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1.緒 論
目前，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還相當(dāng)?shù)穆浜?，主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)的國家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具相比差距相當(dāng)大。
1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
1.1.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀
我國模具近年來發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計，2003年我國模具生產(chǎn)廠點約有2萬多家，從業(yè)人員約50多萬人，2004年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢頭，模具企業(yè)總體上訂單充足，任務(wù)飽滿，2004年模具產(chǎn)值530億元。進(jìn)口模具18.13億?美元，出口模具4.91億美元，分別比2003年增長18%、32.4%和45.9%。進(jìn)出口之比2004年為3.69:1，進(jìn)出口相抵后的進(jìn)凈口達(dá)13.2億美元，為凈進(jìn)口量較大的國家。
在2萬多家生產(chǎn)廠點中，有一半以上是自產(chǎn)自用的。在模具企業(yè)中，產(chǎn)值過億元的模具企業(yè)只有20多家，中型企業(yè)幾十家，其余都是小型企業(yè)。?近年來，?模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：大型、精密、復(fù)雜、長壽命中高檔模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品；專業(yè)模具廠數(shù)量增加，能力提高較快；"三資"及私營企業(yè)發(fā)展迅速；國企股份制改造步伐加快等。
雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。我國尚存在以下幾方面的不足:
第一，體制不順，基礎(chǔ)薄弱。 “三資”企業(yè)雖然已經(jīng)對中國模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動作用，私營企業(yè)近年來發(fā)展較快，國企改革也在進(jìn)行之中，但總體來看，體制和機(jī)制尚不適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)，再加上國內(nèi)模具工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，因此，行業(yè)發(fā)展還不盡如人意，特別是總體水平和高新技術(shù)方面。
??? 第二，開發(fā)能力較差，經(jīng)濟(jì)效益欠佳.我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多是15～20萬美元，有的高達(dá)25～30萬美元，與之相對的是我國相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。
?? 第三，工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低．雖然國內(nèi)許多企業(yè)采用了先進(jìn)的加工設(shè)備，但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設(shè)備數(shù)控化率和CAD/CAM應(yīng)用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因，引進(jìn)設(shè)備不配套，設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問題長期得不到較好解決。裝備水平低，帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。
? 第四，專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化的程度低、協(xié)作差． 由于長期以來受“大而全”“小而全”影響，許多模具企業(yè)觀念落后，模具企業(yè)專業(yè)化生產(chǎn)水平低，專業(yè)化分工不細(xì)，商品化程度也低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占45%左右，其馀為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)，與國際水平相比要落后許多。模具標(biāo)準(zhǔn)化水平低，標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低也對模具質(zhì)量、成本有較大影響，對模具制造周期影響尤甚。
第五，模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后．模具材料性能、質(zhì)量和品種往往會影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進(jìn)口鋼相比，無論是質(zhì)量還是品種規(guī)格，都有較大差距。塑料、板材、設(shè)備等性能差，也直接影響模具水平的提高。
1.1.2 國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢
巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和技術(shù)在過去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求。未來的十年，中國模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括以下幾方面:????
1） 模具日趨大型化；???
? 2）在模具設(shè)計制造中廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)；??
? 3）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)；???
? 4）在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù)；?
?? 5）提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率；???
6）發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)；???
7）模具的精度將越來越高；?
? 8）模具研磨拋光將自動化、智能化；??
?? 9）研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程；??
?10）開發(fā)新的成形工藝和模具。
1.2 國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
模具是工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵的工藝裝備，在電子、建材、汽車、電機(jī)、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產(chǎn)品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。用模具生產(chǎn)制作表現(xiàn)出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性，是其他加工制造方法所無法替代的。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。近幾年，全球模具市場呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，世界模具市場年交易總額為600～650億美元左右。美國、日本、法國、瑞士等國家年出口模具量約占本國模具年總產(chǎn)值的三分之一。?
國外模具總量中,大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的比例占到50%以上；國外模具企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。2004年中國模協(xié)在德國訪問時，從德國工、模具行業(yè)組織--德國機(jī)械制造商聯(lián)合會（VDMA）工模具協(xié)會了解到，德國有模具企業(yè)約5000家。2003年德國模具產(chǎn)值達(dá)48億歐元。其中（VDMA）會員模具企業(yè)有90家，這90家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國模具產(chǎn)值的90%，可見其規(guī)模效益。
隨著時代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，國外的一些掌握和能運(yùn)用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具工藝設(shè)計、高級鉗工及企業(yè)管理人才，他們的技術(shù)水平比較高．故人均產(chǎn)值也較高．我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬美元左右，而國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多15～20萬美元，有的達(dá)到 25～30萬美元。國外先進(jìn)國家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá)70%以上，而我國才達(dá)到45％．
2. 落料沖孔拉深復(fù)合模
2.1 沖壓工件的工藝分析
工件名稱：燈罩
生產(chǎn)批量：中批量
材料：08鋼
厚度：1mm
對固定套翻邊件進(jìn)行分析可知，處有內(nèi)孔翻邊成形，翻邊前應(yīng)預(yù)沖孔，是圓筒件拉深件直徑，經(jīng)計算可一次拉深成形。工序安排為落料，拉深,沖孔，翻邊等該工件。
2.2 工藝方案確定
該零件所需的基本沖壓工序為落料、沖孔、拉深、翻邊。
可擬訂出以下三種工藝方案。
方案一：用簡單模分四次加工，即落料——拉深——沖孔——翻邊。
方案二：落料拉深沖孔復(fù)合模，再翻邊。
方案三：落料沖孔級進(jìn)模，再拉深，再翻邊。
采用方案一，生產(chǎn)率低，工件的累計誤差大，操作不方便，由于該工件為中批量生產(chǎn)，方案二和方案三更具有優(yōu)越性。但復(fù)合模模具的行位精度和尺寸精度容易保證，且生產(chǎn)率也高。盡管模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜但由于零件的幾何形狀簡單對稱，模具制造并不困難。級進(jìn)模雖生產(chǎn)率也高，但零件的沖裁精度稍差。欲保證沖壓件的行位精度，需要在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷導(dǎo)正，故模具制造、安裝較復(fù)合模復(fù)雜。
通過對上述三種方按的分析比較，該零件采用方案二最佳。
故應(yīng)采用兩副模具來完成。
第一副模具為落料拉深沖孔復(fù)合模，
第二副模具為單工序翻邊模。
2.3 必要的工藝計算
2.3.1 毛坯尺寸計算
由最終制件從翻邊算起，毛坯的預(yù)沖孔直徑計算。由文獻(xiàn)[7]公式可知
根據(jù)等面積原則，用解析法求該零件的毛坯直徑。首先將零件分為圓、圓環(huán)兩個簡單的幾何體。
則毛坯展開尺寸
查表得拉伸的修邊余量
則毛坯的直徑 。
2.3.2 排樣
該工件排樣根據(jù)落料工序設(shè)計?？紤]操作方便及模具結(jié)構(gòu)簡單，故采用單排排樣設(shè)計。由表查得搭邊值 采用雙排擋料銷擋料。則：條料寬條料的進(jìn)距。
則沖裁單件材料的利用率可按下式計算，即
式中 —一個沖裁件的面積，；
—一個進(jìn)距內(nèi)的沖裁件數(shù)量；
—條料寬度，；
—進(jìn)距，。
得：
2.3.3 計算工序壓力
1. 落料力的計算
式中 —落料力；
—沖裁件剪切周邊長度；
—沖裁件材料厚度；
—被沖材料的抗剪強(qiáng)度；
—系數(shù)，一般取。
落料力為：
2. 沖孔力的計算
式中 ——工件內(nèi)輪廓周長（）
則
3. 拉深力計算
由于零件為淺拉深，可按有壓邊圈的圓筒形件近似計算。按下式計算：
式中 ——拉深力（）；
——拉深件直徑，；
——材料厚度；
——材料的強(qiáng)度極限（）,查手冊σb=；
——修正因數(shù)。
拉伸系數(shù)。
查表得修正因數(shù)
則
4. 壓邊力的計算
壓邊力用計算，
式中： ——壓邊圈面積；
——單位壓邊力，由表查得;
壓邊力則為
5. 卸料力的計算
式中
——卸料力系數(shù)；查手冊知
則卸料力為：
6. 推件力的計算：
按式計算
式中 ——推件力因數(shù)，查表得；
——卡在凹模內(nèi)的工件數(shù)，查[7]得n=2；
則推件力為
故工序總力：
2.3.4壓力中心的確定
由于該零件是中心對稱圖形,故壓力中心位于零件輪廓圖形的幾何中心上。
2.4 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.4.1 模具類型設(shè)計
經(jīng)分析,應(yīng)采用復(fù)合模結(jié)構(gòu)。
2.4.2 模具具體結(jié)構(gòu)設(shè)計
1.正倒裝結(jié)構(gòu)的確定
根據(jù)上述分析，采用倒裝復(fù)合模具可直接利用壓力機(jī)的打桿裝置進(jìn)行推件，卸料可靠，便于操作。
2.送料方式的確定
因是大批量生產(chǎn)，采用手動送料方式。
3.定位裝置的確定
因該制件采用的是倒裝復(fù)合模，所以直接用擋料銷和導(dǎo)料銷即可。
4.導(dǎo)向方式的選擇
為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性，選用導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向。由于該零件導(dǎo)尺寸不大，且精度要求不是太高，所以宜采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。
5. 卸料、壓料方式
本模具采用倒裝結(jié)構(gòu),卡于凸凹模上的廢料可由卸料板推出,而沖孔廢料則可以在下模座中開設(shè)通槽，使廢料從孔洞中落下。頂件壓邊裝置安裝在下模妨礙了沖孔廢料的排出。
6. 出件方式
本模具采用倒裝結(jié)構(gòu)，工件留在落料凹?？锥粗?，應(yīng)在凹?？自O(shè)置推件塊推出。
2.5 主要工作零部件設(shè)計
2.5.1 主要零件尺寸計算
由表查得沖裁模刃口雙面間隙。
1. 落料刃口尺寸的計算
的凹模的制造公差由表查得。
由于。故采用凹模與凸模配合加工方法。因數(shù)由表查得。
按凹模尺寸配制，其雙面間隙為。
2. 沖孔刃口尺寸的計算
對于的凸凹模的制造公差有表查得:
。
由于故采用凸模與凹模配合加工方法。因數(shù)由表查得。則
按凸模尺寸配制，其雙面間隙為。其工件結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示：
D凹按凸模尺寸配制
3. 拉深工作部分尺寸的計算
拉伸凸模和凹模的單邊間隙可按表中式計算，，故。由于拉深工件的公差為級，故凸凹模的制造公差可采用級的精度，查表得,按下式可計算凸模、凹模的尺寸及公差：
對于，
為了得到較平整的工件，此模具采用彈壓式卸料結(jié)構(gòu)，使條料在落料、拉深過程中始終在一個穩(wěn)定的壓力之下，從而改善了毛坯的穩(wěn)定性，避免材料在切向壓力的作用下產(chǎn)生起皺的可能。上、下卸料均采用橡膠作為彈性元件，其高度和斷面面積在模具裝配時按模具空間大小確定。
2.6 沖壓設(shè)備的選用
根據(jù)公稱壓力來選取壓力機(jī)參照手冊適用壓力型號為J23-63,其主要參數(shù)如下：
公稱壓力：630KN
滑塊行程：130mm
最大閉和高度：360mm
封閉高度調(diào)節(jié)量：80mm
工作臺尺寸：480mm×710mm
模柄孔尺寸：Φ50mm×80mm
2.7 模具的總體設(shè)計及裝配
1、19 橡膠 2、限位釘 3、下模座 4、15 頂桿 5、凸凹模 6、下頂塊 7、鑲拼凸模 8、鑲拼凹模 9、凸凹模 10、上固定板 11、上墊板 12、上模座 13、模柄 14、打桿 16、沖孔凸模 17、蓋板 18、導(dǎo)套 20、上頂塊 21、導(dǎo)柱 22、卸料板 23、凹模 24、下固定板 25、下墊板
該工件的模具結(jié)構(gòu)如圖，主要由上?下模座，落料凹模、凸凹模、沖孔凸模、沖孔凹模、鑲拼凸模、鑲拼凹模、上、下頂塊，卸料板等零件組成。
根據(jù)主要工作部分尺寸結(jié)構(gòu)參照有關(guān)資料，可選取I級精度的后側(cè)導(dǎo)柱模架，
即：
上模座：; （）
下模座：; （）
導(dǎo)柱： ; （）
導(dǎo)套： 。 （）
導(dǎo)柱、導(dǎo)套滲碳深度為0.8～1.2mm.硬度為 。
落料凹模、凸凹模、沖孔凸模、沖孔凹模、鑲拼凸模、凹模材料均采用，熱處理硬度為。
卸料板、上頂塊、下頂塊、墊板、固定板材料均采用45鋼。
該模具將成形部分作成鑲拼凹模8和鑲拼凸模7，這樣當(dāng)沖裁刃口變鈍后，只要將刃口部分按常規(guī)重新修磨一下，然后將鑲拼件旋轉(zhuǎn)一個角度后，將反面磨去刃磨量即可裝入在使用。
下頂塊6除了起到壓邊的作用，另外當(dāng)工件拉深到下頂塊觸到下固定板24時，下頂塊就起了限位的作用，當(dāng)上?；爻虝r，拉深有了一個校正的過程。
由于受開式壓力機(jī)工作臺孔的限制，該模具的頂件壓邊裝置安裝在下模妨礙了沖孔廢料的排出。為了保證沖孔凹模與落料凹模的同心度要求，將沖孔凸模與落料凹模用螺栓連接在一起，并與固定板成的過度配合，這樣給拆卸、裝配帶來了方便。
3. 翻邊模
3.1 固定套翻邊件工藝性分析
對固定套翻邊件進(jìn)行分析可知，處有內(nèi)孔翻邊成形，翻邊前應(yīng)預(yù)沖孔，是圓筒件拉深件直徑，可一次拉深成形。工序安排為落料，拉深,沖孔，翻邊等。翻邊前為高的無法蘭圓筒形制件，如圖所示：
3.2 固定套翻邊工藝計算
在平板毛坯上沖底孔后進(jìn)行翻邊，工藝計算包括兩方面的內(nèi)容：一是確定底孔直徑。二是核算翻邊高度H。
3.2.1 計算毛坯的預(yù)沖孔直徑，翻邊工藝參數(shù)如圖所示。
預(yù)沖孔直徑 （式1）
3.2.2 高度H變換式1可得翻邊高度H的計算公式2
(式2)
將翻邊系數(shù)帶入式1中可得
(式3)
將式3中的翻邊系數(shù)Kf以極限翻邊系數(shù)Kfmin代替，可得最大
翻邊高度Hmax計算公式:
固定套翻邊高度
由于H＜Hmax所以能夠一次翻邊形成。
翻邊前毛坯如圖所示：
3.2.3 翻邊力P的計算
=
以上各式中：
——-翻邊系數(shù)；
----極限翻邊系數(shù)；
當(dāng)時，。
——翻邊前毛坯預(yù)沖孔直徑，；
——-翻邊后孔口的直徑，；
——-翻邊圓角半徑，；
——-翻邊高度，；
——翻邊后工件高度，；
——-翻邊力，；
t——-材料厚度，；
——材料的屈服強(qiáng)度，MPa；這里。
3.3 翻邊模裝配圖的設(shè)計繪制
翻邊模采用倒裝結(jié)構(gòu)，使用大圓角圓柱形翻邊凸模，工件預(yù)沖孔套在導(dǎo)正銷上定位，壓邊靠壓力機(jī)標(biāo)準(zhǔn)彈頂器壓邊，工件若留在上模由頂件器推出，選用對角滑動導(dǎo)向模架。
根據(jù)固定板尺寸和閉合高度選用250KN雙柱可傾壓力機(jī)，固定套翻邊模如圖所示。
1、導(dǎo)柱 2、頂料桿 3、導(dǎo)套 4、上模座 5、螺釘 6、推件板 7、推桿 8、模柄 9、防轉(zhuǎn)銷 10、銷釘 11、凹模墊板 12、凸模 13、凹模 14、壓料板 15、導(dǎo)套 16、導(dǎo)柱 17、銷釘、螺釘 18、凸模固定板 19、下模座
結(jié) 束 語
燈罩屬于復(fù)雜的零件，分析其工藝性，并確定工藝方案。根據(jù)計算確定該制件的沖裁力及模具刃口尺寸，然后選取相應(yīng)的壓力機(jī)。本設(shè)計主要是沖孔凸、凹模以及拉深工藝的設(shè)計，需要計算凸凹模的間隙、工作零件的尺寸和公差。此外,還需要確定模具工藝零件和結(jié)構(gòu)零件以及模具的總體尺寸，然后根據(jù)上面的設(shè)計繪出模具的總裝圖。
由于在零件制造前進(jìn)行了預(yù)測，分析了制件在生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的缺陷，采取了相應(yīng)的工藝措施。因此，模具在生產(chǎn)零件的時候才可以減少廢品的產(chǎn)生。
燈罩的形狀結(jié)構(gòu)一般，但是其尺寸相對較大不適合選用標(biāo)準(zhǔn)模架。要保證零件的順利加工和取件，模具必須有足夠的長度，因此需要改變上、下模座的長度，以達(dá)到要求。模具工作零件的結(jié)構(gòu)也較為簡單，它可以相應(yīng)的簡化模具結(jié)構(gòu)。便于以后的操作、調(diào)整和維護(hù)。
燈罩沖壓成形工藝及模具的設(shè)計，是理論知識與實踐有機(jī)的結(jié)合，更加系統(tǒng)地對理論知識做了更深切貼實的闡述。也使我認(rèn)識到，要想做為一名合格的模具設(shè)計人員，必須要有扎實的專業(yè)基礎(chǔ)，并不斷學(xué)習(xí)新知識新技術(shù)，樹立終身學(xué)習(xí)的觀念，把理論知識應(yīng)用到實踐中去，并堅持科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、求實的精神，大膽創(chuàng)新，突破新技術(shù)，為國民經(jīng)濟(jì)的騰飛做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
致 謝
時光如電，歲月如梭，三年的大學(xué)生活即將結(jié)束，而我也即將離開可敬的老師和熟悉的同學(xué)踏入不是很熟悉的社會中去。在這畢業(yè)之際，作為一名工科院校的學(xué)生，做畢業(yè)設(shè)計是一件必不可少的事情。
畢業(yè)設(shè)計是一項非常繁雜的工作，它涉及的知識非常廣泛，很多都是書上沒有的東西，這就要靠自己去圖書館查找自己所需要的資料；還有很多設(shè)計計算，這些都要靠自己運(yùn)用自己的思維能力去解決，可以說，沒有一定的毅力和耐心是很難完成這樣復(fù)雜的工作。
在學(xué)校中，我主要學(xué)的是理論性的知識，而實踐性很欠缺，而畢業(yè)設(shè)計就相當(dāng)于實戰(zhàn)前的一次總演練。畢業(yè)設(shè)計不但把我以前學(xué)的專業(yè)知識系統(tǒng)的連貫起來，也使我在溫習(xí)舊知識的同時也可以學(xué)習(xí)到很多新的知識；這不但提高了我們解決問題的能力，開闊了我們的視野，在一定程度上彌補(bǔ)我們實踐經(jīng)驗的不足，為以后的工作打下堅實的基礎(chǔ)。
由于本人資質(zhì)有限，很多知識掌握的不是很牢固，因此在設(shè)計中難免要遇到很多難題，在有課程設(shè)計的經(jīng)驗及老師的不時指導(dǎo)和同學(xué)的熱心幫助下，克服了一個又一個的困難，使我的畢業(yè)設(shè)計日趨完善。畢業(yè)設(shè)計雖然很辛苦，但是在設(shè)計中不斷思考問題，研究問題，咨詢問題，一步步提高了自己，一步步完善了自己。同時也汲取了更完整的專業(yè)知識，鍛煉了自己獨(dú)立設(shè)計的能力，使我受益匪淺，我相信這些經(jīng)驗對我以后的工作一定有很大的幫助，而且也鍛煉我的吃苦耐勞的精神，讓我在這個競爭的社會里有立足之地。
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