在沖壓作業(yè)中，沖壓機(jī)械設(shè)備、模具、作業(yè)方式對(duì)安全影響很大。下面分別對(duì)這三個(gè)方面的不安全因素進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。

一、 沖壓機(jī)械設(shè)備對(duì)安全的影響

沖壓機(jī)械設(shè)備包括：剪板機(jī)、曲柄壓力機(jī)和液壓機(jī)等。本章討論的重點(diǎn)內(nèi)容是曲柄壓力機(jī)的安全問(wèn)題。

典柄壓力機(jī)是一種將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器。下面對(duì)壓力機(jī)的一般常識(shí)作一簡(jiǎn)單介紹：

工作原理 如圖1所示，它由電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶輪及齒輪驅(qū)動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，曲軸的軸心線與其上的曲柄軸心線偏移一個(gè)偏心距，從而便可通過(guò)連桿（它是連接曲柄和滑塊的零件）帶動(dòng)滑塊作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。



圖1 曲柄壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)圖

1―電動(dòng)機(jī) 2―小皮帶輪 3―皮帶 4―大皮帶輪 5―離合器 6―軸承 7―曲軸 8―工作臺(tái) 9―下模 10―上模 11―導(dǎo)軌 12―滑塊 13―連桿 14－制動(dòng)器

組成部分 它由工作機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、支承系統(tǒng)及多種輔助系統(tǒng)組成。

受力系統(tǒng) 如圖2所示，沖壓件的變形阻力全部傳遞到設(shè)備的機(jī)身上，形成一個(gè)封閉的受力系統(tǒng)。壓力機(jī)運(yùn)行時(shí)，除本身重量對(duì)地基產(chǎn)生壓力外，無(wú)其它壓力作用。（不考慮傳動(dòng)系統(tǒng)的不平衡對(duì)地基的振動(dòng)造成的壓力）



圖2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)受力平衡圖

運(yùn)動(dòng)分析 如圖3所示為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖，滑塊的運(yùn)動(dòng)速度隨曲柄轉(zhuǎn)角的位置變化而變化，其加速也隨著作周期性變化。對(duì)于結(jié)點(diǎn)正置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)曲柄處于上死點(diǎn)（α=0°）和下死點(diǎn)（α=180°）位置時(shí)，滑塊運(yùn)動(dòng)速度為零，加速度最大；當(dāng)α=90°、α=270°時(shí)，其速度最大，加速度最小。


圖3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖

下面分別討論壓機(jī)中的不安全因素。

（一） 工作機(jī)構(gòu)對(duì)安全的影響

工作機(jī)構(gòu)一般為曲柄連桿機(jī)構(gòu)，它是將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，它不但能使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，而且還能起力的放大作用，即增力作用，使滑塊在下死點(diǎn)附近產(chǎn)生最大沖壓力。曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是剛性的，只要曲柄旋轉(zhuǎn)，就要強(qiáng)制帶動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)，如果沖制件變形阻力太大，則達(dá)到或超過(guò)機(jī)械構(gòu)件允許的強(qiáng)度要求而使構(gòu)件損壞（連桿折斷、曲軸和傳動(dòng)軸變形）。這點(diǎn)不同于液壓機(jī)、螺旋摩擦壓力機(jī)等。液壓機(jī)超載時(shí)，液壓系統(tǒng)會(huì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)，使動(dòng)梁停止運(yùn)動(dòng)，不會(huì)損壞有關(guān)構(gòu)件。螺旋摩擦壓力機(jī)超載時(shí)，滑塊下行終點(diǎn)抬高，不會(huì)使構(gòu)件損壞。因此，為保證沖壓作業(yè)的安全生產(chǎn)，一定要合理選用設(shè)備。

（二） 技術(shù)參數(shù)對(duì)安全的影響

技術(shù)參數(shù)是指工作范圍和技術(shù)性能數(shù)據(jù)，包括公稱(chēng)壓力、滑塊行程、滑塊行程次數(shù)、最大閉合高度、工作臺(tái)面尺寸、離合器工作氣壓等等。下面只將那些對(duì)安全影響較大的參數(shù)進(jìn)行討論。

1． 公稱(chēng)壓力

它是指滑塊離下死點(diǎn)前某一特定距離或曲柄旋轉(zhuǎn)到離下死點(diǎn)某一特定角度時(shí)，滑塊上所容許承受的最大作用力。例如J31-315壓力機(jī)的公稱(chēng)壓力為3150kN，它是指滑塊離下死點(diǎn)前10.5mm（相當(dāng)于公稱(chēng)壓力角為20°）時(shí)滑塊上所容許的最大作用力。壓力機(jī)在額定噸位內(nèi)所能克服的阻力是曲軸轉(zhuǎn)角的函數(shù)。如圖4所示，說(shuō)明隨著曲柄轉(zhuǎn)角的增大，壓機(jī)允許負(fù)荷減小，即如果阻力過(guò)大，則設(shè)備的構(gòu)件（齒輪、連桿、曲軸、傳動(dòng)軸）便會(huì)因超過(guò)允許強(qiáng)度而損壞。因此，不允許壓機(jī)在超過(guò)名義負(fù)荷的情況下工作，尤其在壓機(jī)工作行程較大時(shí)，更要注意此點(diǎn)。



圖4 曲柄壓力機(jī)允許負(fù)荷圖

2． 滑塊行程（mm）

滑塊從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的距離稱(chēng)為滑塊行程。它對(duì)壓機(jī)的使用范圍和操作方便程度都有一定影響?；瑝K行程長(zhǎng)，則模具開(kāi)起時(shí)，開(kāi)口尺寸大，模區(qū)空間大，操作方便，能見(jiàn)區(qū)大，安全感較強(qiáng)。但是，行程較大的壓機(jī)相應(yīng)高度增加，機(jī)構(gòu)較為龐大，這種壓機(jī)一般用于深拉伸工序。用于沖裁、淺拉伸的壓機(jī)一般行程較短。

3． 滑塊行程次數(shù)（次/min）

滑塊在連續(xù)運(yùn)行時(shí)每分鐘來(lái)回的次數(shù)稱(chēng)為行程次數(shù)。它對(duì)壓機(jī)使用效率、性能、安全等都有影響。

對(duì)于公稱(chēng)壓力為1600kN以上、滑塊行程大于200mm、行程次數(shù)在20次/min以下的大、中型閉式壓機(jī)，其傷害事故發(fā)生率小，傷害原因也較為簡(jiǎn)單，因?yàn)榇祟?lèi)壓機(jī)的滑塊上下運(yùn)動(dòng)速度較慢，可以認(rèn)為滑塊下行初始和滑塊上行這兩個(gè)區(qū)間都是安全區(qū)，只有滑塊下行后期至模具閉合前的一段區(qū)間是危險(xiǎn)區(qū)，相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角90°~180°這一范圍。另外，滑塊在行程范圍內(nèi)可以停止在任意位置上。

對(duì)于公稱(chēng)壓力為1000kN以下、滑塊行程小于120mm、行程次數(shù)大于45次/min的小型開(kāi)式壓機(jī)，其傷害事故發(fā)生率高，傷害原因也較為復(fù)雜。因?yàn)榇祟?lèi)壓機(jī)的滑塊移動(dòng)速度快，可以認(rèn)為滑塊起動(dòng)至模區(qū)閉合區(qū)間范圍都是危險(xiǎn)區(qū)，相當(dāng)于曲柄轉(zhuǎn)角在0°（上死點(diǎn)）~180°（下死點(diǎn)）這一范圍。這類(lèi)壓機(jī)一般都采用剛性離合器結(jié)構(gòu)，通常壓機(jī)只能在上死點(diǎn)附近停止。由此可見(jiàn)，滑塊運(yùn)動(dòng)速度太快的壓機(jī)采用手工作業(yè)顯然是不安全的，其危險(xiǎn)性較大。

在機(jī)械化、自動(dòng)化沖壓作業(yè)中，由于不需要操作工人用手直接配合操作，所以作業(yè)大都連續(xù)運(yùn)行，行程次數(shù)對(duì)人體安全沒(méi)有直接影響。高速?zèng)_壓設(shè)備大都屬于此列，行程次數(shù)高達(dá)200次/min以上。

4． 工作臺(tái)面尺寸

工作臺(tái)面的高度和前后方向的尺寸大小對(duì)操作工人的安全有一定的影響。人機(jī)工程學(xué)要求：機(jī)械設(shè)備必須適合于人的操作動(dòng)作（姿勢(shì)），簡(jiǎn)單方便，勞動(dòng)強(qiáng)度低，安全可靠。

小型開(kāi)式壓機(jī)的工作臺(tái)面高度和前后尺寸都在700mm以下，多為單人操作，操作工人依靠手指、手臂、腳的動(dòng)作完成作業(yè)，因此可以取坐姿操作，應(yīng)為他們創(chuàng)造舒適的操作條件，減輕疲勞，配置的座椅應(yīng)能調(diào)節(jié)高度，以適應(yīng)不同身高的操作工人使用。

大型閉式壓機(jī)的工作臺(tái)高度和前后尺寸都在750mm以上，操作時(shí)動(dòng)作幅度大，下模高度超過(guò)1200mm時(shí)，操作工人的手臂、肩甚至頭部都要進(jìn)入模區(qū)，安全防護(hù)較為困難。閉式壓機(jī)多為多模多人操作，大多需要站立操作，因此，在安排沖壓作業(yè)時(shí)，必須考慮操作者的腿部、腰部動(dòng)作幅度不宜過(guò)大，防止由于本身失去平衡而發(fā)生傷害事故，更不允許操作工人蹲坐在工作臺(tái)上作業(yè)。

（三） 結(jié)構(gòu)型式對(duì)安全的影響

曲柄壓機(jī)按其類(lèi)型和特點(diǎn)分類(lèi)，大致可有下幾種結(jié)構(gòu)型式：

1． 開(kāi)式、閉式壓機(jī)

壓機(jī)按床身特點(diǎn)分為開(kāi)式和閉式兩種。分別如圖5和6所示。



圖5 開(kāi)式壓機(jī)機(jī)身



圖6 閉式壓機(jī)機(jī)身

1― 拉緊螺栓 2―上梁 3―導(dǎo)軌 4―立柱 5―工作臺(tái) 6―底座

開(kāi)式壓機(jī)（又稱(chēng)駝背沖床或弓型沖床）有前、左、右三個(gè)敞開(kāi)的操作方向，作業(yè)比較方便，一般為單人操作。開(kāi)式壓機(jī)承載時(shí)，機(jī)身要發(fā)生角變形，影響到滑塊運(yùn)動(dòng)的精度。因此，這種機(jī)身的結(jié)構(gòu)型式只宜用于1000kN以下的小型沖壓機(jī)。

閉式壓機(jī)的機(jī)身為H形，只有前后兩個(gè)敞開(kāi)的操作方向，一般為多人作業(yè)，由前面的操作者送料，后面的操作者取件。閉式壓機(jī)承載時(shí)，立柱只有線變形，不發(fā)生角度變形。因此，不影響滑塊的運(yùn)動(dòng)精度。這種機(jī)身一般都用于大中型沖壓設(shè)備。

2． 單動(dòng)、雙動(dòng)壓機(jī)

壓機(jī)按滑塊運(yùn)動(dòng)情況及數(shù)量分為單動(dòng)和雙動(dòng)壓機(jī)。單動(dòng)壓機(jī)一般用于沖裁、成形、淺拉伸；雙動(dòng)壓機(jī)用于深拉伸，其滑塊運(yùn)動(dòng)速度較慢，相對(duì)比較安全。

3． 單點(diǎn)、雙點(diǎn)、四點(diǎn)壓機(jī)

曲柄壓機(jī)的工作臺(tái)面尺寸大小不同，其滑塊尺寸也不同，為了保證滑塊運(yùn)動(dòng)精度，曲柄壓機(jī)分有一個(gè)曲柄、二個(gè)曲柄和四個(gè)曲柄，簡(jiǎn)稱(chēng)為單點(diǎn)、雙點(diǎn)和四點(diǎn)壓機(jī)。雙點(diǎn)和四點(diǎn)壓機(jī)的工作臺(tái)面較寬，常用于沖制汽車(chē)、拖拉機(jī)的外殼零件。有時(shí)在這些壓機(jī)上同時(shí)裝有幾副中、小型模具，采用一機(jī)多模多人作業(yè)方式，在這種情況下，操作人員如果互相配合不當(dāng)或者聯(lián)絡(luò)不好，極易發(fā)生傷害事故。

（四） 傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)安全的影響

傳動(dòng)系統(tǒng)包括齒輪傳動(dòng)、皮帶傳動(dòng)等機(jī)構(gòu)。其作用是改變速比、降低轉(zhuǎn)速、傳遞扭矩。壓機(jī)通常是在沖擊載荷條件下工作的，因此，傳動(dòng)件的工作狀態(tài)對(duì)設(shè)備的正常工作有較大的影響。為此，必須滿足傳動(dòng)構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度條件，除保證正常傳動(dòng)的必要條件外，同時(shí)還必須保證傳動(dòng)構(gòu)件的潤(rùn)滑、緊固和支撐可靠，經(jīng)常進(jìn)行檢查、保養(yǎng)和維修，防止發(fā)生意外事故。

（五） 操縱系統(tǒng)對(duì)安全的影響

操縱系統(tǒng)包括離合器及其控制機(jī)構(gòu)和制動(dòng)器。

1． 離合器及其控制機(jī)構(gòu)對(duì)安全的影響

離合器是控制滑塊運(yùn)動(dòng)的裝置。沖壓加工時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)著的飛輪（齒輪）通過(guò)離合器的作用與靜止不動(dòng)的曲軸結(jié)合，使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)。沖壓加工完成后，飛輪與曲軸又通過(guò)離合器作用脫開(kāi)，使曲軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而停止滑塊運(yùn)動(dòng)。離合器按其結(jié)構(gòu)可分為剛性離合器和摩擦離合器兩大類(lèi)：

（1） 剛性離合器及其控制機(jī)構(gòu) 如圖7所示為雙轉(zhuǎn)鍵離合器，它有二個(gè)轉(zhuǎn)鍵：工作鍵（主鍵）和填充鍵（輔鍵），兩者通過(guò)拉板連接得以聯(lián)動(dòng)。主鍵的作用是擔(dān)負(fù)傳遞全部沖壓工作行程的動(dòng)力；鋪鍵的作用，一是調(diào)整模具時(shí)可使曲軸反轉(zhuǎn)，二是防止曲軸旋轉(zhuǎn)發(fā)生“超前”現(xiàn)象。這種“超前”現(xiàn)象是由于連桿機(jī)構(gòu)的自重作用或其它原因（如彈性卸料或壓料裝置的作用力）造成曲軸轉(zhuǎn)速在工作行程或回程中發(fā)生短暫的超過(guò)大齒輪轉(zhuǎn)速的現(xiàn)象。“超前”現(xiàn)象會(huì)造成主鍵與中套的撞擊。



圖7 雙轉(zhuǎn)鍵離合器

公稱(chēng)壓力小于400kN的壓機(jī)也可采用單轉(zhuǎn)鍵離合器（只有主鍵）。為了防止“超前”現(xiàn)象，需配備起制動(dòng)作用的制動(dòng)器。

剛性離合器的控制機(jī)構(gòu)只能在某一固定位置控制離合器的接合和脫開(kāi)，它包括機(jī)械機(jī)構(gòu)（腳踏杠桿機(jī)構(gòu)）和電器一機(jī)械機(jī)構(gòu)（牽引電磁鐵一杠桿機(jī)構(gòu)）兩種。

如圖8所示是腳踏杠桿機(jī)構(gòu)。操作者壓下踏板時(shí)，擋鐵（尾板）離位，離合器接合，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。曲軸旋轉(zhuǎn)一周后，擋鐵（尾板）復(fù)位，離合器脫開(kāi)。這種控制機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)件不易損壞，但操作時(shí)容易因手腳配合不當(dāng)或誤踩踏板發(fā)生傷害事故。