铁路车辆转向架安全索工艺、工装设计及性能研究4.8课件

1、分类号： 学校代号：10150UDC： 密级： 学 号：G2010046工程硕士学位论文铁路车辆转向架安全索工艺、工装设计及性能研究Study on the process, tooling design and performance of the safety cable steering frame of railway vehicle学生姓名：靳志宇校内导师及职称：单丽君 教授企业导师及职称：张鹏 高级工程师工程领域：机械工程研究方向：新型机械传动及计算机仿真技术论文类型：应用研究申请学位：工程硕士论文答辩日期：201 年 月 日学位授予单位：大连交通大学1摘 要安全索是铁路车辆转向架

2、上的一种重要配件，特别是用于转K2型转向架及转K6型转向架。安全索检查规定:每500条安全索中随机抽出3条进行实验，如有不合格的,再随机抽出6条进行实验,如还有不合格的,那么这500条全部报废。出现少量的不合格品出现就会造成大量的安全索被报废，造成极大的成本浪费，合格率要求较高。而本单位以前生产安全索时常出现不合格品，加上成批报废的，废品率达到15%左右。安全索每车需求8条，公司全年需要用9万条左右的安全索，由于生产能力不足，需要大量外购安全索。原来的工艺和工装根本不能满足生产需要，只有进行改变才能满足要求。本文将对原有工艺和工装进行分析，对原有工艺、工装进行分析研究，优化生产工艺，设计合理的

3、工装。对端头、接头挤压前和挤压后的尺寸进行计算，对工装尺寸进行计算对不同接头材质的加工情况进行测试，对工装进行虚拟建模、加工、组装、分析，设计合理的工装。测试不同材质和尺寸的工装对配件质量的影响，不同的硬度和其他要求对工装使用期的影响。预计设计合理的工艺和工装后可以提高1倍以上的生产效率，节约14%的生产成本，缩短工装生产周期。并为以后其他公司生产安全索进行工艺改进和工装设计时提供一点帮助。关键词：安全索；工艺；工装设计；性能研究 IAbstractThe safety cable is an important accessory steering rack railway vehicle,

4、 especially for the Zhuan K2 Bogies and Zhuan K6 bogies. The safety cable inspection regulation: every 500 safety cable randomly 3 experiments, such as unqualified, then randomly drawn from 6 experiments, if still not qualified, so these 500 are discarded. A small amount of substandard goods will ca

5、use the safety cable is a large amount of waste, causing great waste, require a higher rate of qualified. The unit before the production of security cable often appear unqualified products, plus batch scrap, scrap rate reached about 15%. The safety cable every vehicle needs 8, year the company needs

6、 about 90000 security cable, due to insufficient production capacity, needs a lot of outsourcing the safety cable. Art and the original charge cannot meet the need of production, only to change in order to meet the demand.This paper will be installed to carry on the analysis to the original technolo

7、gy and engineering, installation of original technology, engineering, and optimize the production process, the rational design of tooling. In the end, the size of the connection before extrusion and extrusion were calculated, the tooling dimension is calculated for different processing joint materia

8、l test, the tooling virtual modeling, processing, assembly, analysis, rational design of tooling. The test of different materials and sizes of tooling effect on parts quality, effect of different hardness and other requirements of the tool use period. Is art and design reasonable loading can be incr

9、eased to more than 1 times the production efficiency, save 14% of the cost of production, shorten the tooling production cycle. And for other company production safety cable the improvement of the process and tooling design to provide a little help.Keywords: safety cable; technology; fixture design;

10、 Performance Research3绪 论目 录摘 要IAbstractII绪 论2第一章 研究领域历史、现状、发展趋势分析61.1 研究领域历史61.2 现状61.3 发展趋势7第二章 安全索工艺改进82.1 目前影响质量情况分析92.2 目前生产瓶颈分析92.3.1 安全索的组成和标准102.3.2 安全索的技术要求102.3.3 安全索工艺分析及更改102.3.4 安全索挤压所需力检验122.3.5安全索加工过程中的工艺分析142.4 安全索配件对安全索加工时的影响16第三章 安全索工装设计及性能研究173.1 工装虚拟设计及虚拟装配183.1.1 安全索挤压工装183.1.2

11、安全索压固工装203.1.3 安全索打字工装203.1.4 安全索钢丝绳切断工装213.1.5 安全索其他工装213.2安全索工装实际生产中应用及性能研究213.2.1 工装实际加工及注意事项213.2.3 主要部位的有限元分析223.2.4 主要工装的硬度试验和材料的选择22第四章改进前后对比254.1 改进前254.12 改进后255.2 安全索钢丝绳切断问题265.3 安全索接头压固问题265.4 安全索其他问题26绪 论随着社会的进步与技术的发展，铁路车辆行业也在不断的进步，为了更好的提高配件产品质量和生产效率，技术人员不断探索和总结，以求更好的满足社会需要。本公司紧跟社会发展的脚步公

12、司领导要求各单位要不断的创新，对以往生产不能满足需求的配件工艺和工装进行改进。公司前几年每年要新制和检修货车每年约1.5万左右，新制车辆每车需要安全索8根，检修车更换率约为60%，实际每年需要用9万条左右的安全索，由于本单位生产能力不足，全年只能生产5万多件安全索，需要大量外购安全索，远不能满足生产需要。原来的工艺和工装根本不能满足生产需要，只有进行改变才能满足要求。铁路车辆转向架安全索是铁路车辆上的一种重要配件，安全索由2根钢丝绳、2个端头和7个接头组成，端头材质BL2，接头材质6063-O，钢丝绳4ZBB6x19+1W S1770ZS满足GB/T8918-1996。常用于铁路车辆的转向架，

13、特别是用于转K2型转向架及转K6型转向架（转K2型转向架及转K6型转向架由齐齐哈尔铁路车辆(集团)有限责任公司设计开发，能够适应铁路货车提速、重载的要求，改善转向架运行品质，延长车辆检修周期和使用寿命）。车辆运行过程中，转向架上的交叉杆有可能断裂或脱落，一旦类似现象就会导致行车恶性事故的发生。所以安全索的作用是防止转向架的交叉杆在运行中脱落，起着避免脱轨事故发生的安全保护作用。安全索表面涂黑色厚浆醇酸漆，有极强的防腐蚀性。使用时用安全索两端分别从交叉杆和制动梁左右传过，包围后将端头插过安全索各端第一个接头后两根钢丝绳中间，穿插成环状形成锁扣，这样如果交叉杆断裂或脱落，安全索也可以将交叉杆套住，

14、防止脱落，形成事故。在转K2型转向架及转K6型转向架中采用了安全索和安全链双重安全保证措施，但经过长时间的行驶，安全链的卡子易造成松动，所以安全索的作用不可忽视。安全索的实际重量仅为0.17KG，体积也较小，在车辆高速运行中不会对交叉杆和制动梁造成损伤，具有较强的实用性和安全性。安全索由钢丝绳、接头、端头组成，安全索的钢丝绳的两端采用端头连接，应用时将端头两端分别穿过各端钢丝绳与接头的第一段连接处，连接成一个圆环形形成一个索套。钢丝绳两端各连接一个端头，两根钢丝绳用七根接头连接到一起，共同分担拉力。所以安全索的生产工艺主要为钢丝绳与金属连接的工艺，由于安全索的钢丝绳直径较小，所以承受的拉力也较

15、小。目前市面上大部分应用的钢丝绳都为直径较大的钢丝绳。所以本文对钢丝绳直径较小的钢丝绳连接和紧固方面有一些指导意义。转向架是车辆走行部的零部件和装置组装而成的独立部件，作用为起支承车体、转向和制动，并保证机车车辆在轨道上安全平稳地运行。此外，机车转向架还起驱动作用。组成转向架的零部件有轮对、轴箱装置、弹簧悬挂装置（见机车车辆弹簧悬挂装置）、基础制动装置、构架或侧架、摇枕等；在机车和动车的转向架上还有驱动装置。转K2型转向架轴重21t、用于运行度为120km/h的各型铁路货车。转K6型转向架轴重25t、重载通用主型货车转向架，既可用于各种25t轴重专用货车也，可用于25t轴重通用棚、敞、平、罐车

16、。钢丝绳被广泛应用于机械、采矿、造船、冶金和建筑等多种行业，具有强度好、自重轻、弹性高及绕性好等优点。钢丝绳的材质采用碳素钢丝为原料,经多道工序加工而成的机械元件,钢丝绳的钢丝强度一般可达1400-2000MPa,大约是低碳丝的5倍。钢丝绳为便于使用,经常用接头进行连接，连接处应牢固可靠。钢丝绳的强度较高,所以对接头的强度也有很高的要求，常用的接头有6种形式: (1)斜楔夹套；（2）钢套中浇注低熔点合金；(3)U型绳卡；（4）钢压套；5)铝压套；（6）编结。其中, 钢套中浇注低熔点合金时易引起钢丝回复软化,使强度降低；用U型绳长时接头长，绳卡的数量多,而且对粗直径钢绳不能做到等强度连接，绳卡承

17、载能力只能达到钢丝绳钢丝绳载荷的80%。，而我国经常使用的方式是倒正交替装夹,绳卡实际承载能力一般也只能达到钢丝绳载荷的60一70%；钢压套的优点在于端头的一边可以作成销孔的形式,但压套成形工艺不易掌握；铝套与钢丝绳的摩擦力最大,在铝套外部施加挤压力后,使之在常温下塑性变形,冷压成型时所需压力小,加工简便,使用可靠,减少钢丝绳的装夹余量,节约钢丝绳。接头强度都可100%满足钢绳额定拉断载荷，使钢丝绳不会从接头中滑出来；编结法是:普遍常用的一种有效接头方法,可使用到钢丝绳载荷的70%-80%。铝作为一种轻金属，产地相当广泛。铝为银白色，面心立方结构，拥有有较高的可塑性，挤压时成形容易，在潮湿空气

18、中能自动形成一层氧化膜防止金属腐蚀。纯铝很软，强度不大，延展性比较优越，可以轧制成箔片或拉拔成细丝，主要用在制造电缆、电线以及包装业。随着现代工业的发展，对零件强度要求越来越高，纯铝越来越不能满足现代工业的需求，于是促进了铝合金的诞生，得到一系列的铝合金，既能保持纯铝质量轻等优点还能具有较高的强度。铝合金按生产工艺划分，可以分为铸造铝合金和变形铝合金。变形铝合金和铸造铝合金还都可以分为热处理型合金和非热处理型合金。本文安全索上用到的6063-O铝合金为变形铝合金，其优点在于质量轻、耐蚀性好、成形较好、比强度高、资源丰富并可回收再利用，而且成本较低。6063-O铝合金主要合金元素为镁与硅，属低合

19、金化的Al-Mg-Si系高塑性合金。具有优良的可焊接性、加工性能极佳、挤出性及电镀性、良好的韧性抗、腐蚀性，易于上色、膜抛光，是典型的挤压合金。6063铝合金具有良好的塑性、良好的焊接性能、适中的热处理强度以及处理后表面华丽的色泽等优点，被广泛应用于建筑型材、供车辆灌溉、管材、台架、升降机、家具、栅栏等用的管、棒、型材。其冲击韧性高，对缺口不敏感。可以高速挤压成结构复杂、薄壁、中空的各种型材，或锻造成结构复杂的锻件。薄壁件（3mm）还可以实行风淬。Al-Mg-Si系合金是唯一没有发现应力腐蚀开裂现象的合金。端头材质BL2为标准件用碳素钢热轧圆钢其牌号和化学成分牌号化学成分(质量分数)(%)CS

20、iMnPSBL2O.09-0.150.070.25-O.55O.0400.040碳素钢热轧圆钢的力学性能牌号屈服点/MPa抗拉强度b/MPa伸长率5(%)冷顶锻试验X=h1/h热顶锻试验热状态或冷状态下铆钉头锻平试验BL2215335-41033X=0.4高度达1/3顶头直径为圆钢直径的2.5倍安全索的生产主要是利用安装在压力机或冲压机上的模具对材料施加压力,使其产生塑性变形,从而获得所需要的零件。工装的结构不仅能影响到所生产零件的质量，还决定企业的生产效率和加工方式，而且对提高工装的使用寿命也具有关键的作用。安全索组装工艺大部分为冷挤压工艺，冷挤压是少切屑或无屑零件加工工艺之一，所以是近现代

21、铝及铝合金管、棒、型、线材最主要的生产方法，是一种先进的加工方法。冷挤压加工所用设备可以用专用的冷挤压机，也可以用一般的压力机或液压机。据钢丝绳两端采用BL2即碳素热轧圆钢与钢丝绳连接。并在应用过程中端头要卡在两根钢丝绳中间，不易变形。钢丝绳与端头的加工方法既是正挤压，也是缩径的加工方法。在挤压工艺中，挤压工装是确保产品质量和生产效率的关键，而挤压模具的质量和使用寿命更是决定产品性能和生产效率的重要因素。其中铝合金的挤压被广泛应用，随着国家科学技术的进步以及国民经济的高速发展, 建筑、交通、能源、机电等行业的铝合金需求量已大大增加,使得铝合金挤压模具的使用量也大大增加。同时随着对铝合金产品质量

22、和精度要求的提高,人们对于挤压模具的要求也越来越高。为了满足技术和经济发展对铝合金挤压的需求，世界各国投入了大量的人力物力,在挤压模具的选材、设计、加工、制造以及维修和使用等方面进行了深入的、系统的研究,促使铝合金挤压模具的设计与生产水平不断的提高,模具的性能和使用寿命不断提高。目前已新开发开发了大量的新型模具处理技术和新型模具材料,使各种模具新结构不断涌现,在新型挤压模具的开发和研究中已大量使用CAD/CAM/CAE技术及热模拟、虚拟设计等技术。由于安全索的生产主要靠的挤压模具来保证生产，所以模具的使用寿命也是提高生产成本、确保产品质量、提高生产效率的保障因素之一。模具的使用寿命挤压模具的寿

23、命模具因为磨损或其他形式失效、终至不可修复而报废之前所加工的产品的件数，称模具的使用寿命，简称模具寿命。影响模具的使用寿命的因素有很多，主要反映在模具的结构、模具所用的材质，模具的热处理及表面强化，冲模零件的制作精度和加工材料的材质、模具和加工零件的表面光洁度等，还有模具的安装。调试、使用和维护对模具的使用寿命也有极大的影响。而且模具的制作周期，尤其是总更换模具的制作周期也对生产效率有有很大的影响，所以为了减少生产成本的投入，在设计模具的过程中要尽可能的提高模具的使用寿命。27第一章 研究领域历史、现状、发展趋势分析第一章 研究领域历史、现状、发展趋势分析1.1 研究领域历史1998年齐齐哈尔

24、车辆有限公司研制出转K2型转向架以及相关配件，安全索为齐齐哈尔公司研制生产的产品。齐齐哈尔公司为安全索制作提供了初期的加工方法，并提出相关的技术要求。之后其他公司引进技术开始生产安全索，各个公司均根据各公司的实际情况结合齐齐哈尔公司的技术进行工装制作和安全索生产。本公司于2006年引进安全索技术后，利用原有的压力机和冲床等设备进行加工，工装为自制工装。实际安全索生产中生产的配件废品率很高，最高时达到20%左右。钢丝绳接头是铁路甚至工程机械和起重吊装设备的一个关键零件，要求它绝对安全可靠。由于铝制品可塑性强，国内外主要采用铝合金压制接头和钢制接头,安全索连接钢丝绳正是采用碳素热轧圆钢和铝合金。我

25、国铝合金的挤压兴起于20世纪五六十年代，80年代以前国外已经开始采用钢制接头和铝合金压制接头的方法,而我国却扔主要采用绳卡和楔形套等联接方式。绳卡和楔形套等联接方式不紧使钢丝绳的有效长度加长,而且还降低了钢丝绳的承载能力。80年代初期，我国也开始了钢丝绳铝合金接头的研究并取得了成功。研究发现铝合金接头比传统的钢丝绳夹结构更紧凑，安全可靠，既可以保证钢丝的强度，又节约钢丝绳，且连接后外形美观。21世纪以前国内工装的标准化程度只有30%左右，而专业化程度更低，西方发达国家的工装产业的专业化程度达99%，标准化程度超过70%。工装标准化和专业化对提高产品质量、缩短工装制造周期、以及降低生产成本都有重

26、要的作用。70 年代以前，专用工装制作需要热处理-装配-变形修正的繁琐工艺。70年代以后，使用斜度线切割机加工冷冲工装，其凸模（冲头）和凹模可先淬火处理再切割装配，工装的精度可达到0.01mm。在挤压加工生产过程中，工装质量对产品质量有直接影响，而工装设计又是提高工装质量的关键。根据传统的经验和手工设计方法，工装设计质量的好坏完全依赖设计者的经验，在工装的设计计算中，手工计算的精度受到限制，而且对金属的内部情况事先无法作出确切的分析，即使是按要求设计的工装，实际生产中未必能得到满足要求的配件，往往在工装投入挤压生产前进行试挤，以判断工装设计质量的好坏，然后再根据试挤结果对工装进行修正。对于复杂

27、的挤压配件，工装设计的一次成功率很低，工装寿命也不高。技术人员成天忙于画图和繁重的设计工作，没有时间和精力去从事创造性劳动。工装设计效率和质量严重低下，不能满足现在的社会需要。1.2 现状时代在进步，科技在发展，钢丝绳的加工工艺也正在不断的改进，由以前的单一切割方式发展到现在多种切割方式，钢丝绳的紧固连接方式也在不断的更新，铝合金接头和其他金属接头的挤压方法也层出不穷，但本单位的在21世纪初期引进安全索工艺并进行生产后，生产方法甚至一用就不曾改变。缺乏这方面的经验或者理论知识，或更科学的生产方法，造成以前安全索生产不是生产效率低，就是生产的配件合格率低。2010年以前本单位生产安全索的生产效率

28、很低，每天7人只能生产出200-300左右的合格配件，在生产过程中，配件合格率只能达到80%，部分配件合格率只能达到70%。存在很多因素制约着安全索的生产效率和产品质量。1.3 发展趋势九十年代初期随着社会的进步、国家经济和人民生活水平的提高，我国挤压技术得到了很快的发展，尤其铝合金挤压型材不仅在日常生活中得到了广泛的应用，更是在汽车、机械制造、航空、航天等行业得到了广泛的推广和应用。我国的铝合金挤压工业经过了50多年的发展历程，铝制品在国内大量的得到使用，世界原铝的产量从2007年到2020年以5%左右速度递增。铝合金挤压配件应用的飞速发展，会促进我国的挤压设备、自动化水平、模具设计水平等的

29、飞速发展。 随着21世纪科学技术的迅猛发展，随着计算机软件的发展和进步，CAD/CAE/CAM 技术日臻成熟，虚拟设计技术在现代工装设计中的应用越来越广泛。今后10年新一代工装CAD/CAE/CAM系统必然是当今最好的设计理念、最新的成形理论和最高水平的制造方法相结合的产物,其特点将反映在专业化、网络化、集成化和智能化4个方面。安全索的工艺将不断完善，工装制作会更加快捷、方便，工装的热处理和材料选择会更科学，工装的使用寿命将会得到显著的提高，生产配件合格率和生产效率会不断的提高。1.4 本章小结安全索的制作中涉及到7种工装的制作，涉及到钢丝绳、端头、接头的加工，涉及到钢丝绳与端头连接，铝合金配

30、件即接头与钢丝绳连接，涉及到冷冲压工装和铝合金工装技术等。所以急需改变现有加工工艺利用先进的铝合金挤压方法提高产品质量。而通过总结以前的生产经验和各种加工方法利用计算机辅助技术可以对现有的工艺工装进行改进，促使生产效率的提高、产品质量的提升。而且随着工装性能的研究，提高工装模具的使用寿命，减少更换周期，减少生产成本。第二章 安全索工艺改进第二章 安全索工艺改进机械生产工艺是实现产品设计，保证产品质量，提高生产效率，节约能源，降低消耗的重要手段，是公司进行生产准备，计划调度，安全生产，加强操作，技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是公司增加产品种类、提高质量和水平，加速产品更新，提高经济效益的技

31、术保证。本公司前几年每年需要用9万条左右的安全索，而目前全年只能生产5万多件安全索，原来的工艺和工装根本不能满足生产需要，只有进行改变。本公司安全索的质量和生产效率得不到保障的根本原因还是工艺不科学，工装不实用，为了使工艺和工装都能满足生产需要，就需要进行改进。根据安全索的图纸要求和技术要求，结合以前的工艺方法的工艺装备分析原因工艺的缺点，根据调研情况和目前的先进生产工艺进行改进，设计出合理的新工艺。安全索零件图如图1所示：本单位现有设备，为拉力试验设备1台，25吨开时可倾压力机1台，20吨压力机2台，15吨油压机1台，其他普通设备若干台。安全索原生产的工艺流程2.1 目前影响质量情况分析安全

32、索检查规定:每500条安全索中随机抽出3条进行实验，如有不合格的,再随机抽出6条进行实验,如还有不合格的,那么这500条全部报废。出现少量的不合格品出现就会造成大量的安全索被报废，造成极大的成本浪费，合格率要求较高。开始生产安全索初期，安全索在检查过程中抽出废品的几率很大，每加工100件都会出现3根以上的不合格品，如果生产500根再进行检查的过程中，第一次抽出3根当中出现不合格品的几率较大，如果再抽出6根，出现不合格品的几率更大，造成大规模的废品。分厂一直不能进行大规模批量生产。在对5天内加工的安全索随机加工的1000根安全索进行拉力试验后，90%的不合格品均出现在纵向拉力试验时，10%出现在

33、环装拉力试验时。对试验结果进行分析，发现40%出现的质量问题为端头与钢丝绳直接分离，30%为端头内的钢丝绳出现抽出现象。10%出现的问题为钢丝绳与接头直接分离，20%为钢丝上接头位置出现短距离移动。影响产品质量的制约工序主要在于钢丝绳与端头的连接和接头与钢丝绳的连接上，钢丝绳、端头、接头的加工质量也是制约产品质量的一大因素。2.2 目前生产瓶颈分析目前安全索的生产工艺为端头加工、接头加工、钢丝绳加工、端头与钢丝绳组装、钢丝绳与接头组装，接头与钢丝绳压固、刻打标记、拉力试验、涂漆和检查。端头的工艺：下料、车外圆 端面、车锥面、钻孔、打磨、检查。接头加工工艺：下料、车全型、倒角、压扁、检查。钢丝绳

34、下料工艺：切割、打磨。总组装工艺：端头与钢丝绳组装、安全索总组装、接头压固、刻打标记、涂漆、检查。拉力实验工艺：轴向实验、环状拉力实验。根据现有设备5台和人员7人以及现有的工装等，目前安全索各工序的生产周期如下：序号12345678910名称端头加工接头加工钢丝绳加工端头与钢丝绳组装钢丝绳与接头组装接头与钢丝绳压固刻打标记拉力试验涂漆检查周期根/天400 400200200400 250250抽查 400 400 在上表的生产周期中可以看出，生产瓶颈在钢丝绳加工、端头与钢丝绳组装、钢丝绳与接头组装，接头与钢丝绳压固、刻打标记上，其中拉力试验为抽查无上限。所以目前主要要解决的为端头与钢丝绳组装，

35、其次为钢丝绳加工、钢丝绳与接头组装，接头与钢丝绳压固、刻打标记。工装使用寿命很短的工装为端头与钢丝绳挤压工装、端头与接头连接工装、字头等。2.3安全索工艺改进2.3.1 安全索的组成和标准安全索由2个端头、7个接头、2根钢丝绳组成，其中钢丝绳规格 4ZBB6x19+1WS1770ZS GB/T8918-1996直径为4mm，最小破断拉力为12.13KN。接头材质6063-O 抗拉强度b/Mpa: 130,含Si: 0.200.6,Mg: 0.450.9。端头材质BL2抗拉强度b/MPa 335-410 屈服点215/MPa。2.3.2 安全索的技术要求1 、单根安全索承受10KN轴向拉力时，安

36、全索不得破坏。安全索组装后，承受20KN拉力时，安全索不得破坏，安全索端头和接头不抽脱和滑移。2 、钢丝绳端面深入端头孔不小于15mm。3 、未注尺寸公差3。4 、安全索涂黑色厚浆醇酸漆。5 、其余应符合QCZ85A-74-00JT的要求。2.3.3 安全索工艺分析及更改安全索工艺大部分为冷挤压工艺，冷挤压的加工方法是利用金属材料的塑性变性的原理，在室温的条件下，将冷态的金属毛坯放入装入压力机上的模具型腔内，在强大的压力和一定的速度作用下，迫使金属毛坯塑性流动，通过凸模与凹模的间隙或凹模出口，挤出空心或断面比毛坯要小的实心零件，可获得所需一定形状及尺寸，还具有较高力学性能挤压件的工艺技术。根据

37、影响质量的情况确定最先需要改进的工序为钢丝绳与端头的组装、钢丝绳与接头压固。其中又涉及到3种原料的尺寸和质量。影响生产瓶颈的主要要解决的为端头与钢丝绳组装，其次为钢丝绳加工、接头与钢丝绳压固、刻打标记，将钢丝绳与端头挤压设为关键工序，严格控制产品质量。在拉力试验过程中发现钢丝绳总在端头内抽出，对不合格品的端头进行解剖，发现钢丝绳在端头内断裂数量占65%左右，钢丝绳直接抽出的占35%左右,需对钢丝绳下料和钢丝绳与端头压固工艺、工装、设备和材料进行改进。根据多次试验和调研发现，目前工艺有2种，1是端头和钢丝绳一次挤压成型，2是多次挤压成型。第一种方式速度快，但工装要求严，速度快，易产生毛刺，需2次

38、加工。第二种方式速度慢，需谨记挤压次数，外型尺寸不好控制。本单位采用第一种工艺方式，但处理毛刺工艺不合理，由砂轮打磨工艺改为用仪表车床去除毛刺，生产效率高。现有工装结构尺寸不合理需重新设计。钢丝绳直径和端头内孔直径对连接性能也有很大影响。一般单根钢丝绳与端头连接时采用纵向挤压的方式，但这种方式不易保证端头挤压后的圆度，也可以采用旋压成形的方法，但多为管型原料挤压，所以采用减径挤压的方法。在直径较大的钢丝绳与钢结构配件连接数，为更好的达到挤压后效果，一般对钢结构件进行软化处理。安全索由于钢丝绳直径较小，所以不经过软化直接挤压即可达到相应的效果。冷挤压端头的强度要大于钢丝绳的破坏拉力,关健在于冷挤

39、压时钢管金属材料纤维充满钢丝绳缝隙,在挤压力作用下端头牢固的紧箍钢丝绳,增加钢丝绳与端头的摩擦力，纵剖面可见清晰的凹痕,则不易脱开。若凹痕不清晰或较浅时,则易脱开。为保证此点,可适当选择挤压模直径和冷挤压力。按钢丝绳直径d推导端头内孔，根据端头长度推导端变形量，计算端头挤压前外径后挤压后外径。根据计算公式和实际经验推导挤压力。为了保证钢丝绳和端头连接紧固并且方便钢丝能轻松穿入端头内，就必须把端头内孔加工的足够小，钢丝绳端面直径就要足够小，钢丝绳原下料工艺为气割下料，使钢丝绳的端面凝固，不分股，方便穿入。但加工后钢丝绳加工的一端钢丝绳产生氧化，氧化距离长越6mm左右，氧化部位由于性能发生变化，在

40、拉力试验过程中极易被拉断，不能满足生产要求。且钢丝绳切割后钢丝绳凝固端面产生堆积，堆积后变成不规则圆形，直径约为4.5mm左右，需进行处理，原有工艺用砂轮打磨，费时、费力。如果采用传统的方式将钢丝绳直接切断后，钢丝绳容易在周转和组装时开股，在把钢丝绳穿入端头内孔时不能深入到端头的孔的底部。钢丝绳的另一端与接头连接处尺寸不易控制，会出现钢丝绳大部分暴露在接头外部的情况，给操作者生产和转序过程中对身体造成伤害。经调研后将原来的气割下料改进为用钢丝绳熔断机下料。采用新工艺后钢丝氧化表面距离约为4mm左右，满足实际需要，融断后端面直径为4.1mm-4.2mm，符合要求，钢丝绳的长度根据钢丝绳深入端头内

41、的长度和图纸要求选定，加工时为提高生产效率，采用工装定位，确保每根钢丝绳长度，端头挤压后要对钢丝绳长度进行抽查，在钢丝绳和接头定位组装时要对钢丝绳深入端头长度进行检查，发现钢丝绳超长的要挑出来，防止不合格品的使用。钢丝绳的直径公差为4.0+0.1/-0.02mm，尽可能选用4.0mm的钢丝绳，钢丝绳无断股、损坏。为方便钢丝绳穿入端头内，经总结得出钢丝绳直径和内孔直径不大于0.3 mm，最好在0.2mm0.3mm之间。由于钢丝绳非实心固体，所有直径按4.0mm尺寸控制。端头挤压后尺寸为挤压后100.5mm，端头长度28+2mm。钢丝绳与端头压固过程中，原工装产生的端头毛刺较大，经常卡到胎具内，取

42、不出来，照成生产停顿，影响生产效率。需改进工装和原料端头的工艺尺寸。钢丝绳与接头挤压，要尽量确保钢丝绳与接头的接触面积，由于铝合金的塑形变形能力较强，要根据压固后接头的长度推导接头的加工尺寸，根据拉力试验结果和计算结果推导接头压固所需的挤压力。2.3.4 安全索挤压所需力检验根据调研结果和实际生产经验，先初步选定端头的外形尺寸和接头的外形尺寸，先假定挤压后的端头、接头和钢丝绳的外形尺寸。利用摩擦力和挤压变形的计算方法先初步计算出挤压所需压力在于实际应用所需进行检验。计算一钢丝绳与端头单独连接，假定界面是一种光滑近乎没有沟槽的表面，端头挤压模角度90。将滑脱力设为P，接头与钢丝绳近似将全包围，相

43、当于单根钢丝绳工作滑脱力P接，紧密单根钢丝绳端头处的工作载荷方向上的滑脱力P端;就是最大静摩擦力，即 (kN) 2-1式中:为摩擦力(kN)，为正压力(kN)，为界面摩擦系数其中，正比于干摩擦系数的大小，也正比于正应力N的大小；与摩擦副的材料性质和界面粗糙程度有关；与压接套的屈服强度、厚度和长度有关。钢丝绳是用高碳钢丝捻制而成。钢丝绳与铝合金的摩擦系数平均约为0.97，钢丝绳与端头的摩擦系数平均约为0.71。安全索要满足单根安全索承受10KN轴向拉力时，安全索不得破坏。安全索组装后，承受20KN拉力时，安全索不得破坏，安全索端头和接头不抽脱和滑移。所以钢丝绳工作载荷方向上的滑脱力P要大于10K

44、N。即。钢丝绳与7个接头相连接，7个接头共同分担滑脱力，但有时两根钢丝绳穿插接头后两根接头中间两根钢丝绳长度不同，有时要保证所有接头的滑脱力也要保证要大于10kN，即。实际加工过程中，由于拉力试验设备，拉力的不稳定性，以及为保证安全索的性能，考虑到钢丝绳最小破断拉力为12.13KN，将滑脱力的额定拉力加大到12KN。所以钢丝绳与端头挤压的最小正压力和钢丝绳与接头挤压最小正压力为。即端头正压力，。即被拉滑而端头或接头失效时,螺旋形斜向的钢丝绳股要将这面积上的钢或铝合金全部剪断,端头轴向位移而失效(不旋转),这时的端头最大滑脱力为16.9KN，接头最大滑脱力为13.2KN，都大于钢丝绳最大最小破断

45、拉力为12.13KN，所以良好的端头接触良好的情况下,钢丝绳不会在端头内抽出，只能抽断。由于是假定钢丝绳与端头接触表面为光滑近乎没有沟槽的表面，实际挤压后端头与钢丝绳紧密接触，摩擦力比实际计算的要大。现有设备为J23-25开式可倾压力机，压力250KN，完全满足要求。计算二端头内孔内插入钢丝绳，间隙为0.1左右，间隙很小，变形后变形程度较小。变形程度为（4.2*4.2-3.8*3.8）/4.2*4.2=18%端头冷挤压变形的断面收缩率F=端头冷挤压变形前毛坯的横断面积（毫米2）F0端头冷挤压变形后工件的横断面积（毫米2）F1 端头冷挤压变形率F=0.23%可以看出端头挤压变形程度较小。挤压力计

46、算P=FT*p= FT*Z*n*b公斤/毫米2P总挤压力（公斤）；FT冲头工作部分横截面积（毫米2）；59.5Z模具形状系数：取0.9n变形程度系数：取2硬度HB 466-520左右b=1/3HB=173单位挤压力p=0.9*2*173=311.4公斤/毫米2总挤压力P=p* FT=311.4*59.5=18528.3公斤。乘以系数1.3，为24086.79公斤现有设备为25吨的J23-25开式可倾压力机，压力250KN，通过计算可以看出端头所需挤压力小于现有设备所提供的压力。选用20吨压力机用于接头的压固，现有设备的压力大于计算所需压力，完全满足要求。2.3.5安全索加工过程中的工艺分析根据

47、计算结果和以往经验和计算结果。选取4种直径的端头各10件进行挤压，分别为11.3mm、11.4mm、11.5mm、11.6mm，挤压后直径为9.98mm，拉力试验后发现，11.4mm、11.5mm两种拉力试验效果最好，挤压后端头长度28+2mm，挤压前端头外径选11.4mm所以端头总长为26.5为最佳长度。考虑到圆端尾端要倒角，生产后会产生毛刺，所以尺寸为26.5+0.5mm，端头园端长度取10mm之间最好。圆端端直径选定4种尺寸9.5mm、9.7mm、10mm、10.3mm经挤压后，挤压后端头长度均符合要求，但考虑到内孔长度越长，钢丝绳与端头的摩擦力越多，选10+0.3mm。当选定为10mm

48、时选定缩径后发现挤压后直径伸长量为3mm左右，考虑到钢丝绳加工后氧化长度3mm左右，为保证钢丝绳实与端头有效长度，端头挤压前钻孔18mm，端头挤压后，内孔缩小变为3.6mm。钢丝绳与端头紧密连接。绳股间产生凹槽。按此尺寸加工后的端头后经挤压后，拉力试验合格。安全索图纸要求钢丝绳深入端头长度不小于15mm，根据实际试验，在端头直径mm时，考虑到失效长度钢丝绳深入端头长度为最小距离为18mm。端头的外圆尺寸为11 mm，长度26.5+0.5 mm，直圆端长度100.5mm，端头挤压后伸长量约为3mm。外端要倒角减少冲压后毛刺，倒角的大小关系毛刺的大小。由于端头加工尺寸的不固定以及工装的磨损情况，在

49、保证挤压后压力足够的前提下，总结出合理的倒角尺寸。根据端头的各部分尺寸确定端头的生产工艺，由于端头的尺寸较小，外圆尺寸要求较严格，不同的外圆尺寸对模具和产品性能的影响较大，以前采用普通车床车削成形。根据端头的特点，结合调研情况，决定更改为购买冷拔外径直接成形的原料，借节约了材料，又可以同一标准，其他尺寸加工采用用仪表车床或数控仪表车床成形的工艺方法。仪表车床设置端头尺寸定位装置后，利用弹簧夹头快速装夹，采用手推式进刀，顶针式限制进到位置，可快速操作，对单一固定种类的工件与外型进行连续加工。仪表车床虽然加工精度不高，但利用多台分开加工各个尺寸，生产效率很高，可比普通车床提高工效10倍以上，特别适

50、用于大批量、小零件的加工。而且仪表车床成本极低，减少投入成本。端头与钢丝绳挤压工序确定了挤压后端头的尺寸后，在实际操作时要严格安装工艺要求执行。要将确保钢丝绳插到端头内孔底部，每次挤压前要清除模具内的毛刺，每天开工前后要检查端头挤压后的直径是否符合要求，如果超差立即更换，在更换模具后要进行首件拉力试验检查，进行减少人为因素对产品质量的影响。钢丝绳与端头压固后产生的很大的毛刺，原除毛刺工艺采用砂轮磨削的加工工艺，由于钢丝绳与端头压固的毛刺较大，处理一根时间较长，约1分钟左右。由于端头呈圆形，工人磨削时需将端头转动，加工1个小时左右就会手臂酸疼，无法连续生产。无法达到最大的生产效率，且存在安全隐患

51、，需改进工艺，经过调研后更改为用仪表车床去除端头尾端毛刺，利用弹簧夹头定位，设置刀具进给距离，一次推刀进给就可完成毛刺的去除工序，与原工艺相比生产效率高且危险性极小。接头的材质为6063-O，采用铝管加工成型，挤压前长度为14+0.5mm，挤压后长度为17.51.5，公差相对较大。由于接头材质较软，加工时易产生毛刺，在用钢丝绳组装时钢丝绳很难穿过接头。第一种方法，选工艺为车床装夹铝管，刀具进给切断，然后利用钻床去除毛刺；第二种方法选用外购圆盘锯床切割，或选用专业设备切割，采用专业设备去毛刺。本单位无专用设备，选用车床切割方法。接头下料后为圆形，为方便接头的穿入，要对接头进行压扁，压扁可采用冲压

52、机单独进行快速冲压，也可用压力机进行压扁。接头一定要选用无缝铝合金管，而且要保证铝管保存时不能遇冷变硬，引起压扁后产生裂纹，裂纹对接头的危害很大，由于裂纹较小，不易检查发现，拉力试验容易产生断裂。如果当成合格品进行装配将产生极大安全隐患。根据本单位现有压力设备，选用压力机进行压扁，为提高生产效率可以根据压力机的压力设计专用工装，采取多个接头同时压扁。压扁时要保证接头内孔长度约8.5mm，高约4.2mm，方便钢丝绳穿入。钢丝绳与接头压固工艺需对接头的性能、工装的尺寸和接头的尺寸进行分析。接头压固后外形不能有棱角，增大接头与钢丝绳的接触面积提高接头与钢丝绳的摩擦力，根据分析结果和调研情况，更改工装

53、尺寸和设备压力即可，根据计算结果的经多次试验结论，压力达到15KN为合格。安全索图纸要求需在端头外圆上刻打生产厂家、生产年份、生产月份共3处标记，端头外园呈圆形，采用手工和打字机打标记都很困难。原刻打标记最开始采用手工刻打，速度慢，后改为用工装刻打标记，但每次只能刻打单面，费时、费力。需对现有工装进行改进，设计专用刻打标记工装，字头要选用跟端头弧度相同的字头，为提高生产效率，标记一次刻打完成。要求一侧端头圆周方向刻打制造厂代号和制造年份（后两位），同一安全索另一侧端头该位置刻打制造月份。1、标识要刻打在端头的圆周面，在圆周表面的中间位置，字迹方向一致。2、要求字迹清晰、完整。3、操作时按照压力

54、机安全操作规程进行操作。拉力试验工序要求要有专用的拉力试验设备，设备要有可调拉力，拉力范围在025KN之间可调，设备要能做纵向拉力试验和环状拉力试验，拉力试验设备要求输出拉力稳定，设备要设有保护装置，防止安全索破坏时，部件飞出伤人。拉力试验要求单根安全索承受10KN轴向拉力时，安全索不得破坏。安全索组装后，承受20KN拉力时，安全索不得破坏，安全索端头和接头不抽脱和滑移。拉力试验设备的纵向拉力试验的固定装置要求端头的端面与固定装置的接触面积尽量大，增大单位挤压力的作用面积，固定装置的沟槽与钢丝绳之间间隙不能太大，沟槽宽度要比钢丝绳直径大0.1mm，沟槽表面要光滑，与端头接触表面要平，不能有沟槽

55、。拉力试验设备的环状拉力试验的固定装置要求两端固定位置呈圆弧状且圆滑过渡，不能有棱角。拉力试验工序是检验安全索各工艺是否符合标准的重要依据，也是安全索试制过程中的检验各配件连接极限的检验装置，在安全索生产过程中起到不可或缺的作用。在配件尺寸改变、规格改变、材质改变、模具改变等情况下都要进行首件拉力试验检查。经过多次拉力试验检查，接头压固时压力要保证在15KN以上上，接头可确保在12KN左右，接头不出现抽脱和滑移。在端头外径和长度确定的情况下端头内孔深度达到18mm时承受12KN拉力，钢丝绳与端头不出现抽脱和滑移。为了减少生产成本的增加，对有问题的安全索配件的可以视情况进行返修处理。如果拉力试验

56、的时候出现接头抽脱的情况，可以返修。先检查接头和钢丝绳是否合格，如果接头和钢丝绳有问题，则更换配件并判定本批配件不合格；如果都没有问题，再对压力机的压力进行检查，是否大于10KN。如果压力机压力小于10KN，那么把压力调到大于10KN，对这批安全索进行重新压固。并抽3根进行拉力试验，如果若有1件未通过试验，则判定本批产品为不合格。安全索最后要涂黑色厚浆醇酸漆进行防锈处理。可根据现有工装设备采用浸漆或喷漆的工艺方法。涂漆后要符合技术要求。2.4 安全索配件对安全索加工时的影响接头的材质为6063-O，材料硬度对钢丝绳和接头连接后的性能影响很大，材料的硬度越大，压固效果越好，不易抽脱，但韧性不足，

57、易断裂，需要较大的挤压力；硬度越小，塑性变形越大，需要压力小，易抽脱。所以可以根据设备压力的大小设计合理的工装，选用相适应的材质。6063-O抗拉强度不大于130MPa。可根据所需要的硬度选择相应的合金比例。应用工装后，生产效率得到有效提高，质量得到保证。节约了成本，提高了安全性。钢丝绳直径的大小钢丝绳切断模具有很大的影响，直径增加，钢丝绳无法放入现有模具内，直径减小，钢丝绳与模具间隙大，无法固定夹紧，所以要选用同一规格的钢丝绳。端头的外径对工装的寿命和产品质量有很大影响，直径过大，端头挤压后长度超差，挤压力加大，对模具使用要求加大，减少模具寿命，端头外径减小，挤压力不够，抗拉拉力性能不够。安全索各配件的改变对产品性能有很大的影响，所以要严格控制安全索个配件的标准，不轻易更换各配件的标准。减少不必要的投入。第三章 安全索工装设计及性能研究第三章 安全索工装设计