CN1174529A - 带有万能刀片座的插铣和面铣铣刀 - Google Patents

Abstract

一种可用具有不同形状的刀片(36)对工件进行插进式铣削和表面铣削操作的铣刀(10),包括:多个具有侧切削刃(43a、b)和横切削刃(44a、b)的切削刀片(36),不同刀片(36)的横切削刃(44a、b)具有不同的形状;一个含有多个带槽的、用来固定上述刀片(36)的刀片座(26)的刀体(12),所述刀片座(26)含有一个与刀片(36)的横切削刃(44a、b)隔开的上凸肩(31),而使刀片座(26)可支承具有不同形状的横切削刃(44a、b)的刀片(36);和一个用来防止刀片(36)与刀片座(26)之间发生沿侧切削刃(43a、b)和横切削刃(44a、b)的相对运动的支承机构。在最佳实施例中,支承机构含有一个从刀片(36)的后面凸出来的、大致平行于刀片(36)的侧切削刃(43a、b)的导轨状凸出件(50),和一个位于刀片座底壁(28)上的形状与导轨互补的槽(32),而且还兼有位于刀片座(26)上靠近它的上凸肩(31)处但与之隔开的凸肩(51a、b)和一个位于刀片上大致平行于其横切削刃(44a、b)的形状互补的槽(52)。

Description

带有万能刀片座的插铣和面铣铣刀

本发明总的涉及可进行插铣、斜铣和面铣作业、以便从工件中快速地切除大量材料的铣刀，具体地，涉及一种带有可接纳和固定具有不同形状和尺寸的上、下切削刃的刀片的刀片座的铣刀。

在现有技术中，有多种加工结构零件的铣刀。然而，有些结构零件例如飞机上用的结构零件通常是截面薄且具有深的空穴，这种零件一般由一种高强度轻金属例如钛的大实心坯件加工而成。常常是从金属坯件中切除的材料比留在成品工件中的材料还多。加工这类结构零件最常用的方法是使用钻头钻，再结合铣刀铣削。用钻头钻出预定深度的等于要加工出的空穴的深度的入口孔，然后将铣刀下降到入口孔内，沿同一个平面在工件中前后移动，直到移动过加工中的空穴的整个横截面为止。然后，再将铣刀进一步下降到入口孔内，上述过程重复多次，直到加工出所需深度的空穴。显然，这种现有技术是很费工时的。对于每一个空穴需要两种独立的机加工操作(钻削和铣削)。由于普通铣刀可切削的深度常常小于要加工的空穴的深度，所以，要加工到所需的空穴深度就必须在工件上进行许多道次的加工。

虽然现在已有既可进行插进式铣削又可进行表面铣削作业的铣刀，但是这类铣刀不是没有其局限性的。例如，当用同一把铣刀既进行插铣又进行面铣时，安装在铣刀头上的切削刀片同时承受着大的轴向、径向和切向的力。为了防止装在铣刀头上的切削刀片在切削过程中发生沿轴向、径向或切向的移动，将这种现有技术的刀片座做成在形状上与所要固定的刀片互补，使它们的上边和侧边分别与刀片的横切削刃和侧切削刃紧密地相接合和配合。但是，这样的结构使铣刀头只能接纳一种特定形状的切削刀片。因此，在需要进行不同形状的切削时，(例如需要加工侧壁与底面之间的较小半径或较大半径的倒角时)，就必须采用不同的铣刀。

显然，需要一种能在工件上既沿垂直方向又沿横向有效地加工出深空穴的铣刀，而不再需要在工件上进行单独的钻孔和铣削作业。最好是，同一个铣刀头能够安装具有不同形状的刀片，这样，用同一把铣刀就可在工件上进行不同形状的切削，例如，加工出侧壁与底面之间的不同半径的拐角。刀片座应设计成可牢牢固定住切削刀片，防止其在切削操作过程中发生轴向、径向或切向的移动，这些移动会造成加工面粗糙，并使刀片的切削刃发生过度磨损。铣刀和刀片应设计成可使刀具进行比其尺寸大的垂直深切削。另外，切削刃应保持正倾角对工件进行垂直的和侧向的切削，以便降低加工工件所需的动力和使刀片切削刃具有最长的寿命。

总的说来，本发明涉及一种用来加工工件的、具有各种同不种形状的切削刀片的、能克服或者说至少改正相关现有技术中的上述缺点的铣刀。该铣刀包括：多个切削刀片，不同的刀片具有不同形状的横向切削刃，和一个具有多个带槽的、用来固紧上述刀片的刀片座的圆环形刀体。每个刀片座具有一个与刀片和一条侧切削刃紧密接合的侧凸肩，和一个与全部刀片的横切削刃隔开而使刀片座可承接具有不同形状的横切削刃的刀片的上凸肩。上述铣刀还具有用来防止切削刀片与刀片座之间发生沿侧切削刃和横切削刃以及沿刀片座的侧凸肩和上凸肩的相对运动的支承机构，该支承机构含有一个设在切削刀片的背面上或者在刀片座的底壁上的凸起件，和一个在上述背面的相对面上或上述底壁的相对面上做出的用来接纳上述凸起件的槽。上述的刀片可通过螺钉固定在它们各自的刀片座上。

每个刀片的侧切削刃最好是平直的。以便使加工出的工件侧壁具有良好的光洁度。另外，每个刀片的侧切削刃最好是平行的，这样刀片就可沿环形刀体的内径和外径加工出光滑的侧壁。每个刀片最好是沿其侧切削刃呈长形的，以便由刀片的横切削刃对工件进行较深的切削。每个侧切削刃和横切削刃在刀片的前面与侧面之间可呈锐角，以便使切削刃呈径向正倾角。

铣刀和刀片的支承机构可包括一个导轨状的长形凸起件和一个形状与之互补的槽，二者均可大致平行于刀片的侧切削刃和刀片座的侧凸肩，以防止刀片与刀体之间的横向相对运动。上述的凸起件最好设在切削刀片的背面上，而上述的槽最好设在刀片座的底壁上，其理由有二：第一，在刀片的背面做一个凸起部比开一条槽容易，第二，刀片背面做出凸起部在结构上不降低刀片的强度，但若开一条槽就有损于刀片的强度。支承机构最好还含有一个第二长形凸起件和与其互补的槽，其取向大致平行于刀片的横切削刃和槽的上凸肩，以防止发生沿刀片和刀体的侧边的相对运动。上述的第一和第二长形凸起件和它们的互补的槽，可以是互相交叉的，但最好是相互垂直地设置。

固定每个刀片用的螺钉具有一个头部和一个螺纹杆，每个刀片具有一个接纳螺纹杆的孔和一个接纳螺钉头的埋头孔。每个刀片的埋头孔最好形成一个与螺钉头相接合，而使支承机构的第二凸起件牢牢地紧靠在第二互补槽的表面上的导引面。

刀片座的上凸肩与刀片横切削刃之间的间隙使刀片座可接纳和固定实际上是具有任何形状的横切削刃的刀片，因此，同一把铣刀可根据需要切削加工出具有不同半径的拐角。而且，由螺钉的导引面所施加的压力再加上交叉设置的第一和第二凸出件与其槽之间互补的相互配合，使刀片得到支承和固定，防止刀片与它们各自的刀片座之间发生沿任何方向的移动。

下面结合附图简单说明本发明，附图中：

图1是本发明的插铣和面铣铣刀的侧视图；

图2是图1所示铣刀的顶视图；

图3是带有安装凸耳(以剖面表示)的铣刀的侧视图；

图4是图1所示铣刀的局部侧视图，示出不带切削刀片的刀片座；

图5是一个刀片座和刀片的背面的透视图，说明刀片是如何与它们各自的刀片座相配合的；

图6A是图3中圆圈所示的铣刀部分的放大前视图；

图6B是沿图6A的6B-6B线的刀片和刀片座的侧剖视图；

图7A是图3中圆圈所示的铣刀(带有不同形状的刀片)部分的放大前视图；

图7B是沿图7A中的7B-7B线的刀片和刀片座的侧剖视图；

图8A是图6A所示切削刀片的顶视图；

图8B是图8A所示刀片的侧视图；

图8C是图8A所示刀片的底视图；

图9A是用于图1所示的铣刀的另一种刀片的顶视图；

图9B是图9A所示刀片的侧视图；

图9C是图9A所示刀片的底视图；

图10A是图7A所示刀片的顶视图；

图10B是图10A所示刀片的侧视图；

图10C是图10A所示刀片的底视图；

图11A～11D是用本发明的铣刀加工一个工件的各个阶段的侧剖视图；和

图12A～12D是用本发明的铣刀加工同一个工件的各个阶段的顶视图。

下面参看图1、2和3，图中示出本发明的插铣和面铣的铣刀，总的用标号10表示。该铣刀含有一个安装在适配器14(见图3)上的刀体12。上述适配器14具有一根可插入到铣床主轴(未示出)内的锥形轴16。刀体12的形状通常是圆柱形的，它具有一个由中央空腔20形成的前端18。在本实施例中，在刀体12的外圆周上分布有6个安装刀片的凸耳22，这些凸耳22是围绕刀体12的轴线等距离隔开的。从图2可清楚地看出，在凸耳22之间形成多个切屑槽，以利于切削操作过程中排出金属切屑。每个安装刀片的凸耳22含有一个面对刀体12转动方向的刀片安装区24。

下面参看图4，在每个凸耳22的刀片安装区24内做出一个用来固定刀片36的刀片座26。如图所示该刀片座26分别具有底壁28、侧凸肩30和上凸肩31。从图5可以清楚地看出，每个刀片座26的底壁28上带有一条纵长的狭缝或者说凹槽32，用来支承一个形状与其互补的导轨50，该导轨50是从每个刀片36的背面凸出来的，其取向沿着纵向轴线50a，这一点在下面还要较详细说明。每个刀片座26上带有一个用来接纳安装刀片用的螺钉的螺孔35。从图6A、6B、7A和7B中可以清楚地着出，每个刀片座26的上凸肩31与安装在刀片座26上的任何刀片36的上刃边是隔开的。这样的隔开有利于刀片座26接纳具有不同端部形状的刀片36。这样的隔开还形成一个间隙腔33，以防止刀片36上刃边的任何部分与刀片座26的上凸肩31相接触。这是一个重要的结构特征，因为在铣刀工作时，如果发生上述的接触，就会使刀片的上刃边被磨损。间隙腔33有一个扩大部分34，以便使间隙腔33能够接纳带有小半径转角的刀片(例如图7A所示的刀片)。

下面参看图5和6A～7B，每个刀片36分别含有前、后平行面38和40、侧壁41a、41b和上、下壁42a、42b。侧壁41a、41b和上、下壁42a、42b与前、后面38和40不成直角，而是与前面38成锐角，与后面40成钝角。如图6B和7B所示，与上、下壁42a、42b相对于前、后面38和40的角度一样，侧壁41a、41b也与前面38成锐角、与后面40成钝角。这种倾斜的几何形状形成了侧向切削刃43a、43b和具有正倾角的横向切削刃44a、44b，壁41a、41b、42a和42b以该正倾角与前面38相交。这种正倾角可减小切削操作时的振动量，并可减小带动铣刀所需的传动力。切削刀片36也可以具有加长的形状，以便形成与其总尺寸成比例的较深的切口，当然，这种刀片也是可转换位置的。

上述的刀片36可具有不同半径的拐角，以形成不同半径的的切口。例如，图6A和6B以及8A～8C所示的刀片具有两个弯曲度较大的端部，以便在侧向切削刃43a、43b与上、下切削刃44a、44b之间形成一个半径较大的拐角。图9A～9C示出另一种形式的切削刀片36。该实施例的切削刀片36的形状大致为矩形，它含有较直的横向切削刃44a和44b和直的侧向切削刃43a、43b。如图9A所示，在上、下切削刃44a、44b与侧向切削刃43a、43b相交的每个角上形成了一个小半径的圆弧45b。图7A、7B和10A～10C示出第三种形式的切削刀片36。在该实施例中：切削刀片36也是大致呈矩形，并含有较直的上、下切削刃44a、44b和直的侧向切削刃43a、43b。如同上一实施例那样，全部4个角都是倒圆的。但是，与上一实施倒不同，其4个角的倒圆半径不相等。也就是，其中两个相对的角具有大的倒圆半径(以“45a”示出)，另两个相对的角具有小的倒圆半径(以“ 45b”表示)。

在所有情况下，切削刀片36安装在刀片座26上时都是使平直的侧向切削刃43a、43b位于与径向垂直的方向上，并且，横向切削刃44a、44b中有一条位于下方，从而使其有可能顺利地对工件中的空腔的内侧表面和外侧表面进行加工，并可切削底面。从图6A～6B可以清楚地看出，切削刀片36用一个锁紧螺钉53固紧在刀片座26上。更具体地说，在刀片座26的底壁28中做出一个螺孔35，与锁紧螺钉53的螺杆54螺纹接合。锁紧螺钉53的螺杆54穿过切削刀片36中央的余隙孔46，该孔46带有锥形埋头孔48，与锁紧螺钉53的头部56的相应锥形表面相接合。锥形埋头孔48的一面49起着导引面的作用。这样，在拧紧锁紧螺钉53时，螺钉53的头部56与锥形埋头孔48的该导引面的接合不仅将切削刀片36向下向内分别压向刀片座26的底壁28和侧壁30上，而且使刀片36能在刀片座26内正确地定位。

本发明的铣刀10特别适用于插进式铣削和表面铣削操作，此时，铣刀首先沿轴向进入工件到一定的深度，然后，沿垂直于铣刀10转动轴线的方向进刀。当铣刀开始侧向进刀时，切削刀片36在转动180°的过程中，靠它们的径向向外的刃边进行切削，而在转动下一个180°的过程中，则靠它们的径向向内的刃边进行切削，作用在刀片36上的切削力容易沿径向向内或向外推动刀片，另外，切削刀片36容易绕锁紧螺钉53的轴线转动，这种转动会使刀片36与刀片座26的侧壁30间发生磨擦的地方变硬。

为了克服上述的力而固定切削刀片36，本发明的铣刀10设有一种机构来改善对刀片36的横向和转动的支承。也就是通过在每个切削刀片36的背面40整体地做出一条导轨50来改善横向和转动支承，这种导轨50卡在各刀片座26的底壁28中形成的具有相似形状的槽32内。(如图5所示)导轨50沿切削刀片36的纵轴线延伸。另外，位于刀片36的背面40的上、下端部上的横向凸肩51a、51b提供了附加的支承，如图6B和7B所示，横向凸肩51a、51b中有一个支承在比每个刀片座26的上凸肩31稍低的、形状与其互补的槽52内。凸肩51a、51b最好设置成垂直于导轨50。

或者，也可以在刀片座26的底壁28上做出导轨50，而在切削刀片36的背面40做出槽32。在这种实施例中，导轨50的横截面大致是矩形的。但是，其他的形状(例如V形)显然也可以。同理，凸肩51a、51b也可以由导轨或者凹槽来代替，就像刀片座26的槽52可以代以导轨一样。

下面参看图11A～11D和图12A～12D说明本发明的铣刀10的使用方法。更具体说，这些图说明如何用本发明的铣刀10来加工工件中的一个空腔(虚线表示)。首先，铣刀10沿轴向进入工件A中一定的深度D1(如图11A所示)，在铣刀10轴向进刀的过程中，便在工件A切削出一个环形槽B(如图12A所示)。在环形槽B的内部留下材料的心部C。在铣刀10进入到预定的深度D1后，便改为侧向进刀，如图11B所示。当铣刀10侧向移动时，刀片36在转动180°时用其径向向外的刀刃进行切削，而在转动下一个180°时，则用其径向向内的刀刃进行切削，当它侧向移动过一个等于铣刀10直径的距离后，整个心部C便被切除。铣刀10将继续侧向移动，直到加工出一个所需长度的槽，如图11c和12c所示。然后，铣刀10再沿轴向进刀直到进入工件A内一个预定的深度D2，如图11D和12D所示。然后，铣刀10沿垂直于铣刀10的轴线的方向向其原先的起始点返回移动。上述的顺序可根据需要重复多次，直到在工件中铣削出任一预定深度的空腔为止。铣刀10也可以沿x和y两方向前后移动，以加工出一个宽度大于铣刀10的直径的空腔。另外，铣刀10也可以同时地沿轴向和侧向移动，在工件中加工出一个斜面或者说坡面。

在铣刀10沿轴向进刀的过程中，可能出现形成长的连续切屑的问题。这种情况是不希望发生的，因为连续的切屑容易缠绕在铣床的主轴上。很希望使切屑断裂成小段，这样便能由冷却剂将其带走。为了使切屑破碎成小段，可使铣刀10断续地向工件进刀。换句话说，在铣刀10沿轴向进入工件的过程中，每隔一预定的时间间隔就瞬时停歇一次。当所产生的切屑不连续时，轴向进刀就不必作如上述的中断。

根据上述，可以看出，本发明的铣刀10可用于在单一次操作中从大工件中快速地切除材料。铣刀10由于其刀片形状的特点和稳定性较好，故其切削深度比普通的铣刀大，因此，只需要很少的道次就可加工出预定大小和深度的空腔。而且，刀片稳定性的改善还可防止在用刀片的内刃边和外刃边进行切削时发生刀片松脱或转动的问题。

当然，在不背离本发明的精神和重要特征的情况下，本发明可以按照不同于上面所述的其他具体方法来实施。因此，上述的实施例在所有方面都被认为仅仅是说明性的，不是限制性的，在所附权利要求书所述的和等效的范围内所作的所有改变都要包括在本发明的范围内。

Claims (20)

1、一种带有不同形状的切削刀片的、用于切削工件的铣刀，它含有：

多个切削刀片，每个切削刀片含有前面和后面、至少两个在它们与上述的前面之间的相交处形成相对的切削刃的相对侧壁和至少两个与上述侧向切削刃连接的相对的横向切削刃；

一个具有若干个带槽的、用来牢牢地固定上述刀片的刀片座的刀体，其特征在于，每个刀片座含有一个与上述的一个刀片的上述后面相接合的底壁、一个与上述刀片的上述侧壁之一紧密接合的侧向凸肩、和一个与上述刀片的上述横向切削刃隔开而使上述刀片座可接纳具有不同形状的横向切削刃的刀片的上凸肩；和

用来防止上述切削刀片与上述刀片座之间沿上述侧向和横向切削刃以及沿上述刀片座的侧凸肩和上凸肩的相对运动的支承机构，该支承机构含有一个在上述切削刀片的背面上或者在上述刀片座的底壁上做出的凸起件，和一个在上述背面的相对面上或上述底壁的相对面上做出的用来接纳上述凸起件的槽；和

用来将上述刀片固定在上述刀片座上的机构。

2、根据权利要求1的铣刀，其特征在于，上述的凸起件和上述的槽都是细长形的，它们的形状彼此互补，并且一般都平行于上述刀片的侧刃边和上述刀片座的侧凸肩，用来防止发生沿上述横向刃边的相对运动。

3、根据权利要求2的铣刀，其特征在于，上述的支承机构还含有一个第二长形凸起件和一个第二互补的槽，它们基本上垂直于上述刀片的侧刃边和上述的侧凸肩，用于防止发生沿上述侧刃边的相对运动。

4、根据权利要求3的铣刀，其特征在于上述的第一和第二长形凸起件和它们各自的互补的长形槽是互相交叉的。

5、根据权利要求3的铣刀，其特征在于，上述的第一和第二长形凸起件和它们各自的互补的长形槽是彼此垂直的。

6、根据权利要求3的铣刀，其特征在于，上述的固定刀片的机构是一个穿过上述刀片中的埋头孔的锁紧螺钉。

7、根据权利要求6的铣刀，其特征在于，上述埋头孔的一侧形成一个导引面，该导引面与上述的螺钉相接合，而使上述的第二凸起件牢固地卡入上述第二槽中并紧靠在第二槽的一个表面上。

8、根据权利要求1的铣刀，其特征在于，上述的每一个刀片含有平直的侧向切削刃，用来对工件的壁面进行精加工。

9、根据权利要求8的铣刀，其特征在于，上述的横向切削刃都具有相同的形状，从而使上述的横向切削刃可以转换位置。

10、根据权利要求1的铣刀，其特征在于，上述的每个切削刀片都是长形的，以便由上述刀片的横向切削刃对工件切入一定的深度。

11、一种可采用具有不同形状的长形切削刀片的插铣和面铣铣刀，它含有：

多个长形的切削刀片，每个刀片含有前面和后面、两个平行于刀片纵轴线的、在它们与上述的前面之间的相交处形成两条相对的侧向切削刃的平直的侧壁、和两条连接上述侧面切削刃的相对的横向切削刃；

一个大体上为圆环形的刀体，该刀体具有若干个带槽的刀片座，用来牢固地支承上述的刀片，其中，每个刀片座具有与上述的一个刀片的后面相接合的底壁，一个与上述刀片的一个侧壁紧密接合的侧凸肩，和一个与上述刀片的上述横切削刃隔开而使上述的刀片座可接纳具有不同形状的横切削刃的刀片的上凸肩；和

用来防止上述切削刀片与上述刀片座之间发生沿上述的侧切削刃和横切削刃以及沿上述刀片座的侧凸肩和上凸肩的相对运动的支承机构，该支承机构含有一个在上述切削刀片的背面上或者在上述刀片座的底壁上做出的长形凸起件和一个在上述背面的相对面或底壁的相对面上做出的、用来接纳上述长形凸起件的长形槽；和

将上述刀片固定在上述刀片座上的机构。

12、根据权利要求11的插铣和面铣的铣刀，其特征在于。上述的长形凸起件是一条导轨，上述的长形槽是一条形状与上述导轨互补的槽。

13、根据权利要求12的插铣和面铣的铣刀，其特征在于，上述的导轨和槽沿刀片纵轴线设置在上述每个刀片的背面的中央。

14、根据权利要求12的插铣和面铣的铣刀，其特征在于，上述的支承机构含有一个在上述刀片的背面上或在上述刀片座的底壁上做出的第二长形凸起件，和一个在上述的背面或上述的底壁相对的面上做出的用来接纳上述的第二凸形件的第二长形槽。

15、根据权利要求14的插铣和面铣的铣刀，其特征在于，上述的第二凸起件是一个凸肩，上述的第二长形槽是一个形状与上述凸肩互补的槽。

16、根据权利要求15的插铣和面铣的铣刀，其特征在于，上述的导轨和第一槽是相互垂直地设置的，上述的凸肩和第二槽也是互相垂直地设置的。

17、根据权利要求16的插铣和面铣的铣刀，其特征在于，上述的导轨和槽防止上述刀片与上述刀片座之间发生沿上述刀片的上述横向刃的相对运动；上述的槽和凸肩防止上述刀片与上述刀片座之间发生沿刀片纵轴线的相对运动。

18、根据权利要求17的插铣和面铣的铣刀，其特征在于，上述的固紧机构含有一个带有一个头部和一个螺纹杆的螺钉，每个上述刀片含有一个用来承接上述螺杆的孔和一个用来承接上述螺钉头的埋头孔。

19、根据权利要求18的插铣和面铣的铣刀，其特征在于，上述埋头孔的一面形成一个与上述螺钉头相接合的导引面，使得上述的凸肩紧紧地卡在上述的槽内。

20、一种可使用具有不同形状的刀片的插铣和面铣的铣刀，它包括：

多个长形切削刀片，每个刀片具有前面和后面、两个平行于刀片纵轴线的、在它们与上述的前面之间的相交处形成两条相对的侧向切削刃的平直的侧壁和两个相对的与上述的侧壁相连接的、在它们与上述前面相交处形成两条相对的横切削刃的横向壁，其中，所有的切削刃都呈锐角，以便使刀片安装在刀体上时与工件呈正倾角；

一个基本上是圆环形的、带有若干个用来固紧上述刀片的带槽的刀片座的刀体，其特征在于，每个刀片座具有一个与一个上述刀片的上述背面相接合的底壁、一个与上述刀片的一个上述侧壁的一部分紧密接合的侧凸肩、和一个与上述刀片的上述横切削刃隔开以便使上述的刀片座可接纳具有不同形状的横切削刃的刀片的上凸肩；

其中，在上述的环形刀体上的每个上述的刀片座都使上述刀片的两条侧向切削刃露出，从而使上述刀片既可从上述环形刀体的内径处又可从上述环形刀体的外径处切削工件；

用来防止上述切削刀片与上述刀片座之间发生沿上述侧切削刃和横切削刃和沿上述刀片座的上述侧凸肩和上凸肩的相对运动的支承机构，该机构具有在上述刀片的背面上或在上述刀片座的底壁上做出的第一和第二长形凸起件，和在上述的背面或上述的底壁的相对面上做出的用来承接上述第一和第二凸起件的第一和第二长形槽，上述的第一和第二凸起件是互相垂直的；和

一个可穿过位于每个刀片中的孔、用来将上述的每个刀片固紧在各自的刀片座上的螺钉。

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