（1）针对新型轻型全钢扣件的抗滑性能进行了试验研究，并与传统铸铁扣件抗滑性能进行比较，研究结果表明，新型轻型全钢扣件抗滑性能达到国家标准。（2）建立了新型轻型全钢扣件以及传统铸铁扣件的有限元模型，采用非线性接触理论对新型轻型全钢扣件的抗滑性能进行有限元分析，研究结果得到，同时，新型轻型全钢扣件抗滑性能优于传统铸铁扣件，并且提出了抗滑修正系数概念，为扣件抗滑性能研究提供了新思路。（3）对扣件回弹现象进行研究，提出了影响扣件回弹的几点原因，采用 ANSYS有限元软件对扣件的各个生产工序进行了仿真分析，得到了扣件的回弹补偿量，为模具生产提供了依据.
第 1 章 绪论
1.1 课题来源
本文探究的课题来自邯郸市科学技术研究与发展计划项目。脚手架扣件生产过程中产生的污染较多，同时，由于生产工艺落后，造成生产成本较高，因此，急需改进扣件的生产工艺，以达到减少对环境的污染、提升产品的生产效率和产品本身品质以及扣件自动化生产的目的，基于此背景展开本课题研究.
60 年代初，我国开始使用扣件式钢管脚手架，由于其具有装拆相对灵活、搬运也更为便捷和价格较低等特点，故在施工中的应用十分广泛，目前，扣件式钢管脚手架在我国脚手架应用中所占的比例达到了 60%以上。但钢管脚手架使用中也会发生一些偶然的安全事故，这不仅有实际应用和管理方面的问题，也有脚手架支撑系统中扣件质量不过关的问题.
紧固件主要是通过冲压或铸造工艺生产的，其主要用来紧固脚手架、井架等支撑系统中连接的部位，简称为扣件，主要有三种类型，即直角扣件、旋转扣件和对接扣件。其中，在钢管式脚手架系统中的扣件主要用于连接和紧固钢管，在建设施工中的应用相当普遍，其质量的好坏直接关系到建筑施工的安全。因此，开展钢管脚手架扣件的研制工作就显得尤为重要。
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1.2脚手架扣件国内外现状及发展
目前，脚手架扣件多为铸造生产，其产品质量较低，污染大，人工成本较高，而冲压生产工艺过程造成的污染小，并且产品质量较高，性能较好，得到了人们的广泛认同，因此脚手架扣件在加工的过程中的使用数字一体化的冲压工艺生产模式将成为未来发展的必然趋势[2]。
在国内，因为我国脚手架在建筑中应用较多，脚手架的研究方向很多，但对脚手架扣件的生产研究较少。黄丽莉[3]认为目前所使用的钢管脚手架主要包括扣件式钢管脚手架、碗扣式钢管脚手架、承插式钢管脚手架和门式脚手架，并且大约有 70%的建筑施工使用的是扣件式钢管脚手架，是我国最常使用的脚手架体系之一。同时，脚手架和扣件作为建筑施工中的一种以解决高空作业为目的临时结构，其质量问题往往被操作人员所忽视，因此，常常引起安全事故的发生，造成了大量的经济损失。根据王绪旺[4]等人对引起工程事故因素的调查研究发现，
其中通过扣件以及脚手架使用不正确引发的建筑工程事故占据总事故率的 1/3 左右；并且通过该事故造成的人员伤亡率在总的建筑事故人员伤亡率中达到 1/2 以上。因此，脚手架和扣件质量的好坏将直接关系到施工进度、项目成本和工程完成的质量。
在国外，许多国家发生过许多灾难性的脚手架倒塌事件。因此对脚手架与所用扣件进行了大量研究，近年来对门式组合钢、插入式和铜锁式的扣件支架进行了大量研究。Beale[5-6]、Ao[7]和 Yue[8]对由扣件搭建的脚手架的稳定能力和设计方法进行了系统研究，这些研究为扣件在单跨或双跨钢管连接脚手架中的应用提供了一种可靠的设计方法。
Chan[9]等人在对脚手架节点的研究中考虑了预制钢脚手架中节点均匀加载的分析，使用有效刚度的概念来考虑扣件的连接问题，但其中没有考虑负载偏心。后来 Peng[10-14]等人对脚手架的承载力做了相当深入的研究，Weesner[15]等人对钢框架脚手架系统进行了的试验测试，将脚手架中的扣件结构考虑为刚性节点，利用得出的数据校准了相关软件开发的脚手架系统的数值模型。
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第 2 章 新型全钢扣件抗滑试验研究
2.1 引言
钢管脚手架扣件用于连接并紧固施工中脚手架中的杆件，使其组成脚手架支撑系统。脚手架中水平管与垂直管之间的传递力主要取决于扣件与钢管之间的摩擦，同时，扣件产生的抗滑承载力为水平管与垂直管之间的有效传递力和相互工作的基础，故扣件的抗滑性能好坏为影响脚手架极限承载力的主要因素，直接影响着施工安全[25-27]。
目前，传统铸铁扣件在国标中以 1.1 千克为准，但市面上流通的一般为 0.9千克，防滑性能在 7mm 以内，操作笨重，加重了对支撑结构的负载。由于其材质为铸铁，强度低，韧性差，超出载荷后会发生滑移，造成支撑架结构突然倒塌。而钢的强度高，韧性好，超出载荷后会先发生塑性变形，不会直接发生滑移，能够及时采取措施处理，可以预防突发的倒塌事件，故设计一款新型轻型全钢扣件，以提高其性能。
一些学者对扣件抗滑性能进行了研究，但主要集中在传统的铸铁扣件。蔡雪峰等[28]通过试验研究发现扭紧力矩大小与铸铁扣件的新旧程度对扣件的抗滑性能具有重要的影响。肖炽等[29]研究发现铸铁扣件螺栓扭紧力矩与抗滑性能之间存在正比关系，并提出了安全系数的概念。宋建学等[30]对直角铸铁扣件和旋转铸铁扣件在不同扭矩下做了抗滑试验，建议拧紧力矩的标准为40~50N · m。
本章通过试验探讨新型轻型全钢扣件的抗滑性能，与传统铸铁扣件进行比较，验证新型轻型全钢扣件抗滑性能的可靠性，为施工中的脚手架扣件的设计提供依据。
2.2 试验目的
目前，在计算脚手架支撑系统时，因为难以模拟竖杆与横杆之间扣件的连接程度，故一般将关于支撑系统稳定性的计算简化为单根竖杆的稳定性计算，但对于高大的支撑系统，扣件的竖杆的受力形式与较低支撑系统有所差别。例如，侧向的载荷对高大支撑系统的影响显著高于较低支撑系统。对于高大支撑系统的研究仅仅依靠单根竖杆的稳定性计算与构造措施是非常不安全的，因此，在设计脚手架支撑系统试验时，应对其扣件所连接整体进行设计，模拟过程应加入横杆，同时，在设计试验时，应考虑扣件所连接的整体构架，施加的承载力应严格按照整体构架进行计算。
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第 3 章 新型全钢扣件有限元分析 .............................. 13
3.1 引言 .................................. 13
3.2 有限元计算理论 ............................. 13
第 4 章 冲压工艺分析 ................................... 25
4.1 引言 .................................... 25
4.2 冲压加工基本理论 ........................... 25
第 5 章 上盖模具设计 .................................... 39
5.1 引言 ............................ 39
5.2 设计计算过程 ............................ 39
第 6 章 下盖模具设计
6.1 引言
本章针对扣件中重要零件下盖零件开发出一套完整的成形方案。根据其结构特性，确定了成形工艺，给出了各个工序的生产模具的二维图以及三维模型图，并对模具凸凹模进行了强度仿真分析[70-74]，给出了模具最大等效应力以及最大变形量，指出了模具易受损位置。
图 6-1 为 U 形弯曲模二维图。坯料长度为 308mm，剪切完成后进入 U 形弯曲工序，为使模具工作过程保持平稳，应当注意模架在压力机上的固定问题。否则，将导致零部件之间发生磨损碰撞，降低模具的使用寿命，严重时甚至会发生工作事故[75]。因此，模架在安装时，必须首先确定压力中心。因该工件坯料的形状对称，故压力中心选在工件对称中心线位置。
切断好的工件放进模具时，采用导料块的孔径和滑轮沟槽进行定位。值得注意的是，为使工件顺利放入，导料块孔径和滑轮沟槽的尺寸应大于工件直径。并且为了提高生产效率，采用一次弯曲成形九个零件的方式，采用顶件装置顶出工件。其工作过程为：将剪切好的工件放进滚轮凹槽，通过挡料块 3 进行定位，同时工件右端在挡料块 13 的沟槽中，弯曲成形后，随着上模上行，顶杆块将零件顶出。
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总结与展望
总结
本文结合邯郸市科技技术研究与发展项目，针对新型轻型全钢扣件的生产中存在的问题进行研究，进行设计和研究符合国家标准的新型轻型全钢扣件生产模具，得到如下主要成果：
（1）针对新型轻型全钢扣件的抗滑性能进行了试验研究，并与传统铸铁扣件抗滑性能进行比较，研究结果表明，新型轻型全钢扣件抗滑性能达到国家标准。
（2）建立了新型轻型全钢扣件以及传统铸铁扣件的有限元模型，采用非线性接触理论对新型轻型全钢扣件的抗滑性能进行有限元分析，研究结果得到，同时，新型轻型全钢扣件抗滑性能优于传统铸铁扣件，并且提出了抗滑修正系数概念，为扣件抗滑性能研究提供了新思路。
（3）对扣件回弹现象进行研究，提出了影响扣件回弹的几点原因，采用 ANSYS有限元软件对扣件的各个生产工序进行了仿真分析，得到了扣件的回弹补偿量，为模具生产提供了依据。
（4）根据新型轻型全钢扣件本身结构特点进行工艺分析，确定了扣件的成形方案，采用冲压工艺设计了扣件中典型零件的生产模具，解决了弯曲模具设计问题，提高了生产效率。
（5）采用有限元理论对模具中主要结构凸凹模进行了强度仿真模拟，研究结果得到凸凹模的最大等效应力以及最大变形量，同时，指出了凸凹模在生产中疲劳损坏部位，为模具优化提供了依据。
参考文献(略)