KR20100111179A - 자동차 드라이브 플레이트 및 이의 제조 방법 - Google Patents

자동차 드라이브 플레이트 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 자동차 드라이브 플레이트의 제조 방법은, 강판 준비 단계(ST10), 블랭킹단계(ST15), 가열 단계(ST20), 이송 단계(ST30), 드로잉가공 단계(ST41)와 피어싱 단계(ST42)를 포함하는 프레스 경화 단계(ST40), 템퍼링 단계(ST50), 쇼트 피닝 단계(ST60) 및 내경부 가공 단계(ST70)를 거쳐 제조된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 자동차 드라이브 플레이트의 제조 방법에 따르면, 프레스 경화를 이용한 프레스 경화 단계에서 강판의 드로잉, 피어싱을 포함하는 성형공정을 거쳐 복수의 구멍이 형성된 드라이브 플레이트 형상으로 성형됨에 따라 제조공정이 크게 단순화되면서 제조원가절감을 도모하고, 프레스 경화 설비의 금형 내부에서 강판을
Figure 112009020690448-PAT00001
칭(Quenching)하므로, 열변형 및 뒤틀림을 방지하여 품질이 우수한 자동차 드라이브 플레이트를 제조할 수 있다.
드라이브 플레이트, 프레스금형, 강판, 블랭킹, 피어싱, 드로잉

Description

자동차 드라이브 플레이트 및 이의 제조 방법{AUTOMOBILE DRIVE PLATE AND MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 프레스 경화를 이용한 자동차 드라이브 플레이트의 제조 방법 및 이에 의해 제조되어 강도가 우수한 자동차 드라이브 플레이트에 관한 것이다.
본 발명은 자동차 드라이브 플레이트 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프레스 경화를 이용한 자동차 드라이브 플레이트의 제조 방법 및 이에 의해 제조되어 특성이 우수한 자동차 드라이브 플레이트에 관한 것이다.
자동차 드라이브 플레이트는 토크 컨버터(torque converter)와 엔진의 크랭크샤프트(crankshaft)를 체결하여 동력을 변속기에 전달하는 기능성 부품으로 엔진 및 변속기 사양에 따라 여러 가지 형태를 가진다.
트랜스액슬 케이스(transaxle case)(10)에 장착된 자동차 드라이브 플레이트(12)가 도 1에 도시되어 있으며, 현재 사용되는 자동차 드라이브 플레이트(12a, 12b)의 다양한 예가 도 2에 도시되어 있다.
자동차 드라이브 플레이트는 상기한 바와 같이 엔진의 회전을 변속기에 전달하는 기능을 하기 때문에 평면도 또는 평행도같은 형상 특성, 치수 정밀도, 내피로 성, 인성 등의 여러 가지 특성이 우수할 것이 요구된다. 이를 만족하기 위하여 자동차 플레이트는 매우 정밀하게 성형되어야 하며 열처리 또한 매우 엄격한 조건에서 수행되어야 한다.
종래 기술에 따른 자동차 드라이브 플레이트의 제조 방법을 도 3을 참조하여 설명한다.(표 1의 비교재 1 및 비교재 2)
먼저, 철강 코일을 레벨링하여 강판을 준비하고 이를 블랭킹, 굽힘 가공을 포함하는 드로잉 가공, 피어싱 및 리스트라이킹(restriking)을 수행하여 소정 형상의 자동차 드라이브 플레이트로 성형한다. 이어서 자동차 드라이브 플레이트 형상으로 성형된 강판에 오스템퍼링(austempering)을 수행한다. 오스템퍼링은 자동차 드라이브 플레이트를 메쉬 벨트(mesh belt)형 연속로 또는 배취(batch)로에서 오스테나이트 영역까지 가열한 후 250~450℃ 정도로 유지된 염욕로로 급냉시켜 베이나이트로 등온 변태시킨 후 공냉하는 열처리를 말한다.
이러한 오스템퍼링에 의하면 강판의 잔류 응력, 균열, 치수 변화 및 비틀림 현상이 적고, 강판의 인성과 피로강도를 효과적으로 향상시킬 수 있다. 오스템퍼링한 강판의 1300~1400MPa의 인장 강도, 1050~1150MPa의 항복 강도, 9~12%의 연신율, 420~450의 비커스 경도를 가진다.
이어서, 강판에 지그 템퍼링 또는 프레스 템퍼링을 수행한다. 오스템퍼링을 수행할 때 강판에 극심한 열변형이 발생되는데, 이 지그 템퍼링과 프레스 템퍼링은 이 열변형을 보정하기 위하여 수행되는 것으로 강판을 보정하여 평면도를 확보하는공정이다.
지그 템퍼링은 오스템퍼링한 강판을 적층한 다음 대략 450℃에서 10톤 정도의 힘으로 가압한 후 쐐기로 보정하는 방식이며, 프레스 템퍼링은 450℃로 가열된 금형으로 오스템퍼링한 강판을 하나씩 가압하면서 보정하는 방식이다. 지그 템퍼링여 평면도 확보에도 유리하다. 일반적으로 지그 템퍼링은 오스템퍼링에서 메쉬 벨트형 연속로를 사용한 경우에 수행되며, 프레스 템퍼링은 오스템퍼링에서 배취로를 사용한 경우에 수행된다. 이어서 강판에 쇼트피닝 및 내경부 가공을 수행하여 자동차 드라이브 플레이트의 제조를 완료한다.
이와 같이 종래 기술에 따른 자동차 드라이브 플레이트의 제조 방법에서는 오스템퍼링 시 발생된 열변형의 방지를 위해 지그 템퍼링 또는 프레스 템퍼링 등의 가압이 필요한 템퍼링을 더 수행하여야 하므로 공정이 매우 복잡하다. 이에 따라 자동차 드라이브 플레이트의 제조 비용이 증가하고 생산성이 저하되는 문제가 있다.
한편, 본 출원인은 상기한 종래의 문제점을 개선하고자, 특허 등록번호 2006-24741호 및 특허 등록번호 2006-24742호, 특허 공개번호 2007-94579, 특허 공개번호 2007-94580호에서 자동차 드라이브 플레이트를 포함한 자동차용 부품을 프레스 경화를 이용하여 제조공정을 단순화하면서 제조 비용을 크게 절감시키기 위한 기술을 선출원하여 등록 및 공개된바 있지만, 제조공정 중에 블랭킹, 드로잉 및 피어싱공정이 프레스경화공정과 구분되어 각각의 프레스장치에서 수행됨에 따라 제조공정 단축효과를 극대화하지 못하는 실정이다.
이에 따라 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안 된 것으로서, 보다 상세하게는 단순한 공정으로 형상 및 특성이 우수한 자동차 드라이브 플레이트를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징은, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자동차 드라이브 플레이트의 제조 방법은,
(a) 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 보론(B), 바나듐(V) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 원소가 함유된 강판을 준비하는 단계(ST10);
(b) 상기 강판을 드라이브 플레이트 형상으로 블랭킹하는 단계(ST15);
(c) 상기 강판을 오스테나이트 영역에 해당하는 온도로 가열하는 단계(ST20);
(d) 상기 강판을 프레스금형으로 급속히 이송하는 단계(ST30); 및
(e) 상기 강판을 프레스금형에서 급속 냉각시키는 것과 동시에 드로잉(ST41), 피어싱(ST42)을 포함하는 공정을 거쳐 복수의 구멍이 형성된 드라이브 플레이트 형상으로 성형하는 프레스 경화단계(ST40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 강판은 0.8~0.9중량%의 탄소(C), 0.35중량%이하의 규소(Si), 0.5중량% 이하의 망간(Mn), 0.25중량% 이하의 니켈(Ni), 0.30중량% 이하의 크롬(Cr), 0.25중량% 이하의 구리(Cu)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 자동차 드라이브 플레이트의 제조 방법은, 상기 (e) 단계 이후에 상기 강판을 150℃ 내지 500℃로 템퍼링하는 단계(ST50)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 템퍼링하는 단계 이후에, 상기 강판에 쇼트 피닝(ST60) 및 레이저가공을 통하여 구멍 내경부를 정삭가공(ST70)하거나 정위치에 구멍을 신규가공(ST72)하는 을 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.
또한, 상기 (e) 단계에서 상기 프레스 경화 설비의 금형 내부에 냉각 물질이 순환되는 상태에서 상기 강판이 성형되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (c) 단계에서 상기 강판은 800℃ 내지 1000℃의 온도로 가열되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (c) 단계에서 상기 강판은 배취(batch)로, 연속로 및 회전로, 유도가열로로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 가열로에서 가열되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 제조 방법에 의해 제조된 본 발명에 따른 자동차 드라이브 플레이트는 인장 강도가 1200MPa 내지 1700MPa인 것을 특징으로 한다.
이와 같이 본 발명에 따른 자동차 드라이브 플레이트의 제조 방법에 따르면, 프레스 경화를 이용한 프레스 경화 단계에서 강판의 드로잉, 피어싱을 포함하는 성형공정을 거쳐 복수의 구멍이 형성된 드라이브 플레이트 형상으로 성형됨에 따라 제조공정이 크게 단순화되면서 제조원가절감을 도모하고, 프레스 경화 설비의 금형 내부에서 강판을
Figure 112009020690448-PAT00002
칭(Quenching)하므로, 열변형 및 뒤틀림을 방지하여 품질이 우수한 자동차 드라이브 플레이트를 제조할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 자동차 드라이브 플레이트의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
표 1은 본 발명의 자동차 드라이버 플레이트의 제조방법을 종래기술과 비교한 것이다.
[표 1]
Figure 112009020690448-PAT00003
표 1을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본원발명에 따른 자동차 드라이브 플레이트의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.(표 1의 본 발명)
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 자동차 드라이브 플레이트의 제조 방법은 강판 준비 단계(ST10), 블랭킹단계(ST15), 가열 단계(ST20), 이송 단 계(ST30), 드로잉가공 단계(ST41)와 피어싱 단계(ST42)를 포함하는 프레스 경화 단계(ST40), 템퍼링 단계(ST50), 쇼트 피닝 단계(ST60) 및 내경부 가공 단계(ST70), 신규가공(ST72)를 거쳐 제조된다.
설명의 편의를 위하여 모든 가공, 열처리 등이 모두 수행된 강판을 자동차드라이브 플레이트라고 칭하고, 그 외의 강판은 자동차 드라이브 플레이트로 성형된 경우라도 강판이라고 칭한다.
상기 각 단계를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
1. 강판 준비 단계(ST10)
먼저, 강판 준비 단계(ST10)에서는 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 보론(B), 바나듐(V), 니켈(Ni) 등의 경화능 향상 원소가 적어도 하나 함유된 강판을 준비한다. 강판은 이 외에도 다른 원소를 포함할 수 있음은 물론이다.
이러한 경화성능 향상 원소 중 보론의 함유량은 각기 0.0005중량% 내지 0.005중량%일 수 있다. 보론이 0.0005중량% 미만으로 함유되는 경화능 향상 효과가 크지 않으며, 보론이 0.005중량%를 초과하여 함유되는 경우에는 인성을 저하시킬 수 있기 때문이다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 자동차 드라이브 플레이트에 필요한 특성을 고려하여 함유량을 조절할 수 있음은 물론이다.
또는, 상기 강판은 0.8~0.9중량%의 탄소(C), 0.35중량% 이하의 규소(Si), 0.5중량% 이하의 망간(Mn), 0.25중량% 이하의 니켈(Ni), 0.30중량% 이하의 크롬(Cr), 0.25중량% 이하의 구리(Cu), 기타 불가피한 원소 및 잔부 철(Fe)로 구성되는 STC5(SK85)강일 수 있다. 상기 규소(Si), 망간(Mn), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 구 리(Cu)는 적어도 미세한 양이 포함될 수 있으며, 즉 이러한 원소의 상기 중량%의 하한은 0은 아니다.
그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 자동차 드라이브 플레이트에 필요한 특성을 고려하여 함유량을 조절할 수 있음은 물론이다.
상기 크롬, 몰리브덴, 보론, 바나듐, 니켈 등의 경화능 향상 원소는 강판의 경화능을 향상시켜 프레스 경화 단계(ST40) 이후에 자동차 드라이브 플레이트의 주조직이 마르텐사이트가 될 수 있도록 한다. 이에 대해서는 프레스 경화 단계(ST40)에서 좀더 상세하게 설명한다.
2. 블랭킹 단계(ST15)
이어서, 상기 강판을 펀치와 다이를 포함한 구성으로 이루어진 프레스장치에 투입하고, 강판을 적당한 크기로 블랭킹한다.
3. 가열 단계(ST20)
이어서, 가열 단계(ST20)에서 자동차 드라이브 플레이트 형상으로 블랭킹된 강판을 가열로에 넣고 가열한다. 이 때, 이후 공정인 이송 단계(ST30)에서의 온도 저하 및 강판의 탄소 함량 등을 고려하여 800℃ 내지 1000℃ 온도까지 가열하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 가열로로는 메쉬 벨트형 연속로, 전기나 가스를 열원으로 하는 배취로 또는 회전로, 유도가열로를 이용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 가열로를 이용할 수 있음은 물론이다.
4. 이송 단계(ST30)
이어서, 이송 단계(ST30)에서 강판을 프레스 경화 설비로 이송한다. 강판의 이송 시간이 길어지면 강판의 온도가 낮아져프레스 경화 이후에 강판 내부에 페라이트, 펄라이트, 베이나이트 등이 생성되어 강도를 저하시킬 수 있다. 따라서, 강판의 성분을 고려하여, 상기의 강도 저하를 방지할 수 있는 속도로 강판을 이송하는 것이 바람직하다.
즉, 강판을 펄라이트 또는 페라이트 상이 생기지 않는 한도 내에서의 속도로 이송하는 것이 바람직하며, 가능한 한 가장 빠른 속도로 이송하는 것이 더욱 바람직하다.
여기서, 강판은 로봇을 이용하여 이송하거나 수작업으로 이송할 수 있다. 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 방법으로 강판을 이송할 수 있다.
5. 프레스경화단계(ST40)
이어서, 프레스경화단계(ST40)는 강판을 프레스금형에서 급속 냉각시키는 것과 동시에 드로잉(ST41), 피어싱(ST42)을 포함하는 공정을 거쳐 복수의 구멍이 형성된 드라이브 플레이트 형상으로 성형한다.
프레스 경화 단계(ST50)에서는 프레스금형에서 급속 냉각을 통하여 프레스 경화를 수행한다. 여기서, 프레스 경화라 함은 강도가 낮고 연성이 우수한 고온에서 강판을 프레스 성형함과 동시에 냉각된 금형에 의해 강판을 칭하는 것을 말하며, 당업계에서는 프레스 담금질, 프레스
Figure 112009020690448-PAT00004
칭, 다이
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칭, 열간 프레스 성형, 핫 프레스 포밍 등으로 불리우기도 한다.
프레스 성형과 함께 강판을
Figure 112009020690448-PAT00006
칭하기 위하여 다양한 방법이 적용될 수 있다. 일례로, 금형 내부에 냉각 물질을 순환시키면서 프레스 성형하는 방법이 있다.
여기서, 냉각 물질이라 함은 냉각수, 냉각오일 등의 물질을 말한다.
본 실시예에서는 경화성능이 우수한 성형된 강판을
Figure 112009020690448-PAT00007
칭하여, 성형된 강판의 주조직이 높은 강도의 마르텐사이트가 되도록 한다. 이에 따라 제조된 자동차 드라이브 플레이트가 높은 강도를 가질 수 있도록 한다.
본 실시예에서는 금형 내부에서
Figure 112009020690448-PAT00008
칭이 이루어지므로 금형이 성형된 강판의 열변형 및 이에 따른 뒤틀림을 효과적으로 방지한다. 결과적으로 본 실시예에 따르면 우수한 형상 및 특성을 갖는 자동차 드라이브 플레이트를 제조할 수 있다.
본 실시예에서 강판을 금형장치에서
Figure 112009020690448-PAT00009
칭하는 공정 중에 드로잉(ST41), 피어싱(ST42)을 동시에 수행하는 바, 여기서 드로잉(ST41)는 강판에 굽힘 가공을 포함하는 드로잉 가공을 수행하는 단계이고, 피어싱 단계(ST42)는 구멍을 가공하는 단계이다.
이때, 드로잉(ST41), 피어싱(ST42)을 포함하는 프레스경화단계(ST40)는 단일의 금형장치에서 수행된다.
그리고, 드로잉(ST41), 피어싱(ST42)은 공정 순서를 달리하거나, 이들 공정이 동시에 수행될 수도 있다.
또한, 드로잉, 피어싱과 동일한 기능을 수행하는 공정이라면, 용어에 한정되지 않고 이러한 공정을 나타내는 것으로 해석할 수 있음을 물론이다.
이어서, 프레스 경화가 완료되면 프레스 경화 설비의 금형에서 강판을 취출한다. 강판이 상온에 도달한 후에 금형에서 취출하는 것 이 바람직하지만, 생산성 향상을 위해 오스테나이트에서 마르텐사이트로의 변태가 완료된 온도 직하에서 강판을 취출하는 것도 무방하다.
이어서, 템퍼링 단계(ST50)에서 강판을 템퍼링한다. 프레스 경화 직후의 강판은 취성이 있으므로 비교적 저온에서 템퍼링하여 인성을 향상시킨다. 템퍼링 온도는 강도 저하가 크지 않으면서 인성을 증가시킬 수 있도록 150℃ 내지 500℃인 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니며 강판의 성분에 따라 템퍼링 온도를 적절히 조절할 수 있다.
이어서, 쇼트 피닝 단계(ST60)에서 강판에 쇼트 피닝을 하여 표면 특성과 피로 특성을 향상시킨 후, 강판에 내경부 정삭가공단계(ST70)를 수행하여 구멍을 정밀가공하거나, 도 4의 흐름도와 같이 신규가공(ST72)을 수행하여 구멍을 정위치에 신규로 가공하게 된다.
이때, 신규가공(ST72)공정을 통하여 구멍을 신규로 가공함에 따라 상기 (e)단계에서 강판의 변형으로 인한 구멍 치수오차발생이 방지되면서 정밀도가 향상된다.
한편, 신규가공(ST72)공정을 수행시에는 상기 (e)단계의 피어싱(ST42)공정에서 자동차 드라이브 플레이트의 중앙에 형성된 구멍만을 가공하고, 중앙 구멍을 중심으로 주변에 형성되는 구멍은 신규가공(ST72)공정을 통하여 레이저가공으로 구멍을 신규로 가공하게 된다.
본 실시예에 따른 자동차 드라이브 플레이트의 제조 방법은, 오스템퍼링 및, 이러한 오스템퍼링 열처리 시 발생된 열변형방지를 위해 수행되는 가압 템퍼링을 생략할 수 있어 공정을 단순화할 수 있다. 이에 따라 자동차 드라이브 플레이트의 제조 비용이 절감됨과 아울러 생산성이 크게 향상되는 이점이 있다.
도 1은 트랜스액슬 케이스에 장착된 자동차 드라이브 플레이트를 나타낸 도면이다.
도 2는 자동차 드라이브 플레이트의 다양한 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본원발명에 따른 자동차 드라이브 플레이트의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본원발명의 일실시예에 따른 자동차 드라이브 플레이트의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.

Claims (8)

  1. 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자동차 드라이브 플레이트의 제조 방법은,
    (a) 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 보론(B), 바나듐(V) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 원소가 함유된 강판을 준비하는 단계(ST10);
    (b) 상기 강판을 드라이브 플레이트 형상으로 블랭킹하는 단계(ST15);
    (c) 상기 강판을 오스테나이트 영역에 해당하는 온도로 가열하는 단계(ST20);
    (d) 상기 강판을 프레스금형으로 급속히 이송하는 단계(ST30); 및
    (e) 상기 강판을 프레스금형에서 급속 냉각시키는 것과 동시에 드로잉(ST41), 피어싱(ST42)을 포함하는 공정을 거쳐 복수의 구멍이 형성된 드라이브 플레이트 형상으로 성형하는 프레스 경화단계(ST40);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 드라이브 플레이트 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 강판은 0.8~0.9중량%의 탄소(C), 0.35중량%이하의 규소(Si), 0.5중량% 이하의 망간(Mn), 0.25중량% 이하의 니켈(Ni), 0.30중량% 이하의 크롬(Cr), 0.25중량% 이하의 구리(Cu)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 드라이브 플레이트 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 자동차 드라이브 플레이트의 제조 방법은, 상기 (e) 단계 이후에 상기 강판을 150℃ 내지 500℃로 템퍼링하는 단계(ST50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 드라이브 플레이트 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 템퍼링하는 단계 이후에, 상기 강판에 쇼트 피닝(ST60)공정을 수행하고, 레이저가공을 통하여 구멍 내경부를 정삭가공(ST70)하거나 구멍을 신규가공(ST72)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 드라이브 플레이트 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서 상기 프레스 경화 설비의 금형 내부에 냉각 물질이 순환되는 상태에서 상기 강판이 성형되는 것을 특징으로 하는 자동차 드라이브 플레이트 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 상기 강판은 800℃ 내지 1000℃의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 자동차 드라이브 플레이트 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 상기 강판은 배취(batch)로, 유도가열로, 연속로 및 회전로로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 가열로에서 가열되는 것을 특징으로 하는 자동차 드라이브 플레이트 제조 방법.
  8. 제 1항, 제 3항, 제4항 중 어느 한항에 있어서,
    상기의 제조 방법에 의해 제조된 본 발명에 따른 자동차 드라이브 플레이트는 인장 강도가 1200MPa 내지 1700MPa인 것을 특징으로 하는 자동차 드라이브 플레이트.
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KR20200050780A (ko) * 2018-11-02 2020-05-12 주식회사 엠에스 오토텍 핫스탬핑 금형 및 방법

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