DE2751255A1

DE2751255A1 - Drehbohrer, insbesondere mit wendbaren schneideinsaetzen ausgeruesteter drehbohrer

Info

Publication number: DE2751255A1
Application number: DE19772751255
Authority: DE
Inventors: Kurt Heinrich Albert Eri Faber
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1976-11-17
Filing date: 1977-11-16
Publication date: 1978-05-18
Anticipated expiration: 1997-11-17
Also published as: CH627389A5; DD134202A5; US4149821A; NZ185702A; FR2371263A1; ES464176A1; JPS5750605B2; PL126349B1; AU3030977A; IL53388A; AT366307B; FR2371263B1; BR7707627A; IT1088139B; JPS5364888A; NL7711942A; ATA821777A; PL202173A1; DE2751255C2; SE7612818L

Description

Firma SANDVIK AKTIEBOLAG, Fack, S-811 01 Sandviken 1, Schweden

Drehbohrer, insbesondere mit wendbaren Schneideinsätzen ausgerüsteter Drehbohrer

Die Erfindung betrifft einen Drehbohrer, insbesondere einen mit wendbaren Schneideinsätzen ausgerüsteten Drehbohrer. Der Bohrer ist für die Herstellung einer Bohrung in einem aus Metall oder dergleichen bestehenden Werkstück bestimmt. Die Schneideinsätze des Bohrers sind in dem Bohrer radial angeordnet.

Drehbohrer dieser Art sind an sich bekannt. Sie enthalten zwei oder mehr lösbare und wendbare Schneideinsätze für das Bohren. Diese bekannten Bohrer mußten aber mit einer oder mehreren Verschleißleisten versehen werden, denn es ist nicht möglich gewesen, die Schneideinsätze so anzuordnen, daß auf diese einwirkende radiale Kräfte haben ausbalanciert werden können.

Ausgenommen hiervon sind Stirnfräser, die mit Paaren von Schneideinsätzen ausgerüstet sind. Mit solchen Werkzeugen ist es möglich, die Schneidkräfte auszugleichen, was aber eine Folge der Schneidkanten ist, die zueinander unter einem Winkel von 180° liegen, während diese Kanten radial auswärts rechtwinklig zur Vor-

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schubrichtung gerichtet sind. Unter diesen Umständen werden, wenn überhaupt, nur sehr kleine Seitenkräfte erzeugt. Die geringen Unterschiede in den Schneidkräften, die im Zentrum des Bohrers bezüglich der Schneidkräfte aufgetreten sein mögen₍im Vergleich mit denjenigen am Umfang des Bohrers haben einfach durch Anpassung der LÄ'nge der Schneidkante jedes Einsatzes kompensiert werden können.

Mit Bohrern der vorgenannten Art, bei denen die Schneidkante unter einem Winkel von 90° in bezug auf die Vorschubrichtung des Bohrers angeordnet ist, der üblicherweise Arbeitswinkel genannt wird, tritt ein merklicher Nachteil bei dem am Umfang angeordneten Einsatz auf, und zwar aufgrund der beeinträchtigten Spanabfuhr, während die die Bohrung erzeugende Schneidecke einer unnötigen Belastung unterworfen ist. Der Nachteil bezüglich des zentrisch angeordneten Schneideinsatzes ist in erster Linie eine unnötig große Zone mit negativem Freiwinkel, welcher die Standzeit des Schneideinsatzes negativ beeinflußt.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Bohrers, bei dem die Schneideinsätze unter einem solchen Winkel zueinander angeordnet sind, daß die auf die zentrisch und am Umfang angeordneten Schneideinsätze einwirkenden Schneidkräfte ganz ausgeglichen werden, wodurch die Verwendung von Verschleißleisten ausgeschaltet wird.

Dies bedeutet, daß nur das Antriebsmoment und die axiale Vorschubkraft auf den Bohrerschaft einwirken. Dies wird erreicht durch einen Bohrer mit den Merkmalen gemäß den beigefügten Patentansprüchen .

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Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1: eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Bohrers;

Fig. 2: eine Stirnansicht des Bohrers nach Fig. 1; Fig. 3: eine Seitenansicht des Bohrers, wie er in einem Werkstück

eine Bohrung herstellt;
An)

Fig. 4: eine axiale<sicht nach der Linie IV-IV in Fig. 5, welche die auf die Schneideinsätze einwirkenden Kräfte darstellt;

Fig. 5: eine Stirnansicht des Bohrers nach FIg. 4, welche die auf die Schneideinsätze einwirkenden Kräfte darstellt;

Fig. 6: eine axiale Ansicht entlang der Linie VI-VI in Fig. 7 eines mit vier Schneideinsätzen bestückten Ausführungsbeispiels ;

Fig. 7: eine Stirnansicht des Bohrers nach Fig. 6;

Fig. 8: eine axiale Ansicht nach der Linie VIII-VIII Ln Fig. 9 eines abgewandelten Ausführungsbeispiels mit vier Schneideinsätzen;

Fig. 9: eine Stirnansicht des Bohrers nach Fig. 8,

Fig.10: eine axiale Ansicht nach der Linie X-X eines Ausführungsbeispiels in Form eines Kernbohrers nach Fig. 11;

Fig.11: eine Stirnansicht des Ausführungsbeispiels nach Fig. 10;

Fig.12: eine Seitenansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bohrers;

Fig.13: eine Stirnansicht des Ausführungsbeispiels nach FLg.12;

Fig.14: eine Stirnansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels eines Bohrers gemäß der Erfindung mit drei Schneideinsätzen.

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In Fig. 1 ist ein Bohrer 10 dargestellt, der in einem Werkstück eine zylindrische Bohrung herstellen kann. Der Bohrer besteht aus einem Schaft 10, der an seinem Vorderende mit zwei wendbaren Hartmetall-Schneideinsätzen 11 und 12 ausgerüstet ist, die an entgegengesetzten Seiten der Mittellinie des Bohrers angeordnet sind.

Sich axial erstreckende Ausnehmungen 13 und 14 sind für die Entfernung der Späne von den Einsätzen 11 bis 12 vorgesehen. Beide Schneideinsätze 11 und 12 sind mit einer Mittelbohrung versehen und am Bohrerschaft durch zentrische Spannschrauben (nicht dargestellt) befestigt, die in die Bohrungen der Schneideinsätze eingreifen und in Gewindelöchern im Schaft eingeschraubt sind. Jeder Schneideinsatz 11 und 12 enthält gegenüberliegende flache Oberflächen, die unter rechten Winkeln zu den Kantenflächen liegen, und es sind beide Schneideinsätze, wie am besten in Fig. 2 zu sehen, in dem Bohrerschaft 10 so angeordnet, daß sie - in Drehrichtung gesehen - den gleichen negativen Spanwinkel aufweisen und zusammen den gesamten Durchmesser der Bohrung erzeugen. Selbstverständlich kann aber der Bohrer wahlweise auch mit positiven Schneideinsätzen, d.h. mit Schneideinsätzen, die mit einem freien Winkel zwischen einer flachen Oberfläche und benachbarten Kantenflächen des Einsatzes versehen sind, was bedeutet, daß auf dem Schneideinsatz notwendigerweise ein Freiwinkel vorgesehen ist.

Die Bohrerausführung nach den Fig. 1 bis 5 ist mit zwei Schneideinsätzen ausgerüstet, von denen einer ein am Umfang angeordneter Schneideinsatz 11 ist, dessen Kante sich seitlich so erstreckt, daß der Durchmesser der Bohrung dadurch erzeugt wird, während

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der andere Schneideinsatz 12 innerhalb des Umfanges des Bohrers angeordnet ist, wobei der Winkel zwischen den Schneideinsätzen 11 und 12 ist.

In den Fig. 4 und 6 sind die Schneidkräfte, die auf die Schneideinsätze 11 und 12 einwirken, im einzelnen dargestellt. Die auf den am Umfang angeordneten Schneideinsatz 11 einwirkenden Kräfte sind mit einem Index 1 versehen, während die auf den zentrischen Einsatz 12 einwirkenden Kräfte mit einem Index 2 versehen sind. Die Tangentialkräfte sind mit einem Index t versehen, während die radialen Kräfte mit einem Index r und die axialen Kräfte mit einem Index a versehen sind. In Fig. 4 sind die resultierenden Schneidkräfte, die in einer Ebene parallel zur Vorschubrichtung wirken, mit einem Index r versehen, während die resultierenden Kräfte in Fig. 5, die in einer Ebene rechtwinklig zur Vorschubrichtung wirken, mit einem Index P versehen sind.

Es ergibt sich somit, daß, wenn die resultierenden Schneidkräfte P₁ und P₂ gleich sind und in entgegengesetzte voneinander parallele Richtungen orientiert sind, der Bohrerschaft keinen radialen Kräften ausgesetzt ist. Der Bohrerschaft ist nur einem Drehmoment ausgesetzt, das als (P- · a + P ₂ · b) berechnet werden kann, wobei a und b die Momentarme jedes Einsatzes bezeichnen, und einer Vorschubkraft unterworfen, die aus (Pa₁ und Pa-) berechnet werden kann.

Unter diesen Umständen wird der Bohrer genau im Zentrum der Bohrung gehalten, und es sind Verschleißleisten, die den Bohrer in der Bohrung führen, nicht erforderlich.

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In Fig. 5 ist die Situation dargestellt, in welcher die resultierenden Schneidkräfte P ₁ und P _ gleich und entgegengesetzt orientiert sind und in parallelen Richtungen verlaufen, wodurch ein Kräfteausgleich sichergestellt ist. Dies^/ird dadurch erreicht, daß der zentrisch angeordnete Schneideinsatz 12 vom am Umfang angeordneten Schneideinsatz 11 unter einem Winkel angeordnet ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Schneideinsatz 12 um einen Winkel 180^ο+Ύ* in bezug auf den am Umfang angeordneten Schneideinsatz 11 - in Drehrichtung des Bohrers gesehen - gedreht wird. Die Beziehungen, die bezüglich des Winkels V auftreten, sind
Y= S + &

wobei δ den Winkel zwischen P_fc1 und P ₁ ist, während t den Winkel bezeichnet, der zwischen P.» und P „ auftritt. Ferner treten hier folgende weitere Beziehungen auf:

tan 0 = ρ und tan £ = P _

p P

ti t2

Da die Werte von P .. , P... , P ₂ ^un^ P*-o bekannt sind, ist es möglich, den genauen Wert des Winkels f zu errechnen.

Ferner sollte bemerkt werden, daß, wenn die verwendeten Einsätze gerade Kanten und kleine Eckenradien aufweisen, die außer aufgrund des Arbeitswinkels bzw. Anstellwinkels keine radialen Kräfte erzeugen, die Kenntnis der Verhältnisse

p P
al und ^a2

^Pt1 ^Pt2

ausreicht, um den Wert ^ zu bestimmen.

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Vorzugsweise sollte der zentrale Einsatz des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 1 bis 5 mit einer geneigten Kantenfläche an der aktiven Schneidkante versehen sein, welche die Festigkeit dieser Schneidkante verbessert.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den FIg. 1 bis 5 enthält der Bohrer einen am Umfang angeordneten Schneideinsatz 11 mLt einem Einstellwinkel oder Arbeitswinkel GC über 90° und einen zentrischen Schneideinsatz 12 mit einem Einstell- oder Arbeitswinkel ρ kleiner als 90°, wobei sich der letztere in das Zentrum, vorzugsweise eine Strecke innerhalb des Zentrums des Bohrer, erstreckt. Die verbesserte Orientierung des Schneideinsatzes gemäß der Erfindung ermöglicht auch den Ausgleich von radialen Kräften selbst dann, wenn der Einstellwinkel· des am Umfang angeordneten Schneideinsatzes kleiner als 90° ist und der Einstellwinkel des zentrischen Schneideinsatzes 90° übersteigt.

Es ist beispielsweise auch möglich, drei Schneideinsätze vorzusehen, von denen einer ein am Umfang angeordneter Schneideinsatz ist, während die beiden anderen innerhalb des Umfanges angeordnet sind und sich in verschiedene radiale Richtungen erstrecken. Es ist auch möglich, Schneideinsätze zu verwenden, die mit <?ebogenen Schneidkanten versehen sind, beispielsweise runde Schneideinsätze oder Schneideinsätze mit Schneidkanten mit Winkelmäßig gebrochener Form z.B. dreieckförmige Schneideinsätze.

Die Figuren 6 und 7 zeigen einen Schneideinsatz mit vier Schneideinsätzen, die sich in axialer Richtung in im wesentlichen gleichen Ausmaße erstrecken. Zwei dieser Einsätze, nämlich 11 und 11 , sind in der gleichen Ebene angeordnet, und zwar neben der glei-

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chen Ausnehmung für die Späneabfuhr, während die beiden anderen Schneideinsätze 12 und 12 in getrennten und parallelen Ebenen angeordnet sind, und zwar neben der anderen Ausnehmung des Bohrers für die Späneabfuhr, wobei der in radialer Richtung äußerste Schneideinsatz 12 in einer eingedrückten Oberfläche 15 angeordnet ist. Wenn die resultierenden Schneidkräfte auf den Einsätzen, die mit A, B, C und D bezeichnet sind, in Paaren gleich sind und einander entgegengerichtet sind und in parallelen Richtungen verlaufen, ist ein Kräfteausgleich erreicht.

Die Fig. 8 und 9 zeigen ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Bohrers mit vier Schneideinsätzen, wobei die beiden inneren Schneideinsätze mit 11 und 12 bezeichnet sind, die auf einem sich in axialer Richtung erstreckenden Teil 16 des Bohrerschaftes angeordnet sind, wobei sich diese beiden Schneideinsätze in axialer Richtung in im wesentlichen gleichen Ausmaß erstrecken. Die anderen beiden Schneideinsätze 11 und 12 erstrekken sich in axialer Richtung in gleichem Maße, und sie sind ferner vom Zentrum des Bohrers weiter entfernt angeordnet als die ersteren Schneideinsätze. Ein Kräfteausgleich ist erreicht, wenn die resultierenden Schneidkräfte A und D, die auf die Schneideinsätze 11 und 12 einwirken, gleiche Werte haben, während sie einander entgegengerichtet sind und sich parallel zueinander erstrecken, während gleichzeitig die Kräfte B und C, die auf die Schneideinsätze 11 und 12 einwirken, ebenfalls gleich sind und in entgegengesetzte Richtungen weisen.

Die Fig. 10 und 11 zeigen die Anwendung der Erfindung auf einen Kernbohrer, bei welchem der innere Schneideinsatz 12 sich radial um eine Strecke in das zentrale Loch 17 des Bohrers erstreckt.

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In den Fig. 12 und 13 ist die Erfindung auf einen Bohrkopf 18 angewendet, der an seiner Rückseite einen rohrförmigen Schaftteil 19 aufweist, der mit einem Außengewinde 20 versehen ist, damit er auf eine nicht dargestellte Bohrstange aufgeschraubt werden kann. Es sind zwei Schneideinsätze 11 und 12 mit einer sogenannte Dreieckform vorgesehen, d.h. grundsätzlich dreieckförmige Schneideinsätze, von denen jede Schneidkante zwei gerade Teile enthält, die unter einem Winkel zueinander liegen. Diese dreieckförmigen Schneideinsätze sind auf dem Bohrkopf gemäß der Erfindung angeordnet. Ein Kühlmedium wird unter hohem Druck entlang der Außenseite des Bohrkopfes gepumpt, während alle in der Bohrung erzeugten Späne nach rückwärts durch das Kühlmedium durch die Ausnehmungen 21 und 22 des Bohrkopfes für die Entfernung der Späne entfernt werden, wobei sich diese Ausnehmungen axial über eine begrenzte Entfernung erstrecken und sich dann in die zylindrische öffnung 23 des Schaftteiles 19 des Bohrkopfes und in das hiermit gekuppelte Bohrrohr öffnen. Wie aus Fig. 13 hervorgeht, liegt der innerste Schneideinsatz 12 unter einem Winkel zu dem Schneideinsatz 11 am Umfang, wobei dieser Winkel mit X bezeichnet ist. Die Größe dieses Winkels ist so gewählt, daß die radialen Kräfte in der beschriebenen Weise ausgegl-ichen werden.

Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, ist es dem Fachmann möglich, den geeigneten Wert des Winkels Y in jedem besonderen Fall mit Hilfe geeigneter Formeln mathematisch zu errechnen. Der Wert des genannten Winkels X hängt dann davon ab, welche Anstellwinkel cC und P (siehe Fig. 4) und welche besondere Ausbildung des Einsatzes verwendet wird.

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Als geeigneter Wert des Winkels T kann von einem Bohrer gemäß der Erfindung ausgegangen werden, der mit zwei dreieckförmigen Schneideinsätzen ausgerüstet ist, wie sie in den Fig. 12 und gezeigt sind. Dabei weist jeder Schneideinsatz einen eingeschriebenen Kreis mit einem Durchmesser von 12,7 mm auf, wobei der Schneideinsatz so dimensioniert ist, daß ein Bohrloch von mindestens 42 mm und bis zu 56 mm erzeugt wird. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel sollte der Winkel Y" einen Wert im Bereich von 4° bis 10° aufweisen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 14 ist der Erfindungsgedanke bei einem Bohrkopf der gleichen Art, wie er in den Fig. 12 und 13 beschrieben ist, angewendet, d.h. bei einem Bohrkopf 18 mit einem rückwärtigen rohrförmigen Schaftteil. Drei Schneideinsätze 24, 25 und 26, die beispielsweise dreieckförmige Gestalt haben, sind am Bohrkopf vorgesehen. Alle erzeugten Späne werden nach rückwärts durch das Kühlmedium entfernt, und zwar durch die Ausnehmungen 27, 28 und 29 für die Späneentfernung, welchq&ich in axialer Richtung um eine begrenzte Strecke erstrecken und sich dann in die zylindrische Öffnung 23 des rückwärtigen Schaftteiles des Bohrkopfes öffnen.

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L ο e r s e ι t e

Claims

DIPL. PHYS. ROBERT MÜNZHUBER PATENTANWÄLTE

WIOENMAYEHSTHAeilif ti I) HO(JOMlIhJi HFfJ JJ TEL (O89I Ji 2S IO

16. November 1977 2 5 9/26077 B/Lb

PATENTANSPRÜCHE

Drehbohrer mit einem Schaft mit zwei in axialer Richtung verlaufenden Ausnehmungen für die Späneabfuhr und mit wenigstens zwei radial angeordneten Schneideinsätzen, von denen einer am Umfang neben einer der Ausnehmungen für die Späneabfuhr angeordnet ist, wobei die Kante dieses Schneideinsatzes sich in radialer Richtung so erstreckt, daß sie den Bohrungsdurchmesser bildet, während ein Schneideinsatz neben der anderen Ausnehmung für die Späneabfuhr und in radialer Richtung innerhalb des Bohrerumfanges angeordnet ist, wobei sich beide Schneideinsätze in axialer Richtung grundsätzlich in gleichem Maße erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß der innerste Schneideinsatz (12) eine solche radiale Lage hat und zum Umfangs-Schneideinsatz (11) unter einem solchen Winkel (180° ~Y> liegt, daß - in radialer Richtung gesehen - ein Kraftausgleich des Bohrerschaftes erreicht wird.
2. Drehbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Schneideinsatz (12) sich in das Zentrum des Bohrers, vorzugsweise eine Strecke in das Zentrum des Bohrers hinein, erstreckt.

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hdnkhaus Merck. Finck & Co München. (BLZ 7ΟΟ3Ο4ΟΟ) Konto Nr. 294649 Bankhaus H- Aufhausar, München, Nr. 2613OO Postscheck: München 2ΟΘΟ4 8OO

Telegrammadresse: Patentsenior
3. Drehbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennze Lehne t , daß die Sehne Ldeinsätze (11,12) - in Drohr ichtung unter gleichem SpanwinkeL cjesehen - in entgegengesetzte Richtungen geneigt sind.
4. Drehbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichrn ■ t , daß vier Schneideinsätze vorgesehen sind, die sich qrurulsätζ L ich in die qleiche axiale Lage erstrecken, wobei zwei von ihnen in der gleichen Ebene angeordnet sind, um einen Spänefluß durch eine der Ausnehmungen zu bewirken, während zwei Schneideinsätze in getrennten und parallelen Ebenen angeordnet sind, um einen Spänefluß durch die andere Ausnehmung zu bewirken.
5. Drehbohrer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der äußerste Einsatz (11) der sich in der gleichen Ebene befindenden Einsätze als Umfangs-Schneideinsatz vorgesehen ist und daß der äußerste der beiden in getrennten, parallelen Ebenen befindlichen Einsätze in einer vertieften Oberfläche (15) angeordnet ist.
6. Drehbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Schneideinsätze vorgesehen sind, von denen zwei an einem inneren Teil (16) angeordnet sind, der sich vom Bohrerschaft (10) axial erstreckt, wobei sich beide Schneideinsätze in axialer Richtung grundsätzlich in gleichem Maße erstrecken, während die beiden anderen Einsätze sich axial in gleichem Maße erstrekken.
7. Drehbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneideinsätze vieleckig ausgebildet sind ⁿnd daß die Schneidkante des zentral angeordneten Schneideinsatzes mit einer geneig-

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ton rasen!Joche versehen ist.
8. Drehbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Schneideinsätze vorgesehen sind, von denen einer am Umfang angeordnet ist, während die anderen innerhalb des ümfanges angeordnet sind und sich in unterschiedliche radiale Richtungen erstrecken.
9. Drehbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneideinsätze wendbar sind.
10. Drehbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneideinsätze auf einem Bohrkopf (18) mit einem rückwärtigen rohrförmigen Schaftteil angeordnet sind; wobei die Ausnehmungen (13,14) für die Späneabfuhr neben jedem r.insatz angeordnet sind, der sich axial in die öffnung des rohrförmigen Schaftteiles (19) hineinerstreckt.
11. Drehbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneideinsätze mit einem zentrischen Loch versehen und am Bohrerschaft durch Spannschrauben befestigt sind, die in den Bohrerschaft eingeschraubt sind und in die Löcher eingreifen.
12. Drehbohrer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,daß die Schneideinsätze dreieckförmig ausgebildet sind.

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