JP2015134370A - Manufacturing method of forging product - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、切断面に破断面が残っている切断材を塑性加工することで鍛造品を得る鍛造品の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a forged product that obtains a forged product by plastic working a cut material having a fracture surface remaining on a cut surface.
棒状の素材に鍛造処理を施すことでタイロッドエンドハウジングを得る製造方法が知られている(例えば、特許文献1(第1図)参照。)。 A manufacturing method for obtaining a tie rod end housing by subjecting a rod-shaped material to a forging process is known (see, for example, Patent Document 1 (FIG. 1)).
図11は従来の製造方法を説明する図であり、図11(a)に示すように、切断材101を準備する。この切断材101は、鋼丸棒を適当な長さで切断することで得られる。
切断材101に、アプセット加工(据え込み加工)を施すことで、図11(b)に示すように、一端に球状頭部102aを有する予備成形品102を得る。
FIG. 11 is a diagram for explaining a conventional manufacturing method. As shown in FIG. 11A, a
By subjecting the
この予備成形品102に潤滑剤を塗布し、冷間鍛造を施すことで、図11(c)に示すような鍛造品103を得る。この鍛造品103は、タイロッドエンドハウジングであって、ソケット部104と称する凹部を有するカップ部105を、一端に備える。
タイロッドエンドハウジングは、形状が複雑であり、機械加工により削り出す製造方法では材料歩留まりが悪いと共に加工時間が長くなる。この点、冷間鍛造法であれば、材料歩留まりが極めてよく、加工時間も短くなるという利点を有する。
A lubricant is applied to the
The tie rod end housing has a complicated shape, and in the manufacturing method machined by machining, the material yield is low and the machining time is long. In this regard, the cold forging method has the advantage that the material yield is extremely good and the processing time is shortened.
ところで、タイロッドエンドハウジングの場合、ソケット部104に塵や埃が入らないように、図示しないブーツがカップ部105の外周に取り付けられる。これに伴い、ブーツの位置決めを行うための鍔状のフランジをカップ部105に付設する必要がある。
By the way, in the case of a tie rod end housing, a boot (not shown) is attached to the outer periphery of the
図12(a)は、フランジ106をカップ部105に張り出し成形してなるタイロッドエンドハウジングの断面を示す。フランジ106は機械加工により削り出すこともできるが、材料歩留まりが悪いと共に加工時間が長くなる。従って、冷間鍛造が好適である。
FIG. 12A shows a cross section of a tie rod end housing formed by extending a
しかし、本発明者らが冷間鍛造で試作したところ、図12(a)のb矢視図である図12(b)に示すように、フランジ106に亀裂107が入ることが判明した。さらに、切断材の切断面に残った破断面が亀裂107の周囲に現れていることを発見した。このことから、破断面の谷が始点となって亀裂が発生したと考えられる。
例えば、圧力容器において、内圧を受ける円筒の円周面に沿ってフープ応力が発生し、この応力は、外径に比例することが知られている。
However, when the inventors made a prototype by cold forging, it was found that a
For example, in a pressure vessel, it is known that a hoop stress is generated along the circumferential surface of a cylinder that receives an internal pressure, and this stress is proportional to the outer diameter.
ソケット部104を鍛造で形成する際に、カップ部105が強く拡径される。この拡径が上記の内圧に近似すると考えると、カップ部105の外周105aよりも、フランジ106の外周106aの方が円周面に沿って発生する応力が大きくなる。
カップ部105の外周105aには亀裂が入らないが、フランジ106の外周106aには亀裂が入るということが理解できる。
When the
It can be understood that the
亀裂の発生は熱間鍛造であれば解消できる。ただし、熱間鍛造であれば、鍛造品の寸法精度がよくないため、機械加工で十分切削する必要があり、材料費を含めて製造コストが嵩む。
この点、冷間鍛造法であれば、鍛造品の寸法精度がよくなり、材料費を含めた製造コストの低減が可能となる。
Cracks can be eliminated by hot forging. However, in the case of hot forging, since the dimensional accuracy of the forged product is not good, it is necessary to cut sufficiently by machining, and the manufacturing cost including the material cost increases.
In this regard, if the cold forging method is used, the dimensional accuracy of the forged product is improved, and the manufacturing cost including the material cost can be reduced.
従って、製造コストの低減が求められる中、冷間鍛造法であっても鍔状の膨出部に亀裂を発生させないような製造方法が求められる。 Therefore, while a reduction in manufacturing cost is required, a manufacturing method that does not cause cracks in the ridge-like bulged portion is required even in the cold forging method.
本発明は、切断面に破断面が残っている切断材を塑性加工することで鍛造品を得る鍛造品の製造方法において、冷間鍛造法であっても鍔状の膨出部に亀裂を発生させないことを課題とする。 The present invention is a method for producing a forged product in which a forged product is obtained by plastic working a cut material having a fracture surface remaining on the cut surface. The problem is not to let them.
本発明者らは、冷間鍛造前に切断材の切断面に残る破断面を除去した。結果、亀裂が発生しなくなった。この知見に基づいて完成した発明は次の通りである。 The inventors removed the fracture surface remaining on the cut surface of the cut material before cold forging. As a result, no cracks occurred. The invention completed based on this knowledge is as follows.
請求項1に係る発明は、鍛造品の製造方法であって、
切断機で、素材を切断して所定寸法の切断材を得る切断工程と、
湿式ショットブラスト機で、前記切断材における切断面を含む領域の表面を研削して、研削済み材料を得る湿式ショットブラスト工程と、
潤滑剤塗布機で、前記研削済み材料の研削面を含む表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布工程と、
冷間鍛造機で、前記潤滑剤が塗布された前記研削面を含む領域に冷間鍛造を施した鍛造品を得る冷間鍛造工程と、からなる。
The invention according to claim 1 is a method of manufacturing a forged product,
A cutting process with a cutting machine to cut a material to obtain a cutting material of a predetermined dimension;
In a wet shot blasting machine, a wet shot blasting process for obtaining a ground material by grinding a surface of an area including a cut surface in the cutting material,
In a lubricant applicator, a lubricant application step of applying a lubricant to a surface including a ground surface of the ground material,
And a cold forging step of obtaining a forged product obtained by performing cold forging on a region including the ground surface to which the lubricant is applied by a cold forging machine.
請求項2に係る発明では、冷間鍛造工程では、研削面から張り出す膨出部を形成することを特徴とする。 The invention according to claim 2 is characterized in that, in the cold forging step, a bulging portion protruding from the ground surface is formed.
請求項3に係る発明では、湿式ショットブラスト工程では、ショット粒として多角形状の研磨材を使用することを特徴とする。 The invention according to claim 3 is characterized in that a polygonal abrasive is used as the shot grain in the wet shot blasting process.
請求項4に係る発明は、切断工程と湿式ショットブラスト工程の間に、予備成形機で、切断材の切断面を含む領域を予備成形して予備成形品を得る予備成形工程が追加され、湿式ショットブラスト工程では、予備成形品における予備成形部を含む領域の表面を研削することを特徴とする。 In the invention according to claim 4, a preforming step of preforming a region including the cut surface of the cutting material by a preforming machine to obtain a preformed product is added between the cutting step and the wet shot blasting step. In the shot blasting process, the surface of the region including the preformed portion in the preform is ground.
請求項1に係る発明では、切断材の切断面に残る破断面を湿式ショットブラストにより研削して除去する。冷間鍛造前に破断面が除去されるため、亀裂の発生を防止することができ、良好な鍛造品を得ることができる In the invention which concerns on Claim 1, the torn surface which remains in the cut surface of a cutting material is ground and removed by wet shot blasting. Since the fracture surface is removed before cold forging, it is possible to prevent the occurrence of cracks and obtain a good forged product.
仮に、切削工具や研削砥石で破断面を機械的に除去すると、加工コストが嵩む上に、生産性が低下する。
この点、ショットブラストであれば、ショット粒を投射するだけであるから、生産性が高まり、加工コストを容易に下げることができる。
If the fracture surface is mechanically removed with a cutting tool or a grinding wheel, the processing cost increases and the productivity decreases.
In this respect, since shot blasting only projects shot grains, productivity is increased and processing costs can be easily reduced.
ショットブラストには、乾式ブラスト法と湿式ブラスト法とがある。乾式ブラスト法は、乾いたショット粒を投射する。湿式ブラスト法は、ショット粒を含む流体(例えば水)を投射する。 Shot blasting includes a dry blast method and a wet blast method. The dry blast method projects dry shot grains. In the wet blast method, a fluid (for example, water) containing shot grains is projected.
切断工程では、切断刃の寿命を延ばすために切削油を併用する。
乾式ブラスト法では、ショット粒を当てるだけであるから、切断材の切断面に付着した切削油を完全に脱脂することはできない。このため、潤滑剤塗布工程で塗布する潤滑剤が定着せず、脱脂工程が別途必要となる。
この点、湿式ブラスト法であれば、流体が切削油を洗い流すため、脱脂工程を別途設ける必要が無くなる。
In the cutting process, cutting oil is used in combination to extend the life of the cutting blade.
In the dry blasting method, since only the shot grains are applied, the cutting oil adhering to the cut surface of the cutting material cannot be completely degreased. For this reason, the lubricant applied in the lubricant application process is not fixed, and a degreasing process is required separately.
In this regard, the wet blasting method eliminates the need for a separate degreasing step because the fluid washes away the cutting oil.
また、乾式ブラスト法では、ショット粒を当てると、加工硬化現象により表面が硬くなり、冷間鍛造工程での鍛造荷重が大きくなる。加えて、ショット粒の衝突により表面の温度が上がる。
この点、湿式ブラスト法であれば、流体が冷却剤になるため温度は上がらず、流体がクッションとなり加工硬化現象が起こり難い。
Further, in the dry blast method, when shot grains are applied, the surface becomes hard due to work hardening phenomenon, and the forging load in the cold forging process increases. In addition, the temperature of the surface rises due to the collision of shot grains.
In this respect, the wet blast method does not increase the temperature because the fluid becomes a coolant, and the fluid becomes a cushion and the work hardening phenomenon hardly occurs.
以上に述べたように、切断材の切断面に残る破断面を湿式ショットブラストで除去することで、脱脂工程を省くことができると共に表面の加工硬化を防止しつつ、高い生産性と、加工コストの低減を図ることができる。 As described above, by removing the fracture surface remaining on the cut surface of the cutting material with wet shot blasting, it is possible to omit the degreasing process and prevent work hardening of the surface, while also achieving high productivity and processing cost. Can be reduced.
請求項2に係る発明では、冷間鍛造工程で、研削面から張り出す膨出部を形成する。鍛造時に大きな応力が発生する膨出部は、亀裂が発生しやすいが、本発明によれば膨出部であっても亀裂の発生を抑えることができる。
よって、本発明により、冷間鍛造法であっても鍔状の膨出部に亀裂を発生させないような製造方法が提供される。
In the invention which concerns on Claim 2, the bulging part which protrudes from a grinding surface is formed in a cold forging process. Although the bulging portion where a large stress is generated during forging is likely to crack, according to the present invention, the occurrence of a crack can be suppressed even in the bulging portion.
Therefore, according to the present invention, a manufacturing method is provided that does not cause cracks in the bowl-shaped bulged portion even by the cold forging method.
請求項3に係る発明では、湿式ショットブラスト工程で、ショット粒として多角形状の研磨材を使用する。球状のショット粒に比較して、多角形状のショット粒では、破断面を圧潰することなく研削できるため、破断面を残さず確実に除去できる。 In the invention which concerns on Claim 3, a polygonal abrasive is used as a shot grain in a wet shot blasting process. Compared with spherical shot grains, polygonal shot grains can be ground without crushing the fracture surface, and therefore can be reliably removed without leaving a fracture surface.
請求項4に係る発明は、切断工程と湿式ショットブラスト工程の間に、予備成形機で、切断材の切断面を含む領域を予備成形して予備成形品を得る予備成形工程が追加され、湿式ショットブラスト工程では、予備成形品における予備成形部を含む領域の表面を研削する。予備成形工程の追加により、棒状の切断材の一端に球状頭部などを予め形成することができ、より複雑な形状の鍛造品を製造することができる。また、球状頭部などを予め形成してしまうと、機械加工では破断面の研削が困難となるが、本発明によれば湿式ショットブラストを用いることで、破断面を容易に研削できる。 In the invention according to claim 4, a preforming step of preforming a region including the cut surface of the cutting material by a preforming machine to obtain a preformed product is added between the cutting step and the wet shot blasting step. In the shot blasting process, the surface of the region including the preformed portion in the preform is ground. By adding the preforming step, a spherical head or the like can be formed in advance at one end of the rod-shaped cutting material, and a forged product having a more complicated shape can be manufactured. If a spherical head or the like is formed in advance, it becomes difficult to grind the fractured surface by machining, but according to the present invention, the fractured surface can be easily ground by using wet shot blasting.
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1に示すように、切断機10は、棒状の素材(例えば、丸鋼棒)11を載せるベッド12と、このベッド12に載せられた素材11を押さえるクランパ13と、切断刃14とからなる。
棒状素材11は長尺の鋼棒であって、ベッド12から所定寸法Lだけ突出させ、切断刃14を下ろす(切断工程)。この際、素材11の切断部位に予め切削油を塗布又は噴射しておく。
As shown in FIG. 1, the cutting
The rod-shaped
例えば、厚紙を切れの良くない鋏で切断すると、切断面に「むしれ」と称する毛羽立ちが発生したり、粗い面が残る。鋼材を剪断作用で破断すると、同様にむしれや粗い面が残る。この「むしれ」や粗い面を、以下、破断面と呼ぶことにする。 For example, if cardboard is cut with a scissors that are not cut well, fuzz called “swell” occurs on the cut surface, or a rough surface remains. When the steel material is broken by a shearing action, a peeling or rough surface remains in the same manner. This “peel” or rough surface is hereinafter referred to as a fracture surface.
図2に示すように、素材11を切断して得られた切断材15は、端面に切断面16を有するが、この切断面16には、破断面17が残っている。
As shown in FIG. 2, the cutting
次に、図3に示すように、予備成形機20に切断材15をセットする。予備成形機20は、例えば、切断材挿入穴21及び半球状凹部22を有するアプセット用下型23と、半球状凹部24を有するアプセット用上型25とからなる。
切断面16が上位になるようにして、切断材15を切断材挿入穴21に挿入する。次に、アプセット用上型25を下げて、切断材15の上端部を圧縮しつつ、増径する(予備成形工程)。この際、変形部位に予め切削油を塗布又は噴射しておく。
Next, as shown in FIG. 3, the cutting
The cutting
結果、図4に示すような予備成形品27を得ることができる。予備成形品27は一端に球状頭部28を有しているが、この球状頭部28に接断面16及び破断面17が残っている。
次に実施する湿式ショットブラスト処理のために、図5に示すような多角形状のショット粒31を準備する。このショット粒31は、代表寸法Aが100μmのステンレス鋼製の研磨材である。
As a result, a
Polygonal shot
このようなショット粒31を投射する湿式ショットブラスト機30の原理を、図6で説明する。
図6に示すように、湿式ショットブラスト機30は、水に代表される液体32及びショット粒31の混合体を貯留するタンク33と、このタンク33からショット粒31を含む液体32を汲み上げるポンプ34と、このポンプ34から延びる液体ホース35と、タンク33とは別に設けられる高圧空気源36と、この高圧空気源36から延びるエアホース37と、液体ホース35及びエアホース37の先端に接続される投射ガン38とからなる。
The principle of the wet
As shown in FIG. 6, the wet
この投射ガン38は、ロボットハンドなどにより、破断面17が残っている球状頭部28に沿って、範囲Bを正確に位置制御される。
この際に、予備成形品27は長手軸回りに回される。
投射ガン38から高圧空気で霧化された液体32が球状頭部28へ投射される。霧化される液体32には所定割合のショット粒31が含まれている。
The position of the
At this time, the
The liquid 32 atomized with high-pressure air is projected from the
図7(a)は、湿式ショットブラスト処理前の球状頭部28の要部断面図であり、破断面17が残っており、谷の最大深さはdである。この最大深さdは、複数個の予備成形品(図4、符号27)を試作し、表面粗さ計で測定することにより、予め定めることができる。
FIG. 7A is a cross-sectional view of the main part of the
図6に示す投射ガン38で球状頭部28に液体32を投射すると、含まれるショット粒31で球状頭部28の表面が研削される。この際、切削油が液体32で洗い流されて脱脂される。研削深さは、投射時間に比例するため、研削深さがdに達するまで投射を続ける。
投射後は、図7(b)に示すように、表面が滑らかな研削済み材料39が得られる。
When the liquid 32 is projected onto the
After the projection, as shown in FIG. 7B, a
すなわち、図7(a)に示す予備成形品27における切断面16(破断面17)を含む領域の表面を、図6に示す湿式ショットブラスト機30を用いて研削することで、図7(b)に示す研削済み材料39を得る(湿式ショットブラスト工程)。
That is, by grinding the surface of the region including the cut surface 16 (fracture surface 17) in the
次に、図8に示すように、潤滑剤塗布機40で、研削済み材料39の研削面を含む表面に潤滑剤41を塗布することで潤滑剤塗布済み材料42を得る(潤滑剤塗布工程)。
潤滑剤41には、一工程型潤滑剤が好適である。一工程型潤滑剤は、水媒体に潤滑成分と無機質系ベース成分を分散させたものである。塗布後に乾燥させることで、水分を蒸発させ、表面に潤滑成分皮膜を形成し、その上に無機質系ベース成分皮膜を形成することができる。なお、乾燥時間を短縮するために、潤滑剤塗布前に材料を予熱することが推奨される。
Next, as shown in FIG. 8, the
The lubricant 41 is preferably a one-step type lubricant. The one-step lubricant is obtained by dispersing a lubricating component and an inorganic base component in an aqueous medium. By drying after application, moisture can be evaporated, a lubricating component film can be formed on the surface, and an inorganic base component film can be formed thereon. In order to reduce the drying time, it is recommended to preheat the material before applying the lubricant.
比較のため従来広く採用されているボンデ処理について説明する。
ボンデ処理によれば、材料の表面に、リン酸塩皮膜を形成し、その上に金属石けん皮膜を形成し、その上に未反応石けん皮膜を形成する。
一般的なボンデ処理は、脱脂−水洗−酸洗−水洗−リン酸塩処理−水洗−中和−石けん処理−乾燥の多工程で実施する。
For comparison, a description will be given of a bonder treatment that has been widely used.
According to the bond treatment, a phosphate film is formed on the surface of the material, a metal soap film is formed thereon, and an unreacted soap film is formed thereon.
A general bond treatment is carried out in multiple steps of degreasing, washing with water, pickling, washing with water, phosphate treatment, washing with water, neutralization, soap treatment and drying.
リン酸塩処理で、リン酸塩皮膜を形成するが、この際に材料中の鉄にリン酸が反応してリン酸鉄が反応副産物として生成される。このリン酸鉄はスラッジの形態で反応槽に溜まるため、その処理が大変である。
また、脱脂廃液には油分が混じっており、廃液処理にコストが掛かる。酸洗廃液は、中和処理を必要とするため、廃液処理にコストが掛かる。
Phosphate treatment forms a phosphate film. At this time, iron in the material reacts with phosphoric acid to produce iron phosphate as a reaction byproduct. Since this iron phosphate accumulates in the reaction tank in the form of sludge, its treatment is difficult.
In addition, oil is mixed in the degreasing waste liquid, and the waste liquid treatment is costly. Since the pickling waste liquid needs to be neutralized, the waste liquid treatment is costly.
本発明では、潤滑剤塗布工程前に湿式ショットブラスト工程を実施する。湿式ショットブラスト工程で、材料の表面に付着する油及び錆を除去することができるため、脱脂及び酸洗は、不要となる。よって、廃液処理コストを大幅に低減することができる。
加えて、リン酸塩処理−水洗−中和−石けん処理を、一工程潤滑剤の塗布に置き換えることができるため、工程数の大幅な削減が図れる。
In the present invention, a wet shot blasting process is performed before the lubricant application process. In the wet shot blasting process, oil and rust adhering to the surface of the material can be removed, so that degreasing and pickling are unnecessary. Therefore, the waste liquid processing cost can be significantly reduced.
In addition, since the phosphate treatment-washing-neutralization-soap treatment can be replaced with the application of a one-step lubricant, the number of steps can be greatly reduced.
図8で説明した潤滑剤塗布済み材料42に冷間鍛造を施す冷間鍛造工程を次に説明する。
図9に示すように、冷間鍛造機50は、下金型51と、下パンチ52と、ノックアウト53と、上金型54と、上パンチ55とを備えている。
Next, a cold forging process for cold forging the lubricant-coated
As shown in FIG. 9, the cold forging
下金型51に潤滑剤塗布済み材料42を載せ、上金型54を降ろし、下パンチ52を上げ、上パンチ55を下げる。結果、球状頭部28から膨出部61が張り出し形成される(冷間鍛造工程)。
次に、下パンチ52を降ろし、上金型54及び上パンチ55を上げる。次に、ノックアウト53で成形品を突き出して下金型51から排出する。
The lubricant-coated
Next, the
図10(a)に示すように、得られた鍛造品60は、タイロッドエンドハウジングであって、ソケット部62と称する凹部を有するカップ部63を一端に備え、更にカップ部63に鍔状の膨出部61を備えている。
As shown in FIG. 10 (a), the obtained forged
従来、このような膨出部61には、亀裂が入ることが多かった。しかし、図10(a)のb矢視図である図10(b)に示すように、本鍛造品60の膨出部61には亀裂が入っていない。
つまり、冷間鍛造前に切断材15の切断面16に残る破断面17を除去した結果、亀裂の発生を防止することができ、良好な鍛造品60を得ることができた。さらには、破断面17を湿式ショットブラストで除去することで、高い生産性と、加工コストの低減を図ることができた。
Conventionally, such a bulging
That is, as a result of removing the
尚、実施例では鍛造品は、タイロッドエンドハウジングとしたが、鍛造領域に破断面が現れる製品、特に製品のフランジ(膨出部)に破断面が現れるものに対して好適であり、種類や形状は問わない。
また、ショット粒は、実施例では多角形状の研磨材としたが、球状の研磨材の使用を妨げるものではない。
In the examples, the forged product is a tie rod end housing, but it is suitable for products that show a fracture surface in the forging area, particularly those that show a fracture surface in the flange (bulging part) of the product. Does not matter.
Further, the shot grains are polygonal abrasives in the embodiment, but do not hinder the use of spherical abrasives.
本発明は、タイロッドエンドハウジングの鍛造に好適である。 The present invention is suitable for forging a tie rod end housing.
10…切断機、11…素材、15…切断材、16…切断面、17…破断面、20…予備成形機、27…予備成形品、30…湿式ショットブラスト機、31…ショット粒、32…液体、39…研削済み材料、40…潤滑剤塗布機、41…潤滑剤、42…潤滑剤塗布済み材料、50…冷間鍛造機、60…鍛造品、61…膨出部。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
切断機で、素材を切断して所定寸法の切断材を得る切断工程と、
湿式ショットブラスト機で、前記切断材における切断面を含む領域の表面を研削して、研削済み材料を得る湿式ショットブラスト工程と、
潤滑剤塗布機で、前記研削済み材料の研削面を含む表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布工程と、
冷間鍛造機で、前記潤滑剤が塗布された前記研削面を含む領域に冷間鍛造を施した鍛造品を得る冷間鍛造工程と、からなる鍛造品の製造方法。 A method for manufacturing a forged product,
A cutting process with a cutting machine to cut a material to obtain a cutting material of a predetermined dimension;
In a wet shot blasting machine, a wet shot blasting process for obtaining a ground material by grinding a surface of an area including a cut surface in the cutting material,
In a lubricant applicator, a lubricant application step of applying a lubricant to a surface including a ground surface of the ground material,
A forging product manufacturing method comprising: a cold forging step for obtaining a forging product obtained by performing cold forging on a region including the ground surface to which the lubricant is applied, in a cold forging machine.
前記湿式ショットブラスト工程では、前記予備成形品における予備成形部を含む領域の表面を研削することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の鍛造品の製造方法。 Between the cutting step and the wet shot blasting step, a preforming step is performed by a preforming machine to preform a region including the cut surface of the cutting material to obtain a preformed product,
The method for producing a forged product according to any one of claims 1 to 3, wherein, in the wet shot blasting step, a surface of a region including the preformed portion in the preform is ground.
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