沖模用安全防護(hù)裝置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

◎王曉芬

沖模用安全防護(hù)裝置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

沖模事故主要發(fā)生于沖模沖壓環(huán)節(jié)，而在沖模結(jié)構(gòu)中布設(shè)防護(hù)機(jī)構(gòu)能夠讓操作者的每一個(gè)身體部位均不能逾越?jīng)_模工作區(qū)，并可在出現(xiàn)意外事件的情形下，讓滑塊暫停運(yùn)行，以此來防范事故問題的出現(xiàn)。為此，對沖模結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)全面思量人身安全防護(hù)裝置，全面保障沖壓生產(chǎn)。本文筆者主要依照具體實(shí)例，重點(diǎn)剖析沖模安全防護(hù)裝置，希望可為同行提供一定的參考。

◎王曉芬

目前，全社會(huì)高度提倡以人為本的綠色、健康發(fā)展理念，鼓勵(lì)貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，對于沖壓行業(yè)也同樣如此，我們應(yīng)保證安全生產(chǎn)，控制噪聲污染。然而，上述這兩個(gè)問題，截止到當(dāng)前仍未得到解決，依然比較棘手。其中沖壓存在污染，且沖壓模具的使用壽命也不長，出現(xiàn)安全事故的頻率較高，嚴(yán)重還可能損害操作人員的身體。雖然，造成這一事故的原因較多，但主要是因?yàn)槟＞卟淮嬖谟行У姆雷o(hù)功能。

模具事故與失效原因剖析

設(shè)備結(jié)構(gòu)缺陷

截止到當(dāng)前，國內(nèi)所有的沖壓設(shè)備刨除掉汽車覆蓋件和別的大體積沖壓件生產(chǎn)會(huì)應(yīng)用大規(guī)模沖壓設(shè)備，在中小體積的沖壓件中一般選用中小規(guī)模的機(jī)械壓力機(jī)。此類壓力機(jī)包含多種類型，例如，J23、J21壓力機(jī)等。其中絕大多數(shù)機(jī)型都選用C形機(jī)架，主要具有下述缺陷：

承載變形顯著；機(jī)架承載以后，其變形十分不均勻。位于C形機(jī)架開口部位的變形顯著，和開口相距的距離越遠(yuǎn)，則變形也越小。順著工作臺(tái)面自前至后，對應(yīng)變形從大至小，并構(gòu)成角變形。而沖壓施力點(diǎn)位于工作臺(tái)中心，這恰巧是C形機(jī)架內(nèi)部的開口部位。沖模壓力中心和滑塊中心互相重合，進(jìn)而沖模會(huì)遭受機(jī)架角變形產(chǎn)生的影響，在實(shí)際運(yùn)作過程發(fā)生偏斜。因C形機(jī)架負(fù)載以后出現(xiàn)角變形，同時(shí)，隨著沖壓力的不斷增加，對應(yīng)變形量也逐步增加，致使壓力機(jī)的精度有所下降。常規(guī)條件下，對于壓力機(jī)而言，其出廠檢驗(yàn)只是檢驗(yàn)靜態(tài)精度，不包含承載后動(dòng)態(tài)精度對應(yīng)的檢測要求和規(guī)范。且靜態(tài)精度高處動(dòng)態(tài)精度，另外，基于沖裁料厚與沖壓力的不斷增加，動(dòng)態(tài)精度也將進(jìn)一步惡化。

具體見圖1，這是J11系列壓力機(jī)，而圖中所展示的是它正常沖壓的工作過程，機(jī)架和壓力機(jī)擔(dān)負(fù)的變形情況和對沖模的具體影響。依照所負(fù)載變形量與沖壓力大小，能夠有效求解出整體負(fù)荷變形大小。眾所周知，機(jī)架斷面形狀大多是工字形，有些還是箱形的，對應(yīng)中心是角頂。參照壓力機(jī)使用說明能夠看出，上述中心至壓力機(jī)沖壓中心之間的距離，還可大體取機(jī)架中心至壓力機(jī)滑塊之間的距離，最終便可求出沖裁不同料厚與沖壓力條件下的沖模負(fù)荷偏斜角和具體的偏移量。

模具異常磨損、失效和使用壽命

經(jīng)由上圖不難發(fā)現(xiàn)，上述壓力機(jī)在進(jìn)行沖裁工作時(shí)，模具刃口一定會(huì)出現(xiàn)異常磨損。一般沖裁厚料時(shí)，機(jī)架負(fù)載后，是的模具偏移量多余沖裁間隙，在上下模刃口可能會(huì)出現(xiàn)碰撞和啃剝等異常問題，嚴(yán)重還可能引發(fā)設(shè)備事故問題。沖模刃口的異常磨損，一定會(huì)引發(fā)沖模的及早刃磨。而刃口啃剝與碰撞會(huì)導(dǎo)致沖模失效。不管及早刃磨，還是提早失效，均會(huì)縮短模具的壽命。

圖1 壓力機(jī)負(fù)荷變形情況

若所選用模具內(nèi)部具有橫向裝置，則將在削弱負(fù)載變形的不良影響中發(fā)揮一定的作用。一般選用導(dǎo)板導(dǎo)向與滾動(dòng)導(dǎo)向滾珠等不同類型裝置。可即便如此，還會(huì)因?qū)蜓b置自身的精準(zhǔn)度不高和兩平面平行度的顯著誤差，依舊出現(xiàn)刃口異常磨損問題。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

沖模防護(hù)機(jī)構(gòu)和所配備防護(hù)裝置在沖壓時(shí)，禁止操作者將身體放置在沖模工作區(qū)中，在人身和模具上進(jìn)行真正的隔離。

一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，近乎一半的沖壓事故都出現(xiàn)在沖模送料這一環(huán)節(jié)，為此，出于安全考慮，沖模送料口與模具牽引的送料結(jié)構(gòu)都應(yīng)布設(shè)于模具區(qū)域之外，讓操作者僅僅在沖模工作區(qū)之外進(jìn)行送料操作。若規(guī)定在模具工作區(qū)進(jìn)行,則一定采取相關(guān)的安全措施。

沖孔凸模與手工送料等存在一定危險(xiǎn)性的部位能夠布設(shè)防護(hù)裝置。其工作原理為基于上述危險(xiǎn)部位安裝終端開關(guān)以及瞬時(shí)開關(guān)等,利用選取的監(jiān)控點(diǎn)和控制線路相通,以此來控制開關(guān),讓監(jiān)控線路和沖床離合器緊密相連,完成自動(dòng)監(jiān)控。上述監(jiān)控系統(tǒng)于沖壓環(huán)節(jié)主要發(fā)揮著下述作用:對于涉及電磁和電壓液壓式的機(jī)械壓力機(jī),這一監(jiān)控系統(tǒng)能夠在滑塊下行環(huán)節(jié)的任何一個(gè)位置監(jiān)控點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)揮相應(yīng)的作用,讓滑塊在沖壓進(jìn)行前停車,維護(hù)工程安全。而應(yīng)用滑銷的沖床,這一監(jiān)控裝置僅僅能在模塊運(yùn)動(dòng)過程出現(xiàn)模具故障后,在完成相應(yīng)行程后把滑塊制動(dòng)停留在死點(diǎn)部位,也可讓滑塊于監(jiān)控系統(tǒng)作用以后方啟動(dòng)。雖然如此,但這種監(jiān)控裝置依然能夠規(guī)避不易發(fā)現(xiàn)的廢品,并可基于模具重大損壞實(shí)施安全防護(hù)。

在沖壓環(huán)節(jié),沖壓件與廢料一般都不會(huì)落于模具之外,大多落于零件箱與廢料箱中。導(dǎo)正銷和彈料銷等都需布設(shè)防彈出裝置,且圓柱銷和螺釘?shù)炔辉试S過細(xì)和過短,而緊固孔最小壁厚應(yīng)超出0.5緊固直徑,借此防范因長期沖壓振動(dòng)所引發(fā)的脫落和破裂問題。另外，定位銷和定位板等需能讓操作者明確和掌握送進(jìn)材料的具體定位情況。

模具應(yīng)盡可能選取彈性限位裝置和液壓限位裝置等,實(shí)施限位沖載,進(jìn)而達(dá)到消振減噪的目的。模具選用的壓縮空氣卸件和壓邊等禁止超出90dB噪聲。

模具零件結(jié)構(gòu)外形和尺寸都一定要符合可承擔(dān)沖壓力這個(gè)需求。長徑比超過5,受力顯著的細(xì)長凸模和形狀繁瑣、受力顯著的凹模等需要進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定性核驗(yàn)。

對于沖模工作區(qū)之外的所有可動(dòng)部位和操作者便于觸摸部位等都應(yīng)裝設(shè)防護(hù)裝置。同時(shí)，沖模結(jié)構(gòu)和外觀不允許讓操作者產(chǎn)生不安全感。

具體設(shè)計(jì)

經(jīng)由上述分析可知，我們應(yīng)基于沖模的正常操作和人身防護(hù)開展科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖1所示只是應(yīng)用于J11壓力機(jī)中的情形，但因J21和J23等常用壓力機(jī)，均應(yīng)用C形機(jī)架，所以，它負(fù)載后所表現(xiàn)的變形情況和圖1大體相同。為此，利用開式壓力機(jī)進(jìn)行工作的沖模，都應(yīng)設(shè)計(jì)有成熟的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與裝置。含導(dǎo)向裝置沖模除可維護(hù)沖模的常規(guī)運(yùn)行外，還可規(guī)避和控制安全事故的出現(xiàn)。

圖2所示的主要借助導(dǎo)板9、凸模10和沖孔凸模16之間的有效配合，讓導(dǎo)板于凸模表現(xiàn)出的導(dǎo)向間隙不超過0.5沖裁間隙。同時(shí)，導(dǎo)板模孔既能合理導(dǎo)向，也可順著水平方向基于凸模工作段實(shí)施綜合性的水平支承，增強(qiáng)沖孔小凸模自身的抗縱彎性能。另外，于下模導(dǎo)軌部位配置兩個(gè)限位柱，對應(yīng)高度是18mm，這能夠保護(hù)操作者，以免壓手。

圖2 ◎接觸片平穩(wěn)卸料導(dǎo)板式不間斷總裁模

上述結(jié)構(gòu)沖模比較適合應(yīng)用于滑塊行程能夠自主調(diào)節(jié)的偏心壓力機(jī)中進(jìn)行的小行程工作，借此能夠保障凸模一直不脫離導(dǎo)板。

大量的生產(chǎn)實(shí)例表明，沖壓設(shè)備如果不存在有效的防護(hù)裝置，單純依靠操作人員自身的小心與規(guī)避，無法保障人員與設(shè)備安全，嚴(yán)重還可能引發(fā)傷殘事故。一直以來，事故處理都較為困難，而這對工作人員造成了較大的困難，且和企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)存在一定的關(guān)聯(lián)。為此，我們應(yīng)引起重視，加大在沖模安全裝置方面的研究，不斷改善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（作者單位：煙臺(tái)寶鋼車輪有限公司）