Sunday, February 10, 2019

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Wasserstrahlschneider - Wikipedia



Ein Diagramm eines Wasserstrahlschneiders. # 1: Hochdruckwassereinlass. # 2: Juwel (Rubin oder Diamant). # 3: Schleifmittel (Granat). # 4: Mischrohr. # 5: Wache. # 6: Wasserstrahl schneiden. # 7: geschnittenes Material

Ein Wasserstrahlschneider auch bekannt als Wasserstrahl oder Wasserstrahl ist ein industrielles Werkzeug, das eine große Vielfalt schneiden kann von Materialien, die einen Wasserstrahl mit sehr hohem Druck oder eine Mischung aus Wasser und einer abrasiven Substanz verwenden. Der Begriff Schleifstrahl bezieht sich speziell auf die Verwendung einer Mischung aus Wasser und Schleifmittel zum Schneiden harter Materialien wie Metall oder Granit, während die Begriffe reiner Wasserstrahl und nur Wasser sind Schneiden bezieht sich auf das Wasserstrahlschneiden ohne Zusatz von Schleifmitteln, die häufig für weichere Materialien wie Holz oder Gummi verwendet werden. [1]

Das Wasserstrahlschneiden wird häufig bei der Herstellung von Maschinenteilen verwendet. Es ist das bevorzugte Verfahren, wenn die zu schneidenden Materialien gegenüber den durch andere Verfahren erzeugten hohen Temperaturen empfindlich sind. Das Wasserstrahlschneiden wird in verschiedenen Branchen, einschließlich Bergbau und Luft- und Raumfahrt, zum Schneiden, Formen und Reiben verwendet.




Geschichte [ edit ]


Wasserstrahl-CNC-Schneidemaschine

Waterjet edit


Bei Verwendung von Wasser mit hohem Druck Die Erosion geht auf die Mitte des 19. Jahrhunderts durch hydraulischen Abbau zurück. Erst in den dreißiger Jahren begannen schmale Wasserstrahlen als industrielle Schneidvorrichtung aufzutreten. Im Jahr 1933 entwickelte die Paper Patents Company in Wisconsin eine Papier-Dosier-, Schneid- und Aufwickelmaschine, die mit einer sich diagonal bewegenden Wasserstrahldüse ein horizontal bewegtes Blatt Endlospapier schneidet. [2] Diese frühen Anwendungen befanden sich unter niedrigem Druck und beschränkt sich auf weiche Materialien wie Papier.

Die Wasserstrahltechnologie entwickelte sich in der Nachkriegszeit, als Forscher auf der ganzen Welt nach neuen Methoden effizienter Schneidsysteme suchten. 1956 entwickelte Carl Johnson von Durox International in Luxemburg ein Verfahren zum Schneiden von Kunststoffformen mit einem Hochdruck-Wasserstrahl mit dünnem Strahl, aber diese Materialien waren wie Papier weiche Materialien. [3] Im Jahr 1958 entwickelte Billie Schwacha von North American Aviation ein System, das Ultrahochdruckflüssigkeit zum Schneiden harter Materialien verwendet. [4] Dieses System verwendete eine Pumpe mit 100.000 psi (690 MPa), um einen hypersonischen Flüssigkeitsstrahl zu liefern, der hochfeste Legierungen wie beispielsweise Edelstahl PH15-7-MO schneiden kann. Diese Schneidmethode, die als Wabenlaminat auf der Mach 3 North American XB-70 Valkyrie verwendet wurde, führte zu einer Delaminierung bei hoher Geschwindigkeit, was Änderungen im Herstellungsverfahren erforderlich machte. [5]

XB-70-Projekt war das Konzept gültig und die weitere Entwicklung des Wasserstrahlschneidens wurde fortgesetzt. Im Jahr 1962 untersuchte Philip Rice von Union Carbide mit einem pulsierenden Wasserstrahl bei bis zu 340 MPa (50.000 psi), um Metalle, Stein und andere Materialien zu schneiden. [6] Research by S.J. Leach und GL Walker erweiterten Mitte der 1960er Jahre das traditionelle Kohlewasserstrahlschneiden, um die ideale Düsenform für das Hochdruckwasserstrahlschneiden von Stein zu bestimmen. [7] und Norman Franz konzentrierten sich Ende der 1960er Jahre auf das Wasserstrahlschneiden von weichen Materialien durch Auflösen einer langen Kette Polymere im Wasser verbessern die Kohäsivität des Düsenstrahls. [8] In den frühen 70er Jahren veranlasste der Wunsch, die Haltbarkeit der Wasserstrahldüse zu verbessern, Ray Chadwick, Michael Kurko und Joseph Corriveau von der Bendix Corporation Idee, Korundkristall zur Bildung einer Wasserstrahlöffnung zu verwenden, [9] während Norman Franz darauf expandierte und eine Wasserstrahldüse mit einer Öffnung von nur 0,002 Zoll (0,051 mm) herstellte, die bei Drücken von bis zu 700 MPa (480 MPa) arbeitete. [10] John Olsen verbesserte zusammen mit George Hurlburt und Louis Kapcsandy von Flow Research (später Flow Industries) das kommerzielle Potenzial des Wasserstrahls weiter, indem er zeigte, dass eine vorherige Aufbereitung des Wassers i Erhöhung der Lebensdauer der Düse. [11]


Hochdruck [ edit


Mit dem Aufkommen der Dampfkraft wurden Hochdruckbehälter und -pumpen erschwinglich und zuverlässig. Um die Mitte des 19. Jahrhunderts waren Dampflokomotiven üblich, und das erste effiziente dampfbetriebene Feuerwehrfahrzeug war betriebsbereit. [12] Um die Jahrhundertwende verbesserte sich die Zuverlässigkeit des Hochdrucks, und die Lokomotivenforschung führte zu einem sechsfachen Anstieg des Kesseldrucks. einige erreichten 1.600 psi (11 MPa). Die meisten Hochdruckpumpen arbeiteten zu diesem Zeitpunkt jedoch bei 3,4 bis 5,5 MPa (500–800 psi).

Hochdrucksysteme wurden von der Luftfahrt-, Automobil- und Ölindustrie weiter geprägt. Flugzeughersteller wie Boeing entwickelten in den 1940er Jahren [13] Dichtungen für hydraulisch verstärkte Steuerungssysteme, während Fahrzeugdesigner ähnliche Forschungen für hydraulische Federungssysteme verfolgten. [14] Höhere Drücke in Hydrauliksystemen in der Ölindustrie führten auch zur Entwicklung fortschrittlicher Dichtungen und Verpackung zum Verhindern von Lecks. [15]

Diese Fortschritte in der Dichtungstechnologie sowie der Aufstieg von Kunststoffen in den Nachkriegsjahren führten zur Entwicklung der ersten zuverlässigen Hochdruckpumpe. Die Erfindung von Marlex durch Robert Banks und John Paul Hogan von der Phillips Petroleum Company erforderte die Injektion eines Katalysators in das Polyethylen. [16] Die McCartney Manufacturing Company in Baxter Springs, Kansas, begann 1960 mit der Herstellung dieser Hochdruckpumpen für das Polyethylen Industrie. [17] Flow Industries in Kent, Washington, legte mit John Olsens Entwicklung des Hochdruckfluid-Verstärkers im Jahr 1973 die Grundlagen für die kommerzielle Realisierbarkeit von Wasserstrahlen fest, [18] ein Entwurf, der 1976 weiter verfeinert wurde. [19] Flow Industries dann kombinierte die Hochdruckpumpenforschung mit ihrer Wasserstrahldüsenforschung und brachte Wasserstrahlschneiden in die Fertigungswelt. [ Zitat erforderlich ]


Abrasive Waterjet [ edit ]]


Die Entwicklung der abrasiven Wasserstrahldüse

Während für weiche Materialien das Schneiden mit Wasser möglich ist, wurde durch die Zugabe eines Schleifmittels der Wasserstrahl zu einem modernen Werkstoff Werkzeug für alle Materialien. Dies begann 1935, als Elmo Smith die Idee entwickelte, dem Wasserstrahl ein Schleifmittel zuzusetzen. [20] Smiths Design wurde 1937 von Leslie Tirrell von der Hydroblast Corporation weiter verfeinert, was zu einem Düsen-Design führte

Die ersten Veröffentlichungen zum modernen Abrasive Waterjets (AWJ) -Schneiden wurden von Dr. 1982 BHR-Verfahren zum ersten Mal, dass Wasserstrahlen mit relativ geringen Mengen an Schleifmitteln in der Lage sind, harte Materialien wie Stahl und Beton zu schneiden. In der Märzausgabe 1984 des Maschinenbau-Magazins wurden mehr Details und mit AWJ geschnittene Materialien wie Titan, Aluminium, Glas und Stein gezeigt. Dr. Mohamed Hashish erhielt 1987 ein Patent auf die Gründung von AWJ. [22] Dr. Haschisch, der auch den neuen Begriff Abrasive Waterjet (AWJ) geprägt hat, und sein Team haben die AWJ-Technologie und ihre Hardware für viele Anwendungen weiterentwickelt und verbessert, was heute in über 50 Branchen weltweit gilt. Eine äußerst kritische Entwicklung bestand in der Entwicklung eines widerstandsfähigen Mischrohrs, das der Leistung des Hochdruck-AWJ standhalten konnte. Boride Products (jetzt Kennametal) entwickelte mit der ROCTEC-Produktreihe keramischer Wolframcarbid-Verbundrohre die Lebensdauer des Systems erheblich AWJ-Düse. [23] Die derzeitige Arbeit an AWJ-Düsen bezieht sich auf einen Mikro-Strahlwasserstrahl, so dass das Schneiden mit Düsen mit einem Durchmesser von weniger als 0,018 Zoll (0,38 mm) kommerzialisiert werden kann.

In Zusammenarbeit mit Ingersoll-Rand Waterjet Systems implementierte Michael Dixon die erste produktionspraktische Methode zum Schneiden von Titanplatten - ein abrasives Wasserstrahlsystem, das dem heute weit verbreiteten System sehr ähnlich ist. [22] Bis Januar 1989 lief dieses System 24 Stunden am Tag produzierte er Titan-Teile für den B-1B, hauptsächlich in der nordamerikanischen Aviation-Anlage von Rockwell in Newark, Ohio.


Wasserstrahlsteuerung [ edit ]


Als das Wasserstrahlschneiden in traditionelle Fertigungsbetriebe überging, war eine zuverlässige und genaue Steuerung des Schneiders unerlässlich. Frühere Wasserstrahlschneidsysteme adaptierten traditionelle Systeme wie mechanische Pantographen und CNC-Systeme, die auf der NC-Fräsmaschine von John Parsons (1952) und einem laufenden G-Code basierten. [24] Herausforderungen der Wasserstrahltechnologie offenbarten die Unzulänglichkeiten herkömmlicher G-Codes, da die Genauigkeit von deren Genauigkeit abhängt Variieren der Geschwindigkeit der Düse bei Annäherung an Ecken und Details. [25] Die Entwicklung von Bewegungssteuerungssystemen zur Einbeziehung dieser Variablen wurde Anfang der 1990er Jahre zu einer bedeutenden Innovation für führende Wasserstrahlhersteller, während Dr. John Olsen von der OMAX Corporation Systeme entwickelte, um die Düse präzise zu positionieren Wasserstrahldüse [26] wobei die Geschwindigkeit an jedem Punkt des Pfades genau festgelegt wurde, [27] und außerdem gängige PCs als Controller verwendet werden. Der größte Wasserstrahlhersteller, Flow International (eine Ausgründung von Flow Industries), erkannte die Vorteile dieses Systems und lizenzierte die OMAX-Software, mit der Folge, dass die überwiegende Mehrheit der Wasserstrahlschneidmaschinen weltweit einfach zu bedienen ist, schnell und präzise ist. 19659051] Große Wasserstrahlschleifmaschine " src="http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/72/Largest_Waterjet_New_England_Seacoast_Great_Bay_Northeast_USA_America_Speed_Fast_Quick_Material_Cutting_Tolerance_Control_Omax_Westinghouse_Newington_NH_WEC_Specialty.jpg/452px-thumbnail.jpg" decoding="async" width="452" height="301" class="thumbimage" srcset="//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/72/Largest_Waterjet_New_England_Seacoast_Great_Bay_Northeast_USA_America_Speed_Fast_Quick_Material_Cutting_Tolerance_Control_Omax_Westinghouse_Newington_NH_WEC_Specialty.jpg/678px-thumbnail.jpg 1.5x, //upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/72/Largest_Waterjet_New_England_Seacoast_Great_Bay_Northeast_USA_America_Speed_Fast_Quick_Material_Cutting_Tolerance_Control_Omax_Westinghouse_Newington_NH_WEC_Specialty.jpg/904px-thumbnail.jpg 2x" data-file-width="6000" data-file-height="4000"/>

Große Wasserstrahlschleifmaschine

Bedienung [ edit ]


Alle Wasserstrahlen folgen dem gleichen Prinzip der Verwendung von Hochdruckwasser Strahl durch eine Düse. Die meisten Maschinen erreichen dies, indem sie das Wasser zuerst durch eine Hochdruckpumpe laufen lassen. Es gibt zwei Arten von Pumpen, die diesen hohen Druck erzeugen. eine Verstärkerpumpe und eine Direktantriebs- oder Kurbelwellenpumpe. Eine Direktantriebspumpe arbeitet ähnlich wie ein Automotor und drückt Wasser durch Hochdruckschläuche unter Verwendung von Kolben, die an einer Kurbelwelle befestigt sind. Eine Druckübersetzerpumpe erzeugt Druck, indem ein Kolben mit Hydrauliköl durch ein winziges Loch gedrückt wird. [29][30] Das Wasser wandert dann entlang des Hochdruckschlauchs zur Düse des Wasserstrahls. In der Düse wird das Wasser durch eine Juwelenöffnung zu einem dünnen Strahl fokussiert. Dieser Wasserstrahl wird aus der Düse ausgestoßen und durch das Material geschnitten, indem er mit dem Geschwindigkeitsstrahl in der Größenordnung von Mach 3 um 760 m / s (2.500 ft / s) gespritzt wird. [31] Das Verfahren ist das gleiche abrasive Wasserstrahlen, bis das Wasser die Düse erreicht. Hier werden Schleifmittel wie Granat und Aluminiumoxid über einen Schleifmitteleinlass in die Düse eingeleitet. Das Schleifmittel vermischt sich dann mit dem Wasser in einem Mischrohr und wird unter hohem Druck aus dem Ende herausgedrückt. [32][33]


Vorteile [ edit


Ein wichtiger Vorteil des Wasserstrahls ist die Fähigkeit Material zu schneiden, ohne die inhärente Struktur zu beeinträchtigen, da keine wärmebehandelte Zone (HAZ) vorhanden ist. Durch Minimierung der Wärmeeinwirkung können Metalle geschnitten werden, ohne die intrinsischen Eigenschaften zu beeinträchtigen oder zu verändern. [34] Es sind scharfe Ecken, Fasen, Löcher und Formen mit minimalen inneren Radien möglich. [35]

Wasserstrahlschneider können auch komplizierte Materialschnitte erzeugen. Mit spezieller Software und 3-D-Bearbeitungsköpfen können komplexe Formen hergestellt werden. [36]

Die Schnittfuge oder -breite kann durch Austauschen von Teilen in der Düse eingestellt werden Ändern der Art und Größe des Schleifmittels. Typische Schleifschnitte haben einen Schnitt im Bereich von 1,0 bis 1,3 mm (0,04 bis 0,05 Zoll), können jedoch bis zu 0,51 mm (0,02 Zoll) schmal sein. Nicht abrasive Schnitte betragen normalerweise 0,007 bis 0,013 Zoll (0,18–0,33 mm), können aber auch nur 0,076 mm (0,003 Zoll) betragen, was ungefähr dem eines menschlichen Haares entspricht. Diese kleinen Düsen ermöglichen kleine Details in einem breiten Anwendungsbereich.

Wasserstrahlen sind in der Lage, eine Genauigkeit von bis zu 0,005 Zoll (0,13 mm) und eine Wiederholgenauigkeit von bis zu 0,001 Zoll (0,025 mm) zu erreichen. [36]

Aufgrund ihres relativ schmalen Schnitts, des Wasserstrahls Schneiden kann die Menge an produziertem Abfallmaterial reduzieren, indem ungeschnittene Teile enger als herkömmliche Schneidmethoden verschachtelt werden können. Wasserstrahlen verbrauchen ungefähr 1,9 bis 3,8 Liter pro Minute (abhängig von der Öffnungsgröße des Schneidkopfs), und das Wasser kann unter Verwendung eines geschlossenen Systems wiederverwertet werden. Abwasser ist normalerweise sauber genug, um einen Abfluss zu filtern und zu entsorgen. Das Granatschleifmittel ist ein ungiftiges Material, das zum wiederholten Gebrauch meist recycelt werden kann. Andernfalls kann es normalerweise in einer Deponie entsorgt werden. Wasserstrahlen produzieren auch weniger Staubpartikel, Rauch, Dämpfe und Verunreinigungen aus der Luft, [36] die die Gefährdung des Bedieners durch gefährliche Stoffe reduzieren. [37]

Durch das Fleischschneiden unter Verwendung der Wasserstrahltechnologie wird das Risiko einer Kreuzkontamination von dort beseitigt ist kein Kontaktmedium (nämlich eine Klinge).


Vielseitigkeit [ edit ]


Ein Wasserstrahl, der ein Metallwerkzeug schneidet

Da die Art des Schneidestroms leicht modifiziert werden kann, kann der Wasserstrahl in nahezu jeder Branche verwendet werden ; Es gibt viele verschiedene Materialien, die der Wasserstrahl schneiden kann. Einige von ihnen haben einzigartige Eigenschaften, die beim Schneiden besondere Aufmerksamkeit erfordern.

Materialien, die üblicherweise mit einem Wasserstrahl geschnitten werden, umfassen Textilien, Gummi, Schaumstoffe, Kunststoffe, Leder, Verbundstoffe, Stein, Fliesen, Glas, Metalle, Lebensmittel, Papier und vieles mehr. "Die meisten Keramiken können auch mit einem abrasiven Wasserstrahl geschnitten werden, solange das Material weicher ist als das verwendete Schleifmittel (zwischen 7,5 und 8,5 auf der Mohs-Skala)." [38] Beispiele für Materialien, die nicht mit einem Wasserstrahl geschnitten werden können sind gehärtetes Glas und Diamanten. [37] Wasserstrahlen können bis zu 150 mm (6 Zoll) Metalle und 18 Zoll (460 mm) der meisten Materialien schneiden, [39]obwohl in speziellen Kohlebergbauanwendungen Wasserstrahlen eingesetzt werden geeignet zum Schneiden von bis zu 100 Fuß (30 m) mit einer 1 Zoll (25 mm) -Düse. [40]

Speziell konstruierte Wasserstrahlschneider werden gewöhnlich zum Entfernen von überschüssigem Bitumen von Straßenoberflächen verwendet werden Gegenstand der Bindemittelspülung. Das Spülen ist ein natürliches Vorkommnis, das bei heißem Wetter verursacht wird, wenn das Aggregat mit der bituminösen Binderschicht gleichwertig wird und bei feuchtem Wetter eine gefährlich glatte Straßenoberfläche erzeugt.


Verfügbarkeit [ edit ]


Gewerbliche Wasserstrahlschneidanlagen sind bei Herstellern auf der ganzen Welt in einer Reihe von Größen und mit Wasserpumpen erhältlich, die für eine Reihe von Drücken geeignet sind. Typische Wasserstrahlschneidmaschinen haben einen Arbeitsbereich, der nur wenige Quadratmeter oder Hunderte Quadratmeter beträgt. Ultrahochdruck-Wasserpumpen sind bereits ab 40.000 psi (280 MPa) bis 100.000 psi (690 MPa) erhältlich. [36]


Prozess [ edit


Es gibt sechs Hauptprozessmerkmale zum Wasserstrahlschneiden:


  1. Verwendet einen Hochgeschwindigkeitsstrom von Ultrahochdruckwasser von 30.000–90.000 psi (210–620 MPa), der von einer Hochdruckpumpe mit möglicherweise im Strahl suspendierten Schleifpartikeln erzeugt wird.

  2. Wird für die Bearbeitung eines großen Arrays verwendet von Materialien, einschließlich wärmeempfindlicher, empfindlicher oder sehr harter Materialien.

  3. Erzeugt keine Wärmeschäden an der Oberfläche des Werkstücks oder an den Kanten.

  4. Düsen bestehen typischerweise aus gesintertem Borid [welches? oder zusammengesetztes Wolframkarbid. [41]

  5. Erzeugt bei den meisten Schnitten eine Verjüngung von weniger als 1 Grad, die durch Verlangsamung des Schneidvorgangs oder Kippen des Düsenstrahls reduziert oder ganz eliminiert werden kann. [42]

  6. Der Abstand der Düse vom Werkstück beeinflusst die Größe des Schnitts und die Abtragungsrate des Materials. Ein typischer Abstand beträgt 3,25 Zoll.

Die Temperatur ist nicht so wichtig.


Kantenqualität [ edit ]


 Unterschiedliche Randqualitäten für Wasserstrahlschnittteile

Die Kantenqualität für Wasserstrahlschnittteile wird mit den Qualitätsnummern Q1 bis Q5 definiert. Niedrigere Zahlen geben an, dass die Kanten rauher sind. höhere Zahlen sind glatter. Bei dünnen Materialien könnte der Unterschied in der Schnittgeschwindigkeit für Q1 bis zu dreimal so hoch sein wie für Q5. Bei dickeren Materialien könnte Q1 sechsmal schneller als Q5 sein. Zum Beispiel wäre Aluminium (Q5) mit einer Dicke von 4 Zoll (100 mm) 0,72 Zoll / min (18 mm / min), und Q1 wäre 4,2 Zoll / Minute (110 mm / min), 5,8-mal schneller. [43]


Mehrachsenschneiden [ edit ]



Ein 5-Achs-Wasserstrahlschneidkopf


Im Jahr 1987 bot Ingersoll-Rand Waterjet Systems ein 5-Achs-Wasserstrahlsystem mit reinem Wasserstrahl als Robotic Waterjet System an . Das System war ein Überkopfportal, das der HS-1000 in der Gesamtgröße ähnelte.

Mit den jüngsten Fortschritten in der Steuerungs- und Bewegungstechnologie ist das 5-Achs-Wasserstrahlschneiden (abrasiv und rein) Realität geworden. Wenn die normalen Achsen eines Wasserstrahls mit Y (vor / zurück), X (links / rechts) und Z (auf / ab) bezeichnet werden, fügt ein 5-Achs-System normalerweise eine A-Achse (Winkel vom Lot) und eine C-Achse hinzu (Drehung um die Z-Achse). Je nach Schneidkopf kann der maximale Schnittwinkel für die A-Achse zwischen 55, 60 oder in einigen Fällen sogar 90 Grad von der Vertikalen betragen. Somit ermöglicht das 5-Achs-Schneiden ein breites Anwendungsspektrum, das auf einer Wasserstrahl-Schneidemaschine bearbeitet werden kann.

Ein 5-Achs-Schneidkopf kann zum Schneiden von 4-Achs-Teilen verwendet werden, wobei die Geometrien der Bodenflächen um einen bestimmten Betrag verschoben werden, um den entsprechenden Winkel zu erzeugen und die Z-Achse auf einer Höhe bleibt. Dies kann nützlich sein bei Anwendungen wie der Schweißnahtvorbereitung, bei der an allen Seiten eines Teils, das später geschweißt werden soll, ein Fasenwinkel geschnitten werden muss, oder zum Zweck des Kegelausgleichs, bei dem der Schnittwinkel auf das Abfallmaterial übertragen wird, wodurch die Verjüngung üblicherweise vermieden wird gefunden auf Wasserstrahl geschnittenen Teilen. Ein 5-Achsen-Kopf kann Teile schneiden, bei denen sich auch die Z-Achse zusammen mit allen anderen Achsen bewegt. Dieses vollständige 5-Achs-Schneiden könnte zum Schneiden von Konturen auf verschiedenen Oberflächen von Formteilen verwendet werden.

Aufgrund der Winkel, die geschnitten werden können, müssen Teileprogramme möglicherweise zusätzliche Schnitte aufweisen, um das Teil vom Blech zu lösen. Der Versuch, ein komplexes Teil unter einem starken Winkel von einer Platte zu verschieben, kann ohne geeignete Entlastungsschnitte schwierig sein.


Siehe auch [ edit ]


Referenzen



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Externe Links [ edit ]





http: /nimawaterjet.com






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