杠桿(一) 加工工藝及鉆M12孔的夾具設(shè)計(jì)

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序 言 機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)是我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專(zhuān)業(yè)課之后進(jìn)行的.這是我們?cè)谶M(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)之前對(duì)所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí),也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練,因此,它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。 就我個(gè)人而言，我希望能通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)對(duì)自己未來(lái)將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，為今后畢業(yè)設(shè)計(jì)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。 由于能力所限，設(shè)計(jì)尚有許多不足之處，懇請(qǐng)各位老師給予指導(dǎo)。 一、零件的工藝分析及生產(chǎn)類(lèi)型的確定 1 零 件 的 分 析 1、零件的作用 此零件為CA6140臥式車(chē)床上的杠桿，為桿件零件；該零件的主要作用是在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中起到支承作用。。要求零件的配合是符合要求。為了使操縱更為精確，則要求各內(nèi)孔面和端面的表面粗糙度較高及較高位置精度。 2 零件的工藝分析 （1）零件加工要求分析 1>鉆、擴(kuò)、鉸Φ20H7孔及兩端面。 2>鉆、擴(kuò)、車(chē)兩個(gè)M12螺紋孔及其端面。 3>左右兩邊槽。左邊槽深28mm、寬mm，右邊槽深32mm、寬24H8mm。右邊槽的平行度為0.02mm，兩個(gè)M12螺紋孔與Φ20H7mm孔的距離為（88.5±0.10）mm。 （2）設(shè)立夾具 根據(jù)零件分析，為保證精度要求，銑削厚度為18mm的凸臺(tái)面時(shí)所用的夾具為多件銑夾具。 使用夾具前，已加工表面為： 1>左端螺紋孔的端面； 2>Φ40mm外圓的端面。 本工序使用機(jī)床為臥式升降臺(tái)銑床，刀具為通用標(biāo)準(zhǔn)銑刀。 3.計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)、確定生產(chǎn)類(lèi)型 設(shè)計(jì)題目給定的零件是CA6140車(chē)床杠桿零件，該零件年產(chǎn)量為4000件，設(shè)其備品率4%，機(jī)械加工廢品率 為1%，則該零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)為： N=4000×1(1+4%+1%)=4200(件/年) 桿套回轉(zhuǎn)類(lèi)的年產(chǎn)量為4200件，其屬于輕型零件，查《課程設(shè)計(jì)指南》表2——1可知該產(chǎn)品為中批生產(chǎn)。 二、選擇毛坯，確定毛坯尺寸，設(shè)計(jì)毛坯圖 1、選擇毛坯 由于零件材料為HT150，生產(chǎn)類(lèi)型為中批量生產(chǎn)，因此毛坯種類(lèi)選用灰口鑄鐵，可以承受中等應(yīng)力，鑄造方法選用“金屬模機(jī)械砂型”鑄造的方法進(jìn)行毛坯的制造。 2、確定機(jī)械加工余量 由《課程設(shè)計(jì)指南》表5—5，查得金屬型鑄造的要求機(jī)械加工余量等級(jí)為D-F。 查《課程設(shè)計(jì)指南》表5—4，根據(jù)該零件的最大尺寸為203mm，要求機(jī)械加工余量等級(jí)為F，所以機(jī)械加工余量為0.5--2mm。 確定毛坯鑄件的公差等級(jí) 由《課程設(shè)計(jì)指南》表5—1，該零件為灰鑄鐵，金屬型鑄造，得公差等級(jí)CT為8--10。查表5-3，取CT為10，查得鑄件公差為2-4mm。 確定毛坯尺寸 上面查得適用于機(jī)械加工表面粗糙度Ra>1.6μm。Ra＜1.6μm的表面，余量要適量增大。 分析本零件，除要內(nèi)孔R(shí)a=1.6μm和內(nèi)表面Ra=0.8μm，其余各表面Ra≥1.6μm，因此這些面的毛坯尺寸只需將零件的尺寸加上查得的余量和公差即可（由于有的表面只需粗加工，這時(shí)可取表中的較小值。當(dāng)要粗加工和半精加工時(shí)，可取大值）。由公式，單邊加工時(shí)：R=F+RMA+CT/2;雙側(cè)加工或外圓面時(shí)：R=R=F+2RMA+CT/2;內(nèi)腔加工時(shí)：R=F-2RMA-CT/2。（R-毛坯尺寸，F(xiàn)-基本尺寸，RMA-機(jī)械加工余量，CT-公差等級(jí)） 毛坯基本尺寸 M12孔較小，鑄成實(shí)心； mm兩端面屬于雙側(cè)加工 R=F+2RMA+=44+22+=49.4mm 18mm兩端面屬于雙側(cè)加工 R=F+2RMA+=18+22+=23.4mm 20H7mm孔屬于內(nèi)腔加工 R=F-2RMA-=20-22-=14.8mm mm屬于內(nèi)腔加工 R=F-2RMA-=22-22-=16.8mm 24H8mm屬于內(nèi)腔加工 R=F-2RMA-=24-22-=18.8mm 綜上所述，確定毛坯尺寸見(jiàn)表1。 /mm 項(xiàng)目 mm兩端面 18mm兩端面 20H7mm孔 M12孔 公差等級(jí)CT 10 10 10 ─ 加工面基本尺寸 44 18 20 ─ 鑄件尺寸公差 2.8 2.8 2.4 ─ 機(jī)械加工余量等級(jí) F F F ─ RMA 2 2 2 ─ 毛坯基本尺寸 49.4 23.4 14.8 0 表1 毛坯尺寸 3、設(shè)計(jì)毛坯尺寸圖 1) 確定鑄造圓角 對(duì)于金屬型鑄造鑄件一般統(tǒng)一用R3、R5。查《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表1-16，最小鑄造圓角為R2。 2) 確定鑄造斜度 查《金屬加工工藝及工裝設(shè)計(jì)》表1-15，取鑄造圓角為1.14°。 由上畫(huà)出毛坯圖 三、選擇加工方法，制定工藝路線(xiàn) 1、定位基準(zhǔn)選擇 2.2基準(zhǔn)的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一?；孢x擇得正確與合理可以使加工質(zhì)量得到保證,生產(chǎn)率得以提高。否則,加工工藝過(guò)程中回問(wèn)題百出,更有甚者,還會(huì)造成零件的大批報(bào)廢,是生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行。 （1）粗基準(zhǔn)的選擇 對(duì)于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)。而對(duì)有若干個(gè)不加工表面的工件，則應(yīng)以與加工表面要求相對(duì)位置精度較高的不加工表面作促基準(zhǔn)。由于Φ20H7mm孔與Φ40mm外圓同軸，因此在鉆Φ20H7mm孔時(shí)，應(yīng)選擇Φ40mm外圓作為粗基準(zhǔn)。 （2）精基準(zhǔn)的選擇 精基準(zhǔn)的選擇有利于保證加工精度，并使工件裝夾方便，在選擇時(shí)主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合、基準(zhǔn)統(tǒng)一等問(wèn)題。當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算。當(dāng)杠桿以Φ20H7mm孔的內(nèi)孔面為精基準(zhǔn)定位，可以比較方便地加工大多數(shù)其他表面，因此，應(yīng)盡早的把Φ20H7mm孔的內(nèi)孔面加工出來(lái)，并達(dá)到Ra=1.6的精度等級(jí)，以后工序均以它為精基準(zhǔn)加工其他表面。這是基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則，選擇此原則，可以簡(jiǎn)化夾具設(shè)計(jì)，可以減少工件搬動(dòng)和反轉(zhuǎn)次數(shù)，從而達(dá)到中等批量生產(chǎn)加工的要求。 2、零件表面加工方法的選擇 本零件的加工面有外圓、內(nèi)孔、端面、槽及螺紋孔等，材料為HT150。參考《設(shè)計(jì)指南》表5—15、表5—16等，其加工方法選擇如下： 40mm上下端面：表面粗糙度值3.2，精度較高，需要進(jìn)行粗車(chē)和半精車(chē)。 Φ20H7孔：標(biāo)注了公差尺寸和表面粗糙度值1.6，精度較高，因?yàn)殂q刀時(shí)定尺寸刀具，能加工出7級(jí)精度的孔，所以這里選擇擴(kuò)孔，絞孔。 內(nèi)端面：標(biāo)注了表面粗糙度值3.2，精度較高，需要進(jìn)行粗銑，半精銑。 24H8槽：標(biāo)注了表面粗糙度值0.8，精度較高，需要進(jìn)行粗銑，半精銑，精銑。 3制訂工藝路線(xiàn) 制定工藝路線(xiàn)的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)一確定為中批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬(wàn)能性的機(jī)床配以專(zhuān)用工夾具，并盡量使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率。除此以外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 1. 工藝路線(xiàn)方案一 工序一 機(jī)械砂型鑄造毛坯 工序二 清理表面殘余沙粒 工序三 人工時(shí)效溫度（500°～550°）消除應(yīng)力 工序四 粗銑40mm下端面 工序五 粗鏜、半精鏜加工Φ20H7至精度要求并倒角 工序六 半精銑→精銑40mm下端面 工序七 以20mm孔及下端面定位，粗銑、半精銑40mm上端面及11mm 18mm端面。粗銑 → 半精銑→精銑24H8mm槽內(nèi)表面以及粗銑 → 半精銑mm槽內(nèi)表面。 工序八 以20mm孔及下端面定位，鉆12mm孔并攻螺紋。 工序九 鉗工去毛刺。 工序十 終檢。 2.工藝路線(xiàn)方案二 工序一 鑄造毛坯 工序二 粗精車(chē)40mm下端面 工序三 粗鏜、半精鏜加工Φ20H7至精度要求并倒角 工序四 以20mm孔及下端面定位，粗車(chē)、半精車(chē)40mm上端面 工序五 粗銑、半精銑11mm，18mm端面 工序六 粗銑 半精銑精銑24H8mm槽內(nèi)表面 工序七 粗銑半精銑mm槽內(nèi)表面 工序八 以20mm孔及下端面定位，鉆12mm孔并攻螺紋 工序九 鉗工去毛刺 工序十 終檢 方案二工序集中，1）有利于采用高效的專(zhuān)用機(jī)床設(shè)備及工藝裝備，生產(chǎn)效率高。2）工件安裝次數(shù)減少，有利于保證各表面的位置精度。綜上分析，選擇方案二為加工方案。先粗加工，接著半精加工，精加工，減少了安裝次數(shù)，同時(shí)也減少了安裝誤差。 四、工序設(shè)計(jì) 1.選擇加工設(shè)備與工藝裝備 （1）選擇機(jī)床 根據(jù)不同的工序選擇機(jī)床 1.工序1在鑄造車(chē)間進(jìn)行加工，選用機(jī)器造型。鑄件要經(jīng)時(shí)效處理，鑄件不應(yīng)有砂眼，氣孔，孔和底面不應(yīng)有疏松等鑄造缺陷。消除縮孔類(lèi)缺陷的途徑主要有以下幾個(gè)方面： a.實(shí)現(xiàn)順序凝固，用冒口補(bǔ)縮。這是防止鑄件產(chǎn)生縮孔，縮松的基本工藝原則。 b.使鑄件實(shí)現(xiàn)同時(shí)凝固。即采用相應(yīng)的工藝措施使鑄件各部分溫度均勻，在同一時(shí)間內(nèi)凝固。同時(shí)凝固原則不需冒口，節(jié)約金屬且工藝簡(jiǎn)單；鑄件冷卻均勻，不易形成應(yīng)力，變形和裂紋等缺陷。 2. 工序2、3是粗加工和半精加工。各工序的工步數(shù)不多，選用普通車(chē)床就能滿(mǎn)足要求。本零件外輪廓尺寸不大，精度要求不是很高，所以選用CA6140車(chē)床 3．工序4，5，6各工序的工步數(shù)不多，選用立式銑床就能滿(mǎn)足要求。本零件外輪廓尺寸不大，精度要求不是很高，所以選用X52K立式銑床。 4． 工序6是螺紋的加工，精度要求不高，選用普通鉆床即可。 （2）選擇夾具 本零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無(wú)法用通用夾具進(jìn)行裝夾，需使用專(zhuān)用夾具，進(jìn)行各工序的加工 （3）選擇刀具 根據(jù)不同的工序選擇刀具 1.車(chē)用硬質(zhì)合金車(chē)刀 2. 平面銑削選用立銑刀，高速鋼莫氏錐柄立銑刀，直徑d=45 mm，長(zhǎng)度l=63 mm，齒數(shù)z=6 mm。 3. 鏜孔選用可調(diào)式高速鋼單刃鏜刀。 4.鉆螺紋孔φ10mm.攻絲M12 用錐柄階梯麻花鉆，機(jī)用絲錐。 （2）選擇量具 本零件為中批量生產(chǎn)，一般盡可能采用通用量具，根據(jù)表面精度、尺寸和形狀等要求，參考有關(guān)手冊(cè)資料，選擇量具如下。 ①選擇各加工內(nèi)圓面和各端面的量具如表2 表2 工序 加工面尺寸 尺寸公差 量具 二 44 0.1 讀數(shù)值為0.01、測(cè)量范圍25~50的外徑千分尺（《設(shè)計(jì)指南》表5-108） 三 Φ20 0.021 讀數(shù)值為0.01、測(cè)量范圍18~35的內(nèi)徑百分表 四 22 0.3 讀數(shù)值為0.01、測(cè)量范圍18~35的內(nèi)徑百分表 28 無(wú) 讀數(shù)值為0.02、測(cè)量范圍0~200的兩用游標(biāo)卡尺 五 24 0.033 讀數(shù)值為0.01、測(cè)量范圍18~35的內(nèi)徑百分表 32 0.4 讀數(shù)值為0.02、測(cè)量范圍0~200的兩用游標(biāo)卡尺 六 M12 無(wú) 讀數(shù)值為0.01、測(cè)量范圍為0.01的內(nèi)徑千分尺 2、確定工序尺寸 本零件端面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度見(jiàn)表3 表3 加工表面 工序雙邊余量 工序尺寸及公差 表面粗糙度 粗 半精 精 粗 半精 精 粗 半精 精 mm上端面 2.7 --- --- 46.7 --- --- 3.2 --- --- mm下端面 1.7 1.0 --- 45 --- 6.3 3.2 --- 18mm雙側(cè)端面 5.4 --- --- 18 --- --- 6.3 --- --- mm孔 5 0.2 --- 19.8 --- 3.2 1.6 --- mm槽 5 0.2 --- 21.8 --- 6.3 3.2 --- 24H8mm槽 4.4 0.6 0.2 23．2 23.8 24H8 3.2 1.6 0.8 五、確定切削用量及基本工時(shí) 工序1 孔加工 本工序?yàn)榇昼M、精鏜孔。材料為HT150，鑄件；機(jī)床為CA6140車(chē)床立式銑床，主電動(dòng)機(jī)功率7.5 kw，工件安裝在專(zhuān)用夾具上。 1. 切削用量 （1）粗鏜孔 ① 確定背吃刀量 本工步加工余量=2.6 mm ② 確定進(jìn)給量f 查表得：進(jìn)給量f=0.30 mm/r ③ 確定切削速度v 查表得：=22.7 =0.1 =0.15 =0.40 T=60 min 取=2.6 mm =0.9 得=19.03 m/min =242.42 r/min 查表 選n=235 r/min 選f=63 mm/min （2）精鏜孔 ① 確定背吃刀量 本工步加工余量=0.1 mm ② 確定進(jìn)給量f 查表得：進(jìn)給量f=0.10 mm/r ③ 確定切削速度v 查表得：=22.7 =0.1 =0.15 =0.40 T=60 min 取=0.1 mm =0.9 得=48.13 m/min =613.12 r/min 查表 選n=600 r/min 選f=50 mm/min 2. 基本時(shí)間 （1）粗鏜孔 =44 mm =45° =5 mm =4 mm =0 得=0.9 min=54 s （2）精鏜孔 =44 mm =45° =2.5 mm =4 mm =0 得=1.0 min=60s 工序Ⅲ總時(shí)間 =60+54=114s 工序2 銑槽 本工序?yàn)殂姴?。材料為HT150，鑄件；機(jī)床為X52K立式銑床，主電動(dòng)機(jī)功率7.5 kw，工件安裝在專(zhuān)用夾具上 1.切削用量 （1）粗銑平面 ① 確定背吃刀量=2.5 ② 確定每齒進(jìn)給量 本工步加工后表面粗糙度為3.2，查表得=0.15 mm/z ③ 選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命 查表得后刀面最大磨損限度為0.3 mm，刀具壽命T=120 min ④ 確定切削速度v和進(jìn)給量f 查表得：=25 =0.7 =0.25 =0.3 =0.2 =0.5 =0.3 取=2.5mm =28 mm =1 得=12.49m/min =99.44 r/min 查表 選n=75 r/min 則=67.5 mm/min 查表 選f=60 mm/min 則實(shí)際切削速度為v=10.60 m/min 實(shí)際每齒進(jìn)給量=0.14 mm/z （2）半精銑端面 ① 確定背吃刀量 本工步加工余量=0.1 mm ② 確定每齒進(jìn)給量 本工步加工后表面粗糙度為，查表得=0.6 mm/r， 即=0.1 mm/z ③ 選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命 查表得后刀面最大磨損限度為0.2 mm，刀具壽命T=120 min ④ 確定切削速度v和進(jìn)給量f 查表得：=25 =0.7 =0.25 =0.3 =0.2 =0.5 =0.3 取=0.1 mm =20mm =1 得=18.65 m/min =132.75 r/min 查表 選n=118 r/min 則=70.8 mm/min 查表 選f=60 mm/min 則實(shí)際切削速度為v=16.67 m/min 實(shí)際每齒進(jìn)給量=0.09 mm/z 2.基本時(shí)間 （1）粗銑平面 =28 mm =90° = 10mm =2 mm 得=0.59 min=35 s （2）半精銑端面 =28 mm =90° =7 mm =2 mm 得=0.6 min=36 s 工序總時(shí)間 =35+36=71 s 工序3 鉆孔 本工序?yàn)橐?0mm孔及下端面定位，鉆M12mm孔并攻螺紋。材料為HT150，鑄件；機(jī)床為Z525鉆床，主電動(dòng)機(jī)功率7.5 kw，工件安裝在專(zhuān)用夾具上。 1.切削用量 本工序?yàn)殂@孔，刀具選用高速鋼復(fù)合鉆頭，鉆2個(gè)通孔，使用切削液。 ①確定進(jìn)給量f 由于孔徑和深度均較小，宜采用手動(dòng)進(jìn)給。 ② 選擇鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)表5-130，鉆頭后刀面最大磨損量為0.8mm,耐用度T=20min. ③ 確定切削速度v 由表5-127暫定進(jìn)給量f=0.53mm/r。由表5-133，可查v=18m/min,n=1082r/min。根據(jù)Z525立式鉆床說(shuō)明書(shū)選擇主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速。 2.基本時(shí)間 鉆兩個(gè)M12的孔，基本時(shí)間為20s。 六、夾具設(shè)計(jì) 為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具。并設(shè)計(jì)工序七鉆M12孔的專(zhuān)用夾具。 4.1定位基準(zhǔn)選擇 由零件圖可知，Φ20為圓柱孔，選擇內(nèi)孔以及下端面為基準(zhǔn)。 4.2定位元件的選擇 夾具的主要定位元件為一個(gè)定位銷(xiāo)，螺釘，夾具體。 4.3使用說(shuō)明 安裝工件時(shí)，將螺栓松開(kāi)，將工件放在夾具體上，并用定位銷(xiāo)定位，然后擰緊螺母，便可以將工件安裝完畢。 4.4結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 該夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，能夠快速準(zhǔn)確地將零件裝夾完畢，有利于提高生產(chǎn)效率。 4.5夾緊力計(jì)算 本工序沒(méi)有設(shè)置夾緊裝置，主要因?yàn)殂@削力小，工作時(shí)只需要用手扶住工件即可。用于鉆小孔的夾具，嘗嘗不另設(shè)夾緊裝置，這種處理方法既能縮短夾具的制造周期，降低夾具制造成本，又能節(jié)省安裝工件的時(shí)間，提高生產(chǎn)率，但一定要保證安全可靠。 七．總結(jié) 通過(guò)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我獨(dú)立思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。樹(shù)立了正確的設(shè)計(jì)思想，掌握了零件產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本方法和步驟。通過(guò)設(shè)計(jì)，使我能熟悉地查找和應(yīng)用有關(guān)參考資料、計(jì)算圖表、手冊(cè)、圖冊(cè)和規(guī)范，熟悉有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以完成一個(gè)工程技術(shù)人員在機(jī)械設(shè)計(jì)方面所必須具備的基礎(chǔ)技能訓(xùn)練。同時(shí)，我還學(xué)會(huì)了許多Word的操作知識(shí)，CAD的操作能力也得到了很大的提高。 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我有如下幾方面的感觸： 首先，在這次課程設(shè)計(jì)中，比較系統(tǒng)的復(fù)習(xí)了以前所學(xué)習(xí)的所有關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)，機(jī)械原理，機(jī)械制圖以及相關(guān)制圖軟件操作的知識(shí)，并加強(qiáng)了綜合設(shè)計(jì)以及解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 其次，通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，把自己所學(xué)習(xí)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中解決實(shí)際生產(chǎn)中的問(wèn)題，增強(qiáng)了我的理論聯(lián)系實(shí)際的觀念，提高了自己理論聯(lián)系實(shí)際的能力。 最后，在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中我體會(huì)到工程設(shè)計(jì)人員一定要嚴(yán)謹(jǐn)，一步一步做下來(lái)，腳踏實(shí)地，才能避免走彎路，設(shè)計(jì)出合格的產(chǎn)品。 同時(shí)，也要感謝李楠紀(jì)小剛老師對(duì)我的關(guān)心和幫助。本設(shè)計(jì)是在兩位老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下順利完成。在此再向幫助過(guò)我的老師和同學(xué)致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 八、參考文獻(xiàn) 1. 崇凱 主編 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