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PROCESSOS DE USINAGEM AULA 4 Prof. Marcelo Staff CONVERSA INICIAL Vimos os processos de usinagem com ferramentas de geometria de corte definidas que deixam riscos nas peças, ou seja, irregularidades de pequena escala em uma superfície. Nesta aula, iremos conhecer o processo de usinagem capaz de remover essas imperfeições com a ferramenta de geometria de corte não definida, a retificação. Agora, para esse processo, iremos trabalhar com a excelência referente a dimensões e acabamento superficial da peça. Nesse processo, é possível eliminar os riscos deixados pela ferramenta de corte obtendo uma ótima rugosidade superficial, sem falar nas precisas tolerâncias dimensionais. Veremos quais os equipamentos e acessórios fazem parte desse processo e suas características principais. Estudaremos a ferramenta de corte abrasiva, o rebolo. Ela possui um detalhe muito especial com relação ao seu manuseio, transporte e armazenamento. Iremos saber qual é a importância dos fluídos de corte durante a usinagem, cujo objetivo é reduzir os efeitos do aquecimento e do atrito durante a usinagem. Nesta aula, vamos estudar a classificação dos fluidos de corte e ver exemplos de aplicações. Vamos discutir os aspectos ambientais e as alterações promovidas nas peças usinadas. Pronto para começar? Vamos, então!! TEMA 1 – PROCESSO DE USINAGEM POR FERRAMENTA NÃO DEFINIDA, RETIFICAÇÃO A retificação é um processo de usinagem por abrasão destinada à obtenção de superfícies com auxílio de ferramenta abrasiva de revolução. Para tanto, a ferramenta gira e a peça ou a ferramenta desloca-se segundo uma trajetória determinada, podendo a peça girar ou não. A retificação é muito utilizada na indústria de manufatura, geralmente tem o seu custo elevado, pois muitas das peças usinadas têm a retificação como a última operação; desse modo, em geral, é uma operação de acabamento. 1.1 Características no processo de retificação Esse processo de usinagem é recomendado após a fresagem ou torneamento ou a furação, tendo como características: • reduzir a rugosidade de superfícies usinadas por outros processos de usinagem; e • produzir peças com dimensões precisas na casa dos centésimos ou milésimos. Figura 1 – Processo de retificação Crédito: Vadim Ratnikov/Shutterstock. Como a taxa de remoção do cavaco é muito baixa, o sobremetal deixado para o processo de retificação pode variar entre 0,2 a 0,5 mm. A sua ferramenta abrasiva gira em rotação elevada, tendo repletas condições de remover finas camadas de material endurecido pelo tratamento térmico, a têmpera, cementação ou nitretação. Esse processo de usinagem requer muita experiência e domínio do profissional que irá operar o equipamento, tanto na parte dos parâmetros de corte quanto na parte de controle, por meio dos instrumentos de medições, como o micrômetro. Durante o processo de retificação, é fundamental a utilização do fluido de corte, tendo a responsabilidade de refrigerar e lubrificar diminuindo o atrito entre a peça e a ferramenta. As quantidades de material retiradas durante a usinagem são muito baixas, em torno de 0,05 a 0,09 mm em cada passe, devido à ferramenta não possuir uma geometria de corte definida. Então, gasta-se uma grande quantidade de energia para a remoção de uma unidade de volume de material. TEMA 2 – TIPOS DE MÁQUINAS UTILIZADAS NO PROCESSO DE USINAGEM POR RETIFICAÇÃO O processo de usinagem por retificação é estabelecido pela remoção do cavaco pelo contato entre a peça e a ferramenta abrasiva (rebolo), que gira em alta rotação, enquanto a peça pode ter ou não a uma velocidade menor. Iremos agora conhecer os tipos mais comuns de máquinas que executam esse processo. Esses equipamentos são de alta precisão, pois o serviço executado pelas retíficas é o método mais recomendado quando alguma peça necessita de medidas de precisão e um acabamento diferenciado. 2.1 Retífica plana Nessa máquina, a peça é fixada em cima de uma placa magnética. Possui movimentos retilíneos e a ferramenta abrasiva (rebolo) girando em alta rotação, entra em contato com a superfície da peça promovendo correções específicas e obtendo um acabamento fino e garantindo tolerâncias de paralelismo e planicidade. Normalmente, a ferramenta abrasiva está na posição horizontal, sua mesa é composta de um sistema hidráulico movimentado no sistema vai e vem com movimentos precisos. Figura 2 – Retífica plana : Crédito: Staff, [S.d.]. A retífica plana é normalmente realizada como processo final de acabamento, após ter passado pelo processo de usinagem por fresamento, e o tratamento térmico de peças de com superfície planas, inclinadas, rasgos e rebaixos. Figura 3 – Retificando superfície das peça Crédito: Zyabich/Shutterstock. Ferramenta Rebolo Mesa Magnética de fixação da peça Uma outra aplicação desse equipamento é em peças que sofrem uma deformação após realização do tratamento térmico, sendo mais indicado para desempenhar, corrigir e garantir bom acabamento de blocos, placas e réguas. As principais peças que passam por esse processo são: • base de moldes, matrizes e estampos; • base de dispositivos em geral; e • réguas, placas e guias. Figura 4 – Retificando a face Crédito: Vadim Ratnikov/Shutterstock. 2.2 Retífica cilíndrica A retífica cilíndrica tem a finalidade de usinar peças de forma cilíndrica externa e interna. Essa máquina é composta por uma placa universal, na qual a peça é fixada de modo a realizar simultaneamente rotações e movimentos na posição longitudinal enquanto a ferramenta abrasiva gira em alta rotação. https://www.shutterstock.com/pt/g/bambulla Figura 5 – Retífica cilíndrica Crédito: Oyoo/Shutterstock. A retífica cilíndrica é realizada como processo final de acabamento, após a usinagem do torno e o endurecimento da superfície cilíndrica da peça na sequência do seu tratamento térmico. Alguns tipos de peças mais comuns realizados nesse equipamento são: • hastes; • buchas; • anéis; • virabrequim; e • pistões. Figura 6 – Retificando o eixo escalonado Crédito: Aumm graphixphoto/Shutterstock. https://www.shutterstock.com/pt/g/sorapol+ujjin Para fazer a retificação interna, tanto a peça quanto o rebolo precisam estar em movimento de rotação. Nessa ferramenta, é possível fazer o perfil desejado conforme a geometria da peça. Figura 7 – Retífica cilíndrica interna Crédito: Aumm graphixphoto/Shutterstock. As peças que costumam ser submetidas ao processo definido pela retífica interna são: anéis; tampas; placas ou outros itens que são empregados em sistemas elétricos, hidráulicos e mecânicos. A finalidade de fazer uma operação de retífica interna é garantir as características específicas e fundamentais, como circularidade, rugosidade, paralelismo e cilindricidade do furo. Figura 8 – Controle da circularidade da peça https://www.shutterstock.com/pt/g/sorapol+ujjin Crédito: Aumm graphixphoto/Shutterstock. 2.3 Retífica cilíndrica Centerless Algumas peças cilíndricas não têm os furos de centro para auxiliar na fixação da peça. Para essa situação, é utilizada a retífica Centerless. O princípio desse processo é a passagem das peças por meio de dois rebolos, sendo que, nesse equipamento, tem-se os rebolos de corte que usina peças com superfícies cilíndricas externas e o de arraste que serve para movimentar e avançar a peça de trabalho, além de controlar a rotação. Figura 9 – Retífica Centerless Crédito: Staff, [S.d.]. A retífica Centerless usina peças com superfícies cilíndricas externas, como eixos, pinos, buchas, roletes,tubos etc., normalmente utilizadas para produção em série. TEMA 3 – FERRAMENTA ABRASIVA REBOLO A remoção do material no processo de usinagem por retificação é realizada por uma ferramenta abrasiva denominada rebolo. Ela gira em alta rotação, enquanto a peça pode girar em uma velocidade menor, ou a peça fazer movimentos retilíneos. Muito importante fazer a especificação do rebolo, pois tem-se que levar em consideração os seguintes critérios: tipo de máquina; tipo de peça; tipo de processo; material da peça; e material do rebolo. https://www.shutterstock.com/pt/g/sorapol+ujjin Figura 10 – Rebolo F Crédito: Viktor Chursin/Shutterstock. 3.1 Composição dos rebolos Os rebolos se constituem elementos básicos, como: material abrasivo (grão), material que compõe os grãos do rebolo; granulação, tamanho dos grãos abrasivos; aglomerante (liga), material que une os grãos; grau de dureza, resistência do aglomerante; e estrutura, porosidade do abrasivo. 3.2 Tipos de abrasivo dos rebolos A seleção do tipo de abrasivo está diretamente relacionada com as propriedades dos materiais a serem usinados. A seguir iremos mostrar a tabela 1 da aplicação dos tipos de abrasivos. Tabela 1 – Tipos de rebolo SÍMBOLO COMPOSIÇÃO APLICAÇÃO A Óxido de Alumínio Cinza ou marrom Aços Carbono, sem tratamento térmico, forjados, fundidos, uso geral. AA Óxido de Alumínio Branco Aços temperados, comentados, alta liga https://www.shutterstock.com/pt/g/Viktor+Chursin utilizados na construção de ferramentas de corte etc. DR Óxido de Alumínio Rosa Propriedades semelhantes ao AA, porém mais friável, indicado para a afiação de fresas, escareadores, machos, retificação de grandes áreas de contato, em aços sensíveis ao calor. Pontas montadas. C Carbureto de Silício Preto Ferro fundido comum, metais não ferrosos, materiais não metálicos. GC Carbureto de Silício Verde Metal duro, vidro, pedras. DA Diamantados Ferramentas de metal duro, peças cerâmicas, corte de vidros. 3.3 Seleção do tamanho do grão Os tamanhos dos grãos são classificados por meio de um sistema de peneiras. Dessa forma, quanto mais fino o grão, maior é seu número na escala de granulometria. Estão divididos em dois tamanhos: grosso e fino. Os grãos grossos são usados para: materiais moles, dúcteis ou fibrosos, como aços moles ou ligas de alumínio; para remoção de grandes volumes de material (desbaste); onde não é exigida boa qualidade superficial; e para grandes áreas de contato. Os grãos finos são usados para: materiais duros ou quebradiços; quando é requerido bom acabamento superficial; e pequenas áreas de contato. Figura 11 – Grãos do rebolo Crédito: Ggrynold/Shutterstock. 3.4 Tipos de liga Liga ou ligante é o material que une os grãos abrasivos entre si, formando o rebolo. Tabela 2 – Tipos de liga SÍMBOLO COMPOSIÇÃO APLICAÇÃO V VITRIFICADA Composta de materiais cerâmicos, é rígida e quebradiça. Permite controle exato de dureza. Observando os limites de segurança, esse tipo de liga tem um campo de ação ilimitado na fabricação de rebolos para retíficas, afiação de ferramentas, desbaste em máquinas fixas, pontas montadas, limas, segmentos etc. https://www.shutterstock.com/pt/g/grynold B RESINOIDE Elaborado com resinas sintéticas, é mais flexível e consequentemente de maior resistência que a anterior. É recomendada principalmente em operações que se verificam altas pressões de corte com a finalidade de se obter grandes remoções de material, como rebolos para rebarbação em máquinas fixas, portáteis ou pendulares; rebolos para corte, além de usos específicos em retíficas. 3.5 Dureza É a maior ou menor capacidade da liga em reter as partículas abrasivas que constituem um rebolo. O grau de dureza certo para determinado trabalho, é aquele que solta os grãos abrasivos à medida que eles vão perdendo seu poder de corte, expondo continuamente, novas arestas. Os rebolos duros retêm as partículas abrasivas mais firmemente que os macios, e a dureza correta faz toda diferença na hora do trabalho, de acordo com o material da peça a ser trabalhada. 3.6 Estrutura É o fator que estabelece a relação de espaçamento dos grãos abrasivos entre si. Sua seleção é feita em função da área de contato peça/rebolo. Um contato amplo entre peça e rebolo requer maior espaçamento entre os grãos enquanto pequenas áreas de retificação requerem rebolos mais densos. É representada por números que vão de 1, mais densa, até 15, a mais aberta. Figura 12 – Rebolo de retífica cilíndrica Crédito: Zyabich/Shutterstock. 3.7 Tipos de formato do rebolo No processo de retificação, tem-se vários formatos de rebolo, sendo específico para cada perfil da peça. Na tabela a seguir, temos os tipos de rebolo e sua aplicação. Tabela 3 – Tipos de rebolo SÍMBOLO TIPO DO REBOLO APLICAÇÃO RT Reto Cilíndrica, virabrequim, centerless, retífica de brocas, retífica de cilindros de laminação (Roll grinding), retífica de rosca, retífica interna, retífica plana, abertura de canais (Creep feed), retífica de engrenagem, abertura de canais de broca (Fluting), afiação de ferramentas e afiação de serras. NA Anel Retífica plana e afiação de ferramentas. https://www.shutterstock.com/pt/g/Zyabich CC Cônico Retífica plana, cilíndrica, virabrequim, retífica de cilindros e afiação de ferramentas. CR Copo reto Retífica interna, retífica plana e afiação de ferramentas. UL Rebaixo de um lado Retífica cilíndrica, virabrequim, eixo- comando, centerless, retífica de rosca, retífica de cilindros de laminação (Roll grinding), retífica interna, abertura de canais (Creep feed) e afiação de ferramentas. DL Rebaixo dos dois lados Retífica cilíndrica, virabrequim, centerless, retífica de rosca, retífica de cilindros de laminação (Roll grinding), retífica plana e abertura de canais (Creep feed). PI Pires Afiação de ferramentas. CH Faca Retífica de engrenagens. PR Prato Retífica de engrenagem, afiação de ferramentas e afiação de serras. TEMA 4 – IDENTIFICAÇÃO, MANUSEIO E ARMAZENAMENTO DA FERRAMENTA ABRASIVA REBOLO Agora, iremos tratar desse assunto que tem uma relação estreita com a segurança do trabalho. Além de fazer a identificação do rebolo, iremos mostrar como fazer o manuseio e o armazenamento dessa ferramenta. 4.1 Identificação do rebolo A escolha correta da estrutura da ferramenta abrasiva e de parâmetros adequados está descrita no rótulo do rebolo. Eles apresentam as especificações ou características do rebolo, como tipo de grão, rotação máxima, dureza, entre outras coisas e possuem uma gramatura especial que serve como uma espécie de amortecedor no contato dos flanges com os rebolos. Figura 13 – Rótulo do rebolo Crédito: Staff, [S.d.] Tipo de rebolo =- RT Reto Diâmetro = 203 mmm Espessura =13 mm Furo interno = 31,8 mm Tipo de Grão = AA Granulometria = 46 Dureza = K- Rebolo Mole Porosidade = 6 Tipo de liga =- V vitrificada Rotação máxima = 3350 RPM 4.2 Manuseio do rebolo Para manusear um rebolo abrasivo, é muito importante observar alguns cuidados, pois a maneira inadequada não trará bons resultados, causando prejuízos, por isso é preciso ficar atento aos seguintes pontos. • Flanges inadequados – flange é um equipamento que permite afixar os rebolos às máquinas. Quando são montados irregularmente ou apresentam deformações, eles devem ser revistos. • Montagem inadequada – além de utilizar o rebolo certo para a sua aplicação, você precisa manuseá-lo adequadamente, seguindo o manual de utilização da ferramenta. RT 203 x 13 x 31,8 AA 46K6 V • Quedas e batidas nos rebolos – uma causa comum dos acidentes de trabalho são as batidas na lateral do rebolo para encaixá-lo na máquina. • Velocidade excedida – alguns operadores podem achar que excedendo a velocidade de trabalho do rebolo conseguirão um corte mais eficiente, o que não é verdade. A velocidade especificada no rótulo nunca deve ser ultrapassada. Sempre fazer uma verificação para ver se não há trincas nos rebolos. Essa inspeção deve ser de duas maneiras mais eficaz. • Inspeção visual – a embalagem do rebolo deve estar sem nenhum dano. Se houver qualquer avaria na embalagem, é possível que o rebolo abrasivo também tenha sofrido alguma anomalia durante o seu manuseio ou transporte e o fornecedor deve ser contatado imediatamente. • Teste de som – o teste de som somente se aplica a rebolos de liga vitrificada para identificar as rachaduras. 4.3 Armazenamento do rebolo O armazenamento e o transporte dos rebolos exigem alguns cuidados, os quais veremos agora. • Os rebolos não devem ser empilhados, a melhor maneira é guardar nas prateleiras, caixas ou gavetas adequadas. • Os rebolos não devem ser armazenados em temperatura muito baixa e alta umidade podendo afetar as ligas. • Todos os rebolos devem ser armazenados em uma área seca, em salas não sujeitas a mudanças extremas de temperatura. • Os rebolos quando não estão em uso devem estar nas prateleiras e ser protegidos. • Nunca permita que o rebolo ou a máquina caia no chão. Os impactos de tais abusos podem danificar o rebolo, o que pode resultar na quebra dele. 4.4 Dressagem do rebolo O rebolo apresenta um desgaste na aresta de corte do grão abrasivo após um determinado tempo de operação. Para recuperar novamente o poder de corte, é realizada a dressagem. A dressagem do rebolo remove os grãos abrasivos gastos da face do rebolo, obtendo o alinhamento da face de trabalho. Fazer a dressagem do rebolo toda vez que ocorre o empastamento do rebolo, ou seja, quando a peça apresenta cavacos de outros materiais retificados anteriormente. No procedimento para fazer a dressagem do rebolo, é preciso utilizar uma ponta de diamante, material mais duro que o rebolo para poder retirar todos o empastamento. Figura 14 – Dressagem do rebolo Crédito: Dovzhykov Andriy/Shutterstock. TEMA 5 – FLUIDOS DE CORTE Durante a usinagem, a ferramenta de corte sofre o aquecimento devido ao atrito gerado entre a superfície da peça e a aresta da ferramenta. Para reduzir os efeitos do aquecimento e do atrito durante a usinagem, são aplicados fluidos de corte, visando à preservação da ferramenta e à integridade da superfície usinada. De maneira geral, para altas velocidades de corte, recomenda-se a aplicação dos fluidos com alta capacidade de refrigeração. https://www.shutterstock.com/pt/g/DovzhykovAndriy Figura 15 – Fluido de corte na usinagem Crédito: Dmitry Kalinovsky/Shutterstock. 5.1 Característica dos fluidos de corte Podemos destacar os objetivos do fluido de corte como: prevenção contra a soldagem cavaco e ferramenta; retirada do cavaco na região de corte do material; redução da dilatação térmica do material; e melhorar o acabamento superficial. 5.2 Funções dos Fluidos de corte Os fluidos de corte têm como principais funções a refrigeração e a lubrificação, visando à preservação da ferramenta e a integridade da superfície usinada. Na função de refrigeração, tem que ter baixa viscosidade a fim de que flua facilmente com a capacidade de refrigerar bem o conjunto ferramenta e peça fazendo a troca de calor. Enquanto lubrificação, tem as seguintes funções: fluidos de corte como lubrificante; permite uma redução do coeficiente de atrito entre cavaco e a ferramenta; resiste a pressões e temperaturas elevadas sem vaporizar; viscosidade adequada; ausência de odores desagradáveis; não https://www.shutterstock.com/pt/g/kadmy corroer e lubrificar e proteger a máquina e a peça; e não causar dano à pele humana e nenhum risco à saúde. Figura 16 – Fluido de corte Crédito: Dmitry Kalinovsky/Shutterstock. 5.3 Classificação dos fluidos de corte Os fluidos de corte são classificados como se segue. • Óleos – podem ser vegetais integrais ou minerais derivados do petróleo, com base parafínica, o que resulta em excelentes funções lubrificantes e ótima resistência à oxidação. • Emulsões – são misturas de uma parte óleo e maior parte de água, sendo proporcionalmente em 20 partes com uma coloração esbranquiçada. Sua principal função é retirar o calor, promovendo a refrigeração pela grande capacidade térmica da água e, ao mesmo tempo, promover a lubrificação pela inserção do óleo. • Ar/MQL – o óleo é atomizado e aplicado por meio de um jato de ar comprimido diretamente no local ativo da ferramenta, ajudando na refrigeração. O lubrificante é totalmente consumido no processo. 5.4 Escolha dos fluidos de corte Para a escolha do fluido de corte adequado, devemos levar em conta: • material da peça; https://www.shutterstock.com/pt/g/kadmy • condições de usinagem; • operações de usinagem; e • material da ferramenta. 5.5 Tratamento e descarte dos fluidos de corte Geralmente, os fluidos são armazenados em um tanque. O fluido é conduzido através de uma bomba até a região de corte e depois é retornado novamente para o tanque. O fluido vai evaporando durante a usinagem devido a altas temperaturas perdendo suas propriedades. A ferramenta não será refrigerada e a máquina não será lubrificada. Para controlar a concentração dos fluidos de corte, é utilizado um instrumento, o refratômetro. Figura 17 – Refratômetro Fonte: Blaser, 2020. O funcionamento do refratômetro consiste em gotejar uma gota do fluido de corte retirado do tanque sob a lente do aparelho. A quantidade de óleo será indicada em sua escala, toda vez que necessitar fazer o ajuste da concentração do fluido de corte, óleo mais água, prolongando o fluido de corte. O descarte do fluido de corte deve ser realizado de maneira correta, pois os resíduos dos fluidos de corte podem ocasionar efeitos nocivos na atmosfera e a degradação do solo e recursos hídricos. Figura 18 – Fluido de corte por emulsão Crédito: NDAB Creativity/Shutterstock. Figura 19 – Efeitos nocivos na atmosfera Efeitos nocivos na atmosfera Vapores fumaças gases fumos Fluidos de corte Efluentes sólidos e líquidos Degradação do solo e recursos hídricos Fonte: CIMM, 2015b. Vamos identificar basicamente dois tipos de resíduos. No primeiro tipo, os vapores, fumaças, gases e fumos são resultantes da evaporação de parte dos fluidos. Isso ocorre devido às altas temperaturas dos processos de usinagem. Se esses resíduos forem descartados na atmosfera, podem causar doenças respiratórias nos operadores. No segundo tipo, os efluentes sólidos e líquidos são resultantes da perda das propriedades funcionais e devem ser substituídos. Se esses resíduos forem descartados diretamente no solo, podem causar degradação do solo e dos recursos hídricos. Não temos ainda um fluido de corte universal que atenda a todas as condições de usinagem. As aplicações vão ser orientadas por uma ou outra característica mais necessária ao processo de usinagem específico. Assim, podemos concordar que os fluidos devem ser utilizados na menor quantidade possível. Quando não houver alternativa para redução do uso, a sua aplicação deve ser controlada com sistemas de exaustão e captação de gases e com o posterior tratamento dos efluentes sólidos e líquidos. Por isso, os fluidos de corte devem ser tratados de forma adequada antes do seu descarte. Na medida do possível, recomenda-se a realização da usinagem sem a utilização de fluidos decorte, a chamada usinagem a seco, ou a redução da sua quantidade (Rebeyka, 2016). Figura 20 – Aplicação do Fluido de corte Crédito: Parilov/Shutterstock. FINALIZANDO Nesta aula, aprendemos a distinguir ferramentas de geometria não definida, a retificação. Esse processo de usinagem é feito por uma ferramenta abrasiva. Retificar significa corrigir irregularidades de superfícies de peças. Vimos que nesse processo de retificação a ferramenta remove o material da peça por ação de grãos abrasivos. A ferramenta denominada rebolo gira em torno de seu próprio eixo. Quando a peça é movimentada em um movimento de vai e vem, é denominada retificação plana. Quando a peça tiver o movimento de rotação, é denominada retífica cilíndrica. O resultado da retificação é de alta precisão dimensional e proporciona grau de acabamento superior (polimento). Conhecemos os tipos de rebolo e a importância do seu manuseio, transporte e armazenamento. Sabemos que fluidos de corte são utilizados para facilitar a operação de usinagem de alguns materiais, e suas funções são refrigerar, lubrificar, proteger as peças da oxidação e limpar a região de usinagem. Vimos a importância da manutenção e o seu descarte, para não agredir o meio ambiente. Os conteúdos vistos até aqui irão fortalecer seus conhecimentos no universo da usinagem e serão de grande utilidade para os assuntos de outras ocasiões, nas quais iremos conhecer a usinagem CNC. Até a próxima. REFERÊNCIAS ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR6175. Usinagem: processos mecânicos. Rio de Janeiro, 2015. CIMM. Tipos de fluido de corte. Disponível em: <http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/4830-tipos-de-fluido-de- corte#.VpRQa_krKUl>. Acesso em: 16 fev. 2022. MACHADO, A. R. et al. Teoria da usinagem dos materiais. São Paulo: Blucher,
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