CN101586580A - 叶片、叶轮、涡轮流体机械、叶片的制造方法以及制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不使用专用的金属模，提供用于涡轮流体机械的叶轮的叶片及其制造装置以及叶片的制造方法。本发明中，具有推出部的冲头具备以在材料的板厚程度的一定间隔相对的状态下被安装的冲头支撑件，冲头支撑件通过能够围绕第二滑块移动方旋转的第二旋转机构被安装在第二滑块，冲模通过第一旋转机构，安装在上述第一滑块上，使用由执行器控制两旋转机构的旋转角度的制造装置，在叶片的材料上形成多个鞍形补片，构成叶片。

Description

叶片、叶轮、涡轮流体机械、叶片的制造方法以及制造装置

技术领域

本发明涉及将例如水等液体作为工作流体的涡轮形流体机械的叶轮以及用于它的叶片、叶轮的制造方法以及叶轮的制造装置，特别是涉及与形式以及流体的种类无关，基于使叶轮板金工加工化的廉价的涡轮形流体机械的叶轮的制造方法。

背景技术

在涡轮流体机械中，除以水等液体作为工作流体的离心泵以外，还包括以空气等气体作为工作流体的离心压缩机。这些涡轮流体机械中，作为代表例，有专利文献1(特开平7-167099号公报)所示的涡轮流体机械。

针对主要构成要素，例如通过图1说明以水作为工作流体的离心泵的情况。离心泵由叶轮6、7、壳体1、旋转轴2以及电动机(未图示出)等构成。其中，叶轮6、7是多片叶片5分别被安装在凸台3和护罩4之间的构造，它通过旋转轴2旋转，据此，赋予流体能量。即，通过叶轮的旋转，向从吸入口8吸入的水付与离心力，通过安装在叶轮出口的引导叶片，使流体的流动的方向合理化。

因为离心泵中的轴流泵有效地将泵旋转能变换为流体的运动能，所以，所具备的特长是叶轮的叶片相对于流路方向具有扭转。

关于离心压缩机，基本的构成要素与离心泵同样，但是，例如如图2所示，有将在凸台3安装了多个叶片5a、5b的叶轮6、7安装在同轴2上的多级型，但在该多级型压缩机中，各叶轮的叶片形状不同。特别是用于压缩机的叶片其叶片面由大致直线的线素设计。

作为涡轮流体机械的制造方法，就叶轮而言，通过在铸造后进行机械加工来制造。另外，在要求高度的叶片形状精度的情况下，也有通过切削加工制造叶轮整体的情况。再有，在叶轮的叶片为三维扭转形状的情况下，使用了专门对应各叶片的三维总金属模的冲压加工被应用。

针对壳体，使用板金工加工手法，所述板金工加工手法是通过焊接等将冲压加工的钢板性的叶片接合在将钢板辊压成型的内外筒。

在现有的涡轮流体机械中，特别是压缩机的叶轮是在锻造后由机械进行切削加工，但是，在大直径零件中，由于材料利用率降低，所以，该对策是制造上的技术课题。另外，在板金工加工构造的叶轮的制作中，虽然所使用的是使用了与各叶片相吻合的专用的三维总金属模的冲压成型，但是，在制作成本中金属模费用所占的比例大，是叶轮的板金工加工化的课题。同样的课题也存在于斜流泵的叶轮以及壳体的制作中，要求采用对策。

另外，就壳体的制造方法而言，虽然由于引导叶片是替代三维总金属模由板金加工机制作，抑制了金属模费用，但是，在以往的板金加工机中施加三维的扭转在原理上是不可能的，所以，不适合叶轮的制作。因此，以低成本使叶轮板金工加工化是重要的技术课题。

另外，作为叶片的三维成型的课题，还有下述课题。在通过上下模冲压成型具有三维扭转的叶片的情况下，在材料和金属模局部接触的成型初始，由于材料没有被限制在金属模之间，所以容易偏离。因此，在以往的叶片的制作中，预估偏离，使用与最终的叶片相比有富余的材料进行冲压成型，从成型后的材料切出与最终形状的叶片面最接近的区域。但是，海水泵等在特殊环境下使用的叶轮的材料一般高价，抑制材料利用率是课题。因此，抑制冲压成型时的材料偏离也是重要的技术课题。再有，由于每一片叶片的形状精度不一致而产生叶轮的振动是涡轮流体机械运转时的噪音的原因，叶轮的组装精度极其重要。

本发明针对上述的课题，考虑涡轮流体机械的低成本化，以提供叶轮的制造方法以及制造装置和可应用它们的叶片以及叶轮为目的。另外，以提供可高精度成型叶轮的叶片为目的。

发明内容

为了实现上述的目的，第一发明记载的叶片是接合在以可旋转的状态安装在涡轮流体机械上使用的叶轮的凸台和护罩之间或者凸台上，构成叶轮的叶片，其特征在于，上述叶片的叶片面由通过局部的加工构成的多个鞍形的补片构成，上述叶片面的弯曲角具有正负两者的值。

根据该发明，能够实现具备具有要求流体性能的三维扭转的叶片的涡轮流体机械，因为性能与以往相等，同时没有必要使用三维总金属模，所以，能够提供廉价的涡轮流体机械。

第二发明记载的叶片，其特征在于，叶片面由具有大致直线的边界的多个鞍形的补片形成。

根据该发明，能够实现具备具有要求流体性能的三维扭转的叶片的涡轮流体机械，因为性能与以往相等，同时没有必要使用三维总金属模，所以，能够提供廉价的涡轮流体机械。而且，因为鞍形的补片的边界是大致直线，所以，特别是相对于用于涡轮压缩机的由直线线素定义的叶片，没有必要进行设计变更，谋求缩短包括设计程序的制造前置期。

第三发明记载的叶片，其特征在于，叶片面由具有曲线的边界的多个鞍形的补片形成。

根据该发明，能够实现具备具有要求流体性能的三维扭转的叶片的涡轮流体机械，因为没有必要使用三维总金属模，所以，能够提供廉价的涡轮流体机械。而且，因为鞍形的补片的边界是曲线，所以，叶片形状的设计的自由度提高，作为结果，与涡轮流体机械的性能提高相联系。

第四发明记载的叶片，其特征在于，由至少两个以上鞍形补片形成，而且，以上述鞍形补片彼此不相邻的状态配置，在上述鞍形补片之间配置大致平面的补片或者以上述边界线为母线的圆锥面的补片。

根据该发明，能够实现具备具有要求流体性能的三维扭转的叶片的涡轮流体机械，而且，通过鞍形的补片配置在影响性能的部分，在与性能和形状不相关的部分应用平面或者圆锥面的补片，成型容易，所以，能够谋求涡轮流体机械的性能提高，并且降低制造成本。

第五发明记载的叶片，其特征在于，上述鞍形的补片形成一个以上凹部或者凸部，而且上述凹部或者凸部形成在上述叶片面的面内方向。

根据该发明，在通过冲压金属模成型叶轮的叶片的鞍形时，通过与凹凸与叶片的凹部或者凸部相反地形成在金属模上的凹部或者凸部的嵌合进行冲压成型，能够抑制材料的偏离。因此，能够将叶片面高精度地成型为希望的三维扭转形状，与涡轮流体机械的性能提高相联系。另外，因为在叶片的冲压成型中，没有产生材料偏离，所以，能够将最终形状的叶片的展开形状作为材料使用，因此，不需要以往的剪切工序，材料利用率也提高。

第六发明记载的叶轮是通过将叶片接合在以可旋转的状态安装在涡轮流体机械上使用的叶轮的凸台和护罩之间或者凸台上而构成的叶轮，其特征在于，作为上述叶片具备第一至五发明中的任一项所述的叶片。

根据该发明，能够实现具备具有要求流体性能的三维扭转的叶轮的涡轮流体机械，因为性能与以往相等，同时没有必要使用三维总金属模，所以，能够提供廉价的涡轮流体机械。

第七发明记载的叶轮，其特征在于，在上述叶片形成凹部或者凸部，在上述凸台上在上述叶片的安装位置形成与上述叶片的凹部或者凸部嵌合的凸部或者凹部。

根据该发明，在第六发明记载的叶轮产生的效果的基础上，在叶轮的制造工序中，在将多个叶片向叶轮安装时，能够高精度地定位。据此，在叶轮的制造工序中，能够轻易地进行与轮毂的定位，能够极其迅速地组装叶轮。另外，通过将叶片高精度地安装在叶轮，能够降低叶片的不平衡造成的振动以及与之相伴的噪音。

第八发明记载的涡轮流体机械，其特征在于，具备第六或第七发明记载的任意一个叶轮。

根据该发明，能够廉价地提供具有与要求规格相吻合的性能的涡轮流体机械。

第九发明记载的制造方法是在制造涡轮流体机械在可旋转的状态所具备的叶轮时，通过对金属板的材料进行局部的加工形成多个鞍形补片的叶片的制造方法，其特征在于，由直线线素在上述叶片的材料上面定义上述鞍形补片的各边界，使用至少具备一组推出部为直线状并且相对的冲头的冲头支撑件和在一部分夹入上述叶片的材料进行限制的冲模，针对上述线素中相邻的两个线素，使上述冲头的边缘与第一线素平行地吻合，并且使上述冲模的冲模肩部的边缘与第二线素平行地吻合，成为限制了上述材料的状态，通过在包括上述第一线素，与上述材料垂直的平面内使上述冲头的组倾斜规定量，同时在上述材料的垂直方向施加规定的行程，在上述第一第二线素之间形成鞍形，以后，在所有或者一部分的相邻线素之间依次形成鞍形，将上述材料成型为希望的叶片形状。

根据该发明，因为通过单纯的冲头和冲模的组合，能够成型各种各样的叶片形状，所以，能够谋求提供廉价的涡轮流体机械。

第十发明记载的制造方法是在制造涡轮流体机械在可旋转的状态所具备的叶轮时，通过对金属板的材料进行局部的加工形成多个鞍形补片的叶片的制造方法，其特征在于，由直线线素在上述叶片的材料上面定义上述鞍形补片的各边界，使用在上下具备两个辊的第一、第二、第三辊支撑件，针对连续的三个线素，以在使上述辊支撑件的辊的轴分别与第一、第二、第三线素平行地吻合的状态下，驱动上述辊支撑件的任意的辊，在运送材料时，虽然总是与通过上述辊的线素平行地接触，但通过第一辊时的线和通过第一辊以前的线素的位置关系以成为设计形状的线素的位置关系的方式来调整上述辊支撑件的相对的位置关系，据此，连续地形成鞍形，将上述材料成型为希望的叶片形状。

根据该发明，因为能够廉价且大量地成型叶片，所以，能够提供廉价的涡轮流体机械。

第十一发明记载的制造方法是在制造涡轮流体机械在可旋转的状态所具备的叶轮时，通过对金属板的材料进行局部的加工形成鞍形补片的叶片的制造方法，其特征在于，由曲线在上述叶片的材料上面定义上述鞍形补片的各边界，使用上下相对地配置了在能够将多个球头状冲头在高度方向移动的状态下多根排列在上述叶片的材料宽度方向的冲头列的多点冲压装置，在第一工序使上述材料与上述上下的冲头列的相对头部接触并进行保持，在第二工序使上述冲头列的高度位移，在材料的一部分上形成边界为曲线的鞍形补片，在第三工序，扩大上述冲头列的相对头部的间隔，开放上述材料，以后，反复上述第一～三工序，在材料整体依次形成鞍形补片，将上述材料成型为希望的叶片形状。

根据该发明，因为通过单纯的冲头和冲模的组合就能成型各种各样的叶片形状，所以，能够谋求提供廉价的涡轮流体机械。

第十二发明记载的制造方法是权利要求七至九中的任一项记载的叶片的制造方法，其特征在于，在成型上述叶片时，针对叶片面的一部分，使用三维总金属模，冲压成型。

根据该发明，因为能够提高叶片的表面精度，同时三维总金属模为小型的三维总金属模即可，所以，降低金属模费用的效果高。

第十三发明记载的叶片的制造方法是第十二发明记载的叶片的制造方法，其特征在于，上述金属模具备凹部或者凸部，在使预先形成于上述叶片材料上的凹部或者凸部嵌合到上述金属模的凹部或者凸部的状态下，进行冲压成型。

根据该发明，在通过冲压金属模成型叶轮的叶片的鞍形时，通过与凹凸与叶片的凹部或者凸部相反地形成在金属模上的凹部或者凸部嵌合进行冲压成型，能够抑制材料的偏离。因此，能够将叶片面高精度地成型为希望的三维扭转形状，与涡轮流体机械的性能提高相联系。另外，因为在叶片的冲压成型中，没有产生材料偏离，所以，能够将最终形状的叶片的展开形状作为材料使用，因此，不需要以往的剪切工序，材料利用率也提高。

第十四发明记载的叶轮的制造装置是通过金属板状的材料的塑性变形制作可旋转地安装在涡轮流体机械上使用的叶轮的叶片的制造装置，其特征在于，具备能够独立位移·加压的至少第一和第二滑块、通过上述第一滑块的加压限制材料的冲模、在抓住从上述冲模突出的材料的状态下，通过上述第二滑块的位移施加变形的冲头、通过第一旋转机构安装在上述第二滑块，对上述冲头施加纵向的倾斜的冲头支撑件、使上述冲模和冲头相对地在水平方向倾斜的第二旋转机构、控制上述第一旋转机构和第二旋转机构的旋转角度的执行器，上述第一旋转机构和第二旋转机构的旋转轴以相互大致正交的方式配置，通过基于上述第一和第二滑块以及上述执行器的控制的上述冲模和冲头的位移和倾斜，对材料添加规定的变形。

根据该发明，就涡轮流体机械的叶轮而言，能够冲压成型具有要求流体性能的三维扭转的叶片，而且没有必要使用专用的金属模。因此，能够提供性能与以往相同并且廉价的涡轮流体机械。

第十五发明记载的叶轮的制造装置是通过金属板的材料的塑性变形制作可旋转地安装在涡轮流体机械上使用的叶轮的叶片的制造装置，其特征在于，具备对夹着材料旋转的一对辊进行支撑的第一、第二、第三辊支撑件、驱动第一辊支撑件的辊，运送材料的运送部、上述辊支撑件和安装有上述运送部的框架，上述辊支撑件的至少一个辊支撑件为了对上述材料的板面施加变形，通过相对于剩余的辊支撑件位移的位移机构安装在上述框架，上述位移机构由纵的旋转轴和横的旋转轴构成。

根据该发明，就涡轮流体机械的叶轮而言，能够辊压成型具有要求流体性能的三维扭转的叶片，能够比较高速地制造叶片。因此，能够提供性能与以往相同并且廉价的涡轮流体机械。

第十六发明记载的叶轮的制造装置是通过板状的金属材料的塑性变形制作可旋转地安装在涡轮流体机械上使用的叶轮的叶片的制造装置，其特征在于，具备具有能够位移·加压的至少一个滑块的冲压机构、能够上下移动地支撑多个球头状冲头的冲头列、受到加压控制并限制材料的一部分的冲模，上述冲头列由在材料的宽度方向排列的多个下冲头列和根数与上述下冲头列大概相等的上冲头列构成，通过上述滑块的加压力，从两面对材料加压，塑性变形。

根据该发明，就涡轮流体机械的叶轮而言，能够不使用专用的金属模，成型具有要求流体性能的三维扭转的叶片。因此，能够提供性能与以往相同并且廉价的涡轮流体机械。

发明效果

因为构成由多个鞍形的补片构成的叶片面，能够通过组合了扭转和弯曲的成型方法成型它，所以，使具备具有三维扭转的叶片的叶轮的板金工加工化成为可能。另外，因为能够替代总金属模，由一组冲头和冲模进行各种各样的叶片的成型，所以，能够期待模具费的降低。再有，因为能够削减金属模制作期间，所以，能够谋求缩短制造前置期，即使是小批量生产，也能够应用板金工加工手法。

另外，通过使叶轮板金工加工化，能够使叶片的壁厚与以往的铸造品相比薄壁化，使叶轮的轻量化成为可能。其结果能够实现涡轮流体机械运转时的节能化。再有，在叶轮的制造工序中，在以往的铸造中，虽然有必要将金属加热到熔点以上，但根据本发明，因为能够通过叶片材料尺寸程度的冲压装置来制作，所以，制造工序中的节能化成为可能。

关于涡轮流体机械的叶轮所使用的叶片的制造方法，在通过三维金属模，局部地冲压成型叶片前端时，通过使用本发明的嵌合方式的引导器，能够使冲压金属模和材料的位置关系稳定，使再现性高的冲压成型成为可能。其结果为高精度的叶片的成型成为可能。

附图说明

图1是切开本发明的应用对象的涡轮型压缩机的一部分来表示的立体图。

图2是同样的叶轮的立体图。

图3是表示作为本发明中的叶片制造的第一基本要素的弯曲变形的模式图。

图4是表示作为本发明中的叶片制造的第二基本要素的扭转变形的模式图。

图5是表示将图3、图4的基本要素组合的变形的模式图。

图6是从制品设计数据求出扭转角以及弯曲行程的原理图。

图7是表示本发明的实施例1的成型装置的系统构成的概略图。

图8是同样表示制造方法的流程的流程图。

图9是同样表示在将叶片材料向成型部对位时的移动量的计算原理的说明图。

图10是同样表示叶片材料的移动以及旋转后的位置关系的说明图。

图11是同样用于制造方法的验证的有限元分析模型的说明图。

图12是同样用于制造方法的验证的有限元分析结果的说明图。

图13是同样针对截面形状，表示分析结果和设计形状的比较的说明图。

图14是有关本发明的实施例2的辊压成型方式的制造装置的示意图。

图15是有关本发明的实施例3的多点冲压方式的制造装置的示意图。

图16是有关本发明的实施例4的制造方法的示意图。

图17是在有关本发明的实施例5的制造方法中使用的材料和金属模的示意图。

图18是有关本发明的实施例5的制造方法的示意图。

图19是表示有关本发明的实施例5的其它的方式的叶片的图。

图20是在有关本发明的实施例6的制造方法中使用的材料和金属模的示意图。

图21是有关本发明的实施例6的制造方法的示意图。

图22是本发明的实施例6的制造方法的比较对象的有限元分析结果的图。

图23是有关本发明的实施例6的制造方法的有限元分析结果的图。

图24是本发明的实施例6的制造方法的有限元分析结果的图。

图25是使用了由本发明的实施例6制造的叶片的叶轮的图。

符号说明

1...壳体、2...旋转轴、3...凸台、叶轮、4...扩散器、5...叶片、6、7...叶轮、10...材料、11a...上冲头、11b...下冲头、12a...上冲模、12b...下冲模、30...定义扭转角度的基准平面、50、51、52...线素、DE1～4、O1、O2、P1、P2、Qd...点、V1、V2、V3、V4、V5、V6...单位矢量、d...矢量、θ、

...角度、60...接头、61a、b...液压缸、62a、b...旋转机构、63...引导器、64a...框架、64b...滑块板、64c...滑块板、64d...支承板、64e...冲头支撑件、65...加工条件数据库、66...控制用电脑、67...伺服控制系统、70...材料模型、71a...上冲头、71b...下冲头、72a...上冲模、72b...下冲模、80...分析形状、81...设计形状、90...运送部、91a、b...辊、92...液压缸、93...辊支撑件、94...支撑件、95...基座、100a～f...球头状冲头列、101a...冲头框、101b...框架、102a...上压板、102b...下压板、200a、200b...部分金属模、204a、204b...金属模的凸部、205a、205b...叶片面的凹部、206a、206b...嵌合部、SEC1...线推出部分、SEC2a、SEC2b...中间区域、SEC3...金属模冲压成型区域、S1～S12...制造工序步骤。

具体实施方式

下面，详细说明本发明实施例。通过在叶轮的叶片面由直线线素构成，对向地具备直线状的冲头的装置中，使用本发明的制造技术，能够实现上述目的。

【实施例1】

图1是切开应用本发明的实施例1的涡轮流体机械的一部分来表示的立体图，表示将空气作为工作流体的离心压缩机的构造。图2是同样取出叶轮部分来表示的立体图，省略了护罩来表示。

在图1中，多级形的离心压缩机是由叶轮6、7、壳体1、旋转轴2以及电动机(未图示出)等构成。其中，叶轮6、7是多片叶片5分别被安装在凸台3和护罩4之间的构造，它通过旋转轴2旋转，据此，付与流体能量。即，通过叶轮的旋转，向从吸入口8吸入的水付与离心力，通过安装在叶轮出口的引导叶片，使流体的流动的方向合理化。叶轮6、7如图2所示，为安装在旋转轴2上的多级形，但是，各级的叶轮的叶片形状不同，分别具有不同的三维扭转。

图3是表示作为有关本实施例中的叶片的制造方法的第一基本要素的弯曲变形的模式图。在通过压板，将板状的金属材料10限制在上下冲模12a、b的状态下，使接触到材料10的上冲头11a以及下冲头11b的组向上方向行进，据此，付与从上下冲模12a、b突出的材料10谷状弯曲变形。同样，通过使上下冲头11a、b向下方向行进，付与从上下冲模12a、b突出的材料10山状弯曲变形。此时，若谷状弯曲变形为正的弯曲角度，则山状弯曲变形为负的弯曲角度。

图4是表示作为有关本发明实施例中的叶片的制造方法的第二基本要素的扭转变形的模式图。在通过压板，将材料10限制在冲模12a、b的状态下，使接触到材料10的上冲头11a以及下冲头11b的组围绕垂直于冲头侧面的轴旋转，付与从上下冲模12a、b突出的材料10扭转变形。

图5是表示通过上述的第一和第二基本要素的变形的合成，对材料10施加三维扭转的样子的模式图。即，一面使接触到材料10的上下冲头11a、b在上下方向位移，一面围绕垂直于冲头侧面的轴施加旋转，同时付与从上下冲模12a、b突出的材料扭转变形和弯曲变形。

图6是表示从制品设计数据求出扭转角θ以及弯曲行程S的原理的图。在这里，为了说明在成为边界的线素50和51之间形成鞍形的补片50a时所必须的扭转角θ以及弯曲行程S的决定方法，模式地表示设计形状的叶片表面10(材料)。在同图中，虽然没有表现出材料的厚度，但是，可以使用压力面的设计数据，求出扭转角度以及行程。

首先，扭转角的计算公式表示为下述的算式1。这里，“·”(点)代表矢量的内积。

tanθ＝(V3·V5)/(V1·V5)...算式1

在这里，

θ：在基准平面30内测量到的、矢量V5和V1之间的角度

V1：表示线素51的单位矢量

V3：与线段P2P3和V1垂直的单位矢量

V5：在基准平面30上通过其法线投影的矢量。

接着，行程的计算公式表示为下面的算式2。

S＝V3/|V3|·V6...算式2

在这里，

V6：与线段P1P2平行的矢量。

作为计算的例子，将从用于验证的叶片形状求得的具体的扭转角和行程量表示在表1。

[表1]

表1

作为在材料10的表面定义直线线素50、51、51、...的方法，可以使用一步有限元分析(逆分析)。即，相对于设计形状的模型，强制地展开为平面，将叶片表面形状的线素转印到初始的材料表面。一般，虽然即使在设计形状上是线素，在初始的材料表面也是曲线，但是，若是叶片表面程度的变形程度，则转印到初始的材料表面的线素能够大致近似于直线。

图7(a)是表示成型装置的构成的概略图。64b和64c是具有能够独立位移·加压的复动式冲压构件(未图示出)的第一冲压滑块板(第一滑块)和第二冲压滑块板(第二滑块)。在第一滑块64b，通过第二旋转机构62b安装着上下的冲模12a、12b，在将板状的材料10运入上下冲模12a、12b之间后，付与第一滑块64b加压力，限制材料10。此时，上下的冲模12a、12b通过控制作为执行器的液压缸61c，借助第二旋转机构62b的水平面内的旋转(倾斜)被调整到任意的角度。

另外，在第二滑块64c上通过可在滑块的移动方向的垂直面内旋转(倾斜)的第一旋转机构62a，安装冲头支撑件64e。冲头支撑件64e通过作为执行器的液压缸61a、61b，以第一旋转机构62a为中心转动并倾斜。再有，在冲头支撑件64e上，以将材料推出的直线状的推出部按照材料10的厚度程度的一定间隔相对的状态，上下具备冲头11a、11b。另外，也可以以该冲头11a、11b的间隔可调整的状态进行安装，在该情况下，能够对应各种板厚的材料。第一旋转机构62a和第二旋转机构62b的旋转轴以与上述冲模的冲模肩部的边缘相互大致正交，并且，冲模肩部的边缘和冲头的间隔相隔材料的板厚程度的方式配置。

在材料10的成型时，以夹在上下的冲头11a、11b之间的方式配置材料10，通过由第一旋转机构62a的旋转产生的第二滑块64c的垂直方向的倾斜和由第二旋转机构62b的旋转产生的上述冲模12a、12b的水平方向的倾斜，被付与弯曲和扭转。因为是以上述冲模12a、12b和上述冲头11a、11b的相对的位置关系对该材料付与弯曲和扭转，所以，也可以替代上述冲模12a、12b的第二旋转机构62b的水平面内的旋转(倾斜)，使水平方向的旋转(倾斜)功能合并到第一旋转机构62a。

另外，图7(b)是表示包括控制系统的构成的概略图。从将加工条件作为电子数据存储的加工条件数据库65，随时向控制用电脑66读出各线素50、51、52(参照后述的图9)、…的弯曲行程和扭转角度，伺服控制系统67根据其指令控制液压缸61a、61b、61c、d以及第一滑块64b和第二滑块64c。

图8是表示制造方法的流程的流程图。在步骤S1中，进行工序号n的初始化。通常因为从第一线素进行加工，所以，n＝1即可。在步骤S2中，由叶片面设计数据中的线素的数量决定全部工序数N，输入到系统。在步骤S3中，将材料设定在初始位置。

在步骤S4中，访问加工条件数据库，读取与在步骤S1输入的工序号对应的扭转角度(包括正、负的扭转弯曲角度)以及弯曲行程量(包括正、负的弯曲角度)的数据。在步骤S5中，调整材料10的位置，使最初加工的材料线素10和冲头11a、11b的边缘一致。在步骤S6中，使成型装置的冲头11a、11b和冲模12a、12b的开口角度与线素间的开口角度吻合。在步骤S7中，使用压板，将材料10限制在冲模12a、12b上。

在步骤S8中，将使上下冲头11a、11b和材料10表面一致的状态作为工序的初始位置，从此状态开始，调整位移以及倾斜，直至使上下的冲头达到规定的扭转角度和弯曲行程。具体地说，对图7中的冲头控制用的液压缸61a、61b进行位移控制。通过该位移控制，材料10被成型为在步骤S4中读取的弯曲角度和扭转角度。

在步骤S9中，使上下冲头11a、11b恢复到原点，使上下冲头离开材料。在这里，上下冲头的原点例如在图7的装置构成中，只要是冲头控制用的液压缸61a、61b分别为最缩短的位置即可。在步骤S10中，开放压板，使材料为非限制状态，成为材料能向下一个工序移动的状态。

在步骤S11中，将工序号n更新为下一次加工的补片的工序号。因为通常下一次加工相邻的补片，所以，更新后的n为加1的值。在步骤S12中，判定全部工序是否结束。若所有的工序完成，则结束。在所有的工序没有完成的情况下，再次返回到步骤S4，依次进行剩下的工序。

象这样，通过在上下冲头11a、11b的直线状的推出部，连续对材料10进行局部的加工，形成大致直线状的边界，由该边界夹着的部分作为鞍形的补片逐渐被构成多个。

图9是表示将叶片材料10向成型部对位时的、移动量的计算原理的图。在这里，针对为了在成为大致直线的边界的线素50和51之间加工鞍形补片50a而使材料10移动以及旋转的方法进行说明。首先，使线素51的中点为Q，在冲模的边缘上定义基准点Qd。使Q与Qd一致，并且施加移动以及旋转，使以Qd为起点的矢量V1d和以Q为起点定义在材料表面的矢量V1平行。另外，51a、52a是在线素51以后的线素间加工的鞍形补片。

以上的移动以及旋转的结果、材料被定位为图10所示的状态。即，冲头11a、11b与线素50平行，并且冲模12a、12b的边缘与线素51平行。

通过有限元分析确认了基于本实施例的制造方法的分析模型表示在图11。将材料作为弹塑性体模型化(70)，将上下的冲头(71a、71b)以及上下的冲模作为刚体模型化(72a、72b)。再有，在材料和上下冲模、材料和上下冲头之间，定义为接触。因此，若将规定的扭转角度以及弯曲行程作为边界条件施加于冲头，则材料变形。

图12(a)、(b)是分别表示设计形状以及分析结果的叶片形状。启示出通过用上述方法施加从叶片表面的设计数据求出的弯曲行程以及扭转角度，能够将材料成型为与设计形状大致一致的形状。图13针对图12(a)、(b)的截面1、2，表示分析结果和设计形状的比较。从该分析结果可知，叶片面由多个鞍形的补片形成，上述叶片面的弯曲角有正负两者的值。另外，虽然在一部分上产生了与设计形状的误差为5mm左右的误差，但是，通过本实施例的制造方法，能够再现定性的形状。

虽然在本实施例中，线素50、51是直线，鞍形补片之间成为大致直线的边界，但是，若使线素为曲线形状，则鞍形补片之间成为曲线的边界。

象上述这样地形成的叶片作为在图2中以5a、5b表示的叶片，通过焊接等接合固定在凸台3，构成叶轮。另外，存在叶片5如图2所示仅接合固定在凸台3的情况和如图1所示接合固定在凸台3和护罩4之间的情况。

【实施例2】

图14是使用辊，由材料10成型叶片的实施例2的制造装置的立体图。

在由框构成的运送部90内，构成两对辊91c～91f(91f未图示出)，将材料10限制在上下的辊之间，同时，在通过其中的辊91e的驱动，将材料10向支撑件93a运送的过程中，施加弯曲加工而构成。构成运送部90的上述两对辊被辊支撑件93c(第二辊支撑件)、93d(第三辊支撑件)支撑，分别通过作为执行器兼位移机构的液压缸61h、61i安装在框架95。然后，通过液压缸61h、61i的驱动控制，能够与上述支撑件一起在箭头A的垂直方向(上下方向)位移，能够使运送部90的上述两对辊91c～91f的、与支撑件93a的辊91a、91b(第一辊)的相对位置关系变化。

另外，支撑件93a能够围绕垂直的纵旋转轴(因为在支撑件93a的里面，所以未图示出)沿93f的箭头所示的水平方向旋转地被安装在框架(基座)65上，通过该水平方向的旋转，能够相对于运送部90的辊91c～91f的旋转轴，使辊91a、91b的旋转轴沿水平面倾斜。另外，具备辊91a、91b的辊支撑件93b(第一辊支撑件)通过水平的横旋转轴93e和作为执行器兼位移机构的液压缸61e、61f被安装在支撑件93a，支撑件93a通过垂直的纵旋转轴(93f)安装在框架95。然后，利用液压缸61e、61f的驱动控制，相对于从运送部90运送来的材料10表面(相对于运送部90的辊91c～91f的旋转轴)，使辊91a、91b沿垂直面倾斜，据此，对材料施加弯曲加工。

即，从运送部90运送来的材料10在线素50、51、52、...(参照图10)通过辊91a、91b时，以使辊91a、91b(在图10中为冲头)与通过的线素平行的方式，控制运送部90的辊的高度、支撑件93a以及支撑件93b的倾斜角度，据此，对线素施加弯曲加工，能够在材料10上连续地形成鞍形补片。在该情况下，各鞍形补片之间成为曲线的边界。

在本实施例中，由直线线素在上述叶片的材料上面定义上述鞍形补片的各边界，使用在上下具备了两个辊的第一、第二、第三辊支撑件，针对连续的三个线素，在以使上述辊支撑件的辊的轴分别平行地吻合于第一、第二、第三线素的状态，驱动上述辊支撑件的任意的辊，运送材料时，虽然总是与通过上述辊的线素平行地接触，但是，能够以通过第一辊时的线和通过第一辊以前的线素的位置关系成为设计形状中的线素的位置关系的方式，调整上述辊支撑件的相对的位置关系，据此，连续地形成鞍形，将上述材料成型为希望的叶片形状。

另外，虽然在本实施例中，通过在水平、垂直的两方向相互正交的旋转轴，将支撑件93b安装在框架95，但是，替代这种情况，也可以通过在水平、垂直的两方向相互正交的旋转轴，将运送部90的辊的支撑件93c、93d安装在框架95，将支撑件93b直接安装在框架95。总而言之，只要是用于对材料施加弯曲加工的、支撑件93c和支撑件93b的辊之间的相对的位置关系能够变化即可。

作为其它的变形例，至少一个辊支撑件由垂直的旋转轴和水平的旋转轴通过支撑件安装在框架95，剩余的辊支撑件直接安装在上述框架95。或者，安装在上述执行器兼位移机构上的辊支撑件直接安装在上述框架95，剩余的辊支撑件由垂直的旋转轴和水平的旋转轴通过支撑件安装在上述框架95。或者，安装在上述执行器兼位移机构上的辊支撑件例如通过垂直的旋转轴安装在上述框架95，剩余的辊支撑件通过水平的旋转轴安装在上述框架。再有，上述垂直的旋转轴和水平的旋转轴具有大致相互正交的旋转轴，具备用于控制上述垂直的旋转轴和水平的旋转轴的旋转角度的执行器。

在本实施例中，虽然考虑材料在材料表面内打滑的情况，但是，对此能够在材料侧面使用导辊等来进行抑制。

【实施例3】

图15是使用多点冲压设备，在叶片的一部分依次成型鞍形补片的叶轮制造装置的实施例。表示的是，通过将至少与材料10的宽度同宽度程度(10根冲头程度)地排列了球头状的冲头100的列在材料的上下排列在材料宽度方向的冲头列(100a～100e)，从上下加工材料10的情况。

具备至少具有一个能够位移·加压的滑块(未图示出)的冲压机构(未图示出)，球头状的冲头列在可滑动地被冲头框101a以及框架101a支撑的状态下，以相对状态能够在高度方向移动地配置，上述冲头列由在上述叶片的材料10的宽度方向并列十根程度的下冲头列和根数与上述下冲头列大致相等的上冲头列构成。另外，具备由通过上述滑块的加压力来限制上述材料10的一部分的上下的压板102a、102b构成的冲模102，并且，上述冲模102被配置在冲模肩部的边缘102c和冲头列的间隔102d至少相隔冲头直径100g的程度的位置。

在成型时，使冲头100的前端接触材料10的加工部位，通过滑块控制各冲头的位移(第一工序)。另外，在材料的未加工部分配置压板102a、102b，据此，在加工中限制材料10。此时，各冲头的最终位置是在假设配置了目标形状的材料时，冲头与材料表面接触的位置。象这样，以求出的位移指令为基础，控制冲头的位移，据此，在冲头所按压接触的部位，形成微小的鞍形状的补片(第二工序)。

接着，将各冲头移动到初始位置，开放对材料的限制，接着，向箭头的方向运送材料10(第三工序)，再次对冲头进行位移控制，相邻地成型新的微小的鞍形的补片。通过对叶片面整体依次进行上述的动作，以小的间距成型微小的鞍形的补片，形成规定的叶片形状。在该实施例中，鞍形的补片的边界为曲线。

即，在涡轮流体机械在可旋转的状态下具备的叶轮的叶片中，在通过对金属板的材料进行局部的加工形成鞍形补片时，在上述叶片的材料上面由曲线定义上述鞍形补片的各边界，使用在上下相对地配置了将多个球头状的冲头以能够在高度方向移动的状态多根排列在上述叶片的材料宽度方向的冲头列的多点冲压装置，在第一工序，使上述材料与上述上下的冲头列的相对头部接触并进行保持，在第二工序，使上述冲头列的高度位移，在材料的一部分形成边界为曲线的鞍形补片，在第三工序，扩大上述冲头列的相对头部的间隔，开放上述材料，以后，反复上述第一～三工序，在材料整体依次形成鞍形补片，将上述材料成型为希望的叶片形状。

【实施例4】

图16是使用作为三维总金属模的部分金属模的冲压金属模200a、200b局部地进行金属模成型，对此以外的部分SEC1应用了前面的实施例的制造方法的实施例。根据该实施例，因为在叶片表面，对为了提高动作效率而要求高度的形状精度的叶片的前端部位，进行局部地使用了金属模200a、200b的冲压加工，所以，能够高精度化。再有，因为对其它的部位，应用了前面的实施例的制造法，所以，能够降低金属模费用，能够提供廉价的涡轮流体机械。特别是在本实施例中，在大型的泵中，叶片的卷绕长度大的情况下，提高了金属模费用降低的效果。

【实施例5】

图17以及图18是表示有关构成安装在涡轮流体机械上的叶轮的叶片中的还有另外的实施方式的叶片的制造方法的图，是通过部分金属模成型叶片入口附近的例子。由本实施例的制造方法制作的叶片仅叶片入口和出口分别由鞍形的补片(SEC3、SEC1)形成，而且一部分的鞍形的补片(SEC1)由部分金属模冲压成型。再有，是使成为金属模的边界的部分为大致平面或者在线素(50、51)含有边界线的大致圆锥形状的叶片。另外，图17是表示中间区域(51和图18的52之间)为大致平面的叶片的成型的样子的图。另外，图19表示中间区域为大致圆锥(SEC2b)的叶片。下面，对中间区域为大致平面的情况下的实施例进行详细说明。

用于成型该叶片的部分金属模可以使用具有与形成叶片面的入口形状的鞍形补片中最靠近出口的补片的边界相同的边界的金属模。据此，在叶片的材料的前端形成鞍形补片，形成三维扭转的形状时，能够防止通过部分金属模的边界部，鞍形的扭转变形向叶片出口侧的材料传递的情况。

根据该实施例，通过使由金属模冲压成型的区域和出口侧的鞍形补片的中间区域SEC2的叶片面形状为大致平面或者大致圆锥形状，成型简单，能够提高叶片整体的形状精度。因为在叶片表面，对为了提高动作效率，而要求高度的形状精度的叶片的前端部位，进行局部地使用了金属模200a、200b的冲压加工，所以，能够高精度化。再有，因为对其它的部位，应用了前面的实施例的制造法，所以，能够降低金属模费用，能够提供廉价的涡轮流体机械。特别是在本实施例中，在大型的泵中，叶片的卷绕长度长的情况下，提高了金属模费用降低的效果。

形成鞍形的补片的区域只要是在叶片的流线方向，在叶片的入口为叶轮外形的25％程度的长度，就能使鞍形的金属模尺寸小型化，抑制金属模费用，并且能够充分维持希望的流体的性能。另外，通过金属模的边界中的叶片出口侧的边界位置从叶片面的鞍形补片和中间区域的边界向出口侧偏心材料板厚T的2～3倍程度，能够进一步减小叶片入口的扭转变形向出口侧传递的影响。再有，中间区域和两端的鞍形的补片的边界附近可以调整鞍形补片的扭转程度，以便平滑地连接叶片面。

【实施例6】

图20是表示有关构成安装在涡轮流体机械上的叶轮的叶片中的还有另外的实施方式的叶片的制造方法的图，特别是表示冲压成型前的样子的图。另外，图20是针对在叶片的叶片面的鞍形补片设置了凹部的叶片进行表示，是成型叶轮的入口部的鞍形的情况。具体地说，在叶片材料10的线素50和51之间的成为大致平面的部分预先形成凹部205a、205b。另一方面，在鞍形金属模的下模200b，在对应的位置预先形成下模凸部204a、204b。

图21是表示冲压成型完成时的样子的图，是在使用冲压金属模成型叶片面的一部分的鞍形补片时，在使在冲压金属模的规定的位置设置的凸部与材料10的凹部嵌合的状态下(由嵌合部206a、206b所示)，进行冲压成型。根据该实施例，因为在叶片表面，在对为了提高动作效率而要求高度的形状精度的叶片的前端部位，局部地使用金属模200a、200b进行冲压加工时，通过使金属模的一部分与叶片嵌合，能够防止在冲压成型中材料从规定的位置偏离，所以，能够稳定地成型高精度的叶片形状。再有，因为对其它的部位，应用了前面的实施例的制造法，所以，能够降低金属模费用，能够提供廉价的涡轮流体机械。

成型顺序是在连续成型部分补片后设置凹部，最后，在嵌合了材料的凹部和鞍形金属模的凸部的状态下进行成型。根据该成型顺序，因为在成型时先成型材料难以偏离的大致平面部分，最后成型鞍形部分，所以，能够精度良好地确保鞍形部分的成型。

就凹凸部的形状而言，通过使嵌合接触部成为大致半球状，能够没有过度地抑制成型中的材料的变形，防止材料的打滑产生的偏离。即，形成球面接合。

就形成凹部的位置而言，如图20所示，虽然分别配置在成型后的叶片的四角的点中的叶片出口侧的两点附近为好，但是，也可以在叶片出口侧的两点中的一点形成凸部。在该情况下，通过在金属模安装引导器进行成型，能够得到同样的效果。另外，在叶片上形成凸部，在金属模上形成凹的情况下，也能得到同样的效果。

图22以及图23是为了验证上述的制造方法中的利用了叶片和金属模的凹凸的嵌合的效果而实施的成型模拟的结果，是重合表示在从冲压成型工序的开始到结束的三个阶段的材料的变形的样子的图。另外，因为着眼于金属模内部的材料的变形，所以，没有表示出上模200a。图22是在没有利用嵌合的没有对材料限制的条件下的成型分析结果。图23是在通过使设置在叶片中央部的凹部或者凸部与金属模嵌合的引导器205a、205b进行限制的条件下的成型模拟的结果。

在没有使用嵌合引导器的情况下，可知材料因与模的接触反作用力而产生打滑，象叶片5c-5d-5e那样，依次偏离旋转。另一方面，在使用了嵌合引导器的情况下，材料没有产生打滑，象叶片5f-5g-5h那样，在金属模的规定的位置成型为三维扭转形状。

图24是对因嵌合引导器的有无而产生的冲压成型结束时的材料的位置偏离(5e、5h)进行比较的图。在扭转程度大的叶片的情况下，在成型中，材料容易在金属模面上移动，叶片的材料从金属模的规定的位置偏离，据此，形状精度恶化。

图25是表示通过将由上述的制造方法成型的多片叶片5a接合到大致圆锥状的凸台(轮毂部)6a而构成的叶轮。在安装叶片时，通过使在叶片5a上形成的凹部205a和在凸台的叶片的安装位置上形成的凸部207a嵌合，能够迅速且高精度地组装叶轮。象这样，凹部和凸部的嵌合构造除了上述的叶片成型时提高精度以外，还对提高组装时的精度有益。

Claims (16)

1.一种叶片，是接合在以可旋转的状态安装在涡轮流体机械上使用的叶轮的凸台和护罩之间或者凸台上，构成叶轮的叶片，

其特征在于，上述叶片的叶片面由通过局部的加工构成的多个鞍形的补片构成，上述叶片面的弯曲角具有正负两者的值。

2.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，上述叶片的叶片面由具有大致直线的边界的多个鞍形的补片形成。

3.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，上述叶片的叶片面由具有曲线的边界的多个鞍形的补片形成。

4.如权利要求2所述的叶片，其特征在于，上述叶片面由至少两个以上上述鞍形补片形成，而且，以上述鞍形补片彼此不相邻的状态配置，在上述鞍形补片之间配置大致平面的补片或者以上述边界线为母线的圆锥面的补片。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的叶片，其特征在于，上述鞍形的补片形成一个以上凹部或者凸部，而且上述凹部或者凸部形成在上述叶片面的面内方向。

6.一种叶轮，是通过将叶片接合在以可旋转的状态安装在涡轮流体机械上使用的叶轮的凸台和护罩之间或者凸台上而构成的叶轮，其特征在于，作为上述叶片具备权利要求1至5中的任一项所述的叶片。

7.如权利要求6所述的叶轮，其特征在于，在上述叶片形成凹部或者凸部，在上述凸台上形成在上述叶片的安装位置与上述叶片的凹部或者凸部嵌合的凸部或者凹部。

8.一种涡轮流体机械，是使用了通过将叶片接合在以可旋转的状态安装使用的叶轮的凸台和护罩之间或者凸台上而构成的叶轮的涡轮流体机械，其特征在于，作为上述叶轮具备权利要求6或7所述的叶轮。

9.一种叶片的制造方法，是在制造涡轮流体机械在可旋转的状态所具备的叶轮时，通过对金属板的材料进行局部的加工形成多个鞍形补片的叶片的制造方法，

其特征在于，由直线线素在上述叶片的材料上面定义上述鞍形补片的各边界，使用至少具备一组推出部为直线状并且相对的冲头的冲头支撑件和在一部分夹入上述叶片的材料进行限制的冲模，针对上述线素中相邻的两个线素，使上述冲头的边缘与第一线素平行地吻合，并且使上述冲模的冲模肩部的边缘与第二线素平行地吻合，成为限制了上述材料的状态，通过在包括上述第一线素，与上述材料垂直的平面内使上述冲头的组倾斜规定量，同时在上述材料的垂直方向施加规定的行程，在上述第一第二线素之间形成鞍形，以后，在所有或者一部分的相邻线素之间依次形成鞍形，将上述材料成型为希望的叶片形状。

10.一种叶片的制造方法，是在制造涡轮流体机械在可旋转的状态所具备的叶轮时，通过对金属板的材料进行局部的加工形成多个鞍形补片的叶片的制造方法，

其特征在于，由直线线素在上述叶片的材料上面定义上述鞍形补片的各边界，使用在上下具备两个辊的第一、第二、第三辊支撑件，针对连续的三个线素，以在使上述辊支撑件的辊的轴分别与第一、第二、第三线素平行地吻合的状态下，驱动上述辊支撑件的任意的辊，在运送材料时，虽然总是与通过上述辊的线素平行地接触，但通过第一辊时的线和通过第一辊以前的线素的位置关系以成为设计形状的线素的位置关系的方式来调整上述辊支撑件的相对的位置关系，据此，连续地形成鞍形，将上述材料成型为希望的叶片形状。

11.一种叶片的制造方法，是在制造涡轮流体机械在可旋转的状态所具备的叶轮时，通过对金属板的材料进行局部的加工形成鞍形补片的叶片的制造方法，

其特征在于，由曲线在上述叶片的材料上面定义上述鞍形补片的各边界，使用上下相对地配置了在能够将多个球头状冲头在高度方向移动的状态下多根排列在上述叶片的材料宽度方向的冲头列的多点冲压装置，在第一工序使上述材料与上述上下的冲头列的相对头部接触并进行保持，在第二工序使上述冲头列的高度位移，在材料的一部分上形成边界为曲线的鞍形补片，在第三工序，扩大上述冲头列的相对头部的间隔，开放上述材料，以后，反复上述第一～三工序，在材料整体依次形成鞍形补片，将上述材料成型为希望的叶片形状。

12.如权利要求9至11中的任一项所述的叶片的制造方法，是在制造涡轮流体机械在可旋转的状态所具备的叶轮时，通过对金属板的材料进行局部的加工形成鞍形补片的叶片的制造方法，

其特征在于，在成型上述叶片时，针对叶片面的一部分，使用三维总金属模进行冲压成型。

13.如权利要求12所述的叶片的制造方法，其特征在于，上述金属模具备凹部或者凸部，在使预先形成于上述叶片材料上的凹部或者凸部嵌入到上述金属模的凹部或者凸部的状态下，进行冲压成型。

14.一种叶片的制造装置，是通过金属板状的材料的塑性变形制作可旋转地安装在涡轮流体机械上使用的叶轮的叶片的制造装置，

其特征在于，具备能够独立位移·加压的至少第一和第二滑块、通过上述第一滑块的加压限制材料的冲模、在抓住从上述冲模突出的材料的状态下，通过上述第二滑块的位移施加变形的冲头、通过第一旋转机构安装在上述第二滑块，对上述冲头施加纵向的倾斜的冲头支撑件、使上述冲模和冲头相对地在水平方向倾斜的第二旋转机构、控制上述第一旋转机构和第二旋转机构的旋转角度的执行器，上述第一旋转机构和第二旋转机构的旋转轴以相互大致正交的方式配置，通过基于上述第一和第二滑块以及上述执行器的控制的上述冲模和冲头的位移和倾斜，对材料添加规定的变形。

15.一种叶片的制造装置，是通过金属板的材料的塑性变形制作可旋转地安装在涡轮流体机械上使用的叶轮的叶片的制造装置，

其特征在于，具备对夹着材料旋转的一对辊进行支撑的第一、第二、第三辊支撑件、

驱动第一辊支撑件的辊，运送材料的运送部、上述辊支撑件和安装有上述运送部的框架，上述辊支撑件的至少一个辊支撑件为了对上述材料的板面施加变形，通过相对于剩余的辊支撑件位移的位移机构安装在上述框架，上述位移机构由纵的旋转轴和横的旋转轴构成。

16.一种叶片的制造装置，是通过板状的金属材料的塑性变形制作可旋转地安装在涡轮流体机械上使用的叶轮的叶片的制造装置，

其特征在于，具备具有能够位移·加压的至少一个滑块的冲压机构、能够上下移动地支撑多个球头状冲头的冲头列、受到加压控制并限制材料的一部分的冲模，上述冲头列由在材料的宽度方向排列的多个下冲头列和根数与上述下冲头列大概相等的上冲头列构成，通过上述滑块的加压力，从两面对材料加压，塑性变形。

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