冲压作业的安全技术措施.docx

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冲压作业的安全技术措施

冲压作业的安全技术措施

冲压作业的安全技术措施范围很广，它包括改进冲压作业方式，改革冲模结构，实现机械化自动化，设置模具和设备的防护装置等。

实践证明，采用复合模、多工位连续模代替单工序的危险模，或者在模具上设置机械进出料机构，实现机械化自动化等都能达到提高产品质量和生产效率，减轻劳动强度，方便操作，保证安全的目的，这是冲压技术的发展方向，也是实现冲压安全保护的根本途径。

在冲压设备和模具上设置安全防护装置或采用劳动强度小、使用方便灵活的手工工具，这也是当前条件下实现冲压作业大面积安全保护的有效措施。

由于冲压作业程序多，有送料、定料、出料、清理废料、润滑、调整模具等操作，所以冲压作业的防护范围也很广，要实现不同程序上的防护是比较困难的。

目前，冲压作业中所采取的各种安全措施可归纳为防止以下两种失误：

第一种是人手尚未离开模区时冲模闭合。

这种情况一般采取隔离保护：

滑块下移过程中手不会直接进入危险区。

如用手工工具、模具防护罩、机械进出料装置等；滑块下移终止前手不会进入危险区。

如单人双按钮开关、多人双按钮开关等；滑块下移过程中能把停留在危险区的手推出。

如机械拉手、推手和拔手装置。

第二种是冲模即将闭合的瞬间伸手入模。

这种情况采取自动保护：

滑块下移过程中或即将到达下死点时，人手进入危险区时，滑块立刻停止。

如光电式自动保护装置等。

下面分别介绍各种形式的安全防护措施。

一、手用安全工具

（一）手用安全工具种类

使用安全工具操作时，将单件毛坯放入凹模内或将冲制后的零件、废料取出，实现模外作业，避免用手直接伸入上下模口之间装拆制件，保证人体安全。

目前，使用的安全工具一般根据本企业的作业特点自行设计制造。

按其不同特点大致归纳为以下五类：

1．弹性夹钳

如图1所示，它是根据制件的不同形状而设计制造的，其体积小、重量轻、通用性强、劳动强度小、操作简单灵活，适用于钳夹各种轻型、重量在0.5kg以下的薄料加工零件。

如图形拉延件、小管子制件以及压平、冲孔的薄形小零件。

见表

图1弹性夹钳

2．专用夹钳（卡钳）

如图2所示，它也是根据制件的不同形状而设计制造的，操作简单方便，劳动强度不高，适用于钳夹较厚的或表面积较大的、重量在0.5kg以上的各种冲压制件。

见表

图2专用夹钳

3．磁性吸盘

如图3所示，有永磁吸盘和电磁吸盘。

它适用于吸取各种钢质薄片型平整的冲制零件。

可调永磁吸盘通用性较强，吸力可在一定范围内调整。

固定式永磁吸盘还有单头和双头二种。

见表

图3磁性吸盘

1―永磁铁2―磁铁座3―调节螺母4―连接管5―木柄电磁吸铁盘

1―导把2―微动开关3―连接管4―连续螺钉5―磁罩6―绝缘板7―磁芯8―线圈

4．真空吸盘

如图4所示，它适用于吸取各种钢质、铜质、铝质和胶木制成的片状平整冲制零件。

见表

图4真空吸盘

1―橡皮吸头2―钢管3―弹性铜片4―木柄

5．气动夹盘

如图5所示，它适于夹持形状复杂的大型覆盖件，它能减轻劳动强度。

见表

图5气动夹盘

（二）手用安全工具的使用注意事项：

1．手用安全工具一般用于小型制件的加工，广泛用于开式压机上，使用手用安全工具要求实行单次行程操作，工具的长度要适当，禁止持手部位进入模具的危险位置。

2．开式压机上虽已设置保护装置，但单件送料应尽量坚持使用工具，防止保护失灵造成事故。

3．手用工具应尽量采用轻金属或非金属材料制造，防止操作失误时造成模具或设备损坏。

二、模具防护措施

内容包括在模具周围设置防护板（罩）；通过改进模具减少其危险面积，扩大安全空间；设置机械进出料装置，以此代替手工进出料方式，将操作者的双手隔离在冲模危险区之外，实行作业保护。

（一）模具防护罩（板）

设置模具防护罩（板）是实行安全区操作的一种措施，模具防护的形式较多，简介如下：

（1）如图6所示为固定在下模的防护板。

坯料从正面防护板下方的条缝中送入，防止送料不当时将手伸入模内。

见表

图6开有送料槽孔的防护板

（2）如图7所示为固定在凹模上的防护栅栏。

它由开缝的金属板制成，可从正面和侧面将危险区封闭起来，在两侧或前侧开有供进退料用的间隙。

使用栅栏时，其横缝必须竖直开设，以增加操作者的可见度和减轻视力疲劳。

见表

图7固定式防护板

（3）如图8所示为折叠式凸模防护罩。

在滑块处于上死点时，环形叠片与下模之间仅留出可供坯料进出的间隙，滑块下行时，防护罩轻压在坯料上面，并使环片依次折叠起来。

见表

图8折叠式防护罩

（4）如图9所示为锥形弹簧构成的模具防护罩。

在自由状态下弹簧相邻两圈的间隙不大于8mm，这样即封闭了危险区，又避免了弹簧压伤手指的危险。

见表

图9锥形弹簧防护罩

（二）模具结构的改进

在不影响模具强度和制件质量的情况下，可将原有的各种手工送料的单工序模具加以改进，以提高安全性。

具体措施如下：

（1）将模具上模板的正面改成斜面（图10a）。

（2）在卸料板与凸模之间做成凹槽或斜面（图10b）。

（3）导板在刚性卸料板与凸模固定板之间保持足够的间隙，一般不小于15~20mm（图10c）。

（4）在不影响定位要求时，将挡料销布置在模具的一侧（图10d）。

（5）单面冲裁时，尽量将凸模的凸起部分和平衡挡块安排在模具的后面或侧面（图10e）。

（6）在装有活动挡料销和固定卸料板的大型模具上，用凸轮或斜面机械控制挡料销的位置（图10f）。

见表

图10在模具结构上扩大安全操作空间

（三）模具上设置进出料机构

为了改善冲压作业的操作条件，通常在一些中小型且形状简单的模具上增设简单的进出料装置。

1．简易手工送料装置

如图11所示是冲制碗形零件类采用的手工简易送料装置。

将凹模的上平面切去宽度稍大于坯料直径、深度为2mm的送料槽，并加装固定导板，导板长度上可放2~3个坯料。

操作时，只要用手推动坯料，使坯料沿着导板滑入凹模，达到送料目的，除此送料装置外，还可采用如图12所示的滑板式送料装置。

见表

图11手工简易送料装置图

见表

图12滑板式手工送料装置

上述两种送料装置结构简单，操作方便，安全可靠，适用于某些漏模出件的模具。

2．机械送料装置

（1）活动模如图13所示，操作时将冲制零件装入凹模（此时凹模位置在凸模的外侧）踩动脚踏开关时，先由气缸的活塞杆把凹模拉入凸模下方，接着凸模下降，即行冲制。

放开开关，冲头回程，凹模立刻由活塞杆推出，取下冲制件，如此重复操作。

也可采用旋转式加料，将凹模旋转到安全位置，放好坯料然后再旋转到工作位置进行冲压。

见表

图13活动模具装置示意图

（2）杠杆式送料装置在模具前设置储料槽（斗）利用滑块动力将坯件送进模内。

如图14和图15分别是杠杆式和楔铁杠杆式送料装置。

这类装置机构简单、使用方便，适用于厚度大于1.5mm以上的平整、无毛刺的坯件。

见表

图14杠杆式送料装置

见表

图15楔铁杠杆式送料装置

采用楔铁机构时，楔铁不宜直接推动滑杆送料，防止因强制推进而造成机构损坏。

3．机械出料装置

（1）滑板式出料装置如图16所示，它主要由曲柄、滑板、连杆等组成，接料斗焊在滑板上，滑板上开有两个通孔，套在两根平行的滑动杆上，可作往复运动。

自由状态时，由拉簧将机构停止在图示位置，当凸模下移时，固定在凸模上的触杆随之一起向下，并压动曲柄，使其作逆时针回转，从而使接料斗向右移动，离开凸模工作位置，滑块回程上升至终点时，退料机械复位。

见表

图16滑板式退料装置

1―触杆2―曲柄3―

连杆4―滑板5―滑套6―滑动杆7―接料斗

（2）气动推杆式出件装置如图17所示，它适用于大中型拉延件。

见表

图17气动推杆式出件装置

（3）弹击出件装置如图18所示，滑块在下死点时，由楔铁压缩推板端部的弹簧，滑块上升到一定高度时，楔铁脱离滑板，在弹簧力的突然作用下迅速移动，将冲制件弹出。

弹料装置用于各种拿取不便制件。

见表

图18弹击出件装置

机械进出料装置结构简单，动作准确，操作方便，保障安全，还能提高产量，应推广使用。

三、冲压设备的防护装置

冲压设备的防护装置形式较多，按结构分为机械式、按钮式、光电式、感应式等。

（一）机械式防护装置

1．推手式保护装置

它是一种与滑块连动的机械式保护装置。

如图19所示，滑块向下运动时，使固定在滑块上的拨板6的圆弧面与凸轮2的外圆面作相对滑动，凸轮绕其轴心线（螺杆8）转动，同时又绕主轴4向外侧做旋转运动，此时，固定在主轴上的挡板9由里向外运动，封住上下模口危险区。

当滑块向上运动时，挡板就由拉簧10拉回复位。

见表

图19推手保护装置示意图

1―螺母2―凸轮3―支座4―主轴5―凸轮座6―拨板7―支架8―螺杆9―推杆10―拉簧11―勾板

本装置适用于630kN以下的各种小型开式压机。

它结构简单、制造安装方便、安全可靠、不影响生产，对某些零件还可作简易退料装置使用。

本装置的缺点是易打痛人手。

由于小型压力机的滑块运动次数在每分钟60次以上，所以挡板的摆动速度快，使工人的双眼易疲劳，对于送料时间较长的零件不宜使用。

因此，在挡板与手可接触处必须用软质材料包扎，防上打痛人手。

2．摆杆护手装置

如图20所示，它与图21所示装置的功能基本相同，又称拔手保护装置。

一般用于1600kN左右、行程次数少的设备上。

见表

图20摆杆护手装置

见表

图21拉手安全装置示意图

1―滑块2―拉杆3―杠杆4―腕套5―摇杆6―软绳

3．拉手安全装置

如图21所示是一种用滑轮、杠杆、绳索将操作者的人手动作与滑块运动联动的装置。

压机工作时，滑块下行，固定在滑块上的拉杆2将杠杆3拉下，杠杆的另一端同时将软绳往上拉动，软绳的另一端套住操作者的手臂上。

因此，软绳能自动将手拉出模口危险区。

本装置通用性强，结构简单，适用于双手送料的操作，安全可靠，调整方便（可根据操作者手臂长短调），不影响生产效率，可用于行程次数不太高的各种压机。

本装置的缺点是手臂活动范围小，对操作动作幅度较大的作业或经常需要离机辅助助操作的作业（如搬料等）不便使用。

使用拉手安全装置注意事项：

1）拉手软绳的调整必须保证在上模与下模至少20mm缝隙的情况下能将手拉出模外。

2）拉手软绳要有足够的强度，要经常检查其是否损坏。

3）手腕带环要选择强度大而又柔软的材料，松紧要合适，防止将手拉痛。

机械式防护装置结构简单、制造方便，但对作业干扰影响较大，操作工人不大喜欢使用，应用比较局限。

（二）双手按钮式保护装置

它是一种用电器开关控制的保护装置。

起动滑块时，将人手、限制在模外，实现隔离保护。

只有操作者的双手同时按下两个按钮时，图22中的中间继电器J才有电，电磁铁动作，滑块起动。

图22中的凸轮中开关S在下死点前处于开路状态，若中途放开任可一个开关时，电磁铁都会失电，使滑块停止运动，直到滑块到达下死点后，凸轮开关S才闭合，这时放开按钮，滑块仍能自动回程。

见表

图22多人控制的双手起动按钮

该装置结构简单、安全可靠，特别是在不能使用安全工具而需要手工送进复杂且较大的坯件时，使用它效果更优。

它适用于各种压机，可以多人同时操作。

使用该装置加工大中型零件时，对其生产效率影响较小，但加工小型零件时则影响较大。

使用注意事项：

为了方便工人操作，最好能按不同的作业要求调节不同的接合时间，避免因接合时间过长给操作带来不便。

（三）光电式保护装置

光电式保护装置是由一套光电开关与机械装置组合而成的。

安装位置见图23。

它是在冲模前设置各种发光源，形成光束并封闭操作者前侧、上下模具处的危险区。

当操作者手停留或误入该区域时，使光速受阻，发出电讯号，经放大后由控制线路作用使继电器动作，最后使滑块自动停止或不能下行，从而保证操作者人体安全。

见表

图23光电式保护装置安装位置

1―控制器2―受光器―3发光器

光电式保护装置按光源不同可分为红外光电保护装置和白灼光电保护装置。

下面主要以红外光电保护装置为例加以介绍。

1．组成

红外光电保护装置由发光器、受光器、同步发讯开关和控制器四个部分组成（见图24所示）。

发光器和受光器可由若干组相同的透镜聚焦机构组成。

发光器外壳内装有砷化镓发光二级管（其光谱位于近红外光区域）和凸透镜的焦点处。

受光器外壳内装有受光元件（光敏三极管）和透镜。

光敏三极管安装位置必须在透镜的焦点处。

见表

图24红外光电保护装置的组成

2．电路的工作原理

将预先调制成频率为1kHz的脉冲电流通过发光二极管转换成红外光脉冲信号。

发光器电路组成及光发射电路分别如图25和图26所示。

受光装置接受到光束信号以后，再将它变成脉冲电信号，并进行滤波放大和鉴别。

当其中任意一束被人遮断时，鉴别电路判断后，再由同步发讯开关的无接点行程开关发出讯号和鉴别器输出信号相“与”，“与”门输出信号使记忆电路翻转，驱动电路随即驱动继电器切断冲压机械的制动电磁铁或空气制动阀，使下落的滑块制动。

受光器电路组成及光接收电路分别如图27和图28所示。

见表

图25发光器电路组成图

见表

图26光发射电路图

见表

图27受光器电路组成图

见表

图28光接收电路图

3．应用

红外光电保护装置在具体应用上又可分为隔离保护和自动保护两大类。

如图29所示是将这套装置应用于压机时的具体联接图。

见表

图29光电保护装置应用于压机的联接图

红外光电保护装置应用于装有摩擦离合器的压机时，由于摩擦离合器制动行程小，能够实现寸动行程，故不必对其改装就可实现装置的隔离保护和自动保护。

红外光电保护装置应用于装有刚性离合器的压机时，由于刚性离合器只能实现上死点位置的制动，故若使装置实现自动保护必须对刚性离合器进行改装。

下面介绍光电保护装置用于装有刚性离合器的压机的具体情况。

（1）隔离保护光电隔离保护的作用是：

在人手未离开模具危险区时滑块不下行。

实现隔离保护时，只要将压机的脚踏机械拉杆改成电磁铁拉杆，使光电保护电路控制电磁铁，便可实现隔离保护。

（2）自动保护光电自动保护的作用是：

在压机滑块下行途中，若人手突然入模，则滑块可自动停止。

实现自动保护时必须对刚性离合器的操纵系统进行改装。

如图30、图31和图32所示分别是对直键式、单转键式和双转键式刚性离合器改装后的结构示意图。

见表

图30改装后的直键式离合器制动装置结构图

见表

图31改装后的单转键式离合器制动装置结构图

见表

图32改装后的双转键式离合器制动装置结构图

用脚踏下开关使电路接通，在电磁铁作用下，凸轮转位或制动销下移，由弹簧力作用使转键或直键与飞轮接合，滑块起动。

此时，如果人手进入危险区内，光束被遮，立即改变电讯号，继电器触点输出，在控制线路作用下，电磁铁释放，凸轮和制动销复位，卡住挡板或插入齿圈撑牙内，又使曲轴与飞轮分离，曲轴停止转动，滑块在安全高度上停止。

该装置是利用设备原有的电磁铁控制滑块运动，如果电磁铁发生故障，会造成自动保护装置的失灵。

由于自动保护需要通过一系列电器和机械构件的传递，所以制动要比发讯滞后一段时间。

为了缩短制动时间，可适当增加滑块下行时的制动位置（增加挡块或齿数）。

另外，可增加一个制动电磁铁，用以专门控制保护装置的动作，以克服上述装置存在的缺陷。

具体改进如图33和图34所示。

见表

图33经二次改装的直键式离合器制动装置结构图

1―小齿轮2―离合棘轮3―凸轮4―凸轮板梗5―齿轮座6―大齿轮7―斜块闸叉8―飞轮盘9―抽键10―曲轴11―拉簧

见表

图34经二次改装的单转键式离合器制动装置结构图

1―棘轮2―撑牙3―凸轮4―转键5―电磁铁

图33是经二次改装的直键式离合器制动装置示意图。

压机正常工作时（安全装置不工作）斜块闸叉7由拉簧11拉动，使曲轴10与转动齿轮或飞轮同时转动，此时大齿轮6、齿轮座5与曲轴10同步转动，并带动小齿轮1空转。

当操作人员的手臂进入危险区、遮挡光线时，安全装置开始工作。

先改进电讯号，使继电器触点输出，由电磁铁拉动凸轮板梗4，使离合棘轮2通过凸轮3的旋转作用与小齿轮1吻合，致使小齿轮1停止转动，同时也使大齿轮6立刻停止转动，又因齿轮座5及压机原有飞轮盘8仍需转动，产生相对运动，当飞轮盘8再旋转10°~15°时，固定在大齿轮上的斜块闸叉7将抽键9脱出转运着的传动齿轮或飞轮，使滑块停止在下行程范围内的任意位置上，达到了安全防护目的。

图34是经二次改装的单转键式离合器制动装置结构图。

压机正常工作时（安全装置不工作，转键4由拉簧拉动使曲轴与传动齿轮或飞轮同时转动，棘轮1与之同步转动。

当操作人员的手臂进入危险区并遮挡光线时，电讯号改变，安全装置开始工作。

首先由电磁铁5拉动凸轮3，然后由凸轮3推动撑牙2，撑牙钩住棘轮1，棘轮停止转动并立即挡住转键4，最后使转键处在B位置上，使曲轴与传动齿轮或飞轮脱离，从而滑块停止了运动，达到安全保护目的。

除上面所述的红外光电保护装置外，还有白灼光电保护装置。

整个装置除发光器由机床工作灯或小型光源灯代替外，接收部分和工作原理与红外光电保护装置基本相同。

综合红外光电保护和白灼光电保护的应用情况，下面说明其优缺点及使用注意事项。

优点：

光电式保护装置使用方便，对作业基本上无干扰，应用较广；白灼光制作成本低，发光二极管固态元件抗振性好，寿命长，且采用脉冲发光形式，耗电少，抗干扰性能好。

缺点：

白灼光作光源时，在其它较强的光线作用下受干扰容易失误。

灯丝热态时，机械强度差，容易损坏，夏天操作温度高；红外光聚焦不能精调，发射和接收器调整困难。

使用注意事项：

采用白灼光电保护时，最好采用专用灯源，并与设备分开安装，减少振动，提高灯泡使用寿命；采用红外光电保护时，应采用多个光敏三级管串联或并联，以扩大受光面积；光电保护装置应安装能显示电开关好坏的亮暗指示灯。

装置本身出现故障时，滑块应不能起动或停止运动。

（四）接触式保护装置

它是利用触杆这一接触传感元件来控制滑块运动。

触杆位置在滑块上并随滑块一起运动。

当操作者手臂留在模内或者滑块下行中人手进入危险区时，碰动触杆，使控制电路改变电讯号，电磁铁动作，实现滑块制动。

接触式保护装置有常闭式和常开式二种：

图35为常闭式接触保护装置结构示意图。

触杆由有机玻璃制成，其内装有导线，与调节杆下端的触点接触，保持闭合。

滑块正常工作时，控制电路为常通。

为防止压机运行时产生振动影响，触杆与触点接触，两端用弹簧压紧触杆，避免因接触不良造成动作失调。

调节杆可根据模具尺寸和操作时的防护要求调整其安装位置。

见表

图35常闭式接触保护装置结构示意图

1―滑块2―支架座3―调节杆4―支架5―橡胶垫6―弹簧7―触点8―触杆9―导线

图36为常开式接触保护装置结构示意图。

其原理与常闭式相同，但控制电路接法相反。

滑块正常运行时，控制电路不通。

所以必须保持良好地绝缘，防止金属杆与弹簧之间短路而造成保护失效。

见表

图36常开式接触保护装置结构示意图

1―滑块2―支架座3―调节杆4―金属杆5―绝缘体6―螺旋弹簧

接触式保护装置结构简单，制作成本低，操作方便，多人作业时，也可串联若干套装置同时使用。

它适用于装有摩擦离合器的压机和经改装后的刚性离合器的压机。

该装置的缺点是：

触杆调整不当时容易伤手；常闭式电路可靠性差，触点间有时产生电弧烧坏触点。

（五）电容式保护装置（又称感应式保护装置）

它由振荡器、放大器和控制电路等三大部分组成。

振荡器中还包括敏感元件对地构成一个具有一定容量的电容。

具体工作原理如下：

在操作位置和模具上下移动的危险区之间设置敏感元件，如图37所示，人手与敏感元件之间的距离发生变化，敏感元件的对地电容量就发生变化，与此同时振荡器所产生的对应振幅也随着改变。

当操作者的手误入或在危险区时，由于振荡器的固有振幅减弱或停止振荡，发出讯号，经过放大电路，使控制系统中的继电器动作，切断电磁铁或空气止动阀，使压机滑块停止运动或不能起动。

见表

图37电容式保护装置结构图

该装置结构简单、装卸方便、防震性好、坚固耐用。

但由于它的功能主要靠人体为导体与地构成电容，其电容量大小的变化与人体的胖瘦、高矮、所穿鞋袜的绝缘程度的不同而改变。

因此，影响它的因素较多，调整复杂、可靠性差，目前很少采用。

总之，冲压设备的防护装置类型很多，大多由企业技术人员和操作工人革新制造，有些还不够完善，要不断改进，在使用、保养、维修过程中检验效果。

无论设计或是改进防护装置，都必须遵循如下原则：

安装、使用、维修方便，操作工人易于接受；牢固耐用、安全可靠、效果好；能提高工作效率或不影响工作效率。

四、冲压作业的机械化自动化

冲压作业机械化是指用各种机械装置的动作来代替人工操作的动作。

自动化是指冲压的操作过程全部自动进行，并且能自动调节和保护，发生故障时能自动停机。

冲压作业的机械化和自动化非常必要，因为冲压生产的批量一般都较大，操作动作比较单调，工人容易疲劳，特别是容易发生人身伤害事故，所以，冲压作业机械化和自动化是减轻工人劳动强度、保证人身安全的根本措施。

实现冲压机械化和自动化固然能大幅度提高冲压设备的利用率和劳动生产率并保证人身安全，但是，冲压作业的动作频率高，又多数是薄板加工，所以，保证机悈化和自动化的可靠性在技术上的难度是较大的。

因此在确定应用冲压机械化和自动化时，应结合企业现有条件，必须考虑以下因素，以使冲压机械化和自动化发挥应有的作用。

必须保证工人的人身安全和设备安全。

必须考虑生产批量大小，批量较小时，应重点考虑设备和装置的通用性和换模的方便程度，随着批量的增大，自动化程度可以逐步提高，甚至可以将自动装置作为设备的附属装置，做到“定机定活”。

必须考虑冲压制件的特点，例如，小件适合用自动冲模，大件适宜以自动线形式实现自动化生产，而复杂的带状薄料弯曲件则适宜使用专用弯曲件。

必须考虑企业的设备条件、厂房面积、模具制造能力、革新挖潜方针的贯彻