后钢板弹簧吊耳工艺及钻2-30mm孔夹具设计【全套含CAD图纸、三维模型、工艺工序卡、说明书】
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机械制造技术基础课程设计说明书 设计题目 ：设计“后钢板弹簧吊耳”零件机械 加工工艺规程及工艺装备 设 计 者： 班级学号： 指导老师： 学院： 班级： 2012 年 7 月 4 日 机械制造工艺学课程设计任务书 题目：设计“后钢板弹簧吊耳”零件的机制加工工艺规程及工艺装备 内容： 1、零件图 1 张 2、毛坯图 1 张 3、机械加工工艺过程综合卡片 1 张 4、夹具装配图 1 张 5、夹具体零件图 1 张 6、课程设计说明书 1 份 原始资料 ：零件图样， Q=4000 台 /年， n=1 件 /台，每日一班 2012 年 07 月 - 1 - 引言 . - 2 - 2 后钢板弹簧吊耳加工工艺规程设计 . - 3 - 件的分析 . - 3 - 件的作用 . - 3 - 件的工艺分析 . - 4 - 后钢板弹簧吊耳的技术要求 . - 4 - 艺过程设计所应采取的相应措施 . - 5 - 钢板弹簧吊耳加工定位基准的选择 . - 5 - 定毛坯的制造形式 . - 5 - 基准的选择 . - 6 - 基准的选择 . - 6 - 艺路线的制定 . - 6 - 艺方案一 . - 6 - 艺方案二 . - 7 - 艺方案的比较与分析 . - 7 - 械加工余量、毛坯尺寸及工序尺寸的确定 . - 8 - 械加工余量毛坯尺寸 . - 8 - 定工序尺寸 . - 8 - 3 切削用量、时间定额的计算 . - 10 - 削用量的计算 . - 10 - 间定额的计算 . - 12 - 本时间. - 12 - 助时间的计算 . - 13 - 他时间的计算 . - 13 - 件时间. - 14 - 章小结 . - 14 - 4 加工 30工艺孔夹具设计 . - 14 - 工 30工艺孔夹具设计 . - 14 - 位方案的分析和定位基准的选择 . - 15 - 位误差分析 . - 15 - 削力的计算与夹紧力分析 . - 16 - 套、衬套、钻模板及夹具体设计 . - 16 - 具精度分析 . - 18 - 具设计及操作的简要说明 . - 18 - 具装配二维图 . - 19 - 具装配三维图 . - 20 - 章小结 . - 22 - 五、结 论 . - 23 - 六、参 考 文 献 . - 23 - 七、致 谢 . - 23 - - 2 - 设计后钢板弹 簧吊耳的机械加工工艺规程及工艺装备 1、 引言 机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的基本课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。然而夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹 具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求 ,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。 本次设计是对后钢板弹簧吊耳零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。后钢板弹簧吊零件的主要加工表面是平面及孔。由加工工艺原则可知，保证平面的加工精度要比保证孔的加工精度容易。所以本设计遵循先面后孔的原则。并将 孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证加工精度。基准选择以后钢板弹簧吊耳大外圆端面作为粗基准，以后钢板弹簧吊耳大外圆端面与两个工艺孔作为精基准。主要加工工序安排是先以后钢板弹簧吊耳大外圆端面互为基准加工出端面，再以端面定位加工出工艺孔。在后续工序中除个别工序外均用端面和工艺孔定位加工其他孔与平面。 - 3 - 2 后钢板弹簧吊耳加工工艺规程设计 件的分析 件的作用 按照设计要求给出的零件是 放牌汽车后钢板弹簧吊耳。后钢板弹簧吊耳的主要作用是载重后，使钢板能够得到延伸，伸展，能有 正常的缓冲作用。因此汽车后钢板弹簧吊耳零件的加工质量会影响汽车的工作精度、使用性能和寿命。汽车后钢板弹簧吊耳主要作用是减震功能、阻尼缓冲部分功能、以及导向功能。 图 钢板弹簧吊耳零件图 三维图如下图所示 - 4 - 件的工艺分析 后钢板弹簧吊耳的技术要求 加工表面 尺 寸 及 偏 差 公差 及精度等级 表 面 粗 糙 度 形位公差 两端面 孔 尺寸 端面 的外侧面2 50 孔 A 宽为 槽 50 - 5 - 由后钢板弹簧吊耳零件图知可将其分为两组加工 表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下： （ 1）以 60两外圆端面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：。 60外圆端面的铣削，加工 的孔，其中 60m ， 的孔表面粗糙度要求为 m （ 2）以 孔为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括： 2 的孔， 2 个 的孔、 2 个 孔的内外两侧面的铣削，宽度为4开口槽的铣削， 2 个在 同一中心线上数值为 的同轴度要求。其中2 个 的孔表面粗糙度要求为 m ， 2 个 m ， 2 个 孔的内侧面表面粗糙度要求为 m ， 2 个 孔的外侧面表面粗糙度要求为 50Ra m ，宽度为 4开口槽的表面粗糙度要求为50Ra m 。 艺过程设计所应采取的相应措施 由以上分析可知。采用 35 号钢，含碳量 属于优质碳素钢，该零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于该零件来说，加工过程中的主要问题是保证平面的尺寸精度以及孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。 该类零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工零件的基准平面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。后钢板弹簧吊耳的加工自然应遵循这个原则。这是因为平 面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。 后钢板弹簧吊耳零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。 钢板弹簧吊耳加工定位基准的选择 定毛坯的制造形式 零件材料为 35 钢。由于生量已达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可以采用铸造成型，这对提高生产效率，保证加工质量也是有利的。 - 6 - 基准的选择 粗基准选择应当满足以下要求： （ 1） 粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。 （ 2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致 的组织，以增加耐磨性。 （ 3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。 （ 4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。 （ 5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。 为了满足上述要求，基准选择以后钢板弹簧吊耳大外圆端面作为粗基准，先以后钢板弹簧吊耳大外圆端面互为基准加工出端面，再以端面定位加工出工艺孔。在后续工序中除个 别工序外均用端面和工艺孔定位加工其他孔与平面。 基准的选择 精基准的选择主要考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应当进行尺寸换算。 艺路线的制定 由于生产类型为中批生产，应尽量使工序集中来提高生产率，除此之外，还应降低生产成本。 艺方案一 表 工艺方案一表 工序 1： 铣 60两外圆端面 工序 2： 钻，扩，铰 孔，倒角 0 工序 3： 铣 孔的内侧面 - 7 - 工序 4： 铣 孔的外侧面 工序 5： 钻，扩，铰 孔，倒角 1 45 工序 6： 钻，扩孔 工序 7： 铣宽度为 4开口槽 工序 8： 终检 艺方案二 表 工艺方案二表 工序 1： 以 60的圆柱面以及一个端面为粗基准车床加工 60另外一个端面，以及用车床尾座进行钻孔 工序 2： 以加工完的 60的圆柱面以及端面为精基准加工另外一个端面 工序 3： 钻床 扩，铰 孔，倒角 0 工序 4： 钻，扩，铰 孔，倒 角 1 45 工序 5： 铣 孔的内侧面 工序 6： 铣 孔的外侧面 工序 7： 钻，扩孔 工序 8： 铣宽度为 4开口槽 工序 9： 终检 艺方案的比较与分析 工艺方案一与工艺方案二的关键不同的两个地方在于 60 的内外表面与孔的加工顺序。 方案二车床加工车削 60的端面与内孔，可以保证垂直度的要求，但是相对于方案一，需要装夹两次，定位比较麻烦。而且由于 的内孔的粗糙度要求比较高，还需要扩孔以及铰孔处理。方案一铣床铣削两侧端面，可以保证平行度，孔加工可以一次性在钻床上面加工完。 的两侧面以及孔的加工顺序应该遵循先面后孔的原则，若先加工孔，加工余量更大，加工时间耗时更多，加工路线就不合理。综上所述，合理具体加工艺如下： 工序 1： 铣 60两外圆端面 工序 2： 钻，扩，铰 孔，倒角 0 - 8 - 工序 3： 铣 孔的内侧面 工序 4： 铣 孔的外侧面 工序 5： 钻，扩，铰 孔，倒角 1 45 工序 6： 钻，扩孔 工序 7： 铣宽度为 4开口槽 工序 8： 终检 械加工余量、毛坯尺寸及工序尺寸的确定 械加工余量毛坯尺寸 “后钢板弹簧吊耳”零件材料为 35 钢，硬度 149 187，生产类型为中批量生产，采用锻造毛坯。 参考金属加工工艺及工装设计书本 毛坯图 如下 定工序尺寸 （ 1 端的其中的一个侧面，以另一侧面为定位基准 - 9 - 名称 加工余量 基本尺寸 加工经济精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 粗铣 2 78 胚尺寸 - 80 - 80 - （ 1 端的其中的一另一个侧面，以加工后的那面作为精基准 名称 加工余量 基本尺寸 加工经济精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 粗铣 2 76 76 2）工 孔： 名称 加工余量（双） 基本尺寸 加工经济精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 铰孔（粗 7 孔 孔 35 35 - （ 3）铣 孔的内侧端面： 名称 加工余量（双） 基本尺寸 加工经济精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 粗铣 4 胚尺寸 - - （ 4）铣 孔的外侧 两端面 以加工后的内侧面为定位的基准 名称 加工余量 基本尺寸 加工经济精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 粗铣 2 22 2 5）加工 孔： - 10 - 名称 加工余量（双） 基本尺寸 加工经济精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 铰孔（粗 0 孔 孔 28 28 - （ 6）加工 孔： 名称 加工余量（双） 基本尺寸 加工经济精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 扩孔 - - 钻孔 - （ 7）铣宽度为 4开口槽： 名称 加工余量 基本尺寸 加工经济精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 粗铣 4 4 切削用量、时间定额的计算 削用量的计算 以工序 1 为例：粗铣 60两外圆端 确定切削用量 机床：立式铣床 具：高速钢圆柱形铣刀 63d 粗齿数 6Z ，细齿数 10Z （ 1）、粗铣 铣削深度 每齿进给量设计指南 表 5知，取 0 /fa m m Z铣削速度 V ： 取 ( 2 0 4 0 ) / m i ， - 11 - 机床主轴转速 n ：01000Vn d 取 V =30, 0d=63 代入公式得： n 1 0 0 0 3 0 ( 1 0 1 2 0 1 ) / m i 1 4 6 3 r 根据表 5 60 r 实际铣削速度 V ： m 01 0 0 0 1 6 01 0 0 00 工作台每分进给量mf：m z wf f ， 6Z ，60n 代入公式得： 工作台每分进给量m 取 0 以工序 5 钻 扩 铰 孔为实例，确定切削用量 机 床：立式钻床 具：麻花钻（ 45 度的主偏角）、扩孔钻、铰刀、锪钻 1）背吃刀量的确定 取 3。（双边余量） 2）进给量的确定 零件材料为低刚度零件，故进给量应乘系数 f r，取 f=r 根据表 4以查到选取该工步的每转进给量。 3）切削速度的计算 由表 4工件材料为 35 钢中碳钢的条件选取，切削速度 v 可取为m 。由 可求得该工序钻头转速 22 ，参照课程设计指南表 5列 立式钻床的主轴转速，选取转速 50 。再将此转速代入公式（ 5可求出该工序的实际钻削速度： m i n/2 2 . 01000/i n/5021000/ 。 1）背吃刀量的确定 取 2）进给量的确定 由表 5取该工步的每转进给量 。 - 12 - 3）切削速度的计算 由指南 表 5工件材料为 35 钢的条件选取，切削速度 v 可取为m 。由 可求得该工序钻头转速 11 ，参照表 5列立式钻床的主轴转速，取转速 85 。再将此转速代入公式， 可求出该工序的实际钻削速度： m i n/ 0 0/i n/1851 0 0 0/ 。 1）背吃刀量的确定 取 2）进给量的确定 查设计指南表 5以查到每转进给量处于 间，可以选取该工步的每转进给量 。 3）切削速度的计算 根据课程设计指南表 5以知道，主轴转速处于 5照表4列 立式钻床的主轴转速， 3 。再将此转速代入公式，可求出该工序的实际钻削速度： m i n/i n/631000/ 。 45 采用 90 锪钻。为缩短辅助时间，取倒角是的主轴转速与扩孔时相同：，手动进给。 间定额的计算 本时间以工序 7 钻 扩 铰 孔为例 1）钻孔工步 钻孔的基本时间可由公式 )(/ 21 求得。式中 2 ； 2 ；r o 51(c o t2 ；0. 2 8 ； m 50 。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间 4m i n )/250/)24 . 522( 。 以上为钻一个孔的机动时间，故本工序机动工时是 821 。 2）扩孔工步 扩孔的基本时间可由公式 )(/ 21 求得。式中 2 ； 2 ；; 81 ； - 13 - r o 1(c o 1 ； ；85 。 将 上 述 结 果 代 入 公 式 ， 则 该 工 序 的 基 本 时 间j 1 4 . 3m i n )/185/) 。 以上为扩一个孔的机动时间，故本工序机动工时是 。 3）铰孔工步（因为分粗铰和精铰。所以铰孔工步时长为两倍 0 铰孔的基本时间可由公式 )(/2 21 求得。式中 2 ； 2 ；0 ; ；r o 1(c o 1 ； ；3 。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间j 8 2 . 4m i n )/63/0 . 6/() 。 以上为铰孔工步的机动时间，故本工序机动工时是 。 助时间的计算 工序 5 钻 扩 铰 孔 辅助时间 基本时间 间的关系为 （ 这里取 则： 工序 5 钻孔工步的辅助时间： t = 48s= 工序 5 扩孔工步的辅助时间： t = 工序 5 铰孔工步的辅助时间： t = 其他时间的计算 除了作业休息时间（基本时间与辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于该工件的生产类型为中批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作地时间 作业时间的2%7%，休息与生理需要时间 作业时间的 2%4%，均取为 3%，则各工序的其它时间 - 14 - （ 可按关系式 (3%+3%) ( 计算，则： 工序 5 钻 扩 铰 孔 工序 5 钻孔工步的其他时间： 6% （ 48s+= 工序 5 扩孔工步的其他时间： 6% （ = 工序 5 铰孔工步的其他时间： 6% （ = 件时间工 序 5 单件时间中 钻孔工步：18s+孔工步：2孔工步：3 因此，工序 9 的单件时间 章小结 本章主要是对后钢板弹簧吊耳的加工工艺进行设计。先要明确零件的作用 ，本次设计的后钢板弹簧吊耳的主要作用就是载重后，使钢板能够得到延伸，伸展，能有正常的缓冲作用。确定了零件的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸后，就可以对零件的工艺路线进行分析，制定出几套工艺方案，然后对这几套方案进行分析比较，选择最优方案，最后进行时间定额计算及 生产安排。优良的加工工艺是能否生产出合格，优质零件的必要前提，所以对加工工艺的设计十分重要，设计时要反复比较，选择最优方案 . 4 加工 30工艺孔夹具设计 工 30工艺孔夹具设计 本夹具主要用来钻、铰两个工艺孔 30。，表面粗糙度要求，表面粗糙度为 1.6 m ， 与端面垂直。并用于以后 工中的定位。其加工质量直接影响以后各工序的加工精度。本道工序为后钢板弹簧吊耳加工的第五道工序，本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求， - 15 - 以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。 位方案的分析和定位基准的选择 由零件图可知，两工艺孔位于零件 24R 内外侧面上，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与侧面垂直。为了保证所钻、铰的孔与侧面垂直并保证两工艺孔能在后续的孔加工工序中使 孔的加工余量均匀。根据基准重合、基准统一原则。在选择两工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即粗、精铣顶面工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择 60外圆端面和与 37之配合的心轴 (大平面短销）为主要定位基准限制工件的五个自由度，用一个活动的支承钉限制工件的另一个自由度。采用螺母夹紧。以及一个活动的支承钉来作为辅助支承。 位误差分析 本工序选用的工件以圆孔在间隙心轴上定位，心轴为垂直放置，由于定位副间存在径向间隙，因此必将引起径向基准位移误差。不过这时的径向定位误差不再只是单向的了，而是在水平面内任意方向上都有可能发生，其最大值也比心轴水平放置时大一倍。见下图。 0 . 0 3 1 0 . 0 2 1 0 . 0 1 2 0 . 0 6 4Y x Y y d - 16 - 式中 定位副间的最小配合间隙（ 工件圆孔直径公差（ 心轴外圆直径公差（ 图 心轴垂直放置时定位分析图 削力的计算与夹紧力分析 由于本道工序主要完成工艺孔的钻、扩、铰加工，而钻削力远远大于扩和铰的切削力。因此切削力应以钻削力为准。由切削手册得： 钻削力 式（ 4 钻削力矩 式（ 4 式中： 30D m a x m a x m i 8 7 1 8 7 1 4 9 1 7 433H B H B H B H B 10 f m m r 代入公式（ 4（ 4 0 . 8 0 . 62 6 3 0 0 . 3 2 1 7 4 6 8 9 6 1 . 9 0 . 8 0 . 61 0 3 0 0 . 3 2 1 7 4 5 6 3 2 0T N m m 本道工序加工工艺孔时，夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧立计算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求。 套、衬套、钻模板及夹具体设计 工艺孔的加工需钻、扩、铰三次切削才能满足加工要 求。故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：工艺孔 分钻、扩、铰三个工步完成加工。即先用 28的麻花钻钻孔，根据 84 的规定钻头上偏差为零，钻套孔径为 。再用 标准扩孔钻扩孔，根据 84 扩孔钻的尺寸为 0 ，钻套尺寸为 。最后用 30的标准铰刀铰孔，根据 84 的规定标准铰刀尺寸为 。 - 17 - 图 换钻套图 铰工艺孔钻套结构参数如下表： 表 铰工艺孔钻套数据表 d H D 1D 2D h 1h r 公称尺寸 允差 30 30 40 9 46 16 7 28 36 65 衬套选用固定衬套其结构如图所示： 图 固定衬套图 - 18 - 其结构参数如下表： 表 固定衬套数据表 d H D C 1C 公称尺寸 允差 公称尺寸 允差 40 + 42 46 + 2 夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构见夹具装配图 2 所示。 具精度分析 利用夹具在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统。它们之间 相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。因此在夹具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算。 本道工序加工中主要保证两工艺孔尺寸 及同轴度公差 及表面粗糙度 1.6 m 。本道工序最后采用精铰加工，选用 84 铰刀，直径为 ，并采用钻套，铰刀导套孔径为 0 90 130d m m ，外径为 0 30 240D m m。固定衬套采用孔径为 ，同轴度公差为 。 该工艺孔的位置度应用的是最大实体要求。即要求：（ 1）、各孔的实际轮廓受最大实体实效边界的控制即受直径为 3 0 0 . 0 1 2 9 . 9 9 的理想圆柱面的控制。（ 2）、各孔的体外作用尺寸不能小于最大实体实效尺寸 30。（ 3）、当各孔的实际轮廓偏离其最大 实体状态，即其直径偏离最大实体尺寸 30时可将偏离量补偿给位置度公差。（ 4）、如各孔的实际轮廓处于最小实体状态即其实际直径为 时，相对于最大实体尺寸30的 偏 离 量 为 ， 此 时 轴 线 的 位 置 度 误 差 可 达 到 其 最 大 值0 . 0 1 0 . 0 4 3 0 . 0 5 3 。 工艺孔的尺寸 ，由选用的铰刀尺寸 满足。 工艺孔的表面粗糙度 1.6 m ，由本工序所选用的加工工步钻、扩、铰满足。 具设计及操作的简要说明 由零件图可知，两工艺孔位于零件 24R 内外侧面上，其有尺寸精度要求和表面粗 - 19 - 糙度要求并应与侧面垂直。为了保证所钻、铰的孔与侧面垂直并保证两工艺孔能在后续的孔加工工序中使 孔的加工余量均匀。根据基准重合、基准统一原则。在选择两工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即粗 、精铣顶面工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择 60外圆端面为主要定位基面以限制工件的三个自由度，以 37孔限制工件的两个自由度，用一个挡块定位限制工件的另一个自由度。 具装配二维图 - 20 - 具装配三维图 - 21 - - 22 - 章小结 在本章中，夹具主要用来加工后钢板弹簧吊耳 30工艺孔
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