JP2014226691A - Manufacturing method of outside joint member for constant velocity universal joint, and intermediate forged product processed to outside joint member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、自動車、航空機、船舶および各種産業機械などの動力伝達系において使用され、駆動側と従動側の二軸間で回転動力を等速で伝達する等速自在継手用の外側継手部材の製造方法、および外側継手部材に加工される中間鍛造品に関する。 The present invention is used in, for example, power transmission systems of automobiles, aircraft, ships, various industrial machines, etc., and is an outer joint for a constant velocity universal joint that transmits rotational power at a constant speed between two axes of a driving side and a driven side. The present invention relates to a member manufacturing method and an intermediate forged product processed into an outer joint member.
周知のように、等速自在継手は、角度変位のみを許容する固定式等速自在継手と、角度変位および軸方向変位を許容する摺動式等速自在継手とに大別される。等速自在継手は、固定式であるか摺動式であるかに関わらず、一端が開口した有底筒状のカップ部を有し、カップ部の内径面に複数のトラック溝が設けられた外側継手部材と、外側継手部材のカップ部の内周に収容される内側継手部材やトルク伝達部材などの継手内部部品とを主要な構成部材として備える。これら継手構成部材のうち、外側継手部材は、切削や旋削などの機械加工、および/又は鍛造などの塑性加工を駆使して製造されるが、生産効率や歩留の向上を図るため、可能な限りにおいて塑性加工を採用する場合が多い。 As is well known, constant velocity universal joints are broadly classified into fixed constant velocity universal joints that allow only angular displacement and sliding constant velocity universal joints that allow angular displacement and axial displacement. Regardless of whether the constant velocity universal joint is a fixed type or a sliding type, the constant velocity universal joint has a bottomed cylindrical cup portion that is open at one end, and a plurality of track grooves are provided on the inner diameter surface of the cup portion. An outer joint member and joint inner parts such as an inner joint member and a torque transmission member housed in the inner periphery of the cup portion of the outer joint member are provided as main constituent members. Of these joint components, the outer joint member is manufactured by making full use of machining such as cutting and turning and / or plastic working such as forging. However, it is possible to improve production efficiency and yield. In many cases, plastic working is often used.
一例として、下記の特許文献1には、摺動式等速自在継手の一種であるトリポード型等速自在継手の外側継手部材であって、内径面に軸方向に延びる複数のトラック溝が設けられた有底筒状のカップ部と、カップ部の底部から軸方向に延びる軸部とを一体に備えるものを、各種鍛造工程を経て製造する方法が記載されている。具体的には、棒状素材に据え込み加工や押し出し加工などを順次施すことにより、棒状素材を、内径面にトラック溝が粗成形されたカップ状部を有する中間鍛造品に成形する前鍛造工程と、中間鍛造品のカップ状部を、その内周及び外周にそれぞれ配置されるパンチ(しごきパンチ)及びダイス(しごきダイス)の成形面に倣うように塑性変形させることにより、中間鍛造品を、内径面に仕上がり形状のトラック溝を有する最終鍛造品に成形するしごき工程とを含む外側継手部材の製造方法である。 As an example, Patent Document 1 below is an outer joint member of a tripod type constant velocity universal joint which is a kind of sliding type constant velocity universal joint, and a plurality of track grooves extending in the axial direction are provided on an inner diameter surface. In addition, there is described a method for manufacturing a product having a bottomed cylindrical cup part and a shaft part extending in the axial direction from the bottom part of the cup part through various forging processes. Specifically, a pre-forging step of forming the rod-shaped material into an intermediate forged product having a cup-shaped portion having a track groove roughly formed on the inner diameter surface by sequentially performing upsetting and extrusion processing on the rod-shaped material, and The intermediate forged product has an inner diameter by plastically deforming the cup-shaped portion of the intermediate forged product so as to follow the molding surface of the punch (ironing die) and the die (ironing die) disposed on the inner periphery and outer periphery thereof, respectively. And an ironing process for forming a final forged product having a finished track groove on the surface.
なお、棒状素材を中間鍛造品に成形するための前鍛造(据え込みや押し出し等)は、温間以上の温度領域(温間、亜熱間又は熱間)で実行される場合が多い。その主な理由として、前鍛造工程の各段階では、棒状のワークを比較的大きく塑性変形させる必要があるために、冷間では必要とされる塑性変形量を確保することが難しい、ということが挙げられる。これに対し、しごき加工は冷間で実行される場合が多い。しごき加工では、概ね、カップ状部の筒部を軸方向に伸長変形させることができれば足り、据え込みや押し出しに比べれば、ワーク(中間鍛造品)や金型の温度が低くても必要とされる塑性変形量を確保し得ること、また、高精度の最終鍛造品、ひいては外側継手部材を得る上で有利となるからである。 Note that pre-forging (upsetting, extrusion, etc.) for forming a rod-shaped material into an intermediate forged product is often performed in a temperature region (warm, sub-hot, or hot) that is higher than warm. The main reason is that at each stage of the pre-forging process, it is necessary to relatively large plastically deform the rod-shaped workpiece, so that it is difficult to ensure the amount of plastic deformation required in the cold. Can be mentioned. On the other hand, ironing is often performed cold. In ironing, it is generally sufficient that the cylindrical part of the cup-shaped part can be extended and deformed in the axial direction. Compared to upsetting and extrusion, it is required even if the temperature of the workpiece (intermediate forging product) or the mold is low. This is because it is advantageous to secure a sufficient amount of plastic deformation and to obtain a highly accurate final forged product and, in turn, an outer joint member.
ところで、上記製造方法において、図8に示すように、中間鍛造品100に対するしごき加工を、カップ状部101を構成する筒部102の肉厚減少率δ[%]が比較的大きくなるように(例えばδ≧15%となるように)実行すると、同図中の右側の図に示すように、最終鍛造品110のうち、特にカップ状部111を構成する筒部112の基端部に亀裂120が形成される、カップ状部111の底部113が大きく変形する(軸直交平面に対するカップ状部113外底面の母線角度θが、しごき加工前のカップ状部103のそれに比べて著しく大きくなる)などといった事態の発生確率が高くなる。筒部112に亀裂120が形成されると、最終鍛造品110を廃棄処分せざるを得なくなることから歩留が低下し、カップ状部111の底部113が大きく変形すると、底部113に大幅な仕上げ加工を施す必要が生じて加工コストが増大する。なお、肉厚減少率δとは、しごき加工前における所定部位の肉厚をt1、しごき加工後における同部の肉厚をt2としたとき、δ={(t1―t2)/t1}×100の関係式から算出される百分率である。以下の説明において「肉厚減少率」という場合も同様である。
In the above manufacturing method, as shown in FIG. 8, the ironing process for the intermediate forged
そこで、中間鍛造品に対するしごき加工を、筒部の肉厚減少率δが15%を超えないように実行することを試みた。ところが、しごき加工に伴う肉厚減少率δが小さくなるほど、しごき加工に伴う筒部の伸長変形量が短くなる(塑性変形量が少なくなる)ことから、必要とされるトラック溝長さを確保できない、しごき加工に伴う加工硬化を十分に得ることができず必要とされる機械的強度を確保することができない、などといった不具合が生じ易くなった。 Therefore, an attempt was made to perform ironing on the intermediate forged product so that the thickness reduction rate δ of the cylindrical portion does not exceed 15%. However, the smaller the thickness reduction rate δ associated with the ironing process, the shorter the amount of expansion and deformation of the cylinder part associated with the ironing process (the smaller the plastic deformation amount), so the required track groove length cannot be ensured. However, the work hardening associated with the ironing process cannot be sufficiently obtained, and the required mechanical strength cannot be ensured.
このような問題は、例えば前鍛造工程において、カップ状部の深さ寸法(筒部の軸方向寸法)が長寸の中間鍛造品を成形することによって可及的に解消し得るものと考えた。しかしながら、このようにすると、前鍛造工程の各ステップにおけるワークの変形量を増加させる必要が生じるため、前鍛造工程の各ステップで使用する鍛造金型への負担が大きくなって金型寿命が短くなる。特に、前鍛造を、上記したように温間以上の温度領域で実行するような場合には、ただでさえ鍛造金型の寿命が短くなり易い。具体例を挙げるならば、熱間鍛造金型の使用可能回数は、冷間鍛造金型のそれに比べて数分の一〜数十分の一程度とされる。従って、上記の手法では、金型費用の増大や生産効率の低下が避けられず、鍛造加工を採用することによるコストメリットを十分に享受できなくなる。 It was considered that such a problem can be solved as much as possible by forming an intermediate forging product in which the depth dimension of the cup-shaped part (the axial dimension of the cylinder part) is long in the pre-forging process, for example. . However, if it does in this way, since it will be necessary to increase the deformation amount of the workpiece | work in each step of a pre-forging process, the burden to the forge metal mold | die used at each step of a pre-forging process will become large, and metal mold | die lifetime will be short. Become. In particular, when pre-forging is performed in the temperature range above the warm as described above, the life of the forging die is likely to be shortened. If a specific example is given, the frequency | count which can use a hot forging metal mold | die will be about 1 / several tenths compared with that of a cold forging metal mold | die. Therefore, in the above method, an increase in mold cost and a decrease in production efficiency cannot be avoided, and the cost merit by adopting forging cannot be fully enjoyed.
以上の実情に鑑み、本発明の課題は、所望の形状や強度を具備した外側継手部材を低コストに製造可能とし、これにより、等速自在継手の低コスト化に寄与することにある。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to enable an outer joint member having a desired shape and strength to be manufactured at low cost, thereby contributing to cost reduction of a constant velocity universal joint.
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、上述した種々の問題は、図8に示したように、中間鍛造品100のカップ状部101を構成する筒部102の肉厚が、軸方向全長に亘って概ね均一とされており(筒部102の外径面が軸線と平行なストレート面に形成されており)、しごきダイスに対する筒部102の圧入代(筒部102の塑性変形代)がしごき加工開始〜完了までほぼ一定とされること、すなわち、しごき加工によるカップ状部101(筒部102)の肉厚減少率がカップ状部101の軸方向全域で概ね等しいことから、肉厚減少率を上げると、筒部102の基端部に応力集中が生じること、を主たる要因として発生し易くなるものと考えた。そこで、ダイスに対するカップ状部の圧入代(カップ状部の塑性変形代)が徐々に増加するようにしごき加工を実行すれば、上述した種々の問題発生を可及的に防止し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
As a result of repeated studies by the inventors, the above-described various problems are caused by the fact that the thickness of the
すなわち、上記の課題を解決するために創案された本発明は、一端が開口した有底筒状のカップ部を有し、カップ部の内径面に軸方向に延びる複数のトラック溝が設けられた等速自在継手用外側継手部材の製造方法であって、棒状素材を、内径面にトラック溝が粗成形された有底筒状のカップ状部を有する中間鍛造品に成形する前鍛造工程と、内周にパンチが挿入された中間鍛造品のカップ状部に対し、その外径側に配置したダイスをカップ状部の底部側から開口側に向けて圧入状態で相対移動させてカップ状部を塑性変形させることにより、中間鍛造品を、内径面に仕上がり形状のトラック溝を有する最終鍛造品に成形するしごき工程とを含み、前鍛造工程では、その後のしごき工程で上記の相対移動が進行するのに伴って、カップ状部の塑性変形代を徐々に増加させる方向の拡径面がカップ状部の外径面に設けられた中間鍛造品を成形することを特徴とする。 That is, in order to solve the above problems, the present invention has a bottomed cylindrical cup portion that is open at one end, and a plurality of track grooves extending in the axial direction are provided on the inner diameter surface of the cup portion. A method for producing an outer joint member for a constant velocity universal joint, wherein a rod-shaped material is formed into an intermediate forged product having a bottomed cylindrical cup-shaped portion in which a track groove is roughly formed on an inner diameter surface; and With respect to the cup-shaped part of the intermediate forged product in which the punch is inserted in the inner periphery, the die arranged on the outer diameter side is relatively moved in the press-fitted state from the bottom side of the cup-shaped part toward the opening side, and the cup-shaped part is moved. And an ironing step of forming the intermediate forging product into a final forging product having a track groove having a finished shape on the inner diameter surface by plastic deformation, and in the pre-forging step, the relative movement proceeds in the subsequent ironing step. Of the cup-shaped part Wherein the diameter expansion surface in a direction gradually increases the sexual deformation margin to molding the intermediate forged product provided outside diameter surface of the cup-shaped portion.
しごき工程で使用するダイスの内径面に設けられる成形面の横断面形状は、通常、外側継手部材を構成するカップ部外周の横断面形状に概ね対応している。このため、ダイスの成形面形状に変更を加えると、大幅な後加工が必要になるおそれが高まる他、外側継手部材の機能・性能に影響を及ぼすおそれがあることから好ましくない。そこで、本発明では、前鍛造工程で成形する中間鍛造品の形状に工夫を凝らすことで上記課題の解決を図った。具体的には、前鍛造工程で成形する中間鍛造品を、そのカップ状部の外径面に、前鍛造工程後のしごき工程でダイスと中間鍛造品のカップ状部の圧入状態での相対移動(しごき加工)が進行するのに伴って、カップ状部の塑性変形代を徐々に増加させる方向の拡径面が設けられたものにすることとした。 The cross-sectional shape of the molding surface provided on the inner diameter surface of the die used in the ironing process generally corresponds generally to the cross-sectional shape of the outer periphery of the cup portion constituting the outer joint member. For this reason, it is not preferable to change the shape of the molding surface of the die because it may increase the possibility of significant post-processing and may affect the function and performance of the outer joint member. Therefore, in the present invention, the above-described problems have been solved by contriving the shape of the intermediate forged product formed in the pre-forging process. Specifically, the intermediate forged product formed in the pre-forging process is moved relative to the outer diameter surface of the cup-shaped part in the press-fitted state of the die and the cup-shaped part of the intermediate forged product in the ironing process after the pre-forging process. As the ironing process progresses, a diameter-enlarged surface in a direction that gradually increases the plastic deformation allowance of the cup-shaped portion is provided.
この場合、特に、上記の拡径面をカップ状部の底部側に設けておけば、しごき加工の初期段階におけるダイスに対するカップ状部の圧入代、すなわちカップ状部の塑性変形量(しごき加工量)を少なくすることができる。これにより、しごき加工に伴って、特にカップ状部の筒部の基端部付近に大きな応力集中が生じてカップ状部に亀裂が形成されるのを、また、底部が大きく変形するのを可及的に防止することが可能となり、歩留の向上及び仕上げ加工の簡略化を通じて外側継手部材の製造コストを低廉化することができる。そして、しごき加工に伴う上記の不具合発生を可及的に防止することができれば、筒部の肉厚減少率が全体として高まるように、すなわち所望のトラック溝長さや加工硬化(機械的強度)を確保し得るように、中間鍛造品にしごき加工を施すことが可能となる。また、かかる態様で中間鍛造品にしごき加工を施すことができれば、前鍛造工程で成形する中間鍛造品は、そのカップ深さが短寸のもので足りる。従って、前鍛造工程で使用する鍛造金型に対する負荷を軽減することも可能となり、前鍛造金型の長寿命化を通じて、外側継手部材の製造コストを低廉化することもできる。 In this case, in particular, if the above-mentioned expanded surface is provided on the bottom side of the cup-shaped part, the allowance for press-fitting the cup-shaped part to the die in the initial stage of ironing, that is, the amount of plastic deformation of the cup-shaped part (the amount of ironing) ) Can be reduced. As a result, it is possible to cause a large stress concentration in the vicinity of the base end portion of the cylindrical portion of the cup-shaped portion due to the ironing process, so that cracks are formed in the cup-shaped portion, and the bottom portion can be greatly deformed. As a result, the manufacturing cost of the outer joint member can be reduced through improvement in yield and simplification of finishing. Then, if the above-mentioned problems associated with ironing can be prevented as much as possible, the thickness reduction rate of the cylindrical portion is increased as a whole, that is, the desired track groove length and work hardening (mechanical strength) are increased. It is possible to iron the intermediate forged product so that it can be secured. In addition, if the intermediate forged product can be ironed in such a manner, the intermediate forged product formed in the pre-forging step only needs to have a short cup depth. Accordingly, it is possible to reduce the load on the forging die used in the pre-forging step, and it is possible to reduce the manufacturing cost of the outer joint member through extending the life of the pre-forging die.
上記の作用効果を有効に享受するための具体的手段として、前鍛造工程で成形する中間鍛造品を、カップ状部の外底面の外径端に上記拡径面の最小径部が配置されたものとすることが考えられる。より具体的には、例えば、中間鍛造品のカップ状部のうち、しごき加工前における上記の外径端(拡径面の最小径部)を含む部分の肉厚をXa、しごき加工後における当該部分の肉厚をXbとしたとき、Xb≧0.9Xa(厳密には、Xa>Xb≧0.9Xa)の関係式を満たすように(つまり、当該部分のしごき加工に伴う肉厚減少率δが10%以下となるように)することが考えられる。 As a specific means for effectively enjoying the above-described effects, the intermediate forged product formed in the pre-forging step is arranged such that the minimum diameter portion of the expanded surface is disposed at the outer diameter end of the outer bottom surface of the cup-shaped portion. It can be considered. More specifically, for example, among the cup-shaped portions of the intermediate forged product, the thickness of the portion including the outer diameter end (the smallest diameter portion of the expanded surface) before ironing is Xa, and the thickness after ironing When the thickness of the portion is Xb, the thickness reduction rate δ associated with the ironing of the portion is satisfied so as to satisfy the relational expression of Xb ≧ 0.9Xa (strictly, Xa> Xb ≧ 0.9Xa). Is 10% or less).
また、中間鍛造品を、カップ状部を構成する筒部の基端部における肉厚が、しごき工程後に15%以上35%以下減少するように、上記拡径面が設けられたものとすることができる。この場合、中間鍛造品は、筒部の軸方向中央部の肉厚が、しごき工程後に上記基端部よりも大きく減少するように、上記拡径面が設けられたものとするのが好ましい。より具体的には、筒部の軸方向中央部の肉厚が、しごき工程後に15%以上60%以下減少するように、上記拡径面が設けられたものとするのが好ましい。これにより、中間鍛造品にしごき加工を施すのに伴って、カップ状部の筒部に亀裂が形成されたり、カップ状部の底部が大きく変形したりするような事態を効果的に防止しつつ、所望のトラック溝長さ(カップ深さ)や機械的強度を有する最終鍛造品を得ることができる。 In addition, the intermediate forging product shall be provided with the above-mentioned diameter-expanded surface so that the thickness at the base end portion of the cylindrical portion constituting the cup-shaped portion is reduced by 15% or more and 35% or less after the ironing process. Can do. In this case, it is preferable that the intermediate forged product is provided with the above-described diameter-expanded surface so that the thickness of the central portion in the axial direction of the cylindrical portion is significantly reduced after the ironing process. More specifically, it is preferable that the above-described diameter-expanded surface is provided so that the thickness of the central portion in the axial direction of the cylindrical portion is reduced by 15% or more and 60% or less after the ironing process. This effectively prevents a situation in which cracks are formed in the cylindrical portion of the cup-shaped portion or the bottom of the cup-shaped portion is greatly deformed as ironing is performed on the intermediate forged product. A final forged product having a desired track groove length (cup depth) and mechanical strength can be obtained.
以上の構成において、中間鍛造品は、カップ状部(筒部)の外径面の軸方向中央部に、上記拡径面の最大径部が配置されたものとすることができる。 In the above configuration, the intermediate forged product may be configured such that the maximum diameter portion of the expanded surface is disposed at the axially central portion of the outer diameter surface of the cup-shaped portion (tubular portion).
以上の構成において、しごき工程は、冷間で実行するのが望ましい。最終鍛造品の成形精度を高めることができるので、高精度の外側継手部材を低コストに製造可能とする上で有利であるからである。また、本発明に係る製造方法によれば、上記したように、前鍛造工程で成形すべき中間鍛造品は、そのカップ状部の深さ寸法が比較的短寸のもので足りる。従って、前鍛造工程を冷間で実行することも可能となる。 In the above configuration, it is desirable that the ironing process is performed cold. This is because the molding accuracy of the final forged product can be increased, and this is advantageous in making it possible to manufacture a highly accurate outer joint member at low cost. Moreover, according to the manufacturing method which concerns on this invention, as above-mentioned, the intermediate forging goods which should be shape | molded by a pre-forging process should just have a comparatively short depth dimension of the cup-shaped part. Accordingly, it is possible to perform the pre-forging process cold.
本発明は、しごき工程後のカップ状部の深さ寸法が30〜150mmとされる最終鍛造品を得る際に好ましく適用することができる。 The present invention can be preferably applied when obtaining a final forged product in which the depth of the cup-shaped portion after the ironing step is 30 to 150 mm.
本発明は、各トラック溝が直線状部分のみで構成された外側継手部材、例えばトリポード型等速自在継手(TJ)やダブルオフセット型等速自在継手(DOJ)などに代表される摺動式等速自在継手の外側継手部材を製造する際に適用することができる。また、本発明は、各トラック溝が、直線状部分と円弧状部分とで構成された外側継手部材、例えばアンダーカットフリー型等速自在継手(UJ)やバーフィールド型等速自在継手(BJ)に代表される固定式等速自在継手の外側継手部材を製造する際に適用することもできる。 The present invention provides an outer joint member in which each track groove is composed only of a straight portion, for example, a sliding type represented by a tripod type constant velocity universal joint (TJ), a double offset type constant velocity universal joint (DOJ), and the like. It can be applied when manufacturing the outer joint member of the quick universal joint. The present invention also provides an outer joint member in which each track groove is composed of a linear portion and an arc-shaped portion, such as an undercut-free type constant velocity universal joint (UJ) or a barfield type constant velocity universal joint (BJ). It can also be applied when manufacturing an outer joint member of a fixed type constant velocity universal joint represented by.
本発明は、カップ部の底部から軸方向に延びる軸部を一体に有する外側継手部材を製造する際にも好ましく適用することができる。 The present invention can also be preferably applied when manufacturing an outer joint member integrally having a shaft portion extending in the axial direction from the bottom portion of the cup portion.
また、上記課題の解決は、外側継手部材に加工される本発明に係る中間鍛造品を次のような構成とすることで実現することができる。すなわち、本発明に係る外側継手部材の中間鍛造品は、一端が開口した有底筒状のカップ部を有し、カップ部の内径面に軸方向に延びる複数のトラック溝が設けられた等速自在継手用外側継手部材に加工されるものであって、内径面に軸方向に延びる複数のトラック溝が粗成形された有底筒状のカップ状部を有し、内周にパンチが挿入されたカップ状部と、その外径側に配置したダイスとをカップ状部の底部側から開口側に向けて圧入状態で相対移動させてカップ状部を塑性変形させることにより、仕上がり形状のトラック溝を有する最終鍛造品に成形されるものにおいて、カップ状部の外径面に、上記相対移動に伴うカップ状部の塑性変形代を徐々に増加させる方向の拡径面が設けられていることを特徴とする。 Moreover, the solution of the above problem can be realized by configuring the intermediate forged product according to the present invention to be processed into the outer joint member as follows. That is, the intermediate forged product of the outer joint member according to the present invention has a bottomed cylindrical cup portion with one end opened, and a constant velocity in which a plurality of track grooves extending in the axial direction are provided on the inner diameter surface of the cup portion. It is processed into an outer joint member for a universal joint, and has a bottomed cylindrical cup-shaped part in which a plurality of track grooves extending in the axial direction are formed on the inner diameter surface, and a punch is inserted into the inner periphery. The cup-shaped part and the die arranged on the outer diameter side thereof are moved relative to each other in the press-fitted state from the bottom side of the cup-shaped part toward the opening side, and the cup-shaped part is plastically deformed, thereby finishing the track groove. The outer diameter surface of the cup-shaped portion is provided with a diameter-expanded surface in a direction that gradually increases the plastic deformation allowance of the cup-shaped portion accompanying the relative movement. Features.
この中間鍛造品において、上記の拡径面は、例えば、軸線に対する傾斜角が相互に異なる複数の面を軸方向に連続配置して構成されたものとすることができる。 In this intermediate forged product, the above-mentioned diameter-expanded surface may be configured by, for example, continuously arranging a plurality of surfaces having different inclination angles with respect to the axis in the axial direction.
以上に示すように、本発明によれば、所望の形状や強度を具備した外側継手部材を低コストに製造することが可能となる。これにより、等速自在継手の低コスト化に寄与することができる。 As described above, according to the present invention, an outer joint member having a desired shape and strength can be manufactured at low cost. Thereby, it can contribute to the cost reduction of a constant velocity universal joint.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下では、便宜上、まず本発明に係る製造方法を用いて製造される外側継手部材の一例を説明し、続いて、本発明に係る外側継手部材の製造方法の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, for convenience, an example of an outer joint member manufactured using the manufacturing method according to the present invention will be described first, and then an embodiment of the method of manufacturing the outer joint member according to the present invention will be described.
図1(a)に、等速自在継手用外側継手部材1(以下、単に「外側継手部材1」という)の概略正面図を示し、図1(b)に同外側継手部材1の概略断面図[図1(a)のX1−X1線概略断面図]を示す。この外側継手部材1は、角度変位および軸方向変位の双方を許容する摺動式等速自在継手の一種であるトリポード型等速自在継手用の外側継手部材であって、筒部2aおよび底部2bを一体に有する有底筒状のカップ部2と、カップ部2の底部2bから軸方向外方に延びた軸部3とを一体に備える。トリポード型等速自在継手は、この外側継手部材1のカップ部2の内周に、内側継手部材としてのトリポード部材やトルク伝達部材としてのローラなどを組み込むことで完成する。
FIG. 1A shows a schematic front view of an outer joint member 1 for a constant velocity universal joint (hereinafter simply referred to as “outer joint member 1”), and FIG. 1B shows a schematic cross-sectional view of the outer joint member 1. [The X1-X1 line schematic sectional view of Drawing 1 (a)] is shown. This outer joint member 1 is an outer joint member for a tripod type constant velocity universal joint that is a kind of sliding type constant velocity universal joint that allows both angular displacement and axial displacement, and includes a
カップ部2(筒部2a)の内径面4には、軸方向に延びる3本のトラック溝5が等間隔で形成されている。各トラック溝5は、円周方向で対向する一対のローラ案内面6,6を有し、ローラ案内面6,6も含めて軸線と平行に延びた直線状に形成されている。図1(a)に示すように、本実施形態のカップ部2は、大径部と小径部とを周方向で交互に三つずつ配して構成される断面花冠状とされ、各大径部の内径面にトラック溝5が形成されている。カップ部2の開口部内周縁のトラック溝5,5間領域には、継手の角度変位を許容するため(図示しないトリポード部材から延びる軸がカップ部2と干渉するのを回避するため)の入口チャンファ7が設けられる。また、カップ部2の外径面には、継手内部を密封するブーツの一端部が嵌着される周方向溝8が設けられている。
Three
以下、上述した外側継手部材1の製造方法の一例であって、本発明に係る製造方法の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。大まかに言うと、上述した外側継手部材1は、図2(a)に示す棒状素材Mを図3(a)(b)に示す中間鍛造品21に成形する前鍛造工程、中間鍛造品21を図6中に二点鎖線で示す最終鍛造品11に成形するしごき工程、最終鍛造品11の各部を完成品形状に仕上げる仕上げ工程、および完成品形状に仕上げられた最終鍛造品11に熱処理を施す熱処理工程等を経て製造される。
Hereinafter, it is an example of the manufacturing method of the outer joint member 1 mentioned above, Comprising: Embodiment of the manufacturing method which concerns on this invention is described in detail, referring drawings. Roughly speaking, the outer joint member 1 described above includes a pre-forging step for forming the bar-shaped material M shown in FIG. 2A into the intermediate forged
前鍛造工程では、複数の鍛造ステップ(ここでは4つのステップ)を経ることにより、図2(a)に示す棒状素材Mを、図3(a)(b)に示すカップ状部22を有する中間鍛造品21に成形する。
In the pre-forging process, by passing through a plurality of forging steps (here, four steps), the rod-shaped material M shown in FIG. 2 (a) is converted into an intermediate portion having the cup-
具体的には、まず、第1の鍛造ステップにおいて、図2(a)に示す棒状素材Mに据え込み加工を施すことにより、棒状素材Mを、一端外周縁部が丸められた第1の途中製品M1[図2(b)参照]に成形する。次いで、第2の鍛造ステップにおいて、第1の途中製品M1に前方押し出し加工を施すことにより、第1の途中製品M1を、一端側に軸状部13(最終的に軸部3に仕上げられる部位)を有する第2の途中製品M2[図2(c)参照]に成形する。次いで、第3の鍛造ステップにおいて、第2の途中製品M2に据え込み加工を施すことにより、第2の途中製品M2を、据え込み部Nおよび軸状部13を一体に有する第3の途中製品M3[図2(d)参照]に成形する。そして、第4の鍛造ステップにおいて、第3の途中製品M3の据え込み部Nに対して後方押し出し加工を施すことにより、第3の途中製品M3を、カップ状部22および軸状部13を一体に有する中間鍛造品21[図3(a)(b)参照]に成形する。
Specifically, first, in the first forging step, the rod-shaped material M is subjected to upsetting to the rod-shaped material M shown in FIG. Molded into a product M1 [see FIG. 2 (b)]. Next, in the second forging step, the first intermediate product M1 is subjected to a forward extrusion process, whereby the first intermediate product M1 is formed on one end side with a shaft-like portion 13 (part finally finished to the
この前鍛造工程は、各ワーク(棒状素材M及び途中製品M1〜M3)を所定形状に成形し得る限りにおいて、冷間、温間、亜熱間又は熱間の何れの温度領域で実行しても良い。因みに、冷間鍛造とは、概ね200℃以下とされたワークに対して鍛造加工を施す手法であり、温間鍛造とは、概ね600〜700℃程度に加熱されたワークに対して鍛造加工を施す手法である。また、亜熱間鍛造とは、概ね750〜1000℃程度に加熱されたワークに対して鍛造加工を施す手法であり、熱間鍛造とは、概ね1000〜1200℃程度に加熱されたワークに対して鍛造加工を施す手法である。なお、前鍛造工程で使用する金型寿命を延ばしつつ、高精度の中間鍛造品21を安定的に得る観点から言えば、前鍛造工程は冷間で実行するのが好ましい。
This pre-forging process is performed in any temperature region between cold, warm, sub-hot, or hot as long as each workpiece (rod-like material M and intermediate products M1 to M3) can be formed into a predetermined shape. Also good. Incidentally, cold forging is a technique for forging a workpiece that is approximately 200 ° C. or less, and warm forging is forging a workpiece heated to approximately 600 to 700 ° C. It is a technique to apply. Sub-hot forging is a technique for forging a workpiece heated to about 750 to 1000 ° C., and hot forging is about a workpiece heated to about 1000 to 1200 ° C. This is a technique for forging. From the viewpoint of stably obtaining the high-precision intermediate forged
以下、中間鍛造品21の詳細構造を説明する。図3(a)(b)に示すように、中間鍛造品21のカップ状部22は、筒部22a及び底部22bを一体に有する有底筒状をなし、その内径面(筒部22aの内径面)の周方向三等分位置には、ローラ案内面16を有するトラック溝15が粗成形されている。中間鍛造品21のカップ状部22は、後述するしごき工程において、筒部22aがダイス51及びパンチ52の成形面に倣って塑性変形することにより、内径面に仕上がり形状のトラック溝を有する(図1に示す外側継手部材1のカップ部2と横断面形状が同一の)カップ状部12(図6中の二点鎖線を参照)に仕上げられる。そのため、筒部22aの周方向各部は、カップ部2の筒部2aよりも厚肉とされ、また、カップ状部22の深さ寸法(筒部22aの軸方向寸法)は、カップ部2の深さ寸法(筒部2aの軸方向寸法)よりも短寸とされる。
Hereinafter, the detailed structure of the intermediate forged
カップ状部22の内径面は、その軸方向全域が軸線と平行なストレート面に形成されている。一方、カップ状部22の外径面23は、その開口側領域が軸線と平行なストレート面に形成されているのに対し、その底部側領域が、底部側から開口側に向けて、筒部22aの外径寸法を徐々に拡大させる方向の拡径面に形成されている。かかる構成から、筒部22aの底部側領域の肉厚は、底部側から開口側に向けて徐々に増大している。本実施形態において、上記の拡径面24は、軸線に対する傾斜角が相互に異なる複数の面を軸方向に連続配置して構成されている。ここでは、図4に拡大して示すように、相対的に開口側に位置し、軸線に対する傾斜角が相対的に小さいテーパ面状をなした第1拡径面25と、相対的に底部側に位置し、軸線に対する傾斜角が相対的に大きいテーパ面状をなした第2拡径面26とで拡径面24が構成される。
The inner diameter surface of the cup-shaped
拡径面24は、その最小径部(第2拡径面26の底側端部)が、カップ状部22の外底面22b2の外径端部A(厳密には、R部を設けない場合の外径端部。以下、これを「A点」ともいう)に配置されると共に、その最大径部(第1拡径面25の開口側端部)が、カップ状部22の外径面23の軸方向略中央部C(以下、これを「C点」という)に配置されるようにして、カップ状部22の外径面23に設けられている。さらに、第2拡径面26は、その開口側端部B(第1拡径面25と第2拡径面26の接続部。以下、これを「B点」という)が、カップ状部22の外径面23のうち、筒部22aの基端部に配置されるようにして、カップ状部22の外径面23に設けられている。
The diameter-expanded
本実施形態において、カップ状部22のうち、A点における直径寸法d1[単位:mm]は、A点が後述するしごき工程で使用するダイス51の成形面51a(図6参照)に対して0mmよりも大きく2mm以下の塑性変形代をもって圧入される値に設定されている。つまり、ダイス51の成形面51aのうち、A点が圧入される部分の直径寸法をD1[mm]としたとき、D1<d1≦D1+2[mm]の関係式が成立するように、A点の直径寸法d1が設定される。なお、上記の関係式を、具体的な寸法値を含まない関係式として規定するならば、カップ状部22のうちA点を含む部分のしごき加工前における肉厚をXa、当該部分のしごき加工後における肉厚をXbとしたとき、Xb≧0.9Xa(厳密には、Xa>Xb≧0.9Xa)とすることができる。換言すると、中間鍛造品21のうち、カップ状部22のA点を含む部分の肉厚は、しごき加工に伴って10%以下減少するように、その値が規定されている。
In this embodiment, the diameter dimension d1 [unit: mm] at the point A in the cup-shaped
そして、上記のとおり、A点は拡径面24の最小径部であることから、B点では、しごき加工に伴うカップ状部22の塑性変形代がA点よりも大きくなり、さらに、C点では、しごき加工に伴うカップ状部22の塑性変形代がB点よりも大きくなる。ここでは、筒部22aのうち、B点を含んだ基端部の肉厚tb(図4参照)が、しごき加工後に15%以上30%以下減少する値に設定され、C点を含んだ軸方向中央部の肉厚tc[図3(b)参照]が、しごき加工後に筒部22aの基端部よりも大きく、かつ15%以上60%以下減少する値に設定されている。
As described above, since the point A is the minimum diameter portion of the expanded
以上の構成を有する中間鍛造品21はしごき工程に移送される。しごき工程では、図6に示すように、同軸配置されたダイス51及びパンチ52を用いて中間鍛造品21に冷間でしごき加工を施すことにより、中間鍛造品21(のカップ状部22)を、同図中二点鎖線で示すカップ状部21を有する最終鍛造品11に成形する。詳細な図示は省略するが、ダイス51の内径面には、軸線に沿って延び、カップ部2外周の横断面形状に対応した成形面(しごき面)51aが設けられ、また、パンチ52の外径面には、カップ部2内周の横断面形状に対応した成形面が設けられている。
The intermediate forged
しごき加工は、中間鍛造品21のカップ状部22の内周にパンチ52を挿入した状態で、ダイス51をカップ状部22の底部側から開口側に向けて圧入状態で相対移動させることにより行われる。本実施形態では、カップ状部22及びダイス51の成形面51aが上記の形状を具備していることにより、しごき加工は、ダイス51に対するカップ状部22の圧入代(カップ状部22の塑性変形量)が徐々に増大するかたちで進行する。そして、しごき加工が進行するのに伴って、カップ状部22(の筒部22a)は、ダイス51の成形面51aおよびパンチ52の成形面に倣いながら軸方向に徐々に伸長変形し、しごき加工が完了すると、内径面に仕上がり形状のトラック溝が設けられたカップ状部12を有する最終鍛造品11(図6中の二点鎖線参照)が得られる。なお、最終鍛造品11のカップ深さは、外側継手部材1を構成部品とする等速自在継手の用途等(車種等)によって異なるが、概ね30mm〜150mmの範囲内とされる。
Ironing is performed by relatively moving the die 51 in a press-fit state from the bottom side of the cup-shaped
しごき工程で得られた最終鍛造品21は、仕上げ工程に移送される。仕上げ工程では、以上で述べた鍛造加工では成形することが難しい部位(例えば、カップ部2の外径面に設けるべき周方向溝8や、軸部3の自由端外径に設けるべきスプライン等)を形成するための加工の他、カップ状部12の開口端面を平坦面に仕上げるための旋削加工が最終鍛造品11に適宜施され、最終鍛造品11の全体が完成品形状に仕上げられる。そして、全体が完成品形状に仕上げられた最終鍛造品11に焼入れ等の熱処理を施すことにより、図1に示す外側継手部材1が完成する。
The final forged
上記したように、しごき工程で使用するダイス51の内径面に設けられる成形面51aの横断面形状は、外側継手部材1を構成するカップ部2外周の横断面形状に対応している。このため、ダイス51の成形面51a形状に変更を加えると、カップ部2の外周形状、ひいては外側継手部材1の機能・性能に影響を及ぼすおそれがあることから好ましくない。そこで、本発明では、前鍛造工程において、その後のしごき工程でダイス51とカップ状部22の圧入状態での相対移動(しごき加工)が進行するのに伴って、カップ状部22の塑性変形代を徐々に増加させる方向の拡径面24がカップ状部22の外径面23に設けられた中間鍛造品21を成形するようにした。より具体的には、中間鍛造品21を、カップ状部22の外底面22b1の外径端A(A点)に拡径面24の最小径部が配置され、かつ、しごき加工に伴う外径端Aを含む部分の肉厚減少率が10%以下となるようにダイス51に圧入されるものとした(本実施形態では、上記の外径端Aが2mm以下の塑性変形代をもってダイス51に圧入されるものとした)。
As described above, the cross-sectional shape of the
このようにすれば、しごき加工の初期段階におけるダイス51に対するカップ状部22の圧入代、すなわちカップ状部22の塑性変形量(しごき加工量)を少なくすることができる。これにより、しごき加工を実行するのに伴って、カップ状部22を構成する筒部22aの基端部付近に応力集中が生じてカップ状部22に亀裂が形成されるのを、また、カップ状部22の底部22bが大きく変形するのを可及的に防止することが可能となり、歩留の向上及び仕上げ加工の簡略化を通じて外側継手部材1の製造コストを低廉化することができる。さらに、中間鍛造品21のうち、しごき加工の実質的な開始点であるカップ状部22の外底面22b1の外径端Aの塑性変形代を2mm以下とすれば(外径端Aを含む部分の肉厚減少率δが10%以下となるようにしごき加工を実行すれば)、ダイス51に対する負担が効果的に軽減されるので、ダイス51の長寿命化を図ることができる。
In this way, it is possible to reduce the press-fitting allowance of the cup-shaped
特に、本実施形態のように、中間鍛造品21を、カップ状部22を構成する筒部22aの基端部における肉厚tbが、しごき工程後に15%以上35%以下減少するように、また、筒部22aの軸方向中央部の肉厚tcが、しごき工程後に上記基端部よりも大きく、かつ15%以上60%以下減少するように、拡径面24が設けられたものとすれば、しごき加工に伴って、カップ状部22の筒部22aに亀裂が形成されたり、カップ状部22の底部22bが大きく変形したりするような事態を効果的に防止しつつ、所望のトラック溝長さ(カップ深さ)や機械的強度を有する最終鍛造品21を得ることができる。
In particular, as in the present embodiment, the intermediate forged
なお、筒部22aの基端部および軸方向中央部の肉厚tb,tcがしごき加工後に15%以上減少するように(肉厚tb,tcの肉厚減少率δが15%以上となるように)カップ状部22の外径面23に拡径面24を設けるようにしたのは、両部の肉厚減少率δが15%を下回ると所望のトラック溝長さ等を得ることができない可能性が高まるからである。また、筒部22aの基端部の肉厚tbがしごき加工に伴って45%程度減少すると、カップ状部22(筒部22a)に亀裂が形成される可能性が格段に高まることから、拡径面24は、安全率を考慮して、筒部22aの基端部の肉厚tbがしごき加工に伴って35%以下減少するようにカップ状部22の外径面23に設けるのが望ましい。また、筒部22aの軸方向中央部の肉厚tcがしごき加工に伴って65%程度減少する(しごき加工に伴う筒部22aの軸方向中央部の肉厚減少率δが65%程度になる)と、カップ状部22の筒部22aに亀裂が形成される可能性が格段に高まる。そのため、拡径面24は、安全率を考慮して、筒部22aの軸方向中央部の肉厚tcがしごき加工に伴って60%以下減少するように(筒部22aの軸方向中央部のしごき加工に伴う肉厚減少率δが60%以下となるように)カップ状部22の外径面23に設けるのが望ましい。
It should be noted that the thicknesses tb and tc of the base end portion and the axially central portion of the
そして、しごき加工に伴って、カップ状部22(12)に亀裂が形成されたり、カップ状部22の底部22bが大きく変形したりする事態を可及的に防止する事態が可及的に防止されれば、筒部22aの肉厚減少率が全体として高まるように、すなわち、所望のトラック溝長さや加工硬化(機械的強度)を確保し得るように、中間鍛造品21にしごき加工を施すことが可能となる。このように、筒部22aの肉厚減少率が高まるように中間鍛造品21にしごき加工を施すことができれば、前鍛造工程で成形する中間鍛造品21は、そのカップ深さが短寸のもので足りる。実際のところ、本発明に係る製造方法を採用すれば、図5に示すように、カップ深さが従来よりも短寸の中間鍛造品21を成形することが可能となる。この場合、前鍛造工程で使用する鍛造金型(本実施形態では、特に第4の鍛造ステップで使用する後方押し出し用の鍛造金型)に対する負荷を軽減することが可能となり、当該鍛造金型の長寿命化を通じて、外側継手部材1の製造コストを低廉化することもできる。
In addition, it is possible to prevent as much as possible the situation in which a crack is formed in the cup-shaped portion 22 (12) or the
以上、本発明の一実施形態に係る外側継手部材1の製造方法について説明を行ったが、本発明は、上記の実施形態に限定適用されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。 As mentioned above, although the manufacturing method of the outer joint member 1 which concerns on one Embodiment of this invention was demonstrated, this invention is not limitedly applied to said embodiment, Various in the range which does not deviate from the summary. It is possible to make changes.
例えば、中間鍛造品21のカップ状部22の外径面23に設けるべき拡径面24のうち、第2拡径面26は、上述したようなテーパ面状ではなく、図7に示すような円弧面状に形成することもできる。また、拡径面24は、必ずしも、軸方向に連続配置した複数の面(以上で述べた実施形態では第1拡径面25と第2拡径面26)で構成する必要はなく、単一のテーパ面や円弧面で構成することもできる。要するに、拡径面24は、カップ状部22の筒部22aの基端部の肉厚tbがしごき工程後に15%以上35%以下減少するように、より望ましくは、さらに筒部22aの軸方向中央部の肉厚tcがしごき工程後に15%以上60%以下減少するように形成されていれば、どのような形態であっても問題なく採用することができる。
For example, among the enlarged diameter surfaces 24 to be provided on the
また、以上では、前鍛造工程を4つの鍛造ステップで構成した場合(中間鍛造品21を4つの鍛造ステップを経て得る場合)に本発明を適用したが、中間鍛造品21を3以下又は5以上の鍛造ステップを得て得る場合にも本発明は好ましく適用し得る。
In the above, the present invention is applied when the pre-forging process is configured by four forging steps (when the intermediate forged
また、以上では、摺動式等速自在継手の一種であるトリポード型等速自在継手(TJ)用の外側継手部材1を製造する際に本発明を適用したが、本発明は、ダブルオフセット型等速自在継手(DOJ)等、その他の摺動式等速自在継手の外側継手部材を製造する際にも好ましく適用することができる。 In the above, the present invention is applied when manufacturing the outer joint member 1 for a tripod type constant velocity universal joint (TJ) which is a kind of sliding type constant velocity universal joint. However, the present invention is a double offset type. The invention can also be preferably applied to the production of outer joint members of other sliding constant velocity universal joints such as constant velocity universal joints (DOJ).
さらに、本発明は、角度変位及び軸方向変位の双方を許容する摺動式等速自在継手の外側継手部材のみならず、角度変位のみを許容する固定式等速自在継手、例えばバーフィールド型等速自在継手(BJ)やアンダーカットフリー型等速自在継手(UJ)の外側継手部材を製造する際にも適用し得る。固定式等速自在継手の外側継手部材では、そのカップ部の内径面に設けられる各トラック溝が、直線状部分と円弧状部分とで構成される。 Furthermore, the present invention provides not only an outer joint member of a sliding type constant velocity universal joint that allows both angular displacement and axial displacement, but also a fixed type constant velocity universal joint that allows only angular displacement, such as a barfield type. The present invention can also be applied when manufacturing an outer joint member of a speed universal joint (BJ) or an undercut free type constant speed universal joint (UJ). In the outer joint member of the fixed type constant velocity universal joint, each track groove provided on the inner diameter surface of the cup portion includes a linear portion and an arc-shaped portion.
1 外側継手部材
2 カップ部
3 軸部
5 トラック溝
6 案内面
11 最終鍛造品
12 カップ状部
21 中間鍛造品
22 カップ状部
23 外径面
24 拡径面
25 第1拡径面
26 第2拡径面
51 ダイス
51a 成形面
52 パンチ
A カップ状部の外底面の外径端部
M 棒状素材
tb 筒部の基端部の肉厚
tc 筒部の軸方向中央部の肉厚
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Outer
Claims (11)
棒状素材を、内径面にトラック溝が粗成形された有底筒状のカップ状部を有する中間鍛造品に成形する前鍛造工程と、
内周にパンチが挿入された中間鍛造品の前記カップ状部に対し、その外径側に配置したダイスを前記カップ状部の底部側から開口側に向けて圧入状態で相対移動させて前記カップ状部を塑性変形させることにより、中間鍛造品を、仕上がり形状のトラック溝を有する最終鍛造品に成形するしごき工程と、を含み、
前鍛造工程では、その後のしごき工程で前記相対移動が進行するのに伴って、前記カップ状部の塑性変形代を徐々に増加させる方向の拡径面が前記カップ状部の外径面に設けられた中間鍛造品を成形することを特徴とする等速自在継手用外側継手部材の製造方法。 A method of manufacturing an outer joint member for a constant velocity universal joint having a bottomed cylindrical cup portion having one end opened, and having a plurality of track grooves extending in an axial direction on an inner diameter surface of the cup portion,
A pre-forging step of forming a rod-shaped material into an intermediate forged product having a bottomed cylindrical cup-shaped portion with a track groove roughly formed on the inner diameter surface;
With respect to the cup-shaped portion of the intermediate forged product in which a punch is inserted on the inner periphery, a die disposed on the outer diameter side thereof is relatively moved in a press-fit state from the bottom side of the cup-shaped portion toward the opening side, thereby the cup. An intermediate forging product is formed into a final forging product having a finished track groove by plastically deforming the shape portion,
In the pre-forging step, as the relative movement proceeds in the subsequent ironing step, a diameter-expanding surface in a direction that gradually increases the plastic deformation allowance of the cup-shaped portion is provided on the outer diameter surface of the cup-shaped portion. A method for manufacturing an outer joint member for a constant velocity universal joint, wherein the intermediate forged product is formed.
前記カップ状部の外径面に、前記相対移動に伴う前記カップ状部の塑性変形代を徐々に増加させる方向の拡径面が設けられていることを特徴とする中間鍛造品。 It is an intermediate forged product that is machined into an outer joint member for a constant velocity universal joint that has a bottomed cylindrical cup portion that is open at one end, and is provided with a plurality of track grooves extending in the axial direction on the inner diameter surface of the cup portion. A cup-shaped portion having a bottomed cylindrical shape in which a plurality of track grooves extending in the axial direction on the inner diameter surface are roughly formed, and arranged on the outer diameter side of the cup-shaped portion in which a punch is inserted in the inner periphery The molded die is molded into a final forged product having a finished track groove by plastically deforming the cup-shaped portion by relatively moving the die from the bottom side of the cup-shaped portion toward the opening side. In
An intermediate forged product characterized in that an outer diameter surface of the cup-shaped portion is provided with a diameter-expanded surface in a direction that gradually increases a plastic deformation allowance of the cup-shaped portion accompanying the relative movement.
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