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基于CATIA的台虎钳虚拟装配与工程图设计【全套含有CAD图纸三维建模】
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包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 本科毕业设计（论文） 题 目 基于 台虎钳 虚拟装配与工程图设计 姓 名 专 业 学 号 指导教师 郑州科技学院电气工程学院 二一六年四月 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 I 摘 要 台虎钳，又称虎钳，台虎钳。台虎钳是用来夹持工件的通用夹具。装置在工作台上，用以夹稳加工工 件，为钳工车间必备工具。转盘式的钳体可旋转，使工件旋转到合适的工作位置。 台虎钳 是一种在工作台上用来夹持工件、以便于对工件进行加工的夹具。台虎钳装配图采用了俯视图、主视图、三维立体图和一个表示单独零件的爆炸视图来表达。主视图采用了全剖视图，反映台虎钳的工作原理和零件间的装配关系。俯视图反映了固定钳身的结构形状。 根据使用条件的不同，加工环境的不同，人们还会对台虎钳进行进一步的改进创新和功能的拓展，会有越来越多不同的结构使台虎钳的使用功能多样化、全面化。 关键词： 台虎钳 ,传动 ,夹紧力基于 台虎钳虚拟装配 与工程图设计 as is to on to be so is to is a is to in to of a a a of to of to of be on be 于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 录 摘 要 . I . 1 章 绪论 . 1 虎钳的工作原理 . 1 虎钳的使用要求 . 1 虎钳的用途 . 2 虎钳的正确使用和保养 . 2 用虎钳的注意事项及发展 . 2 课题研究任务 . 4 容 . 4 格和主要参数 . 4 求 . 4 业设计（论文）的工作内容 . 4 第 2 章 绍及应用 . 5 空航天 . 7 车工业 . 8 船工业 . 10 房设计 . 11 工和装配 . 12 费品 . 13 第 3 章 总体方案的设计 . 15 虎钳结构 . 15 作原理 . 15 项分析 . 16 态分析 . 16 彩分析 . 16 机关系分析 . 16 艺分析 . 17 基于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 4 章 各组成部分的设计 . 18 定钳座的设计 . 18 动钳身的结构设计 . 19 口板的结构设计 . 20 定钳口板用螺钉的结构设计 . 21 母的选择设计 . 21 的选择设计 . 22 杆的结构设计 . 22 杆 的强度校核计算 . 23 片的选择设计 . 23 第 5 章 台虎钳的主要零件的加工工艺 . 25 定钳身加工 . 25 纸分析 . 25 工工艺路线的总体设计 . 26 坯设置 . 27 口板加工 . 29 纸分析 . 29 工工艺路线的总体设计 . 29 坯设置 . 29 定螺钉的加工 . 29 纸分析 . 29 件的基准分析 . 30 工工艺路线的总体设计 . 30 动钳口加工 . 30 纸分析 . 30 工工艺路线的总体设计 . 31 杠加工 . 32 纸分析 . 32 件的基准分析 . 32 工工艺路线的总体设计 . 32 基于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 V 第 6 章 台虎钳的使用说明书 . 33 总 结 . 38 致 谢 . 39 参考文献 . 40 基于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 1 第 1 章 绪论 虎钳的工作原理 活动钳身通过导轨与固定钳身的导轨孔作滑动配合。丝杆装在活动钳身上，可以旋转，但不能轴向移动，并与安装 在固定钳身内的丝杆螺母配合。当摇动手柄使丝杆旋转，就可带动活动钳身相对于固定钳身作进退移动，起夹紧或放松工件的作用。在固定钳身和活动钳身上，各装有钢质钳口，并用螺钉固定，钳口的工作面上制有交叉的滚花，使工件夹紧后不易产生滑动，且钳口经过热处理淬硬，具有较好的耐磨性。固定钳身装在夹紧座上，并能绕转座轴心线转动，当转到要求的方向时，扳动手柄使夹紧螺钉旋紧，便可在夹紧盘的作用下把固定钳身固紧。底座上有三个螺栓孔，用以通过螺栓和钳台固定。 机械加工中，台虎钳是较为常见的装夹工具，它分机用和手用两种， 都是利用两钳 口作定位基准，靠丝扛、螺母传送机械力的原理进行工作的。台虎钳结构简单，装夹迅速。加工时省时省力，提高了加工效率、加工精度、产品质量。普通台虎钳的主要功能是夹紧工件，以使加工方便、快捷。本论文利用普通台虎钳的特性，对其使用功能进行了拓展，如充当划线平台、绕制弹簧、校正小钢材等。使台虎钳的功能更加全面化。 根据使用条件的不同，加工环境的不同，人们还会对台虎钳进行进一步的改进创新和功能的拓展，会有越来越多不同的结构使台虎钳的使用功能多样化、全面化。 虎钳的使用要求 作时两个夹紧螺钉必须扳紧，保证钳身没有松动现象，以免损坏台钳和影响加工质量。 母或钳身因受力过大而损坏。 尽量使力量朝向固定钳身，否基于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 2 则丝杠和螺母会因受到过大的力而损坏。 光滑面上作业不要在活动钳身的光滑平面上进行敲击作业，以免降低活动钳身与固定钳身的配合性能。 母和其他活动表面的清洁。 虎钳的用途 台虎钳是钳工必备的工具 ,也是钳工名称的来源 ,因为钳工的大部分工作都是在虎钳上完成的 ,如锯 , 锉 ,錾以及零件的装配和拆装。 台虎钳的用途：装在工作台上夹持零件，为钳工车间必备的夹具。 虎钳的正确使用和保养 台虎钳的正确使用 须使用固定钳身的钳口工作面处于钳台边缘之外，以保证可以夹持长条形工件 从而顺利的加工。 允许用双手的力量来夹紧或放松手柄力度，决不允许用套管接长手柄或用锤子敲击，以免损坏机件。 准用锤子敲击，以免降低它与固定钳身的配合性能。 动手柄使夹紧螺钉旋紧，工作时应保证钳身无松动现象。否则易损坏台虎钳和影响工作质量。 台虎钳的保养 台发生锈蚀。 用虎钳的注意事项及发展 1. 要安全正确使用，工作结束 要及时清理工作台和台虎钳铁屑。 一、台虎钳生产所需的钢铁等原材料涨价了，从 2010年下半年开始台虎钳行业所需的一些原料就陆续涨价。 二、台虎钳的市场需求不断加大。虽然现在数控机床等大型的高科技设备基于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 3 补大型加工机械的一些不足。 三、生产成本提高了。 从比较直观的角度去分析了一下 台虎钳是机械加工和钳工装配或维修所必备的辅助工具。主要由活动钳口、固定钳口、丝杆和固定钳身 4部分组成。丝杆起松紧作用。转式台虎钳的钳体可在水平方向作 360旋转 ,并能在钳工操作所需位置固定。有些转式台虎钳还可在垂直或水平方向作任意旋转。一般情况下，台虎钳都带有便于锤打用的砧板。 其规格用钳口宽度来表示，常用规格有 100125150。 使用注意事项： （ 1）夹紧工件时要松紧适当 ， 不得借助其他工具加力。 （ 2）强力作业时，应尽量使力朝向固定钳身。 （ 3）不许在 滑 动钳身和光滑平面上敲击作业。 （ 4）对丝杠、螺母等活动表面应经常清洗、润滑，以防生锈。 图 1 各式各样的台虎钳 台虎钳是对现有螺纹传动台虎钳的改进，主要用于成批生产。它能实现快速夹紧与快速松开，且能保证夹紧力大小。这样就可以避免过去要夹紧一个较薄的零件时，因夹紧力没有办法确定调式的时间，同时因能实现快速夹紧与快速松开，从而大大的提高生产效率。 钳工用台虎钳，是现在市场所没有的。一、根据现在生产核技术越来越高，生产精度越高，同时也是生产越来越精巧，夹紧力 也要求越来越准确，不能过大过小。但传统的台虎钳所产生的夹紧力是根据师傅的经理来保证的，因此极图 2平面油压虎钳 基于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 4 有可能会产生以上的不足而使废品率提高，根据生产的需要，特此设计一套适合加工的钳工用台虎钳。二、传统的台虎钳工作效率比较低，传统台虎钳是螺纹传动，无法实现快速夹紧与松开，使得生产效率比较低。现有的台虎钳基本上用在铣床上，能实现快速夹紧与松开，但是要配有一个机动的动力源，如果用在钳工上就成本太高，所以不适用。新设计的钳工用台虎钳，不但可以实现快速夹紧与松开的同时，系统的动力源为手动，这样相对于机床用的台虎钳来说成本比较低 ，只比传统台虎钳的成本高不了多少。 钳工用台虎钳有以上优点，新的台虎钳的问世是迟早的问题，是必然的趋势。 课题研究任务 容 1）普通台虎钳的方案设计； 2）普通台虎钳的总装图的绘制（含技术要求、明细表）； 3）普通台虎钳的主要零件图绘制； 4）设计说明书编写。 格和主要参数 本工程设计名称：台虎钳 本普通台虎钳的规格 : 钳口最大张开度 100钳口的平行度、两钳口对导轨面的垂直度： 00 要求 1）独立完成的详细设计； 2）图纸绘制和标注应符合国家或行业标准； 3）设计或论文应在教学计划所规定的时间内完成； 4）论文书面材料的形成应符合学院相关规定。 业设计（论文）的工作内容 1）普通台虎钳的方案设计； 2）普通台虎钳的总装图的绘制（含技术要求、明细表）； 3）普通台虎钳的主要零件图绘制； 4）设计说明书编写。 基于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 5 第 2 章 绍及应用 英文 缩写。 是 世界 上一种主流的 体化软件。在 70 年代 为了第一个用户， 应运而生。从 1982 年到 1988 年， 继发布了 1 版本、 2 版本、 3 版本，并于 1993 年发布了功能强大的 4 版本，现在的 件分为 本和 本两个系列。 本 应用 于 台， 本应用于 种平台。 本的 开发 开始于 1994年。为了使软件能够易学易用， 94 年开始重新开发全新的5 版本，新的 本界面更加友好，功能也日趋强大，并且开创了件的一种全新风格。 法国 世界著名的航空航天 企业 。其产品以幻影 2000 和阵风战斗机最为著名。 产品开发商 立于 1981 年。而如今其在 及 域内的领导地位，已得到世界范围内的承认。其销售利润从最开 始的一百万美圆增长到现在的近二十亿美圆。雇员人数由 20 人发展到 2， 000 多人。 法国 司的 体化软件，居世界 域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械 制造、电子 电器、消费品行业，它的集成解决 方案 覆盖所有的产品设计与制造领域，其特有的 子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和 生产 力的提高。 供方便的解决方案，迎合所有 工业 领域的大、中、小型企业需要。包括 :从大型的波音 747 飞机、火 箭发动机到化妆品的包装盒，几乎涵盖了所有的制造业产品。在世界上有超过 13,000 的用户 选择 了于航空航天业，但其强大的功能以得到各行业的认可，在欧洲汽车业，已成为事实上的标准。 著名用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰等一大批知名企业。其用户群体在世界制造业中具有举足轻重的地位。波音飞机公司使用 成了整个波音 777 的电子装配，创造了业界的一个奇迹，从而也确定了 业内的领先地位。 5 版本是 达索 系统 公司长期 以来在为数字化企业服务过程中不断探索的结晶。围绕数字化产品和电子商务集成概念进行系统 结构 设计的基于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 6 5 版本，可为数字化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。在这个环境中，可以对产品开发过程的各个方面进行仿真，并能够实现 工程 人员和非工程人员之间的电子通信。产品整个开发过程包括概念设计、详细设计、工程分析、成品定义和制造乃至成品在整个生命周期中的使用和维护。 5 版本具有： 1. 重新构造的新一代体系结构 为确保 品系列的发展， 5 新的体系结构突破传统的设计技术，采用 了新一代的技术和标准，可快速地适应企业的业务发展需求，使客户具有更大的竞争优势。 5 对于开发过程、功能和硬件平台可以进行灵活的搭配组合，可为产品开发链中的每个 专业 成员配置最合理的解决方案。允许任意配置的解决方案可满足从最小的供货商到最大的跨国公司的需要。 T 和 件平台的独立性 5 是在 T 平台和 台上开发完成的，并在所有所支持的硬件平台上具有统一的数据、功能、版本发放日期、操作环境和应用支持。 5 在 台的应用可使设计师更加简便地同办公应用系统共享数据；而 使用户在 识 的捕捉和重复使用 5 结合了显式知识规则的优点，可在设计过程中交互式捕捉设计意图，定义产品的 性能 和变化。隐式的经验知识变成了显式的专用知识，提高了设计的 自动化 程度，降低了设计错误的风险。 4 和 有兼容性，两个系统可并行使用。对于现有的 4用户， 引领他们迈向 界 。对于新的 5 客户，可充分利用 4 成熟的后续应用产品，组成一个完整的产品开发环境。 基于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 7 空航天 于航空航天工业，是业界无可争辩的领袖。以其精确安全，可靠性满足商业、防御和航空航天领域各种应用的需要。在航空航天业的多个 项目中， 应用于开发虚拟的原型机，其中包括 机公司（ 美国 ）的 77 和 37， 机公司（法国）的阵风（ 斗机、 机公司（加拿大）的 务机、以及 机公司（美国）的 人驾驶侦察机。 机公司在 77 项目中，应用 计了除发动机以外的 100%的机械零件。并将包括发动机在内的 100%的零件进行了预装配。 77 也是迄今为止，唯一进行100%数字化设计和装配的大型喷气客机。参与 77 项目的 工程师 、工装设计师、技师以及项目 管理 人员超过 1700 人，分布于美国、日本、英国的不同地区。他们通过 1,400 套 作站联系在一起 ，进行并行工作。 设计人员对 777 的全部零件进行了三维实体造型，并在计算机上对整个 777 进行了全尺寸的预装配。预装配使工程师不必再制造一个物理样机，工程师在预装配的数字样机上即可检查和修改设计中的干涉和不协调。 机公司宣布在 777 项目中，与传统设计和装配流程相比较，由于应用 省了 50%的重复工作和错误修改时间。尽管首架 777 的研发时间与应用传统设计流程的其他机型相比，其节省的时间并不是非常的显著，但 机公司预计， 777后继机型的开发至少可节省 50%的时间。 后参数化处理功能在 777 的基于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 8 设计中也显示出了其优越性和强大功能。为迎合特殊用户的需求，利用 参数化设计， 司不必重新设计和建立物理样机，只需进行参数更改，就可以得到满足用户需要的电子样机，用户可以在计算机上进行预览。 车工业 基于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 9 汽车工业的事实标准，是欧洲、北美和亚洲顶尖汽车制造商所用的核心系统。 造型风格、车身及引擎设计等方面具有独特的长处，为各种车辆的设计和制造提供了端对端（ to 的解决方案。 及产品、 加工 和人三个关键领域。 可伸缩性和并行工程能力可显著缩短产品上市时间。 一级方程式赛车、跑车、轿车、卡车、商用车、有轨电车、地铁列车、高速列车，各种车辆在 都可以作为数字化产品，在数字化工厂内，通过数字化流程，进行数字化工程实施。 技术在汽车工业领域内是无人可及的，并且被各国的汽车零部件供应商所认可。从近来一些著名汽车制造商所做的采购决定，如 ，足以证明数字化车辆的发展动态。 居于世界领先地位的卡车制造商，总部位于瑞典。其卡车年产量超过 50， 000 辆。当其他竞争对手的卡车零部件还在 25， 000 个左右时， 司借助于 统，已经将卡车零部件减少了一半。现在， 司在整个卡车研制开发过程中，使用更多的分析仿真，以缩短开发周期，提高卡车的性能和维护性。 统是 司基于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 10 的主要 统，全部用于卡车系统和零部件的设计。通过应用这些新的设计工具，如发动机和车身底盘部门 统创成式零部件应力分析的应用，支持开发过 程中的重复使用等应用，公司已取得了良好的 投资 回报。现在，为了进一步提高产品的性能， 司在整个开发过程中，正在推广设计师、分析师和检验部门更加紧密地协同工作方式。这种协调工作方式可使 司更具市场应变能力，同时又能从物理样机和虚拟数字化样机中不断积累产品知识。 船工业 造船工业提供了优秀的解决方案，包括专门的船体产品和船载设备、机械解决方案。船体设计解决方案已被应用于众多船舶制造企业，类似 涉及所有类型船舶的零件设计、制造、装配。船体的结构设计与定义是基于三维参数化模型的。参数化管理零件之间的相关性，相关零件的更改，可以影响船体的外型。船体设计解决方案与其他品是完全集成的。传统的 体和曲面造型功能用于基本设计和船体光顺。 用 成式外型设计）作为参数化引擎，进行驱逐舰的概念设计和与其他船舶结构设计解决方案进行数据交换。 本的 供了与 工的直接集成，并在与 协作中得到发展，机器人可进行直线和弧线焊缝的加工并克服了机器人自动线编程基于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 11 的瓶颈。 用计和建造美国海军的新型弗吉尼亚级攻击潜艇。大量的系统从核反应堆、相关的安全设备到全部的生命支持设备需要一个综合的，有效的产品数据管理系统（ 行整个潜艇产品定义的管理，不仅仅是一个材料单，而是所有三维数字化产品和焊接设备。 供了强大的数据管理能力。 于 术的应用在业内一直处于领先地位，从设计、零件、船载设备到试车，涉及造船业的所有方面。在切下第一块钢板前，已经完成了全部产品的三维设计和演示。 船舶的设计与制造过程中，依照船体设计舰桥、甲板和推进系统。船主利用 4D 漫游器进行浏览和检查。 中国 广州的文冲船厂也对 行了成功地应用。使用 行三维设计，取代了传统的二维设计。 房设计 在丰富经验的基础上， 造船业、发 电厂 、加工厂和工程 建筑 公司开发 了新一代的解决方案。包括管道、装备、结构和自动化文档。 这些行业中的第一个面向对象的知识工程技术的系统。 被成功应用于 其扩展企业。使用 真对正在 建设 中的 普工厂设计进行了修改。费用的节省已经很明显地体现出来。并且对将来企业的运作有着深远的影响。 涂装生产线主要应用于汽车和宇航工业。 用 计其先进的涂装生产线， 显缩短了设计与安装的时间。 用 鹿特丹工厂开发新的生产流程，鹿特丹工厂拥有二千万吨原油的年处理能力，可生产塑料、树脂、 橡胶 等多种复杂化工产品。 基于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 12 工和装配 一个产品仅有设计是不够的，还必须制造出来。 长为棱柱和工具零件作 2D/3D 关联，分析和 程驱动的混合建模方案保证高速生产和组装精密产品，如机床，医疗器械、胶印机钟表及工厂设备等均能作到一次成功。 在机床工业中，用户要求产品能够迅速地进行精确制造和装配。 品的强大功能使其应用于产品设计与制造的广泛领域。大的制造商像 产品中受益非浅。 用 计和制造纺织机械和机器人。 用 计和制造大型机床。 品也同样应用于众多小型企业。象 用 站 的电子终端和控制设备。 用 计和制造压力设备。 用 计焊接和切割工具。 基于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 13 费品 全球有各种规模的消费品公司信赖 中部分原因是 计的产品的风格新颖，而且具有建模工具和高 质量 的渲染工具。 用于设计和制造如下多种产品：餐具、计算机、厨房设备、电视和收音机以及庭院设备。 另外，为了验证一种新的概念在美观和风格选择上达到一致， 以从数字化定义的产品，生成具有真实效果的渲染照片。在真实产品生成之前，即可促进产品的销售。 显示出了在非高科技行业的应用价值。例如： L用 计洗发水的包装瓶，这使 得不光是包装设计人员，其他非技术人员，象销售人员、采购人员、管理人员都可以快速地浏览大量产品照片。这一点在卫生用品制造业是非常重要的，因为在这个行业中包装是唯一不同的产品。 是不是有些心动， 年历史的高端软件，自推出 后，它的长速度是这 3 个软件中最快的，比如 2001 年， 长 27， 1，而 是下降。当然 来的 是同类软件中最大的。 基于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 14 在大型企业和公司这方面， 着绝对的优势。现在 要是在发展中 小型企业，当然它的中小型企业的用户数量也在不断地增长。 基于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 15 第 3 章 总体方案的设计 本设计中，充分考虑到台虎钳的功能需求和与系统的配合需求，在具体实现的过程中，以系统的可靠性与易用为准则，尽量把钳工用台虎钳设计成为一个功能齐全、可靠性高且易于使用的产品。 图 3虎钳结构 台虎钳主要由活动钳身、固定钳身、丝杆、手柄等可活动零件，以及螺钉、螺母等起固定作用的零件组成。 作原理 台虎钳的固定钳身用螺栓固定于工作台边缘上， 固定钳身装在 固定钳身 上，并能绕 固定钳身 轴 心线 绕一定角度 转动，当转到要求的方向时，扳动夹紧手柄使夹紧 螺栓 旋紧 ，使 固定钳身固紧。 活动钳身通过导轨与固定钳身的导轨配合 。处于 活动钳身上 的丝杆 可以旋转，但不能轴向移动，并与安装在固定钳身内的丝杠螺母配合 。当摇动手柄时，丝杠旋转，带动活动钳身相对于固定钳身作轴向移动， 在钳口的作用下 夹紧或放松 物件 。 其次，在丝杆与活动钳身配合处有弹簧，其 借助挡圈和开口销固定在丝杠基于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 16 上，当放松丝杠时，可使活动钳身及时地退出。 另外， 在固定钳身和活动钳身上，各 有用螺钉固定的 钢制 且制有交叉网纹的 钳口 ，起夹紧、防滑的作用。 项分析 态分析 台虎钳采用工业的几何外形，包含曲线、棱角、圆弧等形态符号，体现出很强的机械时代信息。圆形开槽固定钳身隐含着可旋动的滑槽语义；棱角分明的钳体结合有弧度的曲线，传达工具硬朗、稳固的机械工具品质。 出于使用环境的限定，其不加修饰的外形给我们一种机械的美感，传达出工业产品的力量感，似乎能嗅出其原材料的金属味。 固定钳身与活动钳身张合作用、钳口交叉网纹等借鉴仿生动物嘴巴、牙齿形态，抽象提炼工业基本形态。 总体体现简洁、几何、机械、有力度的工业特征。 彩分析 产品采用单一的深 蓝色涂饰符合设计车间产品的要求，具有理性、现代、工业的语义。其次， 蓝色 为冷色调， 有镇静的效果， 从心理层面 可以 平定人的情绪，蓝色 也是 后退色，使人感觉时间过得很快。 在机器高速运转，工件切削等重体力、高噪音的生产环境里，稳定工人的情绪，营造色彩舒适的环境很重要，因而冷静、平稳的蓝色在此处使用得很恰当。 除外，无镀色的钳口、螺栓等零件也起到一定的色彩分割作用，不至于产品整体看起来呆板，并且起到了划分功能的语义效果。 机关系分析 台虎钳是车间里用于夹紧固定工件，帮助钳工对工件进行再加工，如锯断、打磨等操 作，解决了钳工夹紧工件的困难。 回转式台虎钳最大的人机工学优点在于它能多角度回转固定钳身，当工件夹紧后，需要从另一个角度打磨时，取下工件再安装上会错位。而加上回转功能后，钳工只需要 扳 转夹紧螺栓手柄，调整固定钳身到最适加工位置，仍可在基于 台虎钳虚拟装配与工程图设计 17 原地进行加工工件，减少身体扭动活动。 宽大的钳口和有曲线
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