杯形件落料、拉深、沖孔、復合模設計【說明書+CAD】

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杯形件落料、拉深、沖孔、復合模 1. 沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性分析 此工件有落料、拉深、沖孔三個工序。材料為Q235鋼，具有良好的沖壓性能，適合沖裁。工件結(jié)構(gòu)相對簡單，有３個?２０mm的孔、２個?５mm的孔、２個?３mm的孔、還有一個不規(guī)則的孔，孔與孔、孔與邊緣之間的距離也滿足要求，最小壁厚為３mm（?20mm的孔與杯形件內(nèi)壁之間的壁厚）。工件屬于典型圓筒形件拉深，形狀基本對稱，對工件厚度變化也沒有作要求，但是零件圖上已經(jīng)給出了孔心距的公差，由公差可以查得公差等級應為IT12級，尺寸精度較低，而工件總高度尺寸32mm可在拉深后采用修邊達到要求，普通沖裁完全能滿足要求。 2.沖壓工藝方案的確定 該工件包括落料、拉深、沖孔三個基本工序，可有以下三種工藝方案： 方案一：先落料、再拉深、最后沖孔，采用單工序模生產(chǎn)。 方案二：沖孔、拉深、落料級進沖壓，采用級進模生產(chǎn)。 方案三：落料-拉深-沖孔復合沖壓。采用復合模生產(chǎn)。 方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但需要三道工序三副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以 滿足中批量的生產(chǎn)要求。方案二需要一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，工件精度也能滿足要求，但是由于工件的尺寸相對較大，采用級進模生產(chǎn)需要較大的沖裁力，模具的尺寸相對較大，對資源產(chǎn)生較大的浪費，對成本的要求也較高，結(jié)構(gòu)比較復雜，不易沖裁。方案三也只需一副模具，工件的精度及生產(chǎn)效率也較高，消除了方案二的弊端，模具制造也不困難，工件的最小壁厚也能滿足要求，且沖壓件質(zhì)量較高，成本也較低。通過對上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案三為佳。 3.主要設計計算 3.1毛坯尺寸的計算 根據(jù)表面積相等原則，用解析法求該零件的毛坯直徑D，又因為工件是規(guī)則的形狀，所以可以根據(jù)表4.3.3的公式計算毛坯直徑D，具體計算見表一。 3.2排樣方式的確定及其計算 設計復合模，首先要設計條料的排樣圖，杯形件的形狀具有對稱的特點。沒有必要直對排，直對排時材料的利用率也較低，應采用有廢料直排，如圖二所示的排樣方法，可顯著地減少廢料。搭邊值取1.0mm和1.2mm，條料寬度為105.8mm，步距為103.4mm，一個步距的材料利用率為59%（相關(guān)計算見表一）。查板材標準，宜選1000mm1000mm的鋼板，每張鋼板可剪裁為9張條料（105mm 1000mm），每張條料可沖9個工件，故每張鋼板的材料利用率為52%。 圖3-1：排樣圖 3.3成形次數(shù)的確定 該工件為簡單的杯形件，求出h/d=34/79=0.43，根據(jù)毛坯相對厚度t/D=1.5/102.4=1.5，查表4.4.3發(fā)現(xiàn)h/d小于表中數(shù)值(h/d=0.84~0.65)，能一次拉深 成形，所以采用落料拉深復合沖壓，因為t/D=1.5查表4.4.4可用可不用壓料裝置， 用壓料裝置，這樣可選擇較小拉深系數(shù)，所以用壓料裝置。修邊余量的選擇，當零件相對高度h/d很小，并且高度尺寸要求不高時，也可以不用切邊工序，考慮到工件的精度，還是考慮采用切邊。 3.4沖壓工序壓力計算 該模具采用正裝復合模，固定卸料與頂件，采用落料、拉深、沖孔三個工序復合，沖壓工藝總力的計算相對比較復雜，沖裁力已經(jīng)包括了拉深中的落料力，因此在計算的時候要特別的注意，不要做重復的計算，不然就會造成不必要的資源浪費，具體沖壓力的計算見表一，根據(jù)沖壓工藝總力計算，計算結(jié)果并結(jié)合工件高度，初選J23-63壓力機。 表一：主要設計計算 項目分類 項目 公式 結(jié)果 備注 毛坯 毛坯直徑 102.4mm 排樣 沖裁件面積 6411.6mm2 查表4.3.1得修邊余量 Δh=2mm ； 查表2.5.2得最小搭邊值a=1.2mm,a1=1.0mm;采用無側(cè)壓裝置， 條料與導料板間隙Cmin=1mm;n=1 條料寬度 105.8mm 步距 103.4mm 一個步進距的材料利用率η η= 59% 沖壓力 沖裁力 τb 375336N =641.6mm , τb=300mPa 拉深力 σb 74418 N 查表4.4.6的=0.50 , σb=400 mPa 壓邊力 7058.7N 初定=5.5mm ， 查表4.4.5得=2.3 mPa 卸料力 18766.8N 查表2.6.1得 =0.05 頂件力 22520.2N 查表2.6.1得 0.06 沖壓工藝總力 498099.7 N 彈性卸料，上出件 3.5壓力中心的確定及相關(guān)計算 計算壓力中心時，先畫出凹模型口圖，如圖三所示，在圖中將xoy坐標系建立在圖示的對稱中心線上，將沖裁輪廓線按幾何圖形分解成L1~L11共11組基本線段，用解析法求得該模具的壓力中心C點的坐標（0.15,8.54）。有關(guān)計算如表二所示。 圖3-2：凹模型口圖 表二：壓力中心數(shù)據(jù)表 基本要素長度L/mm 各基本要素壓力中心的坐標值 x y L1=62.8 -17.5 3 L2=62.8 0 25 L3=62.8 17.5 3 L4=15.7 12.5 15 L5=15.7 -12.5 15 L6=25 0 -10 L7=25 0 20 L8=15.7 20 -23 L9=15.7 -20 23 L10=9.42 24 23 L11=9.42 -29 -16 合計320.04 0.15 8.54 由以上計算結(jié)果可以看出，該工件沖裁力不大，壓力中心偏移坐標原點O較小，為了便于模具的加工和裝配，模具中心仍選在坐標原點O。若選用J23-63 沖床，C點仍在壓力機模柄孔投影面積范圍內(nèi)，滿足要求。 3.6工作部分尺寸計算 落料和拉深的凸、凹模的工作尺寸計算見表 所示，該工件要求不高，為簡單方便，實際生產(chǎn)中直接按工件尺寸作拉深凸、凹模固定板以及卸料板，這種加工方法可以保證零件各個孔的同軸度，使裝配工作簡化，因此，工作零件刃口尺寸計算就按分開加工的方法來計算，具體計算見下表 表三：工作部分尺寸計算 尺寸及分類 凸、凹模間雙面間隙 尺寸偏差與磨損系數(shù) 計算公式 結(jié)果 備注 落料 ?102.4 查表2.3.3得，Zmax=0.240mm Zmin=0.132mm Δ=0.35 X=0.75 DA=(Dmax- XΔ)+δA 模具制造公差是查表2.4.1 所得，滿足δA+δT≤（Zmax- Zmin） DT=(DA- Zmin)-δT 拉深 ?79 查表4.8.2得Z=3.3mm Δ=0.30 DA=(Dmax-0.75Δ)+δA 模具制造公差是查表4.8.3所得。當零件尺寸標注在外形時，以凹模為基準 DT=(DA- Z)-δT 表四：工作部分尺寸計算 尺寸及分類 尺寸轉(zhuǎn)換 計算公式 結(jié)果 備注 沖孔 ?3 dT=(dA- Zmin/2) dA=(dmin+ XΔ) dT= dA= 查表2.3.3得，沖裁雙面間隙 Zmax =0.240 Zmin=0.132 ; 磨損系數(shù)X=0.75 ， 模具按IT6級、IT7級制造。校核滿足δA+δT≤（Zmax- Zmin） ?5 dT= dA= ?10 dT= dA= ?20 dT= dA= 孔心距 8 LA=LΔ/8 LA= 18 LA= 20 LA= 24 LA= 35 LA= 49 LA= 3.7卸料彈簧的設計 卸料彈簧的設計計算見表四。選用的8根彈簧的高度務必一致，而且型號完全相同，不然會造成受力不均勻，運動產(chǎn)生歪斜，影響模具的正常工作。由彈簧的相關(guān)規(guī)格工具書查的，初選彈簧規(guī)格為60mm10mm20mm。具體參數(shù)是：彈簧中徑D=60mm,材料直徑d=10mm,節(jié)距t=20mm,FJ=4180N,ΔHJ=27.1mm, 自由高度H0=75mm,n=3, L=848mm。 表五：卸料彈簧的設計計算 項目 公式 結(jié)果 備注 卸料板工作行程h工 h工= h1+t+h2 4.5mm h1為凸模凹進卸料板的高度1mm, h2為凸模沖裁后進入凹模的深度2mm 彈簧的工作行程H工 H工=h工+h修 8.5mm h修為凸模修磨量，取4mm 彈簧自由高度H0 75mm 由彈簧的型號及凸模的工作行程 綜合考慮的 彈簧的預壓縮量H預 15.2mm HJ為彈簧工作極限負荷下的變形量，F(xiàn)J為工作極限負荷。為每個彈簧的預壓力 每個彈簧承受的載荷 2345.9N 選用8個標準的彈簧，由卸料力計算得到 校核彈簧的實際總壓縮量 ΔH= + h工+ h修=23.7mm≤ΔHJ 滿足要求 ΔH彈簧實際總壓縮量 彈簧的安裝高度H安 H安=H0-H預 60mm 4模具總體設計 4.1模具類型的選擇 由沖壓工藝分析可知，采用復合沖壓，所以模具類型為復合模。 4.2定位方式的選擇 因為該模具采用的是條料，控制條料的送進方向采用導料板，無側(cè)壓裝置?？刂茥l料的送進步距采用擋料銷初定距，導正銷精定距。而第一件的沖壓位置因為條料長度有一定余量，可以靠操作工目測來定。 4.3卸料、出料方式的選擇 因為工件料厚為1.5mm，相對較薄，卸料力也比較小，故可采用彈性卸料。 又因為是復合模生產(chǎn)，所以采用上出件比較便于操作與提高生產(chǎn)效率。 4.4導向方式的選擇 為了提高模具的壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，該復合模采用中間導柱的導向方式。 5主要零部件的設計 5.1工作零件的結(jié)構(gòu)設計 由于工件形狀簡單對稱，所以模具的工作零件均采用整體結(jié)構(gòu)，拉深凸模、落料凹模和凸凹模、沖孔凸模的結(jié)構(gòu)如圖 所示。 為了實現(xiàn)先落料，次拉深，模具裝配后，應使拉深凸模的端面比落料端面低，所以圖 所示拉深凸模，其長度L1可按下式計算： L1=H固+H凹-H低=20+40-5=55mm 式中H固--凸模固定板的厚度，H固=20mm H凹—凹模的厚度，H凹=40mm H低—裝配后，拉深凸模的端面低于落料凹模端面的高度，根據(jù)板厚大小決定H低=5mm 圖三所示，凸凹模因為型孔較多，為了防止淬火變形，除了采用工作部分局部淬火（硬度58-62HRC）外，材料也用淬火變形小的CrwMn模具鋼。 圖5-1：凸、凹模 5.1.1沖孔凸模 因為所沖的孔均為圓形，而且都不屬于需要特別保護的小凸模（一般指孔徑小于被沖板料的厚度或直徑d<1mm的圓孔和面積A〈1mm2的異形孔〉所以沖孔凸模采用臺階式，一方面加工簡單，另一方面便于裝配與更換，又因為采用的是復合模沖裁，沖孔凸模相對比較細長，因此，必須對它的強度進行校核，采用階梯凸模可以在相同沖壓力的條件下，加長了凸模的長度，沖?3 ?5 ?20的孔的凸模結(jié)構(gòu)如零件圖所示 沖孔凸模強度校核： 由于凸模形狀為圓形，采用有導向的結(jié)構(gòu)，所以根據(jù)以下公式校核彎曲應力，校核壓應力。 彎曲應力校核 L-凸模允許的最大自由長度（mm） d-凸模最小直徑（mm） A-凸模最小斷面（mm2） F-沖裁力（N） 壓應力校核 t-沖壓材料厚度（mm） -沖壓材料抗剪強度(Mpa) -凸模材料的許用壓應力(Mpa)，碳素工具鋼淬火后的許用壓應力一般為淬火前的1.5～3倍 根據(jù)以上公式的特點，彎曲應力主要受到凸模最小直徑d的影響，其他的條件我們無法決定，例如：τb K-常數(shù)，t-材料厚度，τb-沖壓材料抗剪強度，因此，只要，最小的直徑能滿足要求，其他的都不用在校核了。 通過計算，直徑為3mm的凸模的最大長度為32.75mm,因此，必須采用階梯形凸模才能滿足要求。 壓應力主要受到凸模材料的制約，因此，必須根據(jù)-凸模材料的許用壓應力選擇相應的材料，根據(jù)公式計算得到，凸模材料的許用壓應力≥600 Mpa， 根據(jù)有關(guān)材料，凸模材料應選用T10A。 5.1.2凹模 凹模采用整體凹模，各沖裁的凹?？拙捎镁€切割機加工，安排凹模在模架上的位置時，要依據(jù)壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合，又因為沖孔凹模型孔是開在拉深凸模上，這樣拉深凸模的強度受到影響，因此，在進行沖孔是必須對沖孔的凹模進行強度校核，以及最小壁厚的核實，讓它盡可能的滿足使用要求，又沖孔凹模厚度H=Kb=55mm，由表2.9.5查得K=0.02～0.35，b=35(b-凹模刃口的最大尺寸)，最小壁厚為3mm（由工藝性分析可知） 凹模校核公式： d-凹模型口直徑（mm） d0-凹模墊板孔直徑（mm） F-沖裁力（N） -許用彎曲應力 通過計算得到，=30mm,為了使凹模能滿足要求，我們?nèi)“寄５暮穸葹閔=60mm. 5.2定位零件的設計 起粗定距的活動擋料銷、彈簧、和螺塞選用標準件，規(guī)格為816。 5.3導料板的設計 導料板的內(nèi)側(cè)與條料接觸，外側(cè)與凹模齊平，導料板與條料之間的間隙取 1mm,這樣就可確定了導料板的寬度，導料板的厚度按表2.9.7選擇。因為料厚為t=1.5mm,固定導料銷，因此選取H=7mm的導料板，導料板采用45鋼制作，熱處理硬度為40-45HRC，用螺釘和銷釘固定在凹模上。導料板的進料端安裝有承料板。 5.4卸料部件的設計 5.4.1卸料板的設計 因為沖裁板料較厚（大于0.5mm）卸料力較大，采用固定卸料板，當固定卸料板兼起導料作用時，一般按H7/h6配合制造，但應保證導板與凸模之間間隙小于凸、凹模之間的沖裁間隙，以保證凸、凹模的正確配合。 卸料板的周界尺寸與凹模的周界尺寸相同，厚度為H卸=20mm。 卸料板采用45鋼制造，淬火硬度為40-45HRC。 5.4.2卸料螺釘?shù)倪x用 卸料板上設置8個卸料螺釘，公稱直徑為12mm。螺紋部分為M10 10mm。卸料螺釘尾部應留有足夠的行程空間。卸料螺釘擰緊后，應使卸料板超出凸模端面1mm，有誤差是通過在螺釘與卸料板之間安裝墊片來調(diào)整。 5.5模架及其他零部件設計 該模具采用中間導柱模架，這種模架的導柱在模具中間位置，沖壓時可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜?？沙惺茌^大的沖壓力，為防止裝模時，上模誤轉(zhuǎn)180度裝配，將模架中兩對導柱與導套作成粗細不等，以凹模周界尺寸為依據(jù)，選擇模架規(guī)格。 導柱d/mmL/mm分別為?50300，?55300；導套d/mmL/mmD/mm分別為?5016063，?5516063。 上模座厚度H上模取65mm，上模墊板厚度H墊取10mm,固定板厚度H固取20mm,下模座厚度H下模取80mm,那么，該模具的閉合高度： H閉=H上模+H墊+L+h + H固+H墊+H下模-h2 =（65+10+116+60+20+ 10+80-2）mm=359mm 式中：L–沖孔凸模長度，L=116mm; h-落料凹模厚度，h=60 mm; h2-凸模沖裁后進入凹模的深度，h2=2mm 可見該模具閉合高度小于所選壓力機J23-63B的最大裝模高度（360mm），可以使用。 6.模架總裝圖 通過以上設計，可得到如圖所示的模具總裝圖，模具上模部位主要有上模板、墊板、凸模（8個）、凸模固定板、落料凹模等組成，卸料方式采用彈性卸料，以彈簧為彈性元件。下模部分由下模座、凹模板、卸料板、落料凹模等組成。沖孔廢料由漏料孔漏出。 為了實現(xiàn)先落料、后拉深，應保證模具裝配后，拉深凸模的端面比落料凹模的端面低5mm 模具工作工程：將條料送入剛性卸料板下長方形槽中，平放在凹模面上，并靠槽的一側(cè)，壓力機滑塊帶著上模下行，凸、凹模下表面首先接觸條料，并與凸模一起壓住條料，先落料，后拉深，拉深結(jié)束后，繼續(xù)下行沖孔，沖孔完成后，上?；爻?，落料后的條料由剛性卸料板從凸凹模卸下，拉深成形后的工件，在完成沖孔后，卡在小凸模上，由于小凸模的回程，拉深成形的工件在彈簧及凸凹模作用下，由凸、凹模卸下，用手工將工件取走后，將條料往前送進一個步距，進行下一個工件生產(chǎn)。 圖6-1：總裝圖 7.沖壓設備的選定 通過校核。選擇J23-63開式可傾壓力機能滿足使用要求。其主要技術(shù)參數(shù)如下： 公稱壓力：630KN 滑塊行程：120mm 最大閉合高度：360mm 連桿調(diào)節(jié)長度：90mm 工作臺尺寸（厚度孔徑）：90 ? 230 mm 模柄孔尺寸：?50mm70mm 最大傾斜角度：300 發(fā)生公稱壓力時滑塊距下死點距離: 8mm 行程次數(shù)( /次·min-1): 70 滑塊中心到床身距離: 260mm 立柱間距離：340mm 墊板厚度：80mm 8.模具零件加工工藝 本副模具零件加工的關(guān)鍵工作零件是旋轉(zhuǎn)體，形狀比較簡單，加工主要采用車削。固定板以及卸料板，采用線切割加工技術(shù)，這些零件變得相對簡單。 零件的加工工藝卡片見附表 9.模具的裝配 根據(jù)復合模裝配要點，本副模具的裝配選凸、凹模為基準件，先裝上模，再裝下模，裝配后，應保證間隙均勻，落料凹模刃口面應高出拉深凸模工作面5mm， 并調(diào)整間隙、試沖、返修。具體裝配見表 。 表六：杯形件復合模的裝配 序號 工序 工藝說明 1 凸、凹模預配 ① 裝配前仔細檢查各凸模形狀及尺寸以及凹模形孔，是否符合圖紙要求尺寸精度、形狀。 ② 將各凸模分別與相應的凹?？紫嗯?，檢查其間隙是否加工均勻。不適合者應重新修磨或更換 2 凸模裝配 以凹?？锥ㄎ?，將各凸模分別壓入凸模固定板的形孔中，并擠緊牢固 3 裝配下模 ① 在下模座上劃中心線，按中心預裝凹模、導料板； ② 在下模座、導料板上，用已加工好的凹模分別確定其螺孔位置，并分別鉆孔，攻絲； ③ 將下模座、導料板、凹模裝在一起，并用螺釘緊固，打入銷釘 4 裝配上模 ① 在已裝好的下模上放等高墊鐵，再在凹模中放入0.12mm的紙片，然后將凸模與固定板組合裝入凹模； ② 預裝上模座，劃出與凸模固定板相應螺孔、銷孔位置并鉆鉸螺孔、銷孔； ③ 用螺釘將固定板組合、墊板、上模座連接在一起，但不要擰緊； ④ 將卸料板套裝在已裝入固定板的凸模上，裝上彈簧和卸料螺釘，并調(diào)節(jié)彈簧的預壓量，使卸料板高出凸模下端約1mm; ⑤ 復查凸、凹模間隙并調(diào)整合適后，緊固螺釘； ⑥ 安裝導正銷、承料板； ⑦ 切紙檢查，合適后打入銷釘。 5 試沖與調(diào)整 裝機試沖并根據(jù)試沖結(jié)果作相應調(diào)整 設計總結(jié) 通過這次畢業(yè)設計使我從新系統(tǒng)的復習了所學的專業(yè)知識同時也鞏固了先前學到的知識，同時感觸最深的是，所學知識只有在應用中才能在更深刻理解和長時間記憶。對一些原來一知半解的理論也有了清楚的認識。特別是原來所學的一些專業(yè)基礎課：如機械制圖、模具材料、公差配合與技術(shù)測量、塑料模具設計與制造等有了更深刻的理解，使制造的模具既能滿足使用要求有不浪費材料，保證了工件的經(jīng)濟性，設計的合理性。通過塑料模手冊、模具制造簡明手冊、模具標準應用手冊等了解到許多原來未知的知識。由于能力有限，設計中難免有疏漏之處，懇請老師給予指正。我在此衷心謝謝原老師的大力幫助與指導。 此模具為簡單的拉深模，此模具結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，采用了剛性卸料，，且此模具生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高，適用于大中小型企業(yè)及大批量生產(chǎn)。 本次設計我查閱了大量的資料，特別是有關(guān)冷沖模方面的。這無疑拓寬了我在這方面的知識，對今后的發(fā)展將會起到一定的幫助，通過翻閱大量的模具書籍，使我對模具設計有了近一步的了解，在其方法上有了深刻的體會，由于本設計設及模具的安裝、調(diào)試等知識，在查閱過程中又從新對它們進行了一遍系統(tǒng)的復習，進一步加強了所學知識。使它們系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)化。 限于水平和經(jīng)驗，本設計的缺點和不足之處在所難免，希望老師和同學提出批評和建議。總之，通過這次畢業(yè)設計使我認識到學與用之間還差很多。對于論文中存在的缺點和錯誤敬請老師批評指正。 致 謝 本次畢業(yè)設計是在原紅玲老師的指導下完成的，原老師除了給出了參考題目外，又幫助解釋論文格式。在設計論文的過程中，又幫助分析題目，給出具體的設計方案和思路，分析設計過程中存在的問題和解決方法，并幫助找到相關(guān)方面的書籍。同時在本設計中得到了翟老師，楊老師的幫助，對于老師門給與的熱情幫助，再次表示衷心的感謝！ 在完成本論文的過程中還得了廣大同學的熱情幫助，才使論文得以順利完成。在此對各位老師和同學們表示衷心的感謝！由于本人能力有限，論文中難免存在一些漏洞，還請指導老師加以指正。 參考文獻 [1]、劉建超 張寶忠 主編。沖壓模具設計與制造。高等教育出版社 [2]、翟德梅 主編。模具制造技術(shù) [3]、薛翔 主編。沖壓模具與制造 化學工業(yè)出版社。 [4]、許發(fā)樾 主編 模具標準應用手冊 機械工業(yè)出版社 [5]、馮炳堯 朝泰榮 蔣文森 主編 模具設計與制造簡明手冊，（第二版）。上?？茖W技術(shù)出版社，1998 [6]、陳錫棟 主編。實用模具技術(shù)手冊。 [7]、許發(fā)樾 主編。實用模具設計與制造手冊。機械工業(yè)出版社，2002 [8]、史鐵梁 主編。冷沖模設計指導 機械工業(yè)出版社 1996 [9]、王樹勛 主編。模具實用技術(shù)綜合手冊。華南理工大學出版社， [10]、徐起賀 孟玲琴 劉靜香 主編?，F(xiàn)代機械原理。陜西科學技術(shù)出版社，2004 [11]、劉明保 李宏德 王志偉 等編著。吉林科學技術(shù)出版社，2003 [12]、肖祥芷 主編 中國模具設計大典 江西科學技術(shù)出版社 [13]、王孝培 主編 模具設計簡明手冊 機械工業(yè)出版社 2000.06 [14]、馬正元、韓啟 主編《沖壓工藝與模具設計》機械工業(yè)出版社 22