JP5866988B2 - 板金の曲げ癖矯正装置 - Google Patents

Description

本発明は、板金の曲げ癖を矯正する曲げ癖矯正装置に関し、特にプレス成形品の曲げ癖のような局所的な湾曲形状からなるＲ形状の曲げ癖を矯正する板金の曲げ癖矯正装置に関する。

自動車車体の大部分は、薄鋼板をプレス成形した多数のプレス成形品から構成される。このような自動車用のプレス成形品として、例えば図８に示すような断面ハット状のハット断面部材５１がある。このハット断面部材５１は、図８に示すように底壁５３の両側に側壁５５が曲げ成形された形状となっており、このようなハット断面部材５１は、主に車体の強度補強部材として用いられる。

ハット断面部材５１のような断面ハット型形状の部材をプレス成形する場合、一般に複数工程で成形が行われる。すなわち、図９（ａ）に示すように、先ず１工程目で、割れやしわが発生しないように比較的底の浅いハット形状に成形する。その後、図９（ｂ）に示すように、２工程目で金型５７を用いて側壁５５の曲げ加工部５５ａを平らに伸ばし、最終的な形状とする。

ところが、２工程目で側壁５５の曲げ加工部５５ａを平らに伸ばした際に、図１０に示すように、側壁５５には、１工程目で形成した曲げ加工部５５ａの曲げ癖５９が残留する。特に４４０ＭＰａ級を超える高強度鋼板において、曲げ加工部５５ａが平らに成形できず、局所的なＲ形状を持つ凹凸状の形状不良が発生しやすい。
このような曲げ癖を解消するために、大きな荷重をかけて凹凸を押し潰すことも考えられるが、金属の剛性やプレス装置の能力には限界があり、曲げ癖を完全に解消することはできない。
一方、反りに代表される広範囲に曲率を持つ形状不良の対策としては、部材の表面を部分的に板厚方向に押圧することで応力の不均一を緩和し、当該形状不良を改善する方法がある（例えば、特許文献１，２参照）。

特許第３７４５２０２号公報 特許第３７５０４２１号公報

しかしながら、上記特許文献１及び２に記載の方法にあっては、広範囲に曲率を持つ形状不良には対応できるものの、上述した曲げ癖のように局所的なＲ形状の形状不良には対応できない。
このような局所的なＲ形状の曲げ癖を矯正する装置として、特願2010-287617（以下、「先願」という）において出願された板金の歪み矯正装置がある。
先願における歪み矯正装置の特徴的な構成は、３つの凸状の曲げ成形部が設けられたパンチと、２つの凸状の曲げ成形部が設けられたダイとを用いて板金の両面を板厚方向に押圧することで、板金の凸状のＲ形状の歪みを矯正するというものであり、パンチ側の３つの曲げ成形部間に形成される成形空間にダイ側の２つの曲げ成形部が対向配置されている。そのため、先願に開示されたパンチとダイは、一般的なパンチとダイのようにストロークの最下点においてパンチとダイが被成形品を挟んで対向するという構成ではなく、最下点においてパンチとダイを押し付け合わせることで位置決めをするということができない。
ストロークの最下点におけるパンチとダイの位置決めをいかにするかが重要であるが、先願においてはこの点について詳細には開示されていない。
特に、このような構成のパンチとダイを実際のプレス成形装置に搭載して効率的に量産加工を行う際には、ストロークの最下点における位置決めが重要となる。

本発明は、かかる課題を解決するためのものであり、板金の局所的な曲げ癖を矯正可能な板金の曲げ癖矯正装置であって、かつ効率的に量産可能な板金の曲げ癖矯正装置を提供することを目的としている。

（１）本発明に係る板金の曲げ癖矯正装置は、板金に形成された凸状のＲ形状の曲げ癖を矯正する板金の曲げ癖矯正装置であって、
所定間隔で並設された３つの第１凸状部を有する第１曲げ成形部を備えたパンチと、前記第１曲げ成形部の間に形成される２つの凹状の成形空間に対向配置される２つの第２凸状部を有する第２曲げ成形部を備えたダイと、前記ダイと前記パンチの相対移動量を規制するストッパとを備えてなり、
該ストッパは、前記パンチ側に設けた第１当接部と前記ダイ側に設けた第２当接部とを有し、前記第１曲げ成形部の中央の曲げ成形部を前記板金の曲げ癖の凸部に凸側から当接可能に配置して、前記ダイと前記パンチによって前記板金の両面を板厚方向に予め設定した所定量移動させたときに、前記第１当接部と前記第２当接部とが当接することによって前記パンチと前記ダイの相対移動量を規制することを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記第１曲げ成形部のうち中央の第１凸状部を、当該中央の第１凸状部の先端位置が両端の第１凸状部の先端位置に対して突出するように設けると共に、これら中央の凸状部と両端の第１凸状部の先端位置の差を前記板金の板厚以下としたことを特徴とするものである。
これにより、曲げ癖矯正後に、板金の矯正前の曲げ癖の凸部両側が反り返ったり沈み込んだりするのを防止することができ、板金を適切に平らな形状に矯正することができる。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記第１曲げ成形部の中央の第１凸状部により、前記曲げ癖凸側を前記成形空間内への押し込む量が、前記板金の板厚の２倍以下となるように前記ストッパにおける前記第１当接部と前記第２当接部との相対位置が設定されていることを特徴とするものである。
これにより、曲げ癖矯正後に、矯正前の曲げ癖とは逆方向の変形が生じるのを防止することができ、板金を適切に平らな形状に矯正することができる。

本発明によれば、特殊なプレス設備を用いることなく、簡単且つ低コストで、プレス成形品の曲げ癖のような局所的なＲ形状を持つ凸状の形状不良を平らな形状に矯正することができる。
また、第１当部と第２当接部が当接することで、パンチとダイのストロークにおける最下点の位置制御を行うようにしているので、強い押圧力で押しても押し込み量が強制的に規制され、位置制御に複雑な制御を必要とせず大量生産にも適している。

本発明の一実施の形態に係る曲げ癖矯正装置を説明する説明図である。 本実施形態における曲げ癖矯正装置の主要部を示す図である。 本実施の形態の曲げ癖矯正装置における押し込み量を説明する説明図である。 矯正実験に用いた試験片を説明する説明図である。 矯正実験装置を説明する説明図である。 矯正実験条件を説明する説明図である。 矯正実験結果を示す図である。 プレス成形品の一例を示す図である。 プレス成形方法を説明する説明図である。 プレス成形品の曲げ癖を説明する説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本実施の形態に係る板金の曲げ癖矯正装置１は、図１に示されるようにハット断面部材５１に形成された曲げ癖を矯正する装置であって、所定間隔で並設された３つの第１凸状部３ａ〜３ｃを有する第１曲げ成形部３を備えたパンチ５と、第１曲げ成形部３の間に形成される２つの凹状の成形空間３ｄ、３ｅに対向配置される２つの第２凸状部９ａ、９ｂを有する第２曲げ成形部９を備えたダイ１１と、ダイ１１とパンチ５の相対移動量を規制するストッパ１３とを備えてなるものである。
そして、ストッパ１３は、パンチ５側に設けた第１当接部１５とダイ１１側に設けた第２当接部１７とを有し、第１曲げ成形部３の中央の第１凸状部３ｂを板金の曲げ癖の凸部に凸側から当接可能に配置してダイ１１とパンチ５によって板金の両面を板厚方向に予め設定した所定量移動させたときに第１当接部１５と第２当接部１７とが当接することによってパンチ５とダイ１１の相対移動量を規制することを特徴とするものである。
以下、詳細に説明する。

＜パンチとダイの構造＞
まず、曲げ癖矯正装置１におけるパンチ５とダイ１１の構造について、図２に基づいて詳細に説明する。
図２に示すように、パンチ５とダイ１１が、矯正対象のハット断面部材５１の両面を板厚方向に押圧可能に配置される。
パンチ５の第１曲げ成形部３には、３つの凸状の第１凸状部３ａ〜３ｃが幅方向（図２の左右方向）に所定間隔Ｌ１で並設されている。また、ダイ１１の第２曲げ成形部９には、２つの凸状の第２凸状部９ａ、９ｂが上記幅方向に所定間隔Ｌ２で並設されている。

第１凸状部３ａ〜３ｃ、第２凸状部９ａ及び９ｂの先端部は円弧状のＲ形状となっており、円弧の大きさは半径Ｒ＜５ｍｍである。また、第１凸状部３ｂの先端位置（下端位置）は、高さ方向（図２の上下方向）において、第１凸状部３ａ及び３ｃの先端位置（下端位置）と同等、又は当該先端位置より下方に位置しているものとし、その先端位置の差（高さの差）ΔＨは矯正対象のハット断面部材５１の板厚ｔ［ｍｍ］以下とする。

また、パンチ５及びダイ１１は、パンチ５の第１凸状部３ｂの幅方向中央位置が、ダイ１１の第２凸状部９ａの先端位置（上端位置）と第２凸状部９ｂの先端位置（上端位置）との幅方向中間位置に一致するように対向配置されている。
また、パンチ５をダイ１１に最も近接させた状態で、各曲げ成形部の先端部が接触しないように構成されている。具体的には、ダイ１１の第２凸状部９ａは、パンチ５の第１凸状部３ａと第１凸状部３ｂとの間に形成される凹状の成形空間３ｄに対向配置される。同様に、ダイ１１の第２凸状部９ｂは、パンチ５の第１凸状部３ｂと第１凸状部３ｃとの間に形成される凹状の成形空間３ｅに対向配置される。そして、パンチ５をダイ１１に最も近接させた状態では、ダイ１１の各曲げ成形部は、対向配置された成形空間３ｄ、３ｅ内に位置することになる。

このように、ダイ１１の各曲げ成形部は対向配置された成形空間３ｄ、３ｅ内に位置するため、ストロークの最下点においてパンチ５とダイ１１が被成形品を挟んで対向すると、逆曲げ癖が発生するため、ストロークを最下点まで押し込むという構成ではないため、最下点においてパンチ５とダイ１１を押し付け合わせることで位置決めをするということができない。そこで、実施の形態の曲げ癖矯正装置１においては、このパンチ５とダイ１１が最も近接したときの相対位置をストッパ１３によって規制しているのである。この点を、上記のように構成されるパンチ５とダイ１１を搭載した曲げ癖矯正装置１を示す図１に基づいて詳細に説明する。

パンチ５は、固定台２１に傾斜させた状態で固定されている。ダイ１１はパンチ５に対向するようにして移動台２３に固定されている。移動台２３は、固定台２１に形成された傾斜面２５を移動してパンチ５と近づいたり離れたりする方向に移動可能になっている。移動台２３の上部には、移動台２３に対して下方に向かう力を作用させる例えば油圧シリンダ等（図示しない）が設置され、該油圧シリンダを駆動することによって、移動台２３が傾斜面２５に沿って移動する。
移動台２３には、パンチ５側に向けて突出する突出片２７が設けられており、この突出片２７はストッパ１３を構成する部材の一つである。
ストッパ１３は、図１に示すように、パンチ５が固定された固定台２１に設けた第１当接部１５と、ダイ１１が設置された移動台２３の突出片２７の先端に設けた第２当接部１７とを有している。移動台２３をパンチ５側に所定量移動させたときに第１当接部１５と第２当接部１７とが当接することによってパンチ５とダイ１１の相対移動量が規制される。
つまり、第１当接部１５と第２当接部１７の相対位置によってパンチ５とダイ１１が最も近接したときの相対位置が決定される。

第１当接部１５と第２当接部１７が当接することでパンチ５とダイ１１が最も近づいたときの相対位置を強制的に規制するようにしているので、移動台２３を所定のスピードで移動させた場合でもパンチ５とダイ１１の相対位置を所定位置に正確に規制することができ、それ故に、効率的なプレス成形が可能になる。

次に、図１に示した曲げ癖矯正装置１によってハット断面部材５１の曲げ癖矯正を行う方法を説明する。
ハット断面部材５１の曲げ癖矯正を行う際には、先ず、図２に示す曲げ癖５９の凸側がパンチ５と対向するように、ハット断面部材５１をパンチ５とダイ１１の間に配置する。

この状態からパンチ５に対してダイ１１を近づけるように移動させる。ダイ１１をパンチ５に近づけ、パンチ５の第１凸状部３ｂにより、ハット断面部材５１の曲げ癖５９を、押し込み量ΔＰだけダイ１１の第２凸状部９ａと９ｂとの間に形成された成形空間内へ押し込む。逆に言うと、押し込み量ΔＰだけダイ１１の第２凸状部９ａと９ｂとの間に形成された成形空間内へ押し込むと、ストッパ１３の第１当接部１５と第２当接部１７が当接することによって押し込み量ΔＰが実現される。ここでは、押し込み量ΔＰを０＜ΔＰ≦２ｔとする。

ここで、押し込み量ΔＰについて説明する。
押し込み量ΔＰは、ハット断面部材５１の板厚をｔとしたとき、第２凸状部９ａ及び９ｂの先端位置より板厚ｔだけ上方の位置に、第１凸状部３ｂの先端位置が位置した状態でΔＰ＝０となる。すなわち、図３（ａ）に示すように、第１凸状部３ｂの先端位置が曲げ癖５９の凸部の先端位置に当接している状態から、パンチ５を更に下降し、図３（ｂ）に示す状態となったときが押し込み量ΔＰ＝０である。また、この状態から更にパンチ５を下降し、図３（ｃ）に示すように、第１凸状部３ｂの先端位置が第２凸状部９ａ及び９ｂの先端位置より板厚ｔだけ下方の位置となった状態が押し込み量ΔＰ＝２ｔである。

上記のようにして、パンチ５及びダイ１１によって、ハット断面部材５１の曲げ癖５９を板厚方向で反対方向に曲げるように、ハット断面部材５１を変形させる。
このように、本実施形態では、３つの第１凸状部３ａ〜３ｃが設けられたパンチ５と、２つの第２凸状部９ａ、９ｂが設けられたダイ１１とによって、ハット断面部材５１の両面を板厚方向に押圧し、曲げ癖５９を矯正する。このとき、曲げ癖５９の凸側にパンチ５の第１凸状部３ａ〜３ｃ、曲げ癖５９の凹側にダイ１１の第２凸状部９ａ、９ｂが配置するようにし、第１凸状部３ｂを曲げ癖５９の凸部に凸側から当接させた状態で、ハット断面部材５１の曲げ癖５９に対して局所的に小変形を与える。

なお、各曲げ成形部の先端部を半径０＜Ｒ＜５［ｍｍ］のＲ形状とし、図２に示す第１凸状部３ａ及び３ｃと第１凸状部３ｂとの高さの差ΔＨをハット断面部材５１の板厚ｔ以下とする。さらに、曲げ癖矯正時には、ハット断面部材５１の曲げ癖５９の凸部の幅方向中央位置が第１凸状部３ｂの幅方向中央位置に対して−５ｍｍ〜＋５ｍｍの範囲内となるように、ハット断面部材５１を配置する。また、第１凸状部３ｂによる曲げ癖５９の押し込み量ΔＰを板厚ｔに対して０．５ｔ以上２ｔ以下とするのが好ましい。

以下、実施例により本発明の効果を具体的に説明する。
ここでは、図４に示す試験片３１に対して、図５に示す矯正実験装置３３を用いて曲げ癖を矯正する実験を行った。試験片３１としては、４４０ＭＰａ級を超える高強度鋼板（ハイテン）を用い、図４（ａ）に示すようにＶ字状に曲げ成形した後、曲げ加工部３１ａをリストライクし、その結果、図４（ｂ）に示すような曲げ癖３１ｂが残留している部材を適用した。なお、試験片３１の板厚はｔ［ｍｍ］とした。

矯正実験装置３３は、パンチ３５とダイ３７とを備える。パンチ３５は上述したパンチ５に相当し、ダイ３７は上述したダイ１１に相当する。したがって、パンチ３５は、第１凸状部３ａ〜３ｃにそれぞれ相当する第１凸状部３９ａ〜３９ｃを有する第１曲げ成形部３９を備え、ダイ３７は、第２凸状部９ａ及び９ｂにそれぞれ相当する第２凸状部４１ａ、４１ｂを有する第２曲げ成形部４１を備える。また、矯正実験装置３３にはストッパ４３が設けられている。

本発明例として、押し込み量ΔＰ＝２ｔ［ｍｍ］、第１凸状部３９ｂの先端位置と第１凸状部３９ａ及び３９ｃの先端位置との高さの差ΔＨ＝ｔ［ｍｍ］として矯正実験を行った。すなわち、パンチ３５をダイ３７に対して最も押し込んだ状態では、図６（ａ）に示すように、第１凸状部３９ｂの先端位置が、第２凸状部４１ａ及び４１ｂの先端位置に対して板厚ｔだけ下方に位置する。また、このとき、第１凸状部３９ａ及び３９ｃの先端位置と第２凸状部４１ａ及び４１ｂの先端位置とは同じ高さ位置となる。

また、比較例１として、押し込み量ΔＰ＝２ｔ［ｍｍ］、曲げ成形部の高さの差ΔＨ＝２ｔ［ｍｍ］として矯正実験を行った。この場合、パンチ３５をダイ３７に対して最も押し込んだ状態では、図６（ｂ）に示すように、上記実施例と同様に第１凸状部３９ｂの先端位置が、第２凸状部４１ａ及び４１ｂの先端位置に対して板厚ｔだけ下方に位置する。ところが、このとき第１凸状部３９ａ及び３９ｃの先端位置は、上記実施例とは異なり、第２凸状部４１ａ及び４１ｂの先端位置に対して板厚ｔだけ上方に位置することになる。

さらに、比較例２として、押し込み量ΔＰ＝２．５ｔ［ｍｍ］、曲げ成形部の高さの差ΔＨ＝ｔ［ｍｍ］として矯正実験を行った。この場合、パンチ３５をダイ３７に対して最も押し込んだ状態では、図６（ｃ）に示すように、第１凸状部３９ｂの先端位置が、第２凸状部４１ａ及び４１ｂの先端位置に対して１．５ｔ下方に位置する。また、このとき第１凸状部３９ａ及び３９ｃの先端位置は、第２凸状部４１ａ及び４１ｂの先端位置に対して０．５ｔ下方に位置する。

上記の条件でそれぞれ矯正実験を行い、矯正実験後の試験片３１の端面形状を調査した。その結果を図７に示す。図７において、横軸は曲げ癖３１ｂ（図４（ｂ））の凸部の幅方向中央位置を０としたときの試験片３１の幅方向位置、縦軸は矯正実験後の曲げ癖３１ｂの凸部の幅方向中央位置の高さを０としたときの試験片３１の高さ方向位置であり、実線Ａは本発明例、一点鎖線Ｂは比較例１、破線Ｃは比較例２の実験結果を示している。
図７を参照すると、本発明例では、曲げ癖が矯正されて試験片３１が凹凸の無いほぼ平らな部材となっていることがわかる。

一方、比較例１のように、押し込み量ΔＰが上記実施例と同じであっても、曲げ成形部の高さの差ΔＨが大きい、即ちパンチ３５の両側の第１凸状部３９ａ及び３９ｃの先端位置が第１凸状部３９ｂの先端位置よりも大幅に上方にあると、曲げ癖の両側が反り上がってしまい充分に平らに矯正できない。
また、比較例２のように、曲げ成形部の高さの差ΔＨが上記実施例と同じであっても、押し込み量ΔＰが大きいと曲げ癖とは逆方向の変形が生じてしまい、やはり満足できるほど平らに矯正できない。
したがって、押し込み量ΔＰ及び曲げ成形部の高さの差ΔＨは、ΔＰ＝２ｔ［ｍｍ］及びΔＨ＝ｔ［ｍｍ］をそれぞれ超えないように設定することが好ましい。
そこで、本実施形態では、押し込み量ΔＰを０＜ΔＰ≦２ｔ、曲げ成形部の高さの差ΔＨをΔＨ≦ｔに設定する。これにより、軟鋼と比較して著しく曲げ癖が発生しやすい高強度鋼板であっても、当該曲げ癖を適切に矯正することができる。

上記の実施例の説明から分かるように、曲げ癖矯正装置１においては、押し込み量ΔＰを正確に制御する必要がある。しかしながら、パンチ５とダイ１１は所定の押圧力で被成形品を押圧するため、従来のようにパンチ５とダイ１１のみで押し込み量ΔＰを正確に制御するのは難しく、特にプレス成形品を量産する場合のように、効率が要求される場合にはなおさらである。この点、本実施の形態においては、機械的なストッパ１３を設けており、強い押圧力で押しても機械的に押し込み量が強制的に規制されるようにしているので、大量生産にも適している。

以上のように、本実施形態の曲げ癖矯正装置１においては、３つの第１凸状部３ａ〜３ｃを有するパンチ５と２つの第２凸状部９ａ、９ｂが設けられたダイ１１とを用いて曲げ癖を矯正するようにしているので、特殊なプレス設備を用いることなく曲げ癖を矯正し、凹凸状の形状不良のないプレス部品を得ることができる。また、局所的に小変形を与えることでプレス成形品の曲げ癖を矯正するので、曲げ癖矯正に必要な荷重が小さくて済む。そのため、矯正対象の部品・部位及びプレス装置の制限が少ない。したがって、比較的容易且つ低コストで、局所的なＲ形状を持つ凸状の形状不良を平らな形状に矯正することができる。
さらにこのとき、曲げ成形部の高さの差ΔＨを板厚ｔ以下とすると共に、押し込み量ΔＰを板厚ｔに対して２ｔ以下とするので、曲げ癖の凸部両側の反り上がりや沈み込み、曲げ癖とは逆方向の変形等を防止して、曲げ癖を適正に平らな形状に矯正することができる。
またさらに、機械的なストッパ１３を設けており、強い押圧力で押しても押し込み量が第１当接部１５と第２当接部１７との当接によって強制的に規制されるようにしているので、複雑な制御を必要とせず大量生産にも適している。

なお、上記の実施の形態においては、曲げ癖が形成されるプレス成形品の例としてハット断面部材５１を例に挙げて説明したが、本発明の曲げ癖矯正装置は板金に形成された局所的なＲ形状の曲げ癖を矯正するものであり、曲げ癖が形成されるプレス成形品自体の形状に限定されるものでない。

１ 曲げ癖矯正装置
３ 第１曲げ形成部
３ａ、３ｂ、３ｃ 第１凸状部
３ｄ、３ｅ 成形空間
５ パンチ
９ 第２曲げ成形部
９ａ、９ｂ 第２凸状部
１１ ダイ
１３ ストッパ
１５ 第１当接部
１７ 第２当接部
２１ 固定台
２３ 移動台
２５ 傾斜面
２７ 突出片
３１ 試験片
３１ａ 曲げ加工部
３１ｂ 曲げ癖
３３ 矯正実験装置
３５ パンチ
３７ ダイ
３９ 第１曲げ成形部
３９ａ、３９ｂ、３９ｃ 第１凸状部
４１ 第２曲げ成形部
４１ａ、４１ｂ 第２凸状部
４３ ストッパ
５１ ハット断面部材
５３ 底壁
５５ 側壁
５５ａ 曲げ加工部
５７ 金型
５９ 曲げ癖

Claims (2)

1. 板金に形成された凸状のＲ形状の曲げ癖を矯正する板金の曲げ癖矯正装置であって、
   所定間隔で並設された３つの第１凸状部を有する第１曲げ成形部を備えたパンチと、前記第１曲げ成形部の間に形成される２つの凹状の成形空間に対向配置される２つの第２凸状部を有する第２曲げ成形部を備えたダイと、該ダイと前記パンチの相対移動量を規制するストッパとを備えてなり、
   前記第１曲げ成形部のうち中央の第１凸状部を、当該中央の第１凸状部の先端位置が両端の第１凸状部の先端位置に対して突出するように設けると共に、これら中央の第１凸状部と両端の第１凸状部の先端位置の差を前記板金の板厚以下に設定し、
   前記ストッパは、前記パンチ側に設けた第１当接部と前記ダイ側に設けた第２当接部とを有し、前記第１曲げ成形部の中央の曲げ成形部を前記板金の曲げ癖の凸部に凸側から当接可能に配置して、前記ダイと前記パンチによって前記板金の両面を板厚方向に予め設定した所定量移動させたときに、前記第１当接部と前記第２当接部とが当接することによって前記パンチと前記ダイの相対移動量を規制することを特徴とする板金の曲げ癖矯正装置。
2. 前記第１曲げ成形部の中央の第１凸状部により、前記曲げ癖凸側を前記成形空間内への押し込む量が、前記板金の板厚の２倍以下となるように前記ストッパにおける前記第１当接部と前記第２当接部との相対位置が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の板金の曲げ癖矯正装置。

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