汽車保險(xiǎn)杠穿孔器設(shè)計(jì),汽車,保險(xiǎn)杠,穿孔器,設(shè)計(jì)
汽車保險(xiǎn)杠穿孔器設(shè)計(jì)
汽車保險(xiǎn)杠穿孔器設(shè)計(jì)
摘要
此次設(shè)計(jì)的汽車保險(xiǎn)杠穿孔器，是搖臂鉆床的的一種細(xì)分，主要應(yīng)用于汽車保險(xiǎn)杠、石油管道、通信設(shè)施、下水管道等一些管道的孔加工。鉆孔工藝是加工孔類的基礎(chǔ)部分，只要鉆孔工藝的加工精度提高了，在后面的加工工藝過程就會(huì)更加簡潔，提高加工效率，節(jié)省時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：汽車保險(xiǎn)杠；穿孔器；鉆孔工藝
1
汽車保險(xiǎn)杠穿孔器設(shè)計(jì)
The Bumper Punch Design
Abstract
The bumper of the design of the punch, the rocker drilling machine is a breakdown of the hole processing, mainly used for automobile bumper, oil pipelines, communication facilities, sewer, pipeline. Drilling technology is the foundation part of the processing of Kong Lei, as long as the processing of precision drilling technology improves, the machining process behind will be more concise, improve processing efficiency, save time, improve economic benefits.
Key Words: automobile bumper; punch; drilling technology
汽車保險(xiǎn)杠穿孔器設(shè)計(jì)
緒論
中國在發(fā)展，中國的機(jī)械設(shè)備也在不斷的發(fā)展，2015年中國工程機(jī)械業(yè)將迎來9000億元市場容量，不僅給中國機(jī)械制造行業(yè)的帶來巨大發(fā)展空間，同時(shí)也聚焦了國際的機(jī)械巨頭的目光，使國外企業(yè)不斷進(jìn)駐中國市場，國內(nèi)的機(jī)械企業(yè)在發(fā)展國內(nèi)市場的前提下也不斷的拓展國外市場，堅(jiān)持“走出去”的策略，將中國機(jī)械設(shè)備國際化。
我國已成為世界工程機(jī)械第一產(chǎn)銷大國，中國制造的工程機(jī)械走向了世界各地。10年來，我國工程機(jī)械行業(yè)在發(fā)展方式轉(zhuǎn)變、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整方面取得明顯成效，綜合實(shí)力迅速增強(qiáng)，國際競爭力和產(chǎn)業(yè)地位大大提升。我國工程機(jī)械行業(yè)各類產(chǎn)品的技術(shù)水平及可靠性大多已達(dá)到甚至超過了國際先進(jìn)水平，在世界工程機(jī)械領(lǐng)域有了諸多響當(dāng)當(dāng)?shù)闹袊放?。我國機(jī)械行業(yè)門類齊全，規(guī)模大，2009年整體銷售收入接近9萬億元，僅次于日本居世界第二位，占到全球機(jī)械銷售額的15%左右;出口額達(dá)到2,425億美元，躍居世界第四;工業(yè)增加值超過2萬億元，約占當(dāng)年我國GDP的8%;機(jī)械行業(yè)是對全國工業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)最大的行業(yè)，經(jīng)濟(jì)總量占整個(gè)裝備制造業(yè)2/3以上。因此機(jī)械行業(yè)是裝備制造業(yè)的最重要組成部分，堪稱中國工業(yè)的“脊梁”。
我國的機(jī)床工業(yè)是在1949年新中國成立后才開始建立起來的。解放前，由于長期的封鎖統(tǒng)治和19世紀(jì)中葉以后帝國主義的侵略和掠奪，我國的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非常落后，既沒有獨(dú)立的機(jī)械制造業(yè)，更談不上機(jī)床制造業(yè)。至解放前夕，全國只有少數(shù)城市的一些規(guī)模很小的機(jī)械廠，制造少量簡單的皮帶車間、牛頭刨床和砂輪等；1949年全國機(jī)床產(chǎn)量僅1000多臺(tái)，品種不到10個(gè)。
解放后，黨和人民政府十分重視機(jī)床工業(yè)的發(fā)展。在解放初期的三年經(jīng)濟(jì)恢復(fù)時(shí)期，就把一些原來的機(jī)械修配廠改建為專業(yè)廠；在隨后開始的幾個(gè)五年計(jì)劃期間，又陸續(xù)擴(kuò)建、新建了一系列機(jī)床廠。經(jīng)過50多年的建設(shè)，我國機(jī)床工業(yè)從無到有，從小到大，現(xiàn)在已經(jīng)成門類比較齊全，具有一定實(shí)力的機(jī)床工業(yè)體系，能生產(chǎn)5000多種機(jī)床通用品種，數(shù)控機(jī)床1500多種；不僅裝備了國內(nèi)的工業(yè)，而且每年還有一定數(shù)量的機(jī)床出口。
我國機(jī)床行業(yè)的發(fā)展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，與世界先進(jìn)水平相比，還有較大差距。為了適應(yīng)我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的需要，為了提高機(jī)床產(chǎn)品在國際市場上的競爭能力，必須加大精力，設(shè)計(jì)制造出更好的機(jī)床。第1章 穿孔器總體設(shè)計(jì)
1.1 穿孔器總體設(shè)計(jì)方案
這次設(shè)計(jì)提出兩個(gè)方案，第一：對所選用的鉆床加上一個(gè)齒輪變速箱，對齒輪的定位、夾緊進(jìn)行設(shè)計(jì)，另外還應(yīng)對工件的定位夾緊還有刀具選用進(jìn)行設(shè)計(jì)。另一個(gè)方案，對選用的鉆床加一個(gè)皮帶輪變速箱，對皮帶和皮帶輪定位，夾緊進(jìn)行設(shè)計(jì)，另外應(yīng)對工件的定位夾緊進(jìn)行設(shè)計(jì)，還有對刀具選用進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算。對于第一個(gè)方案，增加齒輪變速箱將是亮點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)穿孔器多檔變速，滿足對不同管道的加工，讓加工時(shí)間更省。對于第二方案，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡單，增加皮帶輪就是，但使用時(shí)變速不方便。
圖1.1 穿孔器設(shè)計(jì)原理圖
根據(jù)以上分析，優(yōu)先采用的是第一種方案，當(dāng)計(jì)算到齒輪變速設(shè)計(jì)不足時(shí)，可以采用第二種方案，如果最終采用第二種方案也不會(huì)影響到前面的設(shè)計(jì)，因此，實(shí)際的方案選用要到對比鉆削力大小與所選用鉆床功率時(shí)才能確定。機(jī)床聯(lián)系尺寸圖是決定各部件的輪廓尺寸及相互間聯(lián)系關(guān)系的，是開展各專用部件實(shí)際和確定機(jī)床最大占地面積的指導(dǎo)圖紙。
1.2機(jī)床方案的制定
1.2.1 制定工藝方案
零件加工工藝將決定機(jī)床的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率、總體布局和夾具結(jié)構(gòu)等。所以，在制定工藝方案時(shí)，必須計(jì)算分析被加工零件圖，并深入現(xiàn)場了解零件的形狀、大小、材料、硬度、剛度，加工部位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)加工精度，表面粗糙度，以及定位，夾緊方法，工藝過程，所采用的刀具及切削用量，生產(chǎn)率要求，現(xiàn)場所采用的環(huán)境和條件等等。并收集國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料，制定出合理的工藝方案。
(1) 加工孔的主要技術(shù)要求。
假設(shè)孔直徑為Φ20mm
工件材料為HT200，HB170-241HBS
要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為（考慮廢品及備品率）年產(chǎn)量2萬件，單班制生產(chǎn)
(2) 工藝分析
加工該孔時(shí)，孔的位置度公差為0.05mm。
根據(jù)機(jī)床的工藝方法及能達(dá)到的精度，可采用如下的加工方案：
一次性加工通孔，孔徑為Φ20mm。
(3) 定位基準(zhǔn)及夾緊點(diǎn)的選擇
加工此零件上的孔，以上表面限制三個(gè)自由度和右端面限制三個(gè)自由度，位于中間的孔通過螺桿起到了很好的夾緊作用。
在保證加工精度的情況下，提高生產(chǎn)效率減輕工人勞動(dòng)量，由于工件是大批量生產(chǎn)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)就認(rèn)為是人工夾緊。
1.2.2 確定機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案
(1)被加工零件的加工精度
被加工零件需要在機(jī)床上完成的加工工序及應(yīng)保證的加工精度，是制造機(jī)床方案的主要依據(jù)。方槽輪幅式底板鉆孔的精度要求較高，可采用鉆孔機(jī)床。為了加工出表面粗糙度為Ra1.6um的孔，采取提高機(jī)床原始制造精度和工件定位基準(zhǔn)精度并減少夾壓變形等措施就可以了。為此，機(jī)床通常采用尾置式齒輪動(dòng)力裝置，進(jìn)給采用液壓系統(tǒng)。
(2) 被加工零件的特點(diǎn)
這主要指零件的材料、硬度加工部位的結(jié)構(gòu)形狀，工件剛度定位基準(zhǔn)面的特點(diǎn)，它們對機(jī)床工藝方案制度有著重要的影響。此方槽輪幅式底板的材料是HT200、硬度HB170～241、孔的直徑為Φ20mm。采用單孔加工，零件的剛度足夠，工件受力不大，振動(dòng)，及發(fā)熱變形對工件影響可以不計(jì)。
(3) 零件的生產(chǎn)批量
零件的生產(chǎn)批量是決定采用單工位、多工位、自動(dòng)線或按中小批量生產(chǎn)特點(diǎn)設(shè)計(jì)機(jī)床的重要因素。按設(shè)計(jì)要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為年生產(chǎn)量為2萬件，此工序盡量在一臺(tái)機(jī)床上完成，以提高利用率。
(4) 機(jī)床使用條件
根據(jù)使用機(jī)床對車間布置情況、工序間的聯(lián)系、技術(shù)能力和自然條件等的要求來選擇適合的機(jī)床。
1.2.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
機(jī)床聯(lián)系尺寸圖是決定各部件的輪廓尺寸及相互間聯(lián)系關(guān)系的，是開展各專用部件實(shí)際和確定機(jī)床最大占地面積的指導(dǎo)圖紙。
繪制機(jī)床聯(lián)系尺寸圖應(yīng)考慮的主要問題：
1）. 機(jī)床裝料高度的確定
在確定機(jī)床裝料高度時(shí)，要考慮車間運(yùn)送工件的滾道高度、工件最低孔的位置、主軸箱最低主軸高度和通用部件尺寸的限制。根據(jù)我國具體情況，為了便于操縱和省力，對于一般的專用機(jī)床裝料高度定為800～1000毫米。
2）. 夾具輪廓尺寸的確定
夾具是用于定位和夾緊工件的，所以工件的輪廓尺寸和形狀是確定夾具輪廓尺寸的依據(jù)。
3）. 夾具底座高度的確定
夾具底座的高度應(yīng)視夾具的大小而定，既要保證有足夠的剛性，又要考慮工件的裝料高度。為了便于布置定位元件，一般夾具底座的高度不小于240毫米。
4）. 主軸箱輪廓尺寸的確定
在確定主軸箱的輪廓尺寸時(shí)，應(yīng)力求小巧緊湊，節(jié)省金屬。
在聯(lián)系尺寸圖上還必須明確表明運(yùn)動(dòng)部件的終點(diǎn)和原位狀態(tài)，以及運(yùn)動(dòng)過程中的情況；標(biāo)明工件、夾具及動(dòng)力頭的中心線之間的關(guān)系。特別當(dāng)工件上加工部位對于工件中心不對稱時(shí)，動(dòng)力部件對于夾具和中間底座也就不對稱，這時(shí)應(yīng)注明動(dòng)力頭中心線相對夾具中心線的偏移距離。
機(jī)床聯(lián)系尺寸圖繪制后，在機(jī)床各部件的具體設(shè)計(jì)過程中，可能發(fā)現(xiàn)某些尺寸定得不合理，甚至不能實(shí)現(xiàn)，則可按需要返過來修改尺寸圖，加以調(diào)整。這時(shí)機(jī)床聯(lián)系尺寸圖就成了調(diào)整各部件相互之間正確尺寸聯(lián)系的依據(jù)。為了避免設(shè)計(jì)工作的混亂和造成錯(cuò)誤，為了有節(jié)奏有秩序地開展工作，必須及時(shí)地，全面地修改聯(lián)系尺寸圖。
機(jī)床的聯(lián)系尺寸圖，主要應(yīng)針對各部件之間的聯(lián)系尺寸進(jìn)行標(biāo)注，各部件只畫出必要的輪廓形狀即可，盡量減少不必要的線條和尺寸。各部件應(yīng)嚴(yán)格按同一比例繪制。
綜合以上所述：通過對方槽輪幅式底板零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術(shù)要求、定位、夾緊方式、工藝方法，并定出影響機(jī)床的總體布局和技術(shù)性能等方面的考慮，最終設(shè)計(jì)該穿孔器鉆床。這種總體設(shè)計(jì)能滿足加工精度要求，整體結(jié)構(gòu)簡單，原理清楚，具有較好的實(shí)用性、可加工性和經(jīng)濟(jì)性。
第2章 切削要素的選擇與計(jì)算
2. 1 確定工序間余量
為使加工過程順利進(jìn)行并穩(wěn)定的保證加工精度，必須合理地確定工序余量。生產(chǎn)中常用查表給出的機(jī)床對孔加工的工序余量，以消除轉(zhuǎn)、定位誤差的影響。因此在鉆孔時(shí)，直徑上工序間余量均為0.2mm。
2.2 選擇切削用量
確定了在機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容，就可以著手選擇切削用量了。工作時(shí)，要求所有刀具的每分鐘進(jìn)給量相同，且等于動(dòng)力滑臺(tái)的每分鐘進(jìn)給量（mm/min）應(yīng)是適合有刀具的平均值。因此，同一主軸箱上的刀具主軸可設(shè)計(jì)成同轉(zhuǎn)速和同的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r）與其適應(yīng)。以滿足直徑的加需要，即： …………………………………2.1
式中： … ——各主軸轉(zhuǎn)速（r/min）
——各主軸進(jìn)給量（mm/r）
——?jiǎng)恿_(tái)每分鐘進(jìn)給量（mm/min）
由于方槽輪幅式底板鉆孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求等，按照經(jīng)濟(jì)地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得：孔鉆頭直徑D=20，D=24mm，進(jìn)給量f=0.18mm/r、切削速度v=18m/min
2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率
根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度v及進(jìn)給量f）確定切削力，作為選擇動(dòng)力部件（滑臺(tái)）；確定切削扭矩，用以確定主軸及其它傳動(dòng)件（齒輪，傳動(dòng)軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動(dòng)電動(dòng)（一般指動(dòng)力箱）功率，通過查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表計(jì)算如下：
切削力： =26…………………………2.2
=26×24××
=3654.5N
切削扭矩： =10………………………2.3
=10×××
=12979N·mm
切削功率： =……………………………2.4
=9979×18/(9740×3.14×24)
=0.65kw
式中： HB——布氏硬度
F——切削力（N）
D——鉆頭直徑（mm）
f——每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r）
T——切削扭矩(N·mm)
V——切削速度（m/min）
P——切削功率(kw)
2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu)
方槽輪幅式底板的布氏硬度在HB170-241，孔徑D為10-100mm刀具的材料選擇高速鋼鉆頭（W18Cr4V），為了使工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、刃磨簡單，選擇的麻花鉆系列?？准庸さ毒叩拈L度應(yīng)保證加工終了時(shí)刀具螺旋槽尾端與導(dǎo)向套之間有30～50mm的距離，以便排出切屑和刀具磨損后有一定的向前的調(diào)整量。
2.5 加工圖
2.5.1 加工示意圖的作用和內(nèi)容
加工示意圖是被加工零件工藝方案在圖樣上的反映，表示被加工零件在機(jī)床上的加工過程，刀具的布置以及工件、夾具、刀具的相對位置關(guān)系，機(jī)床的工作行程及工作循環(huán)等，是刀具、夾具、主軸箱、電氣和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇動(dòng)力部件的主要依據(jù)，是整臺(tái)機(jī)床布局形式的原始要求，也是調(diào)整機(jī)床和刀具所必需的重要文件。圖2-1為方槽輪幅式底板鉆孔的加工示意圖
在圖上應(yīng)標(biāo)注的內(nèi)容：
（1）機(jī)床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程。
（2）工件、夾具、刀具及主軸箱端面之間的距離等。
（3）主軸的結(jié)構(gòu)類型，尺寸及外伸長度；刀具類型，數(shù)量和結(jié)構(gòu)尺寸、接桿、導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)尺寸；刀具與導(dǎo)向置的配合，刀具、接桿、主軸之間的連接方式，刀具應(yīng)按加工終了位置繪制。
圖2.1 工作進(jìn)給示意圖
2.5.2、繪制加工示意圖之前的有關(guān)計(jì)算
（1）刀具的選擇
刀具選擇考慮加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生產(chǎn)率要求等因素。刀具的選擇前已述及，此處就不在追述了。
（2）導(dǎo)向套的選擇
在機(jī)床上加工孔，除用剛性主軸的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取決于夾具導(dǎo)向。因此正確選擇導(dǎo)向裝置的類型，合理確定其尺寸、精度，是設(shè)計(jì)機(jī)床的重要內(nèi)容，也是繪制加工示意圖時(shí)必須解決的內(nèi)容。
1）選擇導(dǎo)向類型 根據(jù)刀具導(dǎo)向部分直徑和刀具導(dǎo)向的線速度v=18m/min，選擇固定式導(dǎo)向。
2）導(dǎo)向套的參數(shù) 根據(jù)刀具的直徑選擇固定導(dǎo)向裝置
固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺寸如下表：
表2.1 固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺
d
d1
D
D1
D2
l
l1
l2
l3
l4
L5
24
24
22
30
34
150
40
14
12
17
46
固定裝置的配合如下表：
表2.2 固定裝置的配合
導(dǎo)向
類別
工藝
方法
D
D
D1
刀具導(dǎo)向
部分外徑
固定
導(dǎo)向
鉆孔
G7（或F8）
H7/g6
H7/n6
g6
固定導(dǎo)向裝置的布置如圖2.2所示
圖2.2 固定導(dǎo)向裝置的布置
第3章 主軸箱設(shè)計(jì)
主軸箱傳動(dòng)設(shè)計(jì)，是根據(jù)動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸位置和動(dòng)力轉(zhuǎn)速、各主軸位置及其轉(zhuǎn)速要求，設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈，把驅(qū)動(dòng)軸與各主軸連接，使各主軸獲得預(yù)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)：
1)、在保證主軸的強(qiáng)度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的條件下，力求使傳動(dòng)軸和齒輪的規(guī)格、數(shù)量為最少。
2)、不用主軸帶動(dòng)主軸的方案，以免增加主軸負(fù)荷，影響加工質(zhì)量。
3)、為了結(jié)構(gòu)緊湊，主軸箱內(nèi)齒輪副的傳動(dòng)比不大于1/2,后蓋內(nèi)齒輪傳動(dòng)比取在1/3～1/3.5，不用升速傳動(dòng)。
4)、由于是粗鉆孔，主軸設(shè)置在第Ⅰ排位置，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形。
5）、剛性鉆孔主軸上的齒輪，其分度圓直徑大于被加工孔的孔徑，以減少振動(dòng)，提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。
6)、驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸不能超過兩根，以免給裝配帶來困難。
7）、主軸的分布被加工零件上加工孔的位置決定主軸的分布情況?？椎奈恢梅植即笾驴蓺w納為：同心圓分布、支線分布和任意分布三種類型。
3.1 基本傳動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算
3.1.1 分配傳動(dòng)比
根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，可以盡量采用電機(jī)直接帶動(dòng)的傳動(dòng)方式，這樣設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)簡單緊促，并且容易保證傳動(dòng)比，只是可能會(huì)引起機(jī)床傳動(dòng)的不平穩(wěn)性。
求得電機(jī)功率
3.3 kw
主軸的轉(zhuǎn)速:
查表，選用電機(jī)如下：
電機(jī)型號 額定功率 滿載轉(zhuǎn)速 同步轉(zhuǎn)速
傳動(dòng)比：
=1473：2890=1：2
上式中i0、i1分別為帶傳動(dòng)與減速器（兩級齒輪減速）的傳動(dòng)比，為使V帶傳動(dòng)的外廓尺寸不致過大，同時(shí)使減速器的傳動(dòng)比圓整以便更方便的獲得圓整地齒數(shù)。初步取i0 =2，則減速器的傳動(dòng)比為
分配減速器的各級傳動(dòng)比，按展開式布置，查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，取 i11=6.4，則i22=5。（注以下有i1代替i11，i2代替i22）
3.1.2 計(jì)算機(jī)構(gòu)各軸的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)
a) 各軸的轉(zhuǎn)速ⅠⅡⅢ
Ⅰ 軸
Ⅱ 軸
Ⅲ 軸
b) 各軸的輸入功率
Ⅰ 軸
Ⅱ 軸
Ⅲ 軸
c) 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩
Ⅰ 軸
Ⅱ 軸
Ⅲ 軸
3.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
3.2.1 選擇皮帶
由設(shè)計(jì)可知：V帶傳動(dòng)的功率為2.2kw，小帶輪的轉(zhuǎn)速為960r/min，大帶輪的轉(zhuǎn)速為480r/min。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》可知 工況系數(shù)取 KA=1.5 ，Pc=1.5×2.2=3.3kw。根據(jù)以上數(shù)值及小帶輪的轉(zhuǎn)速查相應(yīng)的圖表選取A型V帶。
3.2.2 帶輪基準(zhǔn)直徑：
查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選取小帶輪基準(zhǔn)直徑為d1=100mm，則大帶輪基準(zhǔn)直徑為d2=2×100=200mm
3.2.3 帶速的確定：
3.2.4 中心矩、帶長及包角的確定
由式0.7(d1+d2)
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