端蓋數(shù)控工藝與夾具設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文.doc

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1、上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 端蓋數(shù)控工藝及夾具設(shè)計(jì) 摘 要 該說明書是對端蓋類零件加工及其夾具的設(shè)計(jì),通過一系列的具體設(shè)計(jì)步驟,完整的展示了對其零件和夾具的設(shè)計(jì)過程。 首先主要是簡介數(shù)控技術(shù)應(yīng)用和該設(shè)計(jì)的課題背景,通過對其零件分析,明確了該零件的技術(shù)要求,為接下來的設(shè)計(jì)步驟做好鋪墊。該說明書主要分為零件設(shè)計(jì)和夾具設(shè)計(jì)兩大部分。 在對其零件設(shè)計(jì)這部分中,主要是以對零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的結(jié)果為基礎(chǔ),安排制定具體的加工工藝路線,數(shù)控加工的工藝內(nèi)容,數(shù)控設(shè)備的選用以及具體的工序工部路線等,并說明了加工時(shí)切削用量的選用及該零件的具體數(shù)控仿真編程。 本次關(guān)于端蓋數(shù)控

2、工藝與夾具設(shè)計(jì)介紹了端蓋數(shù)控加工的特點(diǎn)、加工工藝分析、數(shù)控編程以及夾具設(shè)計(jì)等,全面剖析了端蓋類零件加工的全過程。通過一定的實(shí)例詳細(xì)的介紹了端蓋數(shù)控加工工藝的分析方法。 關(guān)鍵詞:發(fā)展,數(shù)控技術(shù),加工工藝,編程,端蓋 端蓋數(shù)控工藝及夾具設(shè)計(jì) 0.引言 數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床(Computer numerical control)的簡稱,是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序,并將其譯碼,從而使機(jī)床動作并加工零件。 數(shù)控加工,是指在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的一種工藝方法,數(shù)控機(jī)床

3、加工與傳統(tǒng)機(jī)床加工的工藝規(guī)程從總體上說是一致的,但也發(fā)生了明顯的變化。用數(shù)字信息控制零件和刀具位移的機(jī)械加工方法。它是解決零件品種多變、批量小、形狀復(fù)雜、精度高等問題。 數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床在當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益,顯示了其在國家基礎(chǔ)工業(yè)現(xiàn)代化中的戰(zhàn)略性作用,并已成為傳統(tǒng)機(jī)械制造工業(yè)提升改造和實(shí)現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的重要手段和標(biāo)志。數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用,給機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品種類和檔次以及生產(chǎn)方式帶來了革命性的變化。數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備。它的發(fā)展是信息技術(shù)(IT)與制造技術(shù)(MT)結(jié)合發(fā)展的結(jié)果?,F(xiàn)代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造

4、和智能制造技術(shù),都是建立在數(shù)控技術(shù)之上的。掌握現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)知識是現(xiàn)代機(jī)電類專業(yè)學(xué)生必不可少的。 1.課題背景 1.1 背景 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目來源于生產(chǎn)第一線,為實(shí)踐型、設(shè)計(jì)類畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。根據(jù)所給的圖紙和零件的具體技術(shù)要求,選擇刀具和合理的工藝參數(shù),確定裝夾方式和夾具,編制工藝路線,并借助UG軟件完成零件三維圖紙的繪制和編程。培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決本專業(yè)實(shí)際生產(chǎn)問題的能力。進(jìn)一步培養(yǎng)調(diào)查研究、檢索和閱讀一些文獻(xiàn)資料、理論分析、夾具設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用及協(xié)作等各方面的綜合能力。使學(xué)生通過本次畢業(yè)實(shí)踐設(shè)計(jì),能夠獨(dú)立對中等復(fù)雜程度的零件技術(shù)要求進(jìn)行分析,并能根據(jù)零件圖進(jìn)行專用工裝夾具

5、設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)加工工藝,編寫數(shù)控加工程序并通過仿真加工測試。從而使學(xué)生養(yǎng)成認(rèn)真刻苦的鉆研精神和嚴(yán)格細(xì)致的工作作風(fēng),對學(xué)生未來的工作和學(xué)習(xí)起著重要鋪墊作用。 1.2 零件圖分析 由零件圖可知,如圖1.1所示,定義加工零件的毛坯為Φ12632,根據(jù)零件圖紙的要求,對于面及孔的精度要求則有數(shù)控機(jī)床完成,考慮到本零件的Φ105外圓表面粗糙度要求為Ra0.8,磨特殊外圓的時(shí)候則需要使用專用夾具進(jìn)行磨削。 圖1.1 零件二維圖 圖1.2 零件三維圖 1.3 零件的技術(shù)要求 考慮該零件的技術(shù)要求如下: 1.表面粗糙度:Φ105的搖臂鎖緊孔內(nèi)表面粗糙度為0.

6、8;其余表面粗糙度為6.3。 2.極限與配合:一般絕大多數(shù)配合孔的尺寸精度最高僅為7級,故錐孔的極限配合為H7。 3.材料HT200。該材料具有較高的強(qiáng)度,耐磨性,耐熱性級減震性,適用于承受較大應(yīng)力,要求耐磨的零件。 4.調(diào)制處理,硬度HB220——225。 2. 零件的加工工藝過程的分析 2.1 零件的工藝分析 由零件圖1.1和1.2可知,Φ105外圓有很高的技術(shù)要求的,圓跳動的技術(shù)要求是相對于基準(zhǔn)面A為0.02,其表面粗糙度要求很高,Ra為0.08,對于這么高精度的要求一般機(jī)床是無法做到的,考慮到該零件又是圓盤類零件,無法一般定位加工。所以要設(shè)計(jì)相關(guān)的夾具。其余平面及凹

7、槽的加工則在一般數(shù)控機(jī)床可加工完成。1:4的錐形孔則可先鉆擴(kuò)孔然后用鏜刀加工。 根據(jù)該零件圖1.1和1.2,粗精加工Φ105到尺寸,割槽3X2,掉頭粗精加工最大外圓Φ113,粗精加工1:4的錐孔,銑Φ32的凸臺,掉頭銑Φ77的圓凹槽,磨Φ105的外表面。此次加工中Φ105外表面的粗糙度要求是難點(diǎn),所以要設(shè)計(jì)專用夾具對此進(jìn)行加工,以達(dá)到精度要求。 2.2 擬定工藝路線 機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定,大體可分為兩個(gè)步驟。首先是擬定零件加工的工藝路線,然后再確定每一道工序的工序尺寸、所用設(shè)備和工藝裝備以及切削規(guī)范、工時(shí)定額等。這兩個(gè)步驟是互相聯(lián)系的,應(yīng)進(jìn)行綜合分析。 工藝路線的擬定是制定工藝過程的

8、總體布局,主要任務(wù)是選擇各個(gè)表面的加工方法,確定各個(gè)表面的加工順序,以及整個(gè)工藝過程中工序數(shù)目的多少等。   擬定工藝路線的一般原則如下:   1、先加工基準(zhǔn)面 零件在加工過程中,作為定位基準(zhǔn)的表面應(yīng)首先加工出來,以便盡快為后續(xù)工序的加工提供精基準(zhǔn)。稱為“基準(zhǔn)先行”。   2、劃分加工階段 加工質(zhì)量要求高的表面,都劃分加工階段,一般可分為粗加工、半精加工和精加工三個(gè)階段。主要是為了保證加工質(zhì)量;有利于合理使用設(shè)備;便于安排熱處理工序;以及便于時(shí)發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷等。   3、主要表面的光整加工(如研磨、珩磨、精磨等),應(yīng)放在工藝路線最后階段進(jìn)行,以免光整加工的表面,由于工序間的轉(zhuǎn)運(yùn)和安裝

9、而受到損傷。   上述為工序安排的一般情況。有些具體情況可按下列原則處理:   1、為了保證加工精度,粗、精加工最好分開進(jìn)行。因?yàn)榇旨庸r(shí),切削量大,工件所受切削力、夾緊力大,發(fā)熱量多,以及加工表面有較顯著的加工硬化現(xiàn)象,工件內(nèi)部存在著較大的內(nèi)應(yīng)力,如果粗、粗加工連續(xù)進(jìn)行,則精加工后的零件精度會因?yàn)閼?yīng)力的重新分布而很快喪失。對于某些加工精度要求高的零件。在粗加工之后和精加工之前,還應(yīng)安排低溫退火或時(shí)效處理工序來消除內(nèi)應(yīng)力。  ?。?、合理地選用設(shè)備。粗加工主要是切掉大部分加工余量,并不要求有較高的加工精度,所以粗加工應(yīng)在功率較大、精度不太高的機(jī)床上進(jìn)行,精加工工序則要求用較高精度的機(jī)床加工

10、。粗、精加工分別在不同的機(jī)床上加工,既能充分發(fā)揮設(shè)備能力,又能延長精密機(jī)床的使用壽命。   3、在機(jī)械加工工藝路線中,常安排有熱處理工序。熱處理工序位置的安排如下:為改善金屬的切削加工性能,如退火、正火、調(diào)質(zhì)等,一般安排在機(jī)械加工前進(jìn)行。為消除內(nèi)應(yīng)力,如時(shí)效處理、調(diào)質(zhì)處理等,一般安排在粗加工之后,精加工之前進(jìn)行。為了提高零件的機(jī)械性能,如滲碳、淬火、回火等,一般安排在機(jī)械加工之后進(jìn)行。如熱處理后有較大的變形,還須安排最終加工工序(精磨)。 該零件的工藝路線如下: 工序1:備料。 工序2:車。粗精加工Φ105到尺寸,割槽3X2,掉頭粗精加工最大外圓Φ113,粗精加工1:4的錐孔。 工序

11、3:銑。銑Φ32的凸臺,掉頭銑Φ77的圓凹槽。 工序4:淬火。 工序5:精磨。磨Φ105的外表面 工序6:檢驗(yàn)。 工序7:清理。 工序8:防銹、入庫。 3. 數(shù)控加工工藝分析 3.1 數(shù)控加工內(nèi)容的確定 根據(jù)零件圖1.1所示,定義毛坯為Φ12632,粗精加工Φ105到尺寸,割槽3X2,掉頭粗精加工最大外圓Φ113,粗精加工1:4的錐孔,銑Φ32的凸臺,掉頭銑Φ77的圓凹槽,磨Φ105的外表面。此次加工中Φ105外表面的粗糙度要求是難點(diǎn),所以要設(shè)計(jì)專用夾具對此進(jìn)行加工,以達(dá)到精度要求。 3.2 數(shù)控加工設(shè)備的選用 車削毛坯外圓是可以使用CK6150車床進(jìn)行加工。CK6

12、150車床是一種小型臥式車床,可以車端面,外圓,割槽,車錐孔等。數(shù)控機(jī)床有如下特點(diǎn):加工精度高,具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量;可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動,能加工形狀復(fù)雜的零件;加工零件改變時(shí),一般只需要更改數(shù)控程序,可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間;機(jī)床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量,生產(chǎn)率高(一般為普通機(jī)床的3~5倍); 機(jī)床自動化程度高,可以減輕勞動強(qiáng)度; 銑上下平面時(shí)則使用X52K或是X6132銑床進(jìn)行加工。X52K機(jī)床是一種小型立式銑床,可以銑平面、銑側(cè)面、銑溝槽、銑特型面、銑齒條,與分度頭和掛輪配合還可以銑球面和螺旋傘齒輪等。X6132型銑床則是國產(chǎn)銑床中應(yīng)用最廣泛、最典型的一種臥式萬能升降臺銑床。

13、其主要特征是銑床主軸軸線與工作臺臺面平行,該機(jī)床具有結(jié)構(gòu)可靠、性能良好、加工質(zhì)量穩(wěn)定、操作靈活輕便、行程大、加工范圍大、精度高、剛性好、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。用它可銑削平面、溝槽、成形面和螺旋槽等。另配置相應(yīng)附件,還可擴(kuò)大機(jī)床加工范圍。如安裝萬能立銑頭,可使銑刀轉(zhuǎn)向任意角度,完成里銑床的工作;該機(jī)床還適于高速、高強(qiáng)度銑削,并具有良好的安全裝置和完善的潤滑系統(tǒng)。鉆孔時(shí)則使用Z3025 搖臂鉆床進(jìn)行加工。 磨Φ105外圓時(shí)可以使用T41-平行砂輪進(jìn)行加工。T41磨床在磨削量的控制,自動測量控制,修正砂輪和補(bǔ)償?shù)确矫娑加歇?dú)到之處。數(shù)控外圓磨床砂輪頭一般分直型和角型兩

14、種形式。直型適用于磨削砂輪兩側(cè)需要休整的工件,角型砂輪頭一般偏轉(zhuǎn)30度角,適合于磨削砂輪單側(cè)需要休整的工件,因此,選用直型砂輪頭的磨床。 3.3 定位方案與夾具設(shè)計(jì) 1.六點(diǎn)定位原理 工件在空間具有六個(gè)自由度,即沿x、y、z三個(gè)直角坐標(biāo)軸方向的移動自由度和繞這三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動自由度 。因此,要完全確定工件的位置,就必須消除這六個(gè)自由度,通常用六個(gè)支承點(diǎn)(即定位元件)來限制工件的六個(gè)自由度,其中每一個(gè)支承點(diǎn)限制相應(yīng)的一個(gè)自由度。 2.六點(diǎn)定位原理的應(yīng)用 六點(diǎn)定位原理對于任何形狀工件的定位都是適用的,如果違背這個(gè)原理,工件在夾具中的位置就不能完全確定。然而,用工件六點(diǎn)定位原理進(jìn)行定位時(shí),

15、必須根據(jù)具體加工要求靈活運(yùn)用,工件形狀不同,定位表面不同,定位點(diǎn)的布置情況會各不相同,宗旨是使用最簡單的定位方法,使工件在夾具中迅速獲得正確的位置。 3.工件的定位 l)完全定位 工件的六個(gè)自由度全部被夾具中的定位元件所限制,而在夾具中占有完全確定的惟一位置,稱為完全定位。 2)不完全定位 根據(jù)工件加工表面的不同加工要求,定位支承點(diǎn)的數(shù)目可以少于六個(gè)。有些自由度對加工要求有影響,有些自由度對加工要求無影響,這種定位情況稱為不完全定位。不完全定位是允許的, 3)欠定位 按照加工要求應(yīng)該限制的自由度沒有被限制的定位稱為欠定位。欠定位是不允許的。因?yàn)榍范ㄎ槐WC不了加工要求。 4)過定位 工

16、件的一個(gè)或幾個(gè)自由度被不同的定位元件重復(fù)限制的定位稱為過定位。當(dāng)過定位導(dǎo)致工件或定位元件變形,影響加工精度時(shí),應(yīng)該嚴(yán)禁采用。但當(dāng)過定位并不影響加工精度,反而對提高加工精度有利時(shí),也可以采用。   所以說一個(gè)好的定位方案將直接關(guān)系到夾具的優(yōu)劣。根據(jù)零件的加工工藝來看,加工Φ105外圓需要可靠固定的加工定位,才能達(dá)到技術(shù)上的要求。故所設(shè)計(jì)的夾具必須滿足以下定位條件:限制X、Y、Z三軸旋轉(zhuǎn)及移動。如圖3.1所示,就是為Φ105外圓所設(shè)計(jì)的夾具。使加工Φ105外圓更為可靠,達(dá)到其技術(shù)要求。 圖3.1 磨外圓及臺肩夾具 本夾具使用錐套定位,可以消除

17、間隙,以保證工件外圓對錐孔的徑向跳動,使用快卸螺母夾緊工件,可以減少裝卸工件的輔助時(shí)間。工件以錐度1:4的錐孔和左端面為基準(zhǔn),在夾具的定位錐套6和定位支承4上定位,快卸螺母8通過壓板7夾緊工件。以收縮起到夾緊的作用,以限制零件X,Y,Z方向上的移動以及Y軸上的旋轉(zhuǎn)和Z軸的旋轉(zhuǎn)。 3.4 加工工序的制訂 該零件以粗,精加工劃分工序。該零件的加工工序制訂見附錄。 3.5 加工工步的制訂 工步順序安排的一般原則為:先粗后精,先近后遠(yuǎn),內(nèi)外交叉,保證工件加工剛度原則,同一把刀能加工內(nèi)容連續(xù)加工原則。該零件的加工工步制訂見附錄。 3.6 進(jìn)給路線確定 進(jìn)給路線也稱走刀路線,指數(shù)控機(jī)床加工過程

18、中刀具相對零件的運(yùn)動軌跡和方向。它不但包括工部的內(nèi)容,還反映出工部的順序。確定的主要原則為:1)首先安已定工部順序確定各表面加工進(jìn)給路線的順序。2)所定進(jìn)給路線應(yīng)能保證工件輪廓表面加工后的精度和粗糙度要求。3)尋求最短加工路線,減少行走時(shí)間以提高加工效率。4)要選擇工件在加工時(shí)變形小的路線。1:4錐形孔的加工進(jìn)給路線制訂見附錄。磨Φ105外圓的加工進(jìn)給路線制訂見附錄。 3.7 刀具的選擇 刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機(jī)交互狀態(tài)下進(jìn)行的。應(yīng)根據(jù)機(jī)床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關(guān)因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是:安裝調(diào)整方便,剛性好,耐用度和精度高。在滿足加

19、工要求的前提下,盡量選擇較短的刀柄,以提高刀具加工的剛性。 選取刀具時(shí),要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應(yīng)。生產(chǎn)中,平面零件周邊輪廓的加工,常采用立銑刀;銑削平面時(shí),應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀;加工凸臺、凹槽時(shí),選高速鋼立銑刀;加工毛坯表面或粗加工孔時(shí),可選取鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀;對一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工,常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。 在大多數(shù)情況下,選擇好的刀具雖然增加了刀具成本,但由此帶來的加工質(zhì)量和加工效率的提高,則可以使整個(gè)加工成本大大降低。一般刀具的選擇原則如下: 1.粗車時(shí),要選強(qiáng)度高、耐用度好的刀具,以便滿足粗車時(shí)大背吃刀量、大進(jìn)給量的要

20、求。 2.精車時(shí),要選精度高、耐用度好的刀具,以保證加工精度的要求。 3.為減少換刀時(shí)間和方便對刀,應(yīng)盡量采用機(jī)夾刀和機(jī)夾刀片。 該零件的刀具選擇見附錄。 3.8 切削用量的確定 1.對于高效率的金屬切削加工來說,被加工材料、切削工具、切削條件是三大要素。這些決定著加工時(shí)間、刀具壽命和加工質(zhì)量。經(jīng)濟(jì)有效的加工方式必然是合理的選擇了切削條件。 2.切削條件的三要素:切削速度、進(jìn)給量和切深直接引起刀具的損傷。伴隨著切削速度的提高,刀尖溫度會上升,會產(chǎn)生機(jī)械的、化學(xué)的、熱的磨損。切削速度提高20%,刀具壽命會減少1/2。 3.進(jìn)給條件與刀具后面磨損關(guān)系在極小的范圍內(nèi)產(chǎn)生。但進(jìn)給

21、量大,切削溫度上升,后面磨損大。它比切削速度對刀具的影響小。切深對刀具的影響雖然沒有切削速度和進(jìn)給量大,但在微小切深切削時(shí),被切削材料產(chǎn)生硬化層,同樣會影響刀具的壽命。 4.用戶要根據(jù)被加工的材料、硬度、切削狀態(tài)、材料種類、進(jìn)給量、切深等選擇使用的切削速度。 5.最適合的加工條件的選定是在這些因素的基礎(chǔ)上選定的。有規(guī)則的、穩(wěn)定的磨損達(dá)到壽命才是理想的條件。 6.然而,在實(shí)際作業(yè)中,刀具壽命的選擇與刀具磨損、被加工尺寸變化、表面質(zhì)量、切削噪聲、加工熱量等有關(guān)。在確定加工條件時(shí),需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行研究。對于不銹鋼和耐熱合金等難加工材料來說,可以采用冷卻劑或選用剛性好的刀刃。 該零

22、件的切削用量選擇見附錄。 4. 仿真加工與課題制作 仿真加工程序見附錄。 5.總結(jié) 由于本次設(shè)計(jì)中所加工零件為端蓋類零件,在設(shè)計(jì)過程中,遇到許多疑難問題,通過不斷的翻閱資料和老師同學(xué)的關(guān)心幫助,給予我很大的指導(dǎo),這次設(shè)計(jì)使我對整個(gè)設(shè)計(jì)過程有了更深一步的了解。感謝我的同學(xué)們,他們在我設(shè)計(jì)與困難的時(shí)候給予我很大的幫助與諒解。感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師——陳燕以及教導(dǎo)過我的老師們,在他們的幫助和指導(dǎo)下,我學(xué)到了很多,也順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。最后我要感謝所有在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中幫助我的人,謝謝! 參考文獻(xiàn) [1] 趙長旭.數(shù)控加工工藝.

23、西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2006. [2] 陳洪濤主編.數(shù)控加工工藝與編程.北京:高等教育出版社,2003. [3] 金大鷹.機(jī)械制圖.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001 [4] 廖念釗.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ).北京:中國計(jì)量出版社,1993. [5] 王凡.實(shí)用機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2000. [7] 王先逵.機(jī)械加工工藝手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001. [8] 陳明.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003. [9] 廖念釗.互換性與技術(shù)測量 [M].北京:中國計(jì)量出版社,2006. [10] 孫麗媛.機(jī)械制造工藝及專用夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2004. [11] 王光斗.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊[M].上海:上??茖W(xué)技術(shù)出版社,2006. [12] 董萬福.現(xiàn)代金屬切削實(shí)用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2006 附 錄 1. 零件圖(二維) 2. 零件圖(三維) 3. 夾具圖 4. 數(shù)控加工刀具卡片 5. 數(shù)控加工工序卡片 6. 數(shù)控加工進(jìn)給路線圖 14

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