JP6080765B2 - 切削工具およびそのための切削インサート - Google Patents

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Description

本発明は、旋削、溝削り、突き切り、およびねじ切り作業に使用され、複数の切削部分を有する割り出し可能な切削インサートを備える金属切削工具に関する。
旋削、溝削り、突き切り、およびねじ切り作業に使用される金属切削工具の分野において、インサートホルダに取り外し可能に固定できる切削インサートは、切刃付近における適切に硬質な材料すなわち超硬合金で切削作業を実行する方法を提供する。硬質性が比較的低い材料から作られているインサートホルダは、磨耗し又は破損した切削インサートの廃棄後に再利用できる。
このタイプの切削工具は、増加した数の切刃を有する割り出し可能な切削インサートを利用するために、さらに開発されている。切刃の数の増加は、切削インサートごとに切削操作数の増加を提供することによって経済的利益を与える。このタイプの切削工具は、インサートホルダ内における割り出し可能なインサートのより安定した及びより安全な保持方法を、提供するためにも開発されている。
特許文献1は、4つの刃部および4つの角柱チャンバを有する割り出し可能な突き切りビットを開示する。特許文献1の図2に示されるように、各角柱チャンバは、間隔をあけて配置された2つの当接位置を含む。保持要素内の突き切りビットのそれぞれの割り出し位置に関して、間隔をあけて配置された8つの当接位置のうちの3つは、保持要素の前方に突き出している上方突出部および下方突出部において、3つの対応する表面と接触する。
特許文献2は、4つの切刃を備える略四角い形状を有する割り出し可能な切削インサートを開示する。切刃は切削インサートの対向側面の第1対上に配置され、各対向側面が中間接触面によって隔てられた一対の切刃を有する。中間接触面に対して垂直の追加接触面は、切削インサートの対向側面の第2対上に配置される。インサートホルダ内における切削インサートの各割り出し位置に関して、中間接触面の1つ及び追加接触面の1つは、インサートホルダに拘束接触(clamping contact)する。
特許文献3は、2つの互いに対向する側面およびそれらの間に延在する周辺側面を有する割り出し可能な切削インサートを開示する。周辺側面は5つの当接部分および5つの等間隔の切削部分を有する。インサートホルダのインサートポケット内の切削インサートの割り出し位置のそれぞれに関して、5つの当接部分のうちの2つは、インサートポケットの上方の支持壁および下方の支持壁に当接する。上方の支持壁および下方の支持壁は、切削インサートの稼動切削部分に向かう方向に分岐する鋭角を形成する。
特許文献4は、2つの対向端面およびこれらの端面の間に位置された周辺側面を有する割り出し可能な切削インサートを開示する。周辺側面は5つの等しい部分に分割され、それぞれの部分は切削部分、先行壁、および後行壁を有する。インサートホルダの前方固定位置内の切削インサートの割り出し位置のそれぞれに関して、3つの連続的な部分の先行壁、および後行壁は、前方固定位置の固定面の第1支持部、第2支持部、および第3支持部にそれぞれ当接してこれを支持する。第1支持および第2支持は下向きに分岐し、第2支持および第3支持は後向きに分岐する。
米国特許第6612207号明細書 米国特許第5203648号明細書 米国特許第6942434号明細書 米国特許第7597508号明細書
本発明の一つの目的は、改良された割り出し可能な切削インサートおよび切削工具を提供することである。
また、本発明の他の目的は、効率よく製造されることができる割り出し可能な切削インサートを提供することである。
本発明のさらなる目的は、周辺側面上の当接区域の数を切削部分の数によって除することによって測定される当接比(abutment ratio)が1.0である割り出し可能な切削インサートを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、当接区域の相対的な位置決めに関連する角度の数が最小限にされる割り出し可能な切削インサートを提供することである。
本発明のさらなる目的は、各割り出し位置について、割り出し可能な切削インサートがインサートホルダ内に安全な方法および安定した方法で保持されることができる切削工具を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、切削作業の間、前方方向へ、切削インサートがインサートホルダから「引き抜かれる」ことをインサートホルダの構造構成が防止する、切削工具を提供することである。
本発明に従って、2つの互いに対向する端面(対向端面)であってそれらの間に周辺側面および中心軸が延在する2つの対向端面を含む割り出し可能な切削インサートが提供される。
前記切削インサートは4つの切削部分およびちょうど4つの間隔をあけて配置された当接区域を有し、前記4つの当接区域のそれぞれは、前記切削インサートの少なくとも1つの割り出し位置において嵌め合わせられる部品の対応する領域と拘束接触することができる前記周辺側面の個別領域を示し、
前記切削インサートは前記中心軸の周りで4つの仮想的な四分円に分割され、
前記4つの当接区域は前記4つの仮想的な四分円のうちの2つの中に完全に位置される。
また、本発明に従って、4つの切削部分を有する割り出し可能な切削インサート、インサートホルダ、および留め具を備える切削工具が提供される。前記切削インサートは、2つの対向端面であってそれらの間に周辺側面および中心軸が延在する2つの対向端面を有する。前記周辺側面はちょうど4つの個別の間隔をあけて配置された当接区域を有する。
前記インサートホルダはホルダ部および本体部を有し、前記ホルダ部は第1反作用区域、第2反作用区域、および第3反作用区域を備えた側壁面を有し、
前記切削インサートは前記留め具を用いて4つの割り出し位置のうちの任意の1つにおいて前記ホルダ部内に固定可能であり、
前記切削インサートは前記中心軸の周りで4つの仮想的な四分円に分割され、前記4つの当接区域は前記4つの仮想的な四分円のうち2つの中に完全に位置され、各割り出し位置において、前記4つの当接区域のうちの3つは前記3つの反作用区域と拘束接触する。
理解を深めるために、本発明は、部材の部分的な視点のために鎖線が切断境界を表している添付の図面を参照して、ほんの一例として、ここに説明される。
本発明のいくつかの実施形態に従った切削インサートの斜視図である。 図1に示されている切削インサートの側面図である。 本発明のいくつかの実施形態に従った切削工具の分解斜視図である。 図3に示されている切削工具の側面図である。 本発明のいくつかの実施形態に従ったインサートホルダの第1斜視図である。 本発明のいくつかの実施形態に従ったインサートホルダの第2斜視図である。 図3に示されている切削工具の留め具がない状態の側面図である。
最初に参照される図1および図2は、例えばタングステンカーバイドなどの超硬合金を型押圧し焼結することによって作られることができる割り出し可能な切削インサート20を示す。この切削インサート20はコーティングされていてもコーティングされていなくてもよい。
割り出し可能な切削インサート20は、2つの対向端面22と、それらの間に延在する周辺側面24および中心軸Cと、4つの切削部分26a、26b、26c、26dとを有する。周辺側面24は、間隔をあけて配置されたちょうど4つの当接区域28a、28b、28c、28dを有し、それ故に、割り出し可能な切削インサート20に、切削部分の数によって当接区域の数を除することによって測定される1.0と等しい当接比Raを与える。これは製造効率に関して有益である。4つの当接区域28a、28b、28c、28dのそれぞれは、周辺側面24の個別領域を示す。周辺側面24の個別領域は、割り出し可能な切削インサート20の少なくとも1つの割り出し位置において、嵌め合わせられる部品の対応する領域と拘束接触する。
図2において示されるように、割り出し可能な切削インサート20の側面視において、4つの当接区域28a、28b、28c、28dのそれぞれは、4つの当接区域28d、28c、28b、28aのうち隣接する1つとV字型を形成する。
本発明のいくつかの実施形態において、2つの対向端面22は互いに同一でもよい。
また、本発明のいくつかの実施形態において、2つの対向端面22のそれぞれは、中心軸Cに対して垂直である***支持面30を含んでもよい。2つの***支持面30は、中心軸Cに対して平行な方向において、割り出し可能な切削インサート20の最も外側の部分を示し、同一の割り出し可能な切削インサート20が左勝手の切削工具および右勝手の切削工具の両方に使用されることを可能にする。
図2において示されるように、割り出し可能な切削インサート20は、中心軸Cの周りの4つの仮想的な四分円Q1、Q2、Q3、Q4に分割される。4つの当接区域28a、28b、28c、28dは、4つの仮想的な四分円Q1、Q2、Q3、Q4のうちQ1、Q3の2つの中に完全に位置される。
本発明のいくつかの実施形態において、4つの当接区域28a、28b、28c、28dは平坦であってもよい。これらの実施形態では、4つの当接区域28a、28b、28c、28dのそれぞれは、中心軸Cに対して平行であってもよい。
本発明の別の実施形態(図示されていない)は、4つの平坦でない当接区域がある周辺側面を有する切削インサートを含んでもよい。これらの実施形態では、各当接区域は外向きに凸状の形状を有してもよい。
4つの当接区域28a、28b、28c、28dが平坦である実施形態では、4つの当接区域28a、28b、28c、28dのそれぞれは、4つの当接区域28d、28c、28b、28aの他の1つとの間で180度未満の外部当接角α1を形成してもよい。これらの実施形態では、4つの当接区域28a、28b、28c、28dは、典型的には、互いに対向する第1の仮想四分円Q1および第3の仮想四分円Q3の中に、2つ一組で構成される。図2に示されるように、外部当接角α1を形成する第1当接区域28aおよび第4当接区域28dの一組は第1の四分円Q1に完全に位置され、同じ外部当接角α1を形成する第2当接区域28bおよび第3当接区域28cの一組は第3の四分円Q3に完全に位置される。通常、これらの実施形態において、60度から140度の間の角度を有する外部当接角α1が好ましい。
4つの当接区域28a、28b、28c、28dの相対的な位置決めに関連する3つの角度だけが製造工程の間に制御されることが必要とされるという点において、製造効率に関して、4つの当接区域28a、28b、28c、28dを構成するこの方法と関連する利益がある。この3つの角度は、第1当接区域28aと第4当接区域28dとの間の外部当接角α1、第2当接区域28bと第3当接区域28cとの間の外部当接角α1、および第1当接区域28aと第2当接区域28bとの間の内部当接角α2である。
この説明および特許請求の範囲にわたって、「内部角」および「外部角」という用語の使用は、その上に表面部分または区域がそれぞれ形成された部材の内側および外側にて測定される2つの平坦な表面部分または2つの区域の間の角度を示す。
本発明のいくつかの実施形態において、4つの切削部分26a、26b、26c、26dは互いに同一であってもよい。切削部分26a、26b、26c、26dのそれぞれは切刃32a、32b、32c、32dを有し、切刃32a、32b、32c、32dはすくい面34a、34b、34c、34dおよび逃げ面36a、36b、36c、36dが交差して形成される。4つのすくい面34a、34b、34c、34dおよび4つの逃げ面36a、36b、36c、36dは、周辺側面24に位置する。
図2において示されるように、割り出し可能な切削インサート20の側面視において、4つの切削部分26a、26b、26c、26dのそれぞれは、4つの当接区域28a、28b、28c、28dのうちの最も近い1つから間隔をあけて配置される。
本発明のいくつかの実施形態において、4つの切刃32a、32b、32c、32dは中心軸Cに対して略平行な方向に延在してもよい。
図2において示されるように、本発明のいくつかの実施形態において、割り出し可能な切削インサート20は、中心軸Cを含む第1平面P1に関して鏡面対称性を有していてもよい。これらの実施形態では、第1平面P1は、4つの当接区域28a、28b、28c、28dが完全にその中に位置されている第1の仮想四分円Q1および第3の仮想四分円Q3を、2等分してもよい。4つのすくい面34a、34b、34c、34dのそれぞれは、それに関連する逃げ面36a、36b、36c、36dよりも第1平面P1に概ね近くてもよい。
図2において示されるように、本発明のいくつかの実施形態において、割り出し可能な切削インサート20は、中心軸Cを含み且つ第1平面P1に対して垂直である第2平面P2に関して鏡面対称性を有していてもよい。
割り出し可能な切削インサート20が第1平面P1および第2平面P2に関して鏡面対称性を有する実施形態では、割り出し可能な切削インサート20は、中心軸Cまわりに180度回転することによって、第1平面P1にあり且つ中心軸Cに垂直である第1軸A1まわりに180度回転することによって、または第2平面P2にあり且つ中心軸Cに垂直である第2軸A2まわりに180度回転することによって、割り出しされてもよい。
また、割り出し可能な切削インサート20が第1平面P1および第2平面P2に関して鏡面対称性を有する実施形態では、周辺側面24は互いに同一な対向側面38a、38bの2つの対を含んでもよい。第1平面P1に関して鏡面対称性を有する第1対の対向側面38aは、4つの逃げ面36a、36b、36c、36dを含む。第2平面P2に関して鏡面対称性を有する第2対の対向側面38bは、4つのすくい面34a、34b、34c、34dおよび4つの当接区域28a、28b、28c、28dを含む。4つの切刃32a、32b、32c、32dは、第1対と第2対の対向側面38a、38bの間の交差箇所において形成されてもよい。
超硬合金を型押圧して形成する前に切削インサート型穴(示されていない)に摺動自在に配置され且つ超硬合金を型押圧して形成した後に切削インサート型穴から摺動自在に退避される4つのすくい面形成ピン(示されていない)を、第2平面P2に垂直であるストローク方向を有する2つの線形アクチュエータ(図示されていない)の操作を必要とするだけにできるという点において、製造効率に関して、4つのすくい面34a、34b、34c、34dを構成するこの方法と関連する利益がある。ここでは、2つのすくい面形成ピンは各線形アクチュエータと関連している。
割り出し可能な切削インサート20が第1平面P1および第2平面P2に関して鏡面対称性を有し、且つ4つの当接区域28a、28b、28c、28dのそれぞれが中心軸Cに平行である実施形態では、第1当接区域28aは第3当接区域28cに平行であり、第2当接区域28bは第4当接区域28dに平行である。
留意すべき点が図3および図4に描かれている。図3および図4は、割り出し可能な切削インサート20、右勝手のインサートホルダ42、および留め具44を備える右勝手の切削工具40を示す。
右勝手のインサートホルダ42は、左勝手の切削工具(図示されていない)を提供するために同様に左勝手化されてもよいが、ホルダ部46および本体部48を有する。切削インサート20は留め具44を用いてホルダ部46内に固定される。
本発明のいくつかの実施形態において、インサートホルダ42は硬化鋼から作られてもよく、ホルダ部46は硬質であり且つ非弾性であってもよい。
図3から図6に示されるように、ホルダ部46は、底面62および側壁面50を有するインサートポケットを有する。この側壁面50には第1反作用区域52、第2反作用区域54、第3反作用区域56が設けられている。割り出し可能な切削インサート20は4つの異なる割り出し位置にてホルダ46内で固定可能である。各割り出し位置では、4つの当接区域28a、28b、28c、28dのうちの3つが、3つの反作用区域52、54、56と拘束接触している。また、各割り出し位置では、隙間Gは4つの当接区域28a、28b、28c、28dのうちの1つと側壁面50との間に典型的には形成される。割り出し可能な切削インサート20の表面上における中心軸Cと概ね同じ方向に延在するいかなる他の領域または区域も、ホルダ部46と拘束接触していない。
本発明のいくつかの実施形態において、第1反作用区域52、第2反作用区域54、および第3反作用区域56は非平坦であってもよく、典型的には外向きに凸状の形状を有してもよい。他方、本発明の他の実施形態(図示されていない)は、3つの平坦な反作用区域がある側壁面を有するインサートホルダを含んでもよい。
図4は、第1割り出し位置においてホルダ部46内に固定された切削インサート20を示す。第1割り出し位置において、第1当接区域28aは第1反作用区域52と拘束接触し、第2当接区域28bは第2反作用区域54と拘束接触し、第3当接区域28cは第3反作用区域56と拘束接触し、隙間Gは第4当接区域28dと側壁面50との間に形成される。
本発明のいくつかの実施形態において、本体部48はホルダ部46から後方方向Rに離れて長手方向に延在していてもよいし、第1反作用区域52および第2反作用区域54は後方方向Rに分岐してもよい。図4に示されるように、これらの実施形態では、割り出し可能な切削インサート20の稼動切削部分26dは、後方方向Rと反対の前方方向Fへ、ホルダ部46から突き出る。切削力Fcは、後方方向Rおよび前方方向Fを横断する方向におけるワークピース(図示されていない)の切削作業の間、稼動切削部分26dに作用する。図4に示されるように、切削力Fcが後方方向Rおよび前方方向Fを横断する略下方方向Dに向けられている実施形態では、第1反作用区域52はホルダ部46の上方バルジ58にて側壁面50上に位置され、第2反作用区域54および第3反作用区域56はホルダ部46の下方バルジ60にて側壁面50上に位置される。ホルダ部46において、下方バルジ60は上方バルジ58に対して下方方向Dに配置される。
割り出し可能な切削インサート20の各割り出し位置において、切削力Fcが4つの当接区域28a、28b、28c、28dのうちの3つと3つの当接区域52、54、56との間の拘束接触を強固にし、また、後方側に分岐する第1反作用区域52および第2反作用区域54が前方方向Fへ割り出し可能な切削インサート20がインサートホルダ42から「引き抜かれる」ことを物理的に防止するという点において、安全な及び安定した方法でインサートホルダ42内に割り出し可能な切削インサート20を保持することに関して、切削工具40を構成するこの方法と関連する利益がある。
図4に示されるように、本発明のいくつかの実施形態において、2つの***支持面30のうちのひとつは、ホルダ部46のインサートポケットの底面62と拘束接触している。ホルダ部46において、底面62は側壁面50を横断する方向に延在している。
また、本発明のいくつかの実施形態において、割り出し可能な切削インサート20は、中心軸Cと同軸である中心孔64を含んでもよい。中心孔64は、2つの対向端面22の間に延在し且つ2つの対向端面22へ開口している。図3および図4に示されるように、これらの実施形態において、留め具44は、中心孔64を通じて延在し且つホルダ部46の底面62においてねじ穴68と係合する締め付けねじ66の形態であってもよい。図7に示されるように、これらの実施形態において、ねじ穴68は、中心軸Cに対し前方方向Fおよび下方方向Dに延在する仮想的な線L上にねじ穴68のねじ軸Tが配置されるように、中心孔64に関して偏心していてもよい。ねじ穴68内の締め付けねじ66の締め付けが、割り出し可能な切削インサート20を前方方向Fおよび下方方向Dに付勢するので、4つの当接区域28a、28b、28c、28dのうちの3つと3つの当接区域52、54、56との間の拘束接触が確実にされる。
ここではある程度の詳細な事項について説明してきたが、特許請求の範囲に記載されているように、本発明の精神または範囲から離れることなしに本発明に様々な変更および改良がなされうることは理解されるであろう。

Claims (17)

  1. 2つの対向端面(22)であってそれらの間に周辺側面(24)および中心軸(C)が延在する2つの対向端面(22)を含み、前記中心軸(C)を含む第1平面(P1)に関して鏡面対称性を有する、割り出し可能な切削インサート(20)であって、
    前記切削インサート(20)は4つの切削部分(26a、26b、26c、26d)および間隔をあけて配置されたちょうど4つの当接区域(28a、28b、28c、28d)を有し、
    前記切削インサート(20)は前記中心軸(C)の周りで4つの仮想的な四分円(Q1、Q2、Q3、Q4)に分割され、 前記4つの当接区域(28a、28b、28c、28d)は第1の仮想四分円(Q1)および第3の仮想四分円(Q3)内に完全に位置され、前記第1平面(P1)は前記第1の仮想四分円(Q1)および前記第3の仮想四分円(Q3)を2等分する、
    割り出し可能な切削インサート(20)。
  2. 前記切削インサート(20)の側面視において、前記4つの切削部分(26a、26b、26c、26d)のそれぞれは、前記4つの当接区域(28a、28b、28c、28d)のうち最も近い1つから間隔をあけて配置された、請求項1に記載の割り出し可能な切削インサート(20)。
  3. 前記4つの当接区域(28a、28b、28c、28d)のそれぞれは、平坦であり且つ平坦な前記4つの当接区域のうちの他の1つ(28d、28c、28b、28a)と180度未満の外部当接角(α1)を形成する、請求項1に記載の割り出し可能な切削インサート(20)。
  4. 前記外部当接角(α1)は60度から140度の間の角度を有する、請求項3に記載の割り出し可能な切削インサート(20)。
  5. 前記4つの切削部分(26a、26b、26c、26d)は互いに同一であり、前記4つの切削部分(26a、26b、26c、26d)のそれぞれは、すくい面(34a、34b、34c、34d)および逃げ面(36a、36b、36c、36d)が交差して形成された切刃(32a、32b、32c、32d)を有し、前記4つのすくい面(34a、34b、34c、34d)および前記4つの逃げ面(36a、36b、36c、36d)は前記周辺側面(24)に位置する、
    請求項1に記載の割り出し可能な切削インサート(20)。
  6. 前記周辺側面(24)は対向側面(38a、38b)の2つの対を含み、前記4つの切刃(32a、32b、32c、32d)は前記対向側面(38a、38b)の2つの対の間の交差部分に形成されており、対向側面(38b)の第2対は前記4つのすくい面(34a、34b、34c、34d)および前記4つの当接区域(28a、28b、28c、28d)を含む、請求項5に記載の割り出し可能な切削インサート(20)。
  7. すくい面(34a、34b、34c、34d)のそれぞれは、それに関連する逃げ面(36a、36b、36c、36d)よりも前記第1平面(P1)に近い、請求項5に記載の割り出し可能な切削インサート(20)。
  8. 前記中心軸(C)を含み且つ前記第1平面(P1)に対して垂直である第2平面(P2)に関して鏡面対称性を有する、請求項1に記載の割り出し可能な切削インサート(20)。
  9. 前記切削インサート(20)の側面視において、前記4つの当接区域(28a、28b、28c、28d)のそれぞれは、前記4つの当接区域(28d、28c、28b、28a)のうち隣接する1つとV字型を形成する、請求項1に記載の割り出し可能な切削インサート(20)。
  10. 4つの切削部分(26a、26b、26c、26d)を有する割り出し可能な切削インサート(20)、インサートホルダ(42)、および留め具(44)を備え、
    前記切削インサート(20)は、2つの対向端面(22)であってそれらの間に周辺側面(24)および中心軸(C)が延在する2つの対向端面(22)を有し、前記周辺側面(24)はちょうど4つの個別の間隔をあけて配置された当接区域(28a、28b、28c、28d)を有し、
    前記インサートホルダ(42)はホルダ部(46)および本体部(48)を有し、前記ホルダ部(46)は第1反作用区域(52)、第2反作用区域(54)、および第3反作用区域(56)を備えた側壁面(50)を有し、
    前記切削インサート(20)は前記留め具(44)を用いて4つの割り出し位置のうちの任意の1つにおいて前記ホルダ部(46)内に固定可能である、
    切削工具(40)であって、
    前記切削インサート(20)は、前記中心軸(C)の周りで4つの仮想的な四分円(Q1、Q2、Q3、Q4)に分割され、前記4つの当接区域(28a、28b、28c、28d)は前記4つの仮想的な四分円(Q1、Q2、Q3、Q4)のうちの2つ(Q1、Q3)の中に完全に位置され、
    各割り出し位置において、前記4つの当接区域(28a、28b、28c、28d)のうちの3つは前記3つの反作用区域(52、54、56)と拘束接触する、
    切削工具(40)。
  11. 前記切削インサート(20)は、請求項2から請求項9の何れか1項に記載の個別の特徴を含む、請求項10に記載の切削工具(40)。
  12. 前記インサートホルダの本体部(48)は後方(R)に向かうに従い前記ホルダ部(46)から離れるように長手方向に延在し、前記第1反作用区域(52)および前記第2反作用区域(54)は前記後方(R)に向かうに従い離れる、請求項10に記載の切削工具(40)。
  13. 前記切削インサートの2つの対向端面(22)のそれぞれは、前記中心軸(C)に垂直である***支持面(30)を含む、請求項10に記載の切削工具(40)。
  14. 前記2つの***支持面(30)のうちの1つは前記ホルダ部(46)の底面(62)と拘束接触し、前記底面(62)は前記側壁面(50)を横断する方向に延在する、請求項13に記載の切削工具(40)。
  15. 前記切削インサート(20)は前記2つの対向端面(22)の間に延在し且つ前記2つの対向端面(22)へ開口する中心孔(64)を有し、前記中心孔(64)は前記中心軸(C)と同軸である、請求項14に記載の切削工具(40)。
  16. 前記留め具(44)は、前記切削インサート(20)の前記中心孔(64)を通じて延在し且つ前記ホルダ部(46)の前記底面(62)内でねじ穴(68)に係合する締め付けねじ(66)の形態である、請求項15に記載の切削工具(40)。
  17. 前記ねじ穴(68)は前記中心孔(64)に関して偏心している、請求項16に記載の切削工具(40)。
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