号公報

特許文献１及び２で提案された技術では、分流子は、耐熱性及び耐衝撃性に優れた熱間工具鋼（以下、ＳＫＤともいう）により外側部材（溶湯接触面側）が構成され、熱伝導率の高い銅又は銅合金により冷却媒体が接触する内側部材が構成されている。
しかしながら、特許文献１及び２で提案された技術では、分流子における溶湯接触面側が熱伝導率に劣るＳＫＤにより構成されているため、冷却媒体による分流子の冷却効果が十分ではなかった。そのため、分流子の近傍に充填された溶湯の固化が遅れることにより、鋳造された製品が破裂してしまう等の品質不良が発生する場合があった。また、鋳造される製品の製造のサイクルタイムが長くなってしまうという問題があった。

従って、本発明は、冷却媒体による冷却効果を向上できる分流子を備えたダイカスト金型を提供することを目的とする。

本発明は、溶湯供給部から供給される溶湯を固定金型と可動金型との間に形成されるキャビティ部に案内する分流子を有するダイカスト金型であって、前記分流子は、前記溶湯供給部から供給される前記溶湯の流れ方向に所定角度を有して配置され該溶湯が接触する第１接触部と、該第１接触部に連続して設けられ前記溶湯を前記キャビティ部側に案内する第２接触部と、を備え、前記第１接触部の少なくとも一部、又は前記第２接触部の少なくとも一部は、銅合金により構成されるダイカスト金型に関する。

また、前記分流子は、前記銅合金により形成され前記第１接触部の少なくとも一部、及び前記第２接触部の少なくとも一部を構成する第１部材と、前記銅合金よりも強度の高い金属部材により形成され前記第１部材の一部を覆うように配置される第２部材と、前記第２部材が前記第１部材の一部を覆うように配置された状態で前記第１部材と前記第２部材とを固定する固定部材と、を備えることが好ましい。

また、前記分流子の外周面の一部に当接して配置されると共に、該分流子との間に前記溶湯を前記キャビティ部に供給する供給路を形成する湯口スリーブを更に備え、前記分流子の外周面における前記湯口スリーブが当接される部分は、前記第２部材により構成されることが好ましい。

また、前記銅合金は、コルソン合金又はベリリウム銅であることが好ましい。

また、前記分流子の内側に配置され、該分流子の内面側に冷却媒体を流通させて該分流子を冷却する冷却部材を更に備え、前記冷却部材は、筒状の冷却部材本体と、該冷却部材本体における前記第１接触部の内面に対向して配置される第１面に設けられる第１流通溝と、前記冷却部材本体における前記分流子の前記第２接触部の内面に対向して配置される第２面に前記第１流通溝に連続して設けられる第２流通溝と、前記冷却部材本体の内部に配置され前記第１流通溝に接続される冷却媒体供給路と、前記冷却部材本体の内部に配置され前記第２流通溝に接続される冷却媒体排出路と、を備えることが好ましい。

また、前記第１流通溝は、基端側が前記冷却媒体供給路に接続されると共に円弧状又はスパイラル状に延びて形成され、前記第２流通溝は、基端側が前記第１流通溝の先端側に接続されると共に複数の折り返し部を有するように延びて形成され、先端側が前記冷却媒体排出路に接続されることが好ましい。

本発明によれば、冷却媒体による冷却効果を向上できる分流子を備えたダイカスト金型を提供できる。

本発明のダイカスト金型の一実施形態を示す断面図である。 図１の部分拡大図である。 本実施形態のダイカスト金型における分流子を示す斜視図である。 図３に示す分流子の分解斜視図である。 図３に示す分流子を第１接触部側から視た正面図である。 本実施形態のダイカスト金型における冷却部材を示す斜視図である。 図６に示す冷却部材を第１面側から視た正面図である。 図６に示す冷却部材の側面図である。

以下、本発明のダイカスト金型の好ましい一実施形態につき、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のダイカスト金型１の一実施形態を示す断面図である。
本実施形態のダイカスト金型１は、図１に示すように、固定金型２と、この固定金型２の所定の面に当接可能な可動金型３と、溶湯供給部４と、分流子５と、湯口スリーブ６と、冷却部材７と、を備える。
固定金型２は、可動金型３との当接面が略鉛直面となるように配置される。可動金型３も固定金型２との当接面が略鉛直面となるように配置される。この可動金型３は、略水平方向に移動可能に構成されており、固定金型２に当接した当接位置と、固定金型２から離間した離間位置とを変更可能となっている。

固定金型２における可動金型３との当接面及び可動金型３における固定金型２との当接面には、それぞれ所定形状の凹部が形成されており、これらの凹部によりダイカスト金型１により鋳造される鋳造物の形状に対応した空間であるキャビティ部１１が構成されている。また、固定金型２における可動金型３との当接面及び可動金型３における固定金型２との当接面には、キャビティ部１１に連続する直線状の溝が形成されており、これらの溝により溶湯をキャビティ部１１に供給するランナ部１２の一部が構成されている。

溶湯供給部４は、固定金型２におけるキャビティ部１１及びランナ部１２の下方に設けられており、固定金型２に接合されている。この溶湯供給部４は、筒状のスリーブ４１と、このスリーブ４１の周面に形成された溶湯供給口４２と、スリーブ４１の内部に摺動自在に配置されるプランジャ４３と、を備える。
スリーブ４１は、略水平方向に延びるように配置されており、先端が可動金型３側に開口している。
溶湯供給口４２は、スリーブ４１の基端側における上面側に形成されている。溶融されたアルミニウム合金等の溶湯は、この溶湯供給口４２からスリーブ４１の内部に供給される。

プランジャ４３は、スリーブ４１の内面形状に対応した形状を有するプランジャチップ４３１と、このプランジャチップ４３１に連結されてプランジャチップ４３１を前進及び後退させる駆動装置４３２と、を備える。
このプランジャ４３によれば、プランジャチップ４３１をスリーブ４１の基端側に位置させた状態で駆動装置４３２を駆動させると、プランジャチップ４３１は、スリーブ４１の内部を基端側からスリーブ４１の先端側に向かって前進する。また、プランジャチップ４３１をスリーブ４１の先端側に位置させた状態で駆動装置４３２を駆動させると、プランジャチップ４３１は、スリーブ４１の内部を先端側から基端側に向かって後退する。

図３は、本実施形態の分流子５の斜視図であり、図４は、分流子５の分解斜視図である。図５は、分流子５を第１接触部５１側から視た正面図である。
分流子５は、溶湯供給部４から供給される溶湯をキャビティ部１１に案内する部材である。この分流子５は、図１に示すように、可動金型３におけるキャビティ部１１及びランナ部１２の下方に設けられており、可動金型３に接合されている。分流子５は、スリーブ４１の開口に対向して配置されており、図２に示すように、スリーブ４１から供給される溶湯の流れ方向に所定角度を有して配置され溶湯が接触する第１接触部５１と、この第１接触部５１に連続して設けられ溶湯をキャビティ部１１側に案内する第２接触部５２と、を有する。
本実施形態では、第１接触部５１は、スリーブ４１から供給される溶湯の流れ方向に略垂直に配置されている。また、第２接触部５２は、分流子５の上面側に設けられている。この第２接触部５２は、図３に示すように、第１接触部５１に連続し上方に向かって凸となるように湾曲すると共に略水平方向に延びる湾曲面部５２１と、この湾曲面部５２１から略垂直に起立する垂直面部５２２と、を有する。

より具体的には、分流子５は、図３〜図５に示すように、第１部材５３と、この第１部材５３の一部を覆うように配置される第２部材５４と、第１部材５３と第２部材５４とを固定する複数の固定部材としての複数のボルト５５と、を備えて構成される。
第１部材５３は、第１接触部５１の大部分、及び第２接触部５２の大部分を構成する。また、第１部材５３における第２接触部５２の垂直面部５２２には、略水平に延びる一対の穴部５３１が形成されている。この一対の穴部５３１には、それぞれ、ピン部材５３２が摺動可能に収容されている（図１及び図２参照）。このピン部材５３２は、溶湯が固化されて鋳造された製品をダイカスト金型１から取り外すときに穴部５３１から固定金型２側に突出されてダイカスト金型１から製品を離型させる。
また、第１部材５３の内部には、第２接触部５２の湾曲面部５２１に沿うように熱電対（温度センサ）５６が配置されている。この熱電対４６の先端は、第１部材５３における第１接触部５１と第２接触部５２との境界近傍の内部に位置しており、この第１接触部５１と第２接触部５２との境界近傍における分流子５（第１部材５３）の温度を測定可能となっている。

第１部材５３は、熱伝導率の高い銅合金により形成される。銅合金としては、例えば、ベリリウムを１．６〜２．０重量％含有する高ベリリウム銅、ベリリウムを０．２〜０．４重量％含有する低ベリリウム銅、及びニッケル及びシリコンを含有するコルソン合金（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金）が挙げられる。この中でも、熱伝導率が高く、かつ、強度（硬度及び引張り強度）が高いという観点から、低ベリリウム銅、又はコルソン合金を用いることが好ましい。更に、人体や環境に対して悪影響を及ぼすおそれのあるベリリウムを含まないという観点から、コルソン合金を用いることが特に好ましい。
第１部材５３を形成するコルソン合金としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）を６．５〜８．８重量％、シリコン（Ｓｉ）を１．５〜２．５重量％及びクロム（Ｃｒ）を０．３〜１．３重量％含有するものが好適に用いられる。
また、第１部材５３として、上述の銅合金の表面にクロム窒化処理を施したものを用いてもよい。
以上の第１部材５３には、後述のボルト５５が螺合されるネジ穴が設けられている。

第２部材５４は、第１部材５３における第１接触部５１を構成する部分及び第２接触部５２を構成する部分を除く部分を覆うように配置される。より具体的には、第２部材５４は、中空部を有する筒状に形成されており、第１部材５３は、第２部材５４の中空部に嵌め込まれる入子状に形成されている。また、第２部材５４と第１部材５３とは、互いに密着するように配置される。

本実施形態では、第２部材５４は、第１接触部５１における外周部分の一部、及び第２接触部５２における外周部分の一部を構成すると共に、他の部材（例えば、可動金型３、固定金型２及び後述の湯口スリーブ６）との接触部分を構成する。この第２部材５４は、第１部材５３を構成する銅合金よりも強度の高い金属部材により形成される。第２部材５４を形成する金属部材としては、例えば、熱間金型鋼（以下、ＳＫＤともいう）が挙げられる。
以上の第２部材５４には、第１部材５３を覆った状態で第１部材５３に設けられたネジ穴に対応する位置に、後述のボルト５５が螺合されるネジ穴が設けられている。

複数のボルト５５は、第２部材５４が第１部材５３の一部を覆うように配置された状態で第１部材５３と第２部材５４とを固定する。これら複数のボルト５５は、第２部材５４が第１部材５３の一部を覆うように配置された状態で第１部材５３及び第２部材５４にそれぞれ設けられたネジ穴に螺合される。これにより、第１部材５３と第２部材５４とが固定される。

湯口スリーブ６は、図２に示すように、略円環形状を有しており、スリーブ４１の先端に連結される。この湯口スリーブ６は、分流子５の第１接触部５１との間、及び第２接触部５２との間に所定の隙間をあけて配置されると共に、分流子５の外面における第１接触部５１及び第２接触部５２とは異なる部分に当接して配置される。湯口スリーブ６の内面と分流子５の第２接触部５２との間に形成された隙間により、溶湯をキャビティ部１１に供給する供給路としてのランナ部１２の一部が形成される。

図６は、本実施形態の冷却部材７を示す斜視図である。図７は、冷却部材７を第１面側から視た正面図である。図８は、冷却部材７の側面図である。
冷却部材７は、図２に示すように、分流子５の内側に配置され、この分流子５の内面側に冷却媒体としての冷却水を流通させて分流子５を冷却する部材である。この冷却部材７は、図６〜図８に示すように、冷却部材本体７１と、この冷却部材本体７１に設けられる第１流通溝７２及び第２流通溝７３と、冷却部材本体７１の内部に配置される冷却媒体供給路７４及び冷却媒体排出路７５と、を備える。

冷却部材本体７１は、筒状に構成されており、分流子５の第１接触部５１の内面に対向して配置される第１面７１１と、分流子５の第２接触部５２の内面に対向して配置される第２面７１２とを有する（図２参照）。具体的には、第１面７１１は、筒状の冷却部材本体７１における先端側の端面により構成され、第２面７１２は、冷却部材本体７１の周面における上側の部分により構成される。

第１流通溝７２は、図７に示すように、略円形の第１面７１１の外縁に沿って円弧状に延びて形成されている。この第１流通溝７２は、略均一の幅及び略均一の深さに形成されている。

第２流通溝７３は、図８に示すように、複数の折り返し部７３１を有するように延びて形成される。この第２流通溝７３の基端７３ａ側は、第１流通溝７２の先端７２ｂ側に接続されている。より具体的には、第２流通溝７３は、図８に示すように、第１面７１１側に位置する基端７３ａ側から冷却部材本体７１の軸方向に所定長さ延びた後、折り返し部７３１により折り返されて軸方向における第１面７１１側に延びる。更に、第１面７１１側において第２流通溝７３は、再び折り返し部７３１により折り返されて軸方向における第１面７１１とは反対側に延びている。このように、第２流通溝７３は、第２面７１２において複数の折り返し部７３１により軸方向に複数回往復するように延びて形成されている。尚、第２流通溝７３における軸方向に延びている部分の長さは、分流子５の第２接触部５２における軸方向の長さよりも長く構成される（図１参照）。また、第２流通溝７３は、略均一の幅及び略均一の深さに形成されている。

冷却媒体供給路７４は、冷却部材本体７１の内部に軸方向に延びるように収容されており、この冷却媒体供給路７４の先端側は、第１流通溝７２の基端７２ａ側に接続されている。

冷却媒体排出路７５は、冷却部材本体７１の内部に軸方向に延びるように収容されており、この冷却媒体排出路７５の基端側は、第２流通溝７３の先端７３ｂ側に接続されている。

以上の冷却部材７は、図２に示すように、第１面７１１が分流子５の第１接触部５１における内面に当接し、第２面７１２が分流子５の第２接触部５２における内面に当接するように配置される。これにより、第１面７１１に形成された第１流通溝７２と第１接触部５１の内面との間には、冷却媒体供給路７４から供給された水が流通する第１冷却媒体流通路が形成される。また、第２面７１２と第２接触部５２の内面との間には、第１冷却媒体流通路を流通した水が流通する第２冷却媒体流通路が形成される。
従って、冷却媒体供給路７４の基端７４ａ側から冷却水を供給すると、この冷却水は、冷却媒体供給路７４の先端側から第１流通溝７２に供給されて第１冷却媒体流通路及び第２冷却媒体流通路を流通し、第２流通溝７３の先端７３ｂ側から冷却媒体排出路７５を通って排出される。

以上のダイカスト金型１では、以下の手順で鋳造が行われる。
まず、固定金型２と可動金型３とを当接させると共に、プランジャチップ４３１をスリーブ４１の基端側に位置させておく。また、冷却部材７に冷却水を流通させておく（図１参照）。
この状態で、溶湯供給口４２からスリーブ４１の内部に溶湯を供給する。スリーブ４１の内部に溶湯が供給された後、駆動装置４３２を駆動させて、プランジャチップ４３１をスリーブ４１の先端側に前進させる。すると、スリーブ４１の内部に供給された溶湯は、プランジャチップ４３１に押圧されて分流子５側に流入する。分流子５側に流入した溶湯は、分流子５の第１接触部５１に接触して、この第１接触部と滑らかに連続している第２接触部５２側に上昇する。更に、溶湯は、ランナ部１２を通ってキャビティ部１１に流入して、キャビティ部１１内に充填される。
キャビティ部１１内に溶湯が充填された後、固定金型２及び可動金型３それぞれにおけるキャビティ部１１近傍に設けられた冷却配管（図示せず）に冷却媒体（水）が流通される。これにより、キャビティ部１１内に充填された溶湯は冷却されて固化される。

ここで、キャビティ部１１内に溶湯が充填された状態では、ランナ部１２及び分流子５の第１接触部５１と前進したプランジャチップ４３１との間にも溶湯が充填されている。
これら分流子５の近傍に充填された溶湯は、分流子５の内側に配置された冷却部材７により冷却されて固化される。

キャビティ部１１及びランナ部１２等に充填された溶湯が固化されると、可動金型３が固定金型２から離間されてキャビティ部１１により鋳造された製品が取り出される。このとき、分流子５の第１部材５３に形成された一対の穴部５３１内に収容されているピン部材５３２が固定金型２側に突出して、ダイカスト金型１から製品を離型させる。

以上説明した本実施形態のダイカスト金型１によれば、以下のような効果を奏する。
上述のように、キャビティ部１１内に溶湯が充填された状態では、ランナ部１２及び分流子５の第１接触部５１と前進したプランジャチップ４３１との間にも溶湯が充填されている。そして、この分流子５の近傍に充填された溶湯の温度は、特に高温となる。
そこで、分流子５の第１接触部５１の大部分及び第２接触部５２の大部分を熱伝導率の高い銅合金部材により構成した。これにより、冷却部材７による第１接触部５１及び第２接触部５２の冷却効率を向上できる。よって、分流子５における溶湯が接触する部分である第１接触部５１及び第２接触部５２近傍に充填された溶湯の冷却効率を向上できる。
その結果、分流子５の近傍に充填された溶湯の固化が遅れることに起因する鋳造製品の破裂（いわゆるスタンプ破裂）や鋳造製品の品質不良を低減できる。また、ダイカスト金型１を用いた鋳造製品製造のサイクルタイムの短縮を図れる。

また、分流子５を、銅合金により形成された第１部材５３と、銅合金よりも強度の高い金属部材により形成された第２部材５４と、第１部材５３と第２部材５４とを固定するボルト５５とにより構成した。これにより、分流子５を、溶湯と接触する部分を主として熱伝導率の高い銅合金で構成し、溶湯と接触しない部分を強度の高い金属部材により構成できる。よって、冷却効率が高く、かつ、耐久性に優れた分流子５を有するダイカスト金型１を提供できる。

また、分流子５における他の部材（例えば、湯口スリーブ６）と接触する部分を第２部材５４により構成した。これにより、他の部材と接触する部分を強度の高い金属部材により構成できるので、分流子５の耐久性をより向上できる。

また、分流子５において、第１接触部５１と第２接触部５２との境界近傍は、溶湯を充填した場合に最も高温となる部分である。そこで、分流子５における第１接触部５１と第２接触部５２との境界近傍の温度を測定可能な熱電対５６を設けた。これにより、第１接触部５１と第２接触部５２との境界近傍に充填された溶湯の固化状態を適切に把握できる。よって、ダイカスト金型１から鋳造製品を取り出すタイミングを適切に判断でき、鋳造製品の生産効率を向上できる。

また、第１接触部５１の内面に対向して配置される第１面７１１に第１流通溝７２を設け、第２接触部５２の内面に対向して配置される第２面７１２に第２流通溝７３を設けた冷却部材７を分流子５の内側に配置した。これにより、第１流通溝７２と第１接触部５１の内面との間に第１冷却媒体流通路が形成され、第２面７１２と第２接触部５２の内面との間に第２冷却媒体流通路が形成される。よって、冷却媒体供給路７４から供給された冷却水は、第１冷却媒体流通路及び第２冷却媒体流通路を通って冷却媒体排出路７５から排出されるので、分流子５における第１接触部５１及び第２接触部５２を効率的に冷却できる。

また、第１流通溝７２を円弧状に延びるように形成し、第２流通溝７３を複数の折り返し部７３１を有して延びるように形成した。これにより、冷却媒体供給路７４から供給された冷却水は第１冷却媒体流通路及び第２冷却媒体流通路に沿って流通するので、冷却水が滞留しない。よって、冷却部材７による分流子５の冷却効率をより向上できる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、種々の形態で実施することができる。
例えば、本実施形態では、第１流通溝７２を円弧状に延びるように形成したがこれに限らない。即ち、第１流通溝をスパイラル状に延びるように形成してもよい。

１ ダイカスト金型
２ 固定金型
３ 可動金型
４ 溶湯供給部
５ 分流子
６ 湯口スリーブ
７ 冷却部材
１１ キャビティ部
５１ 第１接触部
５２ 第２接触部
５３ 第１部材
５４ 第２部材
５５ ボルト（固定部材）
７１ 冷却部材本体
７２ 第１流通溝
７３ 第２流通溝
７４ 冷却媒体供給路
７５ 冷却媒体排出路
７１１ 第１面
７１２ 第２面

Claims (6)

1. 溶湯供給部から供給される溶湯を固定金型と可動金型との間に形成されるキャビティ部に案内する分流子を有するダイカスト金型であって、
   前記分流子は、前記溶湯供給部から供給される前記溶湯の流れ方向に所定角度を有して配置され該溶湯が接触する第１接触部と、該第１接触部に連続して設けられ前記溶湯を前記キャビティ部側に案内する第２接触部と、を備え、
   前記第１接触部の少なくとも一部、又は前記第２接触部の少なくとも一部は、銅合金により構成されるダイカスト金型。
2. 前記分流子は、前記銅合金により形成され前記第１接触部の少なくとも一部、及び前記第２接触部の少なくとも一部を構成する第１部材と、
   前記銅合金よりも強度の高い金属部材により形成され前記第１部材の一部を覆うように配置される第２部材と、
   前記第２部材が前記第１部材の一部を覆うように配置された状態で前記第１部材と前記第２部材とを固定する固定部材と、を備える請求項１に記載のダイカスト金型。
3. 前記分流子の外周面の一部に当接して配置されると共に、該分流子との間に前記溶湯を前記キャビティ部に供給する供給路を形成する湯口スリーブを更に備え、
   前記分流子の外周面における前記湯口スリーブが当接される部分は、前記第２部材により構成される請求項２に記載のダイカスト金型。
4. 前記銅合金は、コルソン合金又はベリリウム銅である請求項１から３のいずれかに記載のダイカスト金型。
5. 前記分流子の内側に配置され、該分流子の内面側に冷却媒体を流通させて該分流子を冷却する冷却部材を更に備え、
   前記冷却部材は、
   筒状の冷却部材本体と、
   該冷却部材本体における前記第１接触部の内面に対向して配置される第１面に設けられる第１流通溝と、
   前記冷却部材本体における前記分流子の前記第２接触部の内面に対向して配置される第２面に前記第１流通溝に連続して設けられる第２流通溝と、
   前記冷却部材本体の内部に配置され前記第１流通溝に接続される冷却媒体供給路と、
   前記冷却部材本体の内部に配置され前記第２流通溝に接続される冷却媒体排出路と、を備える請求項１〜４のいずれかに記載のダイカスト金型。
6. 前記第１流通溝は、基端側が前記冷却媒体供給路に接続されると共に円弧状又はスパイラル状に延びて形成され、
   前記第２流通溝は、基端側が前記第１流通溝の他端に接続されると共に複数の折り返し部を有するように延びて形成され、先端側が前記冷却媒体排出路に接続される請求項５に記載のダイカスト金型。

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