第四章拉深工藝及拉深模具設計復習題答案.doc

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第四章 拉深工藝及拉深模具設計復習題 答案 一、 填空題 1. 拉深是是利用拉深模將平板毛坯壓制成開口空心件或將開口空心件進一步變形的沖壓工藝。 2. 拉深凸模和凹模與沖裁模不同之處在于，拉深凸、凹模都有一定的圓角而不是鋒利的刃口，其間隙一般稍大于板料的厚度。 3. 拉深系數(shù)m是拉深后的工件直徑和拉深前的毛坯直徑的比值，m越小，則變形程度越大。 4. 拉深過程中，變形區(qū)是坯料的凸緣部分。坯料變形區(qū)在切向壓應力和徑向拉應力的作用下，產(chǎn)生切向壓縮和徑向伸長的變形。 5. 對于直壁類軸對稱的拉深件，其主要變形特點有：（１）變形區(qū)為凸緣部分；（２）坯料變形區(qū)在切向壓應力和徑向拉應力的作用下，產(chǎn)生切向壓縮與徑向的伸長，即一向受壓、一向收拉的變形；（３）極限變形程度主要受傳力區(qū)承載能力的限制。 6. 拉深時，凸緣變形區(qū)的起皺和筒壁傳力區(qū)的拉裂是拉深工藝能否順利進行的主要障礙。 7. 拉深中，產(chǎn)生起皺的現(xiàn)象是因為該區(qū)域內(nèi)受較大的壓應力的作用，導致材料失穩(wěn)_而引起。 8. 拉深件的毛坯尺寸確定依據(jù)是面積相等的原則。 9. 拉深件的壁厚不均勻。下部壁厚略有減薄，上部卻有所增厚。 10. 在拉深過程中，坯料各區(qū)的應力與應變是不均勻的。即使在凸緣變形區(qū)也是這樣，愈靠近外緣，變形程度愈大，板料增厚也愈大。 11. 板料的相對厚度t/D越小，則抵抗失穩(wěn)能力越愈弱，越容易起皺。 12. 因材料性能和模具幾何形狀等因素的影響，會造成拉深件口部不齊，尤其是經(jīng)過多次拉深的拉深件，起口部質量更差。因此在多數(shù)情況下采用加大加大工序件高度或凸緣直徑的方法，拉深后再經(jīng)過切邊工序以保證零件質量。 13. 拉深工藝順利進行的必要條件是筒壁傳力區(qū)最大拉應力小于危險斷面的抗拉強度。 14. 正方形盒形件的坯料形狀是圓形；矩形盒形件的坯料形狀為長圓形或橢圓形。 15. 用理論計算方法確定坯料尺寸不是絕對準確，因此對于形狀復雜的拉深件，通常是先做好拉深模，以理論分析方法初步確定的坯料進行試模，經(jīng)反復試模，直到得到符合要求的沖件時，在將符合要求的坯料形狀和尺寸作為制造落料模的依據(jù)。 16. 影響極限拉深系數(shù)的因素有：材料的力學性能、板料的相對厚度、拉深條件等。 17. 一般地說，材料組織均勻、屈強比小、塑性好、板平面方向性小、板厚方向系數(shù)大、硬化指數(shù)大的板料，極限拉深系數(shù)較小。 18. 拉深凸模圓角半徑太小，會增大拉應力，降低危險斷面的抗拉強度，因而會引起拉深件拉裂，降低極限變形。 19. 拉深凹模圓角半徑大，允許的極限拉深系數(shù)可減小，但過大的圓角半徑會使板料懸空面積增大，容易產(chǎn)生失穩(wěn)起皺。 20. 拉深凸模、凹模的間隙應適當，太小會不利于坯料在拉深時的塑性流動，增大拉深力，而間隙太大，則會影響拉深件的精度，回彈也大。 21. 確定拉深次數(shù)的方法通常是：根據(jù)工件的相對高度查表而得，或者采用推算法，根據(jù)表格查出各次極限拉深系數(shù)，然后依次推算出各次拉深直徑。 22. 有凸緣圓筒件的總拉深系數(shù)m大于極限拉深系數(shù)時，或零件的相對高度h/d小于極限相對高度時，則凸緣圓筒件可以一次拉深成形。 23. 多次拉深寬凸緣件必須遵循一個原則，即第一次拉深成有凸緣的工序件時，其凸緣的外徑應等于工件的凸緣直徑，在以后的拉深工序中僅僅使已拉深成的工序件的筒壁部分參與變形，逐步減少其直徑和圓角半徑并增加高度，而第一次拉深時已經(jīng)成形的凸緣外徑不變。為了防止在以后拉深工序中，有凸緣圓筒形件的凸緣部分產(chǎn)生變形，在調節(jié)工作行程時，應嚴格控制拉深高度；在工藝計算時，除了應精確計算工序件的高度，通常有意把第一次拉入凹模的坯料面積多拉5%～10%。這一工藝措施對于板料厚度小于0.5mm的拉深件，效果較為顯著。 24. 拉深時，對于單動壓力機，除了使其公稱壓力大于工藝力以外，還必須注意，當拉深行程較大，尤其落料拉深復合時，應使工藝力曲線位于壓力機滑塊的許用負荷曲線之下。 25. 當任意兩相鄰階梯直徑之比都大于相應的圓筒形件的極限拉深系數(shù)時，其拉深方法為：由大到小拉出，這時的拉深次數(shù)等于階梯數(shù)目。 26. 盒形件拉深時圓角部分與直邊部分間隙不同，其中圓角部分應該比直邊部分間隙大。 27. 一般情況下，拉深件的公差不宜要求過高。對于要求高的拉深件應加整形工序以提高其精度。 28. 在拉深成形中，需要摩擦力小的部位必須進行潤滑，凹模表面粗糙度應該小，以降低摩擦力，減小拉應力，以提高極限變形程度。 29. 拉深時，凹模和卸料板與板料接觸的表面應當潤滑，而凸模圓角與板料接觸的表面不宜太光滑，也不宜潤滑，以減小由于凸模與材料的相對滑動而使危險斷面易于變薄破裂的危險。 二、選擇題（將正確的答案序號填到題目的空格處） 1.拉深前的扇形單元，拉深后變?yōu)開___B_______。 A、圓形單元 B、矩形單元 C、環(huán)形單元 2.拉深后坯料的徑向尺寸_____A_____，切向尺寸____A______。 A、增大 減小 B、增大 增大 C、減小 增大 D、減小 減小 3.拉深過程中，坯料的凸緣部分為_____B_____。 A、傳力區(qū) B、變形區(qū) C、非變形區(qū) 4.拉深時，在板料的凸緣部分，因受_____B_____作用而可能產(chǎn)生起皺現(xiàn)象。 A、徑向壓應力 B、切向壓應力 C、厚向壓應力 5.與凸模圓角接觸的板料部分，拉深時厚度____B______。 A、變厚 B、變薄 C、不變 6.拉深時出現(xiàn)的危險截面是指_____B_____的斷面。 A、位于凹模圓角部位 B、位于凸模圓角部位 C、凸緣部位 7.用等面積法確定坯料尺寸，即坯料面積等于拉深件的_____B_____。 A、投影面積 B、表面積 C、截面積 8.拉深過程中應該潤滑的部位是______A、B____；不該潤滑部位是_____ C_____。 A、壓料板與坯料的接觸面 B、凹模與坯料的接觸面 C、凸模與坯料的接觸面 9._____D_____工序是拉深過程中必不可少的工序。 A、酸洗 B、熱處理 C、去毛刺 D、潤滑 E、校平 10.需多次拉深的工件，在兩次拉深間，許多情況下都不必進行____B______。從降低成本、提高生產(chǎn)率的角度出發(fā)，應盡量減少這個輔助工序。 A、酸洗 B、熱處理 C、去毛刺 D、潤滑 E、校平 11.經(jīng)過熱處理或表面有油污和其它臟物的工序件表面，需要_____A _____方可繼續(xù)進行沖壓加工或其它工序的加工。 A、酸洗 B、熱處理 C、去毛刺 D、潤滑 E、校平 12.有凸緣筒形件拉深、其中______A____對拉深系數(shù)影響最大。 A、凸緣相對直徑 B、相對高度 C、相對圓角半徑 13.在寬凸緣的多次拉深時，必須使第一次拉深成的凸緣外徑等于_____C_____直徑。 A、坯料 B、筒形部分 C、成品零件的凸緣 14.為保證較好的表面質量及厚度均勻，在寬凸緣的多次拉深中，可采用______C____ 的工藝方法。 A、變凸緣直徑 B、變筒形直徑 C、變圓角半徑 15.板料的相對厚度t/D較大時，則抵抗失穩(wěn)能力______A____。 A、大 B、小 C、不變 16.有凸緣筒形件的極限拉深系數(shù)_____A_____無凸緣筒形件的極限拉深系數(shù)。 A、小于 B、大于 C、等于 17.無凸緣筒形件拉深時，若沖件h/d_____C_____極限h/d，則可一次拉出。 A、大于 B、等于 C、小于 18.平端面凹模拉深時，坯料不起皺的條件為t/D_____C_____。 A、≥(0.09～0.17)(m－l) B、 ≤(0.09～0.17)(l/m－l) C、≥ (0.09～0017)(1－m) 19.為了使材料充分塑性流動，拉深時坯料形狀與拉深件橫截面形狀是____B______。 A、等同的 B、近似的 C、等面積的 20.當任意兩相鄰階梯直徑之比()都不小于相應的圓筒形的極限拉深系數(shù)時，其 拉深方法是_____B_____ 。 A、由小階梯到大階梯依次拉出 B、由大階梯到小階梯依次拉出 C、先拉兩頭，后拉中間各階梯 21.下面三種彈性壓料裝置中，____C______的壓料效果最好。 A、彈簧式壓料裝置 B、橡膠式壓料裝置 C、氣墊式壓料裝置 22.利用壓邊圈對拉深坯料的變形區(qū)施加壓力，可防止坯料起皺，因此，在保證變形區(qū)不 起皺的前提下，應盡量選用_____B_____。 A、大的壓料力 B、小的壓料力 C、適中的壓料力 23.有凸緣圓筒形件的拉深系數(shù) ，從上式可以看出參數(shù) _____A_____對拉深系數(shù)影響最大。 A、 B、 C、R/d 24.通常用_____C_____值的大小表示圓筒形件拉深變形程度的大小____C______愈大，變形程度愈小，反之亦然。 A、 B、K C、m 25.在拉深工藝規(guī)程中，如果選用單動壓力機，其公稱壓力應 _____B_____工藝總壓力，且要注意，當拉深工作行程較大時，應使工藝力曲線位于壓力機滑塊的許用曲線之下。 A、等于 B、小于 C、大于 三、判斷題（正確的打√，錯誤的打） 1. 拉深過程中，坯料各區(qū)的應力與應變是很均勻的。 （ ） 2. 拉深過程中，凸緣平面部分材料在徑向壓應力和切向拉應力的共同作用下，產(chǎn)生切向壓縮與徑向伸長變形而逐漸被拉入凹模。 （ ） 3. 拉深系數(shù)m恒小于1，m愈小，則拉深變形程度愈大。 （ √ ） 4. 坯料拉深時，其凸緣部分因受切向壓應力而易產(chǎn)生失穩(wěn)而起皺。 （ √ ） 5. 拉深時，坯料產(chǎn)生起皺和受最大拉應力是在同一時刻發(fā)生的。 （ ） 6. 拉深系數(shù)m愈小，坯料產(chǎn)生起皺的可能性也愈小。 （ ） 7. 拉深時壓料力是唯一的確定值，所以調整時要注意調到準確值。 （ ） 8. 壓料力的選擇應在保證變形區(qū)不起皺的前提下，盡量選用小的壓料力。 （ √ ） 9. 彈性壓料裝置中，橡膠壓料裝置的壓料效果最好。 （ ） 10. 拉深模根據(jù)工序組合情況不同，可分為有壓料裝置的拉深模和無壓料裝置的拉深模。 （ ） 11. 拉深凸、凹模之間的間隙對拉深力、零件質量、模具壽命都有影響。間隙小，拉深力大，零件表面質量差，模具磨損大，所以拉深凸、凹模的間隙越大越好。 （ ） 12. 拉深凸模圓角半徑太大，增大了板料繞凸模彎曲的拉應力，降低了危險斷面的抗拉強度，因而會降低極限變形程度。 （ ） 13. 拉深時，拉深件的壁厚是不均勻的，上部增厚，愈接近口部增厚愈多，下部變薄，愈接近凸模圓角變薄愈大。壁部與圓角相切處變薄最嚴重。 （ √ ） 14. 拉深變形的特點之一是：在拉深過程中，變形區(qū)是弱區(qū)，其它部分是傳力區(qū)。（ ） 15. 拉深時，坯料變形區(qū)在切向壓應力和徑向拉應力的作用下，產(chǎn)生切向伸長和徑向壓縮的變形。 （ ） 16. 拉深模根據(jù)拉深工序的順序可分為單動壓力機上用拉深模和雙動壓力機上用拉深模。 （ ） 17. 需要多次拉深的零件，在保證必要的表面質量的前提下，應允許內(nèi)、外表面存在拉深過程中可能產(chǎn)生的痕跡。 （ √ ） 18. 所謂等面積原則，即坯料面積等于成品零件的表面積。 （ √ ） 19. 對于有凸緣圓筒件的極限拉深系數(shù)，如果小于無凸緣圓筒形件的極限拉深系數(shù)，則可判斷：有凸緣圓筒形件的實際變形程度大于無凸緣圓筒形件的變形程度。 （ ） 20. 拉深的變形程度大小可以用拉深件的高度與直徑的比值來表示。也可以用拉深后的圓筒形件的直徑與拉深前的坯料 (工序件)直徑之比來表示。 （ √ ） 21. 階梯形盒形件和階梯形圓筒形件的拉深工藝一樣，也可以先拉深成大階梯，再從大階梯拉深到小階梯。 （ ） 四、問答題 1. 拉深變形的特點？ 拉深件的變形有以下特點： （1）變形區(qū)為毛坯的凸緣部分，與凸模端面接觸的部分基本上不變形； （2）毛坯變形區(qū)在切向壓應力和徑向拉應力的作用下，產(chǎn)生切向壓縮和徑向拉伸的“一拉一壓”的變形。 （3）極限變形參數(shù)主要受到毛坯傳力區(qū)的承載能力的限制； （4）拉深件的口部有增厚、底部圓角處有減薄的現(xiàn)象稱為“危險斷面”（底部的厚度基本保持不變）； （5）拉深工件的硬度也有所不同，愈靠近口部，硬度愈高（這是因為口部的塑性變形量最大，加工硬化現(xiàn)象最嚴重） 2. 拉深的基本過程是怎樣的? 如下圖4－1所示的拉深基本過程。拉深所用的模具一般是由凸模1、凹模3、壓邊圈2（有時可以不帶壓邊圈）三部分構成。其凸模與凹模的結構和形狀與沖裁模不同，它們的工作部分沒有鋒利的刃口，而是做成圓角。凸模與凹模的間隙稍大于板料的厚度。 在拉深開始時，平板坯料同時受凸模的壓力和壓邊圈壓力的作用，其凸模的壓力要比壓邊圈的壓力大得多。坯料受凸模向下的壓力作用，隨凸模進入凹模，最后使得坯料被拉深成開口的筒形件。 圖4－1 圓筒件的拉深 3. 拉深過程中材料的應力與應變狀態(tài)是怎樣的? 為了分析拉深毛坯在拉深過程中的應力與應變情況，可以做以下的網(wǎng)格實驗： 如圖4－2所示，在平板毛坯上畫上間距相等的同心圓和夾角相同的半徑線。然后將該毛坯放在拉深模中進行拉深（為了方便觀察網(wǎng)格的變化情況，將畫有網(wǎng)格的面與凹模的接觸），在拉深后我們發(fā)現(xiàn)：工件底部的網(wǎng)格變化很小，而側壁上的網(wǎng)格變化很大，以前的等距同心圓，變成了與工件底部平行的不等距的水平線，并且愈是靠近工件口部，水平線之間的距離愈大，同時以前夾角相等的半徑線在拉深后在側壁上變成了間距相等的垂線，如圖6-3（b）所示，以前的扇形毛坯網(wǎng)格變成了拉深后的矩形網(wǎng)格。 （a） (b) 圖4－2 產(chǎn)生這樣的變化是因為拉深時，毛坯變形區(qū)（沒有被凸模壓住的凸緣部分）在切向壓應力的作用下產(chǎn)生壓縮，徑向在拉應力的作用下伸長的原因，如圖4－3所示。工件底部的網(wǎng)格沒有明顯的變化，說明對拉深來說，工件底部基本不變形。 圖4－3 拉深時扇形單元的受力與變形情況 4. 什么是拉深的危險斷面?它在拉深過程中的應力與應變狀態(tài)如何? 拉深件的筒壁和圓筒底部的過渡區(qū)，是拉深變形的危險斷面。承受筒壁較大的拉應力、凸模圓角的壓力和彎曲作用產(chǎn)生的壓應力和切向拉應力。 5. 什么情況下會產(chǎn)生拉裂? 當危險斷面的應力超過材料的強度極限時，零件就會在此處被拉裂。 6. 試述產(chǎn)生起皺的原因是什么？ 拉深過程中，在坯料凸緣內(nèi)受到切向壓應力σ3的作用，常會失去穩(wěn)定性而產(chǎn)生起皺現(xiàn)象。在拉深工序，起皺是造成廢品的重要原因之一。因此，防止出現(xiàn)起皺現(xiàn)象是拉深工藝中的一個重要問題。 7. 影響拉深時坯料起皺的主要因素是什么?防止起皺的方法有哪些? 影響起皺現(xiàn)象的因素很多，例如：坯料的相對厚度直接影響到材料的穩(wěn)定性。所以，坯料的相對厚度值t/D越大(D為坯料的直徑)，坯料的穩(wěn)定性就越好，這時壓應力σ3的作用只能使材料在切線方向產(chǎn)生壓縮變形(變厚)，而不致起皺。坯料相對厚度越小，則越容易產(chǎn)生起皺現(xiàn)象。在拉深過程中，輕微的皺摺出現(xiàn)以后，坯料仍可能被拉入凹模，而在筒壁形成褶痕。如出現(xiàn)嚴重皺褶，坯料不能被拉入凹模里，而在凹模圓角處或凸模圓角上方附近側壁（危險斷面）產(chǎn)生破裂。 防止起皺現(xiàn)象的可靠途徑是提高坯料在拉深過程中的穩(wěn)定性。其有效措施是在拉深時采用壓邊圈將坯料壓住。壓邊圈的作用是，將坯料約束在壓邊圈與凹模平面之間，坯料雖受有切向壓應力σ3的作用，但它在厚度方向上不能自由起伏，從而提高了坯料在流動時的穩(wěn)定性。另外，由于壓邊力的作用，使坯料與凹模上表面間、坯料與壓邊圈之間產(chǎn)生了摩擦力。這兩部分摩擦力，都與坯料流動方向相反，其中有一部分抵消了σ3的作用，使材料的切向壓應力不會超過對縱向彎曲的抗力，從而避免了起皺現(xiàn)象的產(chǎn)生。 由此可見，在拉深工藝中，正確地選擇壓邊圈的型式，確定所需壓邊力的大小是很重要的。 8. 什么是拉深系數(shù)?拉深系數(shù)對拉深有何影響? 所謂拉深系數(shù)，即每次拉深后的斷面積與拉深前的斷面之比，即： 式中：m—拉深系數(shù)； Fn--拉深后的斷面積（mm2）； --拉深前的斷面積（mm2）。 圓筒形件拉深系數(shù)即為每次拉深后圓筒形件的直徑與拉深前的坯料（或半成品）直徑之比。即 9. 影響拉深系數(shù)的因素有哪些? 拉深系數(shù)是拉深工藝中一個重要參數(shù)。合理地選定拉深系數(shù)，可以減少加工過程中的拉深次數(shù)，保證工件加工質量。 影響拉深系數(shù)的因素有以下幾方面： （1）材料的性質與厚度：材料表面粗糙時，應該取較大的拉深系數(shù)。材料塑性好時，取較小的拉深系數(shù)。材料的相對厚度t/D100對拉深系數(shù)影響更大。相對厚度越大，金屬流動性能有較好的穩(wěn)定性，可取較小的拉深系數(shù)； （2）拉深次數(shù)：拉深過程中，因產(chǎn)生冷作硬化現(xiàn)象，使材料的塑性降低。多次拉深時，拉深系數(shù)應逐漸加大； （3）沖模結構：若沖模上具有壓邊裝置，凹模具有較大的圓角半徑，凸、凹模間具有合理的間隙，這些因素都有利于坯料的變形，可選較小的拉深系數(shù)； （4）潤滑：具有良好的潤滑，較低的拉深速度，均有利于材料的變形，可選擇較小的拉深系數(shù)。但對凸模的端部不能進行潤滑，否則會削弱凸模表面摩擦對危險斷面的有益影響。 上述影響拉深系數(shù)的許多因素中，以坯料的相對厚度影響最大，生產(chǎn)中常以此作為選擇拉深系數(shù)的依據(jù)。 10. 為什么有些拉深件必須經(jīng)過多次拉深? 拉深過程中，若坯料的變形量超過材料所允許的最大變形程度，就會出現(xiàn)工件斷裂現(xiàn)象。所以，有些工件不能一次拉深成形，而需經(jīng)過多次拉深工序，使每次的拉深系數(shù)都控制在允許范圍內(nèi)，讓坯料形狀逐漸發(fā)生變化，最后得到所需形狀。 11. 采用壓邊圈的條件是什么? 拉深中，是否采用壓邊圈裝置，主要取決于拉深坯料的相對厚度大小，具體選擇方法可參照下表所列的條件決定。 采用壓邊圈的條件 拉深方法 第一次拉深 以后各次拉深 t/D100 m1 t/D100 mn 用壓邊圈 可用壓邊圈 不用壓邊圈 ＜1.5 1.5～2.0 ＞2.0 ＜0.6 0.6 ＞0.6 ＜1 1～1.5 ＞1.5 ＜0.8 0.8 ＞0.8 12. 盒形件拉深時有何特點? 非旋轉體直壁工件又稱盒形件，其形狀有正方形和矩形等多種(均簡稱為盒形件)。此這類工件從幾何形狀特點出發(fā)，可以認為是由圓角與直邊兩部分組成的。其拉深變形同樣認為其圓角部分相當于圓筒形件的拉深，而其直邊部分相當于簡單的彎曲變形。但是這兩部分并不是相互分開而是相互聯(lián)系的，因此在拉深時，它們之間必然有相互作用和影響，這就使得它們的變形，并不能單純地認為是圓筒形件的變形和簡單的直邊彎曲。 13. 拉深過程中工件熱處理的目的是什么? 在拉深過程中材料承受塑性變形而產(chǎn)生加工硬化，即拉深后材料的機械性能發(fā)生變化，其強度、硬度會明顯提高，而塑性則降低。為了再次拉深成形，需要用熱處理的方法來恢復材料的塑性，而不致使材料下次拉深后由于變形抵抗力及強度的提高而發(fā)生裂紋及破裂現(xiàn)象。 沖壓所用的金屬材料，大致上可分普通硬化金屬材料和高硬化金屬材料兩大類。普通硬化金屬材料包括黃銅、鋁及鋁合金、08、10、15鋼等，若工藝過程制訂得合理，模具設計與制造得正確，一般拉深次數(shù)在3～4次的情況下，可不進行中間退火處理。對于高硬化金屬材料，一般經(jīng)1～2次拉深后，就需要進行中間熱處理，否則會影響拉深工作的正常進行。 14. 拉深過程中潤滑的目的是什么?如何合理潤滑? 坯料在拉深時，潤滑的目的有以下幾方面： （1）降低材料與模具間的磨擦系數(shù)，從而使拉深力降低。經(jīng)驗證明，有潤滑劑與無潤滑劑相比，拉深力可降低30%左右。 （2）提高材料的變形程度，降低了極限拉深系數(shù)，從而減少拉深次數(shù)。 （3）潤滑后的沖模，取件容易。 （4）保護模具表面并易使模具冷卻，從而提高模具壽命。 （5）保證工件表面質量，不致使表面擦傷。 使用潤滑劑時，一般在凹模與材料之間加潤滑劑，而對于筒形件內(nèi)表面，在與凸模接觸的毛坯部分及凸模可不必涂潤滑劑，這樣對拉深工作是有好處的，有助于降低拉深系數(shù)。 15. 拉深過程中工件為什么要進行酸洗？酸洗的工藝過程是怎樣的? 退火后的金屬工件表面有氧化皮及其它雜質等，這對拉深工序極為不利，因此必須進行酸洗清理。 酸洗工藝過程為： 工件退火冷卻—稀酸中浸蝕—冷水中沖洗—弱堿中中和—熱水沖洗—烘干。 9