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侧弯支架冷冲压工艺及级进模设计

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侧弯支架冷冲压工艺及级进模设计

摘要金属板料冲压是一种在工业生产中应用广泛的加工方法。随着现代各行各业突飞猛进的发展,金属件的结构复杂,精度高,需求量多,加上对生产的安全性、操作的方便性,加工的经济性等要求也日益提高,采用单工位模具已经无法满足生产的需要,许多制造商均采用多工位级进模进行生产。因此,多工位级进模在国内外模具制造业中应用日趋广泛。多工位级进模是在普通级进模的基础上发展起来的一种模具,是当代所有模具中冲压功能最多、结构最复杂、生产效率和自动化程度最高的一种冲模。在多工位级进模结构设计过程中,首先必须设计级进模的总装结构,然后再在此基础上进行模具其他零部件的设计。本模具采用切废料方式进行冲裁,故模具结构采用冲孔、导正、弯曲、落料的工序设计,排样采用单排横排排列。本论文分析了侧弯支架的冲压工艺性,介绍了侧弯支架多工位级进模总体结构设计,对工件进行了展开计算,确定了工件加工成型的工艺方案和排样方案,对模具进行了工艺计算,根据计算结果进行了凸模、凹模、垫板、导料板、卸料板、镶块等主要零部件的设计,还根据各标准对模具中用到的其他标准件,如模架、导柱导套等,进行了选择与设计。实践证明该模具结构合理、可靠,并能保证产品质量,对此类零件的级进模设计有参考价值。关键词侧弯支架;冲压工艺;排样;连续模ABSTRACTSHEETMETALSTAMPINGISAWIDELYUSEDMETHODININDUSTRIALPRODUCTIONWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFMODERNBUSINESSES,THESTRUCTUREOFTHEMETALPIECESBECOMESMOREANDMORECOMPLEXTHEMETALPIECESALSONEEDTOHAVEHIGHACCURACYATTHESAMETIME,THEDEMANDSOFTHEPRODUCTIONSECURITY,THEEASEOFOPERATION,THEECONOMYOFPROCESSINGAREINCREASINGSINGLESTAGEMOLDSCAN’TMEETTHETHENEEDSOFPRODUCTIONMANYMANUFACTURERSUSETHEMULTIPOSITIONPROGRESSIVEDIEINPRODUCTIONTHEREFORE,MULTIPOSITIONPROGRESSIVEDIESAREUSEDINCREASINGLYWIDESPREADINTHEDIEMANUFACTURINGATHOMEANDABROADMULTIPOSITIONPROGRESSIVEDIEISDEVELOPEDBASINGONTHEGENERALPROGRESSIVEDIEITHASTHEMOSTPRESSINGFUNCTION,THEMOSTCOMPLEXSTRUCTURE,PRODUCTIVITYANDTHEHIGHESTDEGREEOFAUTOMATIONINTHEDESIGNOFTHEMULTIPOSITIONPROGRESSIVEDIE,WEMUSTDESIGNTHEASSEMBLYSTRUCTUREOFTHEPROGRESSIVEDIEANDTHEN,WEDESIGNOTHERCOMPONENTSOFITTHISMOLDADOPTSTHEBLANKING,CUTTINGWASTEWAYSOTHEMOULDSTRUCTUREISPUNCH,GUIDE,BENDING,BLANKINGPROCESSDESIGN,LAYOUTUSINGSINGLESIDEBYSIDEARRANGEMENTINTHISPAGE,IANALYZEDTHESTAMPINGPROCESSOFASCOLIOSISBRACKET,ASWELLASDESIGNOFTHEVERALLSTRUCTUREIALSODIDTHECALCULATIONOFTHEWORKPIECE,DETERMINEDTHEWORKPIECE’SFORMINGPROCESSANDTHENESTINGPROGRAMANDDIDACALCULATIONOFTHEMOLDPROCESSAFTERTHAT,IDESIGNEDTHEDIEINALLASPECTSTHEAPPLICATIONSHOWSTHATTHEDIEISFEASIBLEANDRELIABLEINSTRUCTUREANDCANENSURETHEQUALITYOFTHEPRODUCTSKEYWORDSSCOLIOSISBRACKET;STAMPINGPROCESS;LAYOUTDESIGN;PROGRESSIVEDIEV目录摘要IABSTRACTII目录V1绪论111课题研究的目的和意义112国内外的发展概况213本课题应达到的要求52冲压工艺设计621冲压件简介622冲压的工艺性分析623冲压工艺方案的确定8231冲压模具类型8232冲压工艺分析和计算83侧弯支架连续模设计1031模具结构1032确定其搭边值1133确定排样图11331送料步距与带料宽度11332排样方案1334材料利用率计算1335凸、凹模等刃口尺寸的确定14351冲孔凸、凹模刃口尺寸计算14352成形侧刃凸、凹模刃口尺寸计算16353小凸形凸、凹模刃口尺寸计算18354大凸形凸、凹模刃口尺寸计算19355凹形凸、凹模刃口尺寸计算20356长矩形凸、凹模刃口尺寸计算21357短矩形凸、凹模刃口尺寸计算22358切断凸、凹模刃口尺寸计算23359前弯曲凸、凹模刃口尺寸计算243510后弯曲凸、凹模刃口尺寸计算253511左右弯曲凸、凹模刃口尺寸计算253512中间切舌凸、凹模刃口尺寸计算2636冲压力计算26361冲孔部分冲压力27362成形侧刃冲压力28363切废料部分冲压力28364弯曲部分冲压力29365切舌弯曲部分冲压力29366切断部分冲压力30367总冲压力3037压力机选用3138压力中心计算3139模具主要零部件的结构设计32391凹模结构及设计32392圆凸模1的结构设计34393圆凸模2的结构设计34394方形凸模的结构设计35395成形侧刃的结构设计36396小凸形凸模的结构设计36397大凸形凸模的结构设计37398凹形凸模的结构设计38399长矩形凸模的结构设计383910短矩形凸模的结构设计393911前弯曲凹模镶块的结构设计403912前弯曲凸模的结构设计403913U型弯曲半凹模的结构设计413914弯曲切断组合凸模的结构设计423915切舌弯曲凸模的结构设计423916切断弯曲凸凹模的结构设计433917卸料板设计443918凸模固定板设计443919凸模垫板设计453920凹模垫板设计463921挡块设计46310标准件确定473101模架确定473102上模螺钉确定473103上模销确定473104下模螺钉确定473105下模销确定473106卸料螺钉确定483107卸料弹簧设计483108U型弯曲顶件弹簧设计483109U型弯曲推件弹簧设计4831010切舌弯曲顶件弹簧设计48VII31011U型弯曲凸模固定螺钉确定4931012大凸形凸模固定螺钉确定4931013挡块固定螺钉确定4931014小导柱确定4931015凹模上小导套2确定4931016卸料板上小导套1确定4931017抬料销确定4931019抬料销弹簧设计5031020挡块销确定50311模具闭合高度、校验压力机504结论与展望5141结论5142不足之处及未来展望51致谢52参考文献53侧弯支架冷冲压工艺及级进模设计11绪论11课题研究的目的和意义冲压是指靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力,使之产生塑性变形或分离,从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冷冲压是在常温下,利用冲压模在压力机上对板料或热料施加压力,使其产生塑性变形或分离从而获得所需形状和尺寸的另件的一种压力加工方法。冲压是高效的生产方法,采用复合模,尤其是多工位级进模,可在一台压力机(单工位或多工位的)上完成多道冲压工序,实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高,劳动条件好,生产成本低,一般每分钟可生产数百件。与机械加工及塑性加工的其它方法相比,冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。(1)冲压加工的生产效率高,且操作方便,易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工,普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次,高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上,而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。(2)冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度,且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。(3)冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件,如小到钟表的秒表,大到汽车纵梁、覆盖件等,加上冲压时材料的冷变形硬化效应,冲压的强度和刚度均较高。(4)冲压一般没有切屑碎料生成,材料的消耗较少,且不需其它加热设备,因而是一种省料,节能的加工方法,冲压件的成本较低。对冲压生产而言,单工位模具结构单一,生产效率低,而且钣金零件不能过于复杂,否则就需要多副单工位模具才能实现。如果采用级进模进行冲压生产,就可以改变这些缺点。级进模的特点是生产效率高,生产周期短,占用的操作人员少,非常适合大批量生产。冲压级进模是在条料的送料方向上,具有两个以上的工位,并在压力机一次行程中,在不同的工位上完成两道或两道以上的冲压工序的冲模。它在一副模具上的不同区域完成多道冲压成型工序的一种精密、高效、复杂的冲压模具,在一副模具内可以完成零件的冲裁、翻边、弯曲、拉深、立体成形等工艺。级进模是多工序冲模,在一副模具内,可以包括冲裁、弯曲、成形和拉深等多种多道工序,具有比复合模更高的劳动生产率,也能生产相当复杂的冲压件;级进模操作安全,因为人手不必进入危险区域;级进模设计时,工序可以分散。不必集中在一个工位,不存在复合模中的“最小壁厚”问题。因而模具强度相对较高,寿命较长。级进模易于自动化,即容易实现自动送料,自动出件,自动叠片;级进模可以采用高速压力机生产,因为工件和废料可以直接往下漏;使用级进模可以减少压力机,减少半成品的运输。车间面积和仓库面积可大大减小。但级进模结构复杂,制造精度高,周期长,成本高。因为级进模是将工件的内、外形逐次冲出的,每次冲压都有定位误差,较难稳定保持工件内、外形相对位置的一次性。但精度高的零件,并非全部轮廓的所有内、外形相对位置要求都高,可以在冲内形的同一工位上,把相对位置要求高的这部分轮廓同时冲出,从而保证零件的精度要求。无锡太湖学院学士学位论文冲压工艺及模具设计在制造行业中占有十分重要的地位,在机械、电子、汽车、航空以及轻工业等领域有广泛的应用。由于冲压加工具有生产率高、生产成本低、操作简单、适合大批量生产等优点,在制造业中有着广阔的发展前景,因而需要大量的工程技术人员去从事和研究冲压工艺和模具设计方面的内容。国外发达国家对冲压加工技术的应用、研究和开发都比较重视,我国也非常重视冲压技术人才的培养。通过对所给零件的冲压模具设计,可以促进我们专业知识的巩固,增长见识,拓宽知识面,巩固和加强机械制图、机械设计、冲压模具设计与制造等专业理论知识在实际生产中的应用,培养我们综合运用所学过的知识分析、解决实际工程问题的能力,为今后的学习和工作积累经验,奠定良好的基础。我们研究冲压模的主要目的是熟悉冲压工艺及模具设计,了解级进模的加工过程,培养我们分析和解决问题的能力,做到熟练进行中等单独的机械结构设计,并对机械原里、机械设计、机械制造技术基础及CAD的专业课程内容进行巩固。并对级进模进行深入的了解。级进模是一种高效率、高精度、长寿命的模具,是在普通模的基础上发展起来的。级进模是冲模发展的方向之一,是技术密集型模具的代表。这种模具不仅可以完成冲孔落料工作,还可根据零件结构的特点完成压筋、弯曲、冲窝、拉深等成形工序,还可以在模具中完成装配。与单冲模,复合模等其他冲压模具相比,级进模具有生产率高,精度高的特点。级进模的冲裁速度很高,在配合高速冲床、开料机、自动送料机的设备的情况下可以达到300次/分,而且可以实现自动叠铆等工序,减少了人工成本。在当前经济形势下,对大多数企业来说,降低成本就是提高自己的竞争力。12国内外的发展概况模具的出现可以追溯到几千年前的淘气烧制和青铜器铸造,但其大规模应用却是随着现代工业的崛起而发展起来的。全球主要模具生产国包括亚洲地区的日本、韩国与大陆,以及美洲地区的美国、欧洲地区的德国。技术先进国家如日本、美国、德国等,对于高精度与复合性模具开发,不论在设计能力或制造技术上,均有领先的地位,同时也拥有训练精良的技术研发人才。在中国,人们已经越来越认识到模具在制造中的重要地位,认识到模具技术水平的高低,已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志,并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。许多模具企业十分重视技术发展,加大了用于技术进步的投资力度,将技术进步视为企业发展的重要动力。我国模具工业是19世纪末20世纪初随着军火和钟表业引进的压力机发展起来的。从那时到20世纪50年代初,只是用简单的加工手段进行制造。在以后的几十年中,随着国民经济的大规模发展,模具业进步很快。当时我国大量引进苏联的图纸,设备和先进经验,其水平不低于当时工业发达的国家。直到20世纪70年代末,由于错过了世界经济发展的大浪潮,我国模具业没有跟上世界的步伐。到了80年代,改革开放使中国经济迅速发展,模具业重新得到快速发展,逐渐赶上国际先进水平。同时在近半个世纪以来,我国的冷冲压工艺得到了迅速的发展。在一些工厂中,建立了具有现代规模和技术先进的冷冲压生产车间,并建立了专门研究冷冲压技术的科研机构侧弯支架冷冲压工艺及级进模设计3及专业性工厂,培养了大批从事冷冲压生产的科技人员,广泛地开展了冷冲压生产的科技及学术活动,编辑出版了各种冷冲压技术资料,从而使冷冲压生产技术得到了迅速发展。冲压加工的工艺和设备正在不断地发展,例如精密冲裁、冷挤压、多工位自动冲压、高速成形、液压成形、超塑冲压等,把冷冲压生产技术提高到了新的水平。并且,模具加工工艺及模具材料也相应地在不断革新,例如采用钢结硬质合金、硬质合金或低熔点合金浇注模具、采用电加工技术及计算机制造冲模等以适用于不同的生产条件。从而使冲压生产的产品质量、劳动生产率大大提高,成本也大幅度下降。如今,随着计算机技术的飞速发展,一些工业先进国家的模具制造行业已广泛采用数控机床加工模具,以提高模具制造精度和生产效率。在此基础上,又开始应用模具辅助设计与制造CAD/CAM技术,进一步提高模具的设计与制造水平。一、冲压模具市场情况日本的模具产能约占全球的40,居世界第一位,每年向国外出口大量模具。现在模具市场竞争日趋激烈,因此日本模具业也在努力降低生产成本。模具行业是人力成本较高的行业,日本的人力成本是中国及东南亚地区的十几倍,而人力成本中有70以上是非核心技术人员。我国冲压模具无论在数量上,还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展,但与国发经济需求和世界先进水平相比,差距仍很大,一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口,特别是中高档轿车的覆盖件模具,目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模,已趋供过于求,市场竟争激烈。据中国模具工业协会发布的统计材料,2008年我国冲压模具总产出约为610亿元,其中出口25亿美元,约合172亿元根据我国海关统计资料,2004年我国共进口冲压模具561亿美元,约合466亿元。从上述数字可以得出2004年我国冲压模具市场总规模约为2666亿元其中国内市场需求为2604亿元,总供应约为2138亿元,市场满足率为82。在上述供求总体情况中,有几个具体情况必须说明一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具,而出口模具大部分是技术含量较低中的中低档模具,因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满足率,这些模具的发展已滞后于冲压件生产,而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率;二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多,具有一定的竟争力,因此其在国际市场前景看好,2005年冲压模具出口达到146亿美元,比2004年增长947就可说明这一点;三是近年来港资、台资、外资企业在我国发展迅速,这些企业中大量的自产自用的冲压模具无确切的统计资料,因此未能计入上述数字之中。二、中外模具发展近年来,我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。精度达到12ΜM,寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到RA≤15ΜM的精冲模,大尺寸(Φ≥300MM)精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。欧洲分析人士表示“目前,欧洲模具业已越来越感受到来自中国同行所带来的影响和压力,预计到2018年,中国将一跃成为全球最大的模具制造业基地之一。”据相关研究部门调查得知,欧洲模具设计和生产的时间要分别比中国快44和61左无锡太湖学院学士学位论文右,但中国模具设计和生产的成本却只有欧洲同行的91,因为中国的劳动力成本低廉,对部分国外客户有着很强的吸引力。同时,欧洲及世界各国之间的模具竞争也相应加剧,像德国近两年半内的模具整体价格就下降了25左右。据统计,前些年全球58的模具是由德国等西欧国家生产,中国等亚洲国家的比例只占到1,但今后东欧国家的模具将会有较大幅度的增长,而亚洲国家的生产比例将提高至22左右。这位教授高兴地说,鉴于中国廉价劳动力成本的优势和整体经济持续快速发展的良好势头,中国模具发展的前景将十分广阔。“但这并不意味着中国发展的一切都是那么的理想和完美”亚力山大认为,因为中国的市场过早地陷入了价格战的误区,还缺乏自主创新的能力,没有相应地建立起诚信可靠的市场体系,特别是有65的欧洲客户觉得中国模具的价格虽低但质量不好。一种比较理想的解决方法是,加强中欧双方的合作,由欧洲国家出订单和图纸,中国模具企业具体负责完成设计及加工制作,并在此过程中不断学习欧洲先进的技术及管理理念,加快工业化的改造,努力提高企业自身的核心优势和竞争力。如在提高客户满意度方面,企业除了在价格低廉上做文章外,更重要的是要求交货时间短,产品质量好,诚信度高,尽可能让他们了解产品的研发、设计及生产的全过程企业要明确自己的主攻方,加强相互之间的合作,及时有效地对客户的需求作出反应。模具企业间竞争日趋激烈亟需制定发展战略。目前,我国模具业规模仅次于日本和美国,但大多集中在中低档领域,技术水平和附加值偏低。据中国模具工业协会提供的数据,我国制造业急需的精密、复杂冲压模具、塑料模具、轿车覆盖件模具和电子接插件等电子产品模具,仍然大量依靠进口,模具产品的进出口逆差超过10多亿美元。在国家产业政策的正确引导下,经过几十年努力,现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平,包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。虽然如此,我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这一些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面,无论在设计还是加工工艺和能力方面,都有较大差距。轿车覆盖件模具,具有设计和制造难度大,质量和精度要求高的特点,可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平,模具结构周期等方面,与国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具,是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具,已基本达到国际水平。但总体上和国外多工位级进模相比,在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上,仍存在一定差距。汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完美,高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。NC、DNC技术的应用越来越成熟,可以进行倾角加工超精加工。这些都提高了模具面加工精度,提高了模具的质量,缩短了模具的制造周期。模具表面强化技术也得到广泛应用。工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可,碳化物被覆处理(TD处理)及许多镀(涂)层技术在冲压模具上的应用日益增多。真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。侧弯支架冷冲压工艺及级进模设计513本课题应达到的要求零件冲压模具设计原始资料及设计技术要求如下(1)设计技术要求如下1材料厚度15MM;2生产批量100万件;3保证毛刺不大于004MM;4允许各折弯处设计折弯槽,宽为15MM,深尽可能短;5各折弯处内测半径为075MM。(2)指导思想利用所学知识,根据冲压件复杂结构形状等信息,进行级进模结构的设计,并在CAXA等软件下绘制模具结构图,提高我们对专业知识的综合运用能力,准确地把握模具行业的发展方向。无锡太湖学院学士学位论文2冲压工艺设计21冲压件简介形状和尺寸如下图所示。材料为Q235,板材厚度15MM。零件图如下图21零件图从图中可见,主要是弯曲和冲裁。22冲压的工艺性分析冲压工艺分析主要考虑产品的冲压成形工艺,最主要的是包括技术和经济两方面内容。在技术方面,根据产品图纸,主要分析零件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求;在经济方面,主要根据冲压件的生产批量,分析产品成本,阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。因此工艺分析,主要是讨论在不影响零件使用的前提下,能否以最简单最经济的方法冲压出来。(1)影响冲压件工艺性的因素很多,从技术和经济方面考虑,主要因素①工件主要是以弯曲为主,部分冲孔。②工件展开后外形为平板形状,适宜冲裁工件。③工件没有悬壁。④工件存在孔与孔之间、孔与边缘之间的距离。查文献1,P145,表322孔与孔之间、孔与边缘之间距离的许可值得,孔与孔之间的距离C≥07T105MM,105MM<9MM;孔与边缘之间的距离C≥12T18MM,18MM<4MM,故可以冲裁。⑤工件有冲孔,查文献1,P145,表320用自由凸模冲孔的最小尺寸,因Τ<400MPA,D≥T,41MM>15MM,故可以冲裁。侧弯支架冷冲压工艺及级进模设计7⑥材料为普通碳素钢Q235,是常见的冲压材料。⑦工件尺寸要求不是很高,尺寸未注公差按M级处理。⑧生产批量,一般来说,大批量生产时,可选用连续和高效冲压设备,以提高生产效率;中小批量生产时,常采用简单模或复合模,以降低模具制造费用。综上所述,此工件适宜冲裁。(2)本冲压件工艺分析如下1.图形分析形状较复杂,展开后相对不是很复杂,主要是落料、冲孔、弯曲。2.尺寸分析尺寸公差要求一般,未注公差尺寸均取M级。3.材料Q235,是常见的冲裁材料。零件用的是厚15MM的Q235碳素钢。力学性能抗拉强度ΣBMPA455(查参考文献2P411页,表71)抗剪强度ΤMPA345伸长率Δ10%2125屈服点ΣSMPA240表21黑色金属的力学性能2材料名称牌号材料状态抗剪强度Τ/(MPA)抗拉强度ΣB/MPA)伸长率Δ10/)屈服强度ΣS/MPA)普通碳素钢Q235未退火3103804404702125240Q2754005005806201519280优质碳素结构钢10已退火2603403004402921020280400360510252504544056055070016360黄铜H62软态26030035380半硬态30038020200H68软态24030040100半硬态28035025锡磷青铜锡锌青铜QSN6525QSN43软26030038140硬48055035特硬50065012550由于零件展开一个平面形状,内部有2个孔,外部是长方形弯曲,边缘带圆角。关键是展开、冲孔、弯曲和落料。4.批量一年生产100万件是批量生产。5.冲压工序落料、冲孔、弯曲。6.冲裁间隙根据料厚T15,再查表22冲裁模初始双面间隙(即参考文献3,P20页,表210),得无锡太湖学院学士学位论文双面间隙Z=0132~0240MM。表22冲裁模初始双面间隙Z3材料厚度T08、10、15,0

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