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

一、 沖壓機(jī)械設(shè)備對安全的影響

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。本章討論的重點內(nèi)容是曲柄壓力機(jī)的安全問題。

典柄壓力機(jī)是一種將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動的機(jī)器。下面對壓力機(jī)的一般常識作一簡單介紹：

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



圖1 曲柄壓力機(jī)的傳動系統(tǒng)圖

1―電動機(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 9―下模 10―上模 11―導(dǎo)軌 12―滑塊 13―連桿 14－制動器

組成部分 它由工作機(jī)構(gòu)、傳動系統(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，形成一個封閉的受力系統(tǒng)。壓力機(jī)運(yùn)行時，除本身重量對地基產(chǎn)生壓力外，無其它壓力作用。（不考慮傳動系統(tǒng)的不平衡對地基的振動造成的壓力）



圖2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)受力平衡圖

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


圖3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動示意圖

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)動轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的直線運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，它不但能使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動，而且還能起力的放大作用，即增力作用，使滑塊在下死點附近產(chǎn)生最大沖壓力。曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動是剛性的，只要曲柄旋轉(zhuǎn)，就要強(qiáng)制帶動滑塊運(yùn)動，如果沖制件變形阻力太大，則達(dá)到或超過機(jī)械構(gòu)件允許的強(qiáng)度要求而使構(gòu)件損壞（連桿折斷、曲軸和傳動軸變形）。這點不同于液壓機(jī)、螺旋摩擦壓力機(jī)等。液壓機(jī)超載時，液壓系統(tǒng)會實現(xiàn)自動保護(hù)，使動梁停止運(yùn)動，不會損壞有關(guān)構(gòu)件。螺旋摩擦壓力機(jī)超載時，滑塊下行終點抬高，不會使構(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)，包括公稱壓力、滑塊行程、滑塊行程次數(shù)、最大閉合高度、工作臺面尺寸、離合器工作氣壓等等。下面只將那些對安全影響較大的參數(shù)進(jìn)行討論。

1． 公稱壓力

它是指滑塊離下死點前某一特定距離或曲柄旋轉(zhuǎn)到離下死點某一特定角度時，滑塊上所容許承受的最大作用力。例如J31-315壓力機(jī)的公稱壓力為3150kN，它是指滑塊離下死點前10.5mm（相當(dāng)于公稱壓力角為20°）時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，即如果阻力過大，則設(shè)備的構(gòu)件（齒輪、連桿、曲軸、傳動軸）便會因超過允許強(qiáng)度而損壞。因此，不允許壓機(jī)在超過名義負(fù)荷的情況下工作，尤其在壓機(jī)工作行程較大時，更要注意此點。



圖4 曲柄壓力機(jī)允許負(fù)荷圖

2． 滑塊行程（mm）

滑塊從上死點到下死點所經(jīng)過的距離稱為滑塊行程。它對壓機(jī)的使用范圍和操作方便程度都有一定影響?；瑝K行程長，則模具開起時，開口尺寸大，模區(qū)空間大，操作方便，能見區(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)行時每分鐘來回的次數(shù)稱為行程次數(shù)。它對壓機(jī)使用效率、性能、安全等都有影響。

對于公稱壓力為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，傷害原因也較為簡單，因為此類壓機(jī)的滑塊上下運(yùn)動速度較慢，可以認(rèn)為滑塊下行初始和滑塊上行這兩個區(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。

對于公稱壓力為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。因為此類壓機(jī)的滑塊移動速度快，可以認(rèn)為滑塊起動至模區(qū)閉合區(qū)間范圍都是危險區(qū)，相當(dāng)于曲柄轉(zhuǎn)角在0°（上死點）~180°（下死點）這一范圍。這類壓機(jī)一般都采用剛性離合器結(jié)構(gòu)，通常壓機(jī)只能在上死點附近停止。由此可見，滑塊運(yùn)動速度太快的壓機(jī)采用手工作業(yè)顯然是不安全的，其危險性較大。

在機(jī)械化、自動化沖壓作業(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)對人體安全沒有直接影響。高速沖壓設(shè)備大都屬于此列，行程次數(shù)高達(dá)200次/min以上。

4． 工作臺面尺寸

工作臺面的高度和前后方向的尺寸大小對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作（姿勢），簡單方便，勞動強(qiáng)度低，安全可靠。

小型開式壓機(jī)的工作臺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)的工作臺高度和前后尺寸都在750mm以上，操作時動作幅度大，下模高度超過1200mm時，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，必須考慮操作者的腿部、腰部動作幅度不宜過大，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上作業(yè)。

（三） 結(jié)構(gòu)型式對安全的影響

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

1． 開式、閉式壓機(jī)

壓機(jī)按床身特點分為開式和閉式兩種。分別如圖5和6所示。



圖5 開式壓機(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 6―底座

開式壓機(jī)（又稱駝背沖床或弓型沖床）有前、左、右三個敞開的操作方向，作業(yè)比較方便，一般為單人操作。開式壓機(jī)承載時，機(jī)身要發(fā)生角變形，影響到滑塊運(yùn)動的精度。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，只有前后兩個敞開的操作方向，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，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)動精度。這種機(jī)身一般都用于大中型沖壓設(shè)備。

2． 單動、雙動壓機(jī)

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

3． 單點、雙點、四點壓機(jī)

曲柄壓機(jī)的工作臺面尺寸大小不同，其滑塊尺寸也不同，為了保證滑塊運(yùn)動精度，曲柄壓機(jī)分有一個曲柄、二個曲柄和四個曲柄，簡稱為單點、雙點和四點壓機(jī)。雙點和四點壓機(jī)的工作臺面較寬，常用于沖制汽車、拖拉機(jī)的外殼零件。有時在這些壓機(jī)上同時裝有幾副中、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） 傳動系統(tǒng)對安全的影響

傳動系統(tǒng)包括齒輪傳動、皮帶傳動等機(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，傳動件的工作狀態(tài)對設(shè)備的正常工作有較大的影響。為此，必須滿足傳動構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度條件，除保證正常傳動的必要條件外，同時還必須保證傳動構(gòu)件的潤滑、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)和制動器。

1． 離合器及其控制機(jī)構(gòu)對安全的影響

離合器是控制滑塊運(yùn)動的裝置。沖壓加工時，轉(zhuǎn)動著的飛輪（齒輪）通過離合器的作用與靜止不動的曲軸結(jié)合，使曲軸轉(zhuǎn)動從而帶動滑塊運(yùn)動。沖壓加工完成后，飛輪與曲軸又通過離合器作用脫開，使曲軸停止轉(zhuǎn)動，從而停止滑塊運(yùn)動。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：

（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，它有二個轉(zhuǎn)鍵：工作鍵（主鍵）和填充鍵（輔鍵），兩者通過拉板連接得以聯(lián)動。主鍵的作用是擔(dān)負(fù)傳遞全部沖壓工作行程的動力；鋪鍵的作用，一是調(diào)整模具時可使曲軸反轉(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)生短暫的超過大齒輪轉(zhuǎn)速的現(xiàn)象。“超前”現(xiàn)象會造成主鍵與中套的撞擊。



圖7 雙轉(zhuǎn)鍵離合器

公稱壓力小于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，需配備起制動作用的制動器。

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，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，擋鐵（尾板）離位，離合器接合，曲軸轉(zhuǎn)動。曲軸旋轉(zhuǎn)一周后，擋鐵（尾板）復(fù)位，離合器脫開。這種控制機(jī)構(gòu)簡單，構(gòu)件不易損壞，但操作時容易因手腳配合不當(dāng)或誤踩踏板發(fā)生傷害事故。