浅谈机械加工工艺中危险因素及其控制本科论.doc

本科毕业论文（设计、创作） 题目： 浅谈机械加工工艺中危险因素及其控制 学生姓名： 张亮 学号： 110108457 所在系院： 交通工程学院 专业： 安全工程专业 入学时间： 2011 年 9 月导师姓名： 王锟 职称/学位：助教/硕士 导师所在单位： 安徽三联学院 完成时间： 2015 年 5 月 安徽三联学院教务处 制安徽三联学院毕业论文浅谈机械加工工艺中危险因素及其控制摘要：机械是现代社会进行生产和服务的五大要素（人、资金、能量、材料和机械）之一。几乎所有的产业和工程领域都需要应用机械设备，如制造工业、交通运输工业、国防工业、能源工业等都与机械有密切的联系。在机械加工生产过程中，由于加工设备在设计、制造方面存在的问题，或由于材料选择不当，以及操作不当等方面的原因，各种伤害程度的事故经常发生。为了使人们对机械加工生产过程中容易出现的伤害事故有基本的了解，本文将对机械加工工艺的种类和和危险因素的产生和控制进行分析。关键词：机械加工；工艺；危险因素控制；工艺The risk of the machining process and its factors controlAbstract: the machine is one of the five major elements of production and services in modern society (person, money, energy, materials and machinery) one. Almost all the industrial and engineering applications are required mechanical equipment, such as manufacturing industry, transportation industry, national defense industry, the energy industry is closely related to mechanical. In the mechanical processing production process, due to the presence of in the design, manufacturing and processing equipment, or due to improper material selection, and the improper operation and other aspects, degree of injury accidents often happen. In order to accident prone to enable people to the machining process of the basic knowledge, this paper will produce and control types and risk factors on the machining process analysis.Keywords: Mechanical processing; Process control; Risk factors; Process目 录1 绪论I1.1机械加工的简介I1.2机械设备发生事故的一般规律I1.2.1设过程中的缺陷I1.2.2制造上存在的缺陷I1.2.3维护和使用上的缺陷I2 机械危害分类及其影响部位22.1机械危害的分类22.1.1旋转部件的危害22.1.2往复线性运动或滑动的危害22.1.3旋转部件和滑动之间22.1.4其他危害因素22.2机械加工设备的危害部位23 机械加工中旋转部件对人体的伤害及防护43.1旋转部件对人体伤害的方式43.2旋转部件对人体的伤害43.2.1刚性物体做定轴运动时所具有的能量43.2.2碰撞现象的力学分析43.2.3旋转部件的伤人方式63.3旋转部件的防护措施63.3.1加防护罩63.3.2加防护栏杆63.4安全控制装置73.4.1机床的过载保护装置73.4.2行程限位保险装置73.4.3动作连锁装置83.4.4意外事故连锁保险装置83.4.5制动装置84 往复线性运动部件对人体的伤害及防护94.1线性运动对人体的伤害94.2线性运动部件伤人的方式104.3往复线性运动部件的防护措施104.3.1安全防护装置104.3.2安全控制装置115 机械加工生产中飞射物对人体的伤害及防护125.1飞射物的来源、种类及伤害方式125.2飞射物伤害的防护措施126 总结14致谢15参考文献1616 1 绪论1.1机械加工的简介人类所从事的生产活动大部分是利用机械来进行的，这也使得在生产活动中发生的事故或多或少与机械设备有关。尤其是在机械加工中生产过程中，由于工艺的多样性（截断、剪切、熔化、浇注、锻造、冲压、热处理、切削、磨削、焊接等）、机械设备的多样性(车床、刨床、钻床、镗床、冲床、剪床、锻锤等)、工种的多样性（铸造、热处理、锻造、冲压、切削、起重等）、环境的多变性（空间、照明、温度等的影响），各种伤害程度不同的事故时有发生。这就使得机械加工安全问题的合理解决显得日益重要。1.2机械设备发生事故的一般规律就机械设备而言，从设计开始，经过各种加工程序，直到使用的各个过程中，各阶段都可能产生不安全后果，因此设计的作用尤为突出。1.2.1设过程中的缺陷在机械产品的生产加工过程中，设计过程所需要的时间（设计周期）占产品生产总时间的25%37%。设计过程对产品的质量起着决定性作用，由统计资料分析得知，产品的质量事故约有50%是由设计造成的。设计中产生的事故隐患主要原因有制造机械的材料与使用条件不符；使用条件设想错误；强度设计上的错误以及结构上的缺陷。这是设计者缺乏过程上的知识和经验造成的。1.2.2制造上存在的缺陷其中有使用材料的缺陷以及加工方法、加工工艺、操作技能上的缺陷以及操作者的马虎大意。1.2.3维护和使用上的缺陷机械系统伴随着使用时间的增长，出现磨损、损伤、磨蚀等机械故障，使得事故发生的可能性大大提高。长时间的超额使用，操作技术生僻，以及安全作业的技巧缺乏等都会产生不安全状态，提高了机械伤人的可能性1。1.3论文研究的目的和意义：由上述可知在机械加工过程中总存在着这样或那样的危险因素，这些危险因素不仅仅存在于物的不安全状态，往往还来源于人的不安全行为。这些危险因素不仅仅给我们带来重大的财产损失，往往还会给我们的生命健康带来不可逆转的伤害。因此为了保障我们的生命财产安全，也为了提高机械加工的效率，本文从机械加工工艺入手，通过改善机械设备，提高加工工艺。努力改善物的不安全状态。机械设备方面主要是消除凸出部件、旋转部件、飞射物以及孔洞等带来的危险，将采取加防护罩、防护栏等方式；而提高加工工艺主要采取的是加安全控制的方式。2 机械危害分类及其影响部位机械加工过程中的危害主要要静止的危害、旋转部件的危害、往复线性运动或滑动危害、其它危害因素。针对不同的危害，将采取不同的措施加以控制和预防，本文主要针对旋转部件危害、往复线性运动的危害以及加工过程中的溅射危害加以具体分析，静止危害将不多加介绍。2.1机械危害的分类2.1.1旋转部件的危害（1）单旋转部分:凸出块和孔;轴;切削刀具和研磨工具（2）内旋转咬合:旋转部件和固定部件的咬合;对向旋转部件咬合,成切线运动部件和旋转部件的咬合2.1.2往复线性运动或滑动的危害:单向运动、往复运动或滑动和固定部分2.1.3其他危害因素：飞出刀具和机械部分、飞出切屑或工件、运转着的加工件打击或绞扎的伤害2.2机械加工设备的危害部位机械的危害部位主要有：旋转部件或成切线部件的咬合处。如齿轮和小齿轮、动力传输皮带和滑轮、链条和链轮等。旋转的轴。包括卡盘、连接器、丝杠、芯轴、圆形芯轴和杆等。旋转的凸出块和孔处。含有孔洞和凸出快的旋转部件是很危险的。如凸轮、飞轮、风扇叶等。对向旋转部件的咬合处。如混合棍、齿轮、轧钢机、等。固定部件和旋转部件的咬合处。如或飞轮和辐条手轮、旋转搅拌机、无保护开口外壳搅拌装置和机床床身等2。接近类型。如动力压力机的滑块、锻锤的锤体等。通过类型。如剪切机的刀刃、床身、金属刨床的工作台等等。单向滑动。如凸式运动带、带锯边缘的齿、砂带磨光机研磨颗粒等3。滑动部件与旋转部件之间存在的危险。如某些平板印刷机面上的机构、纺织机床等。3 机械加工中旋转部件对人体的伤害及防护3.1旋转部件对人体伤害的方式 在绝大多数机械、机器和设备的运行过程中，许多机械部件在做高速旋转运动，这些运动部件具有较大的运动能量，如有缺损和变形将导致运转失稳和振动，一旦断裂或脱落逆流作用于人体将造成伤害事故。3.2旋转部件对人体的伤害3.2.1刚性物体做定轴运动时所具有的能量 机械设备的旋转部件一般都是做定轴匀速运动（启动和制动除外），根据力学原理，定轴运动的刚体所具有的动能为： （2-1）式中-定轴转动的刚体所具有的能量，J； -刚体对转动轴的转动惯量，； -刚体绕定轴转动的角速度，rad/s。 机械工程上习惯用转速（r/min）来表示转动的快慢，转速n和角速度之间存在下列关系： ，rad/s （2-2）转动惯量是刚体转动时惯性大小度量，它等于刚体内各个质点的质量与质点到转轴的距离平方的乘积之和，以表示，则有 （2-3）对于转速相同的部件，其转动惯量越大发生碰撞时的冲击力越大。在机械设备中为了使高速转动保持平稳，往往尽可能加大转动部件的转动惯量，这就使一旦发生碰撞时的破坏作用增大了。对于形状结构比较复杂的物体，可先把它分成几个简单的形体，求得这些简单形体的转动惯量后再进行简单加、减，即可求得原物体的转动惯量。另外，应注意同一物体对不同转轴的转动惯量往往不同3。3.2.2碰撞现象的力学分析刚体绕z轴转动，其转动惯量为所受外力对z轴力矩之和为，根据角动量定理 式中-定轴转动刚体的角动量,。 为什么厂矿企业发生的机械伤人事故会使人筋断骨折，甚至致人于死地？下面结合由机械设备中常见的飞轮、皮带轮、涡轮、叶片（轮）等抽象出来的旋转棒，在转动过程中撞击物体时冲击力的分析，对伤害现象的原因试做解释。如图所示，长为的刚性均匀直棒以角速度转动，转动惯量为，受平行于轴、垂直于棒的一个物体撞击而停下来，那么这时作用于物体的撞击力F可求算如下：由角动量定理得知棒的角动量增量等于所受的外力矩对时间的积分： （a)由于撞击是在极短的时间内完成的，因此在上式推导中把撞击力化为常量。又因为撞击前的角动量为，撞击后转动停止，角动量为零，即 （b)由（a)(b)两式联立即解得 （c) 参考常见部件的结构尺寸和质量，设棒的质量m为5kg，长度为0.4m，撞击中心距轴的距离为为0.16m，撞击作用时间为0.1s，撞击时的受力面积S为25，由公式（2-2）计算出：撞击压力根据冲击波压力及其破坏效应，可知当瞬间冲击压力大于49时就会造成骨折和其他物体的严重破坏。虽然，高速旋转机械部件的撞击效应不同于冲击波的破坏效应，但由于同样是在瞬间完成的强力冲击，还是有一定程度可比性的。尤其是在计算实例中，取转速n为600r/min，而实际生产过程中机械设备的转速大多是可调的，视机型和加工要求而定。如以最常见的400mm普通车床为例，主轴最高转速：国产机床14001500r/min,进口机床为14002260r/min。另外，旋转部件的质量按取5.0kg取值，也是保守取值。即使这样，其瞬间冲击压力还要高于可致人骨折的冲击波超压十数倍，因此会造成人员伤亡也就不足为奇了。3.2.3旋转部件的伤人方式旋转的搅拌机叶片将不慎伸入的手绞伤；旋转中的飞轮、齿轮、链轮、链条、旋转轴和轴头会把人体接触到的部位擦伤；正面撞击会造成骨折等肢体损伤；人手伸入皮带、链条和飞轮或齿轮间将被碾伤；花盘、卡盘盘、鸡心夹的突出部位、拨盘可能勾住手套、衣服、发辫、头巾等而把人体会局部拖入机械造成伤害或死亡，高速旋转的铣刀、砂轮接触人体会造成伤害；曲轴、未固定好的长棒会将靠近的人体部位打伤4。3.3旋转部件的防护措施为了防止机械的旋转部件对人体造成意外伤害，一般在危险部位加设安全防护装置。安全防护装置是为预防操作者和其他人员接触机械旋转部件或接近机械设备危险区域造成伤害的辅助装置。安全防护装置包括防护罩、防护栏杆、防护栅栏、防护挡板等遮挡式的防护装置。3.3.1加防护罩用防护罩对高速旋转的部件加以隔离，如皮带轮、链轮、齿轮、链条、旋转轴、法兰盘和轴头等。下面以车床为例加以介绍。回转的车床附件和工件，以及在车削过程中形成的边缘比较锋利，是车削过程中最主要的不安全因素。车削加工中因工件造成的工伤事故远高于其它切削加工。对安全影响大的车床回转附件主要是装卡工件的花盘、卡盘、鸡心夹、等。3.3.2加防护栏杆不能在地面上操作的机床，操作台周围应设置高度不低于0.8的栏杆；容易伤人的大型机床运动部位，如龙门刨床床身两端也应加设栏杆，以防工作台往复运动时撞人。在危险性很高的部位，防护装置应设计成顺序连锁结构。当取下或打开防护装置时，机床的动力源就被切断。有一种比较简单轻便的连锁结构电锁，它可用于各种形式和尺寸防护罩的门上。转动它的旋钮，安装在防护罩门上的锁体内的门闩就进入固定不动的插座内，关闭防护罩的门。与此同时，三个电源插片也伸出进入插孔而使机床三相电源接通。由于门闩与插片是连锁同时动作，因此打开防护罩门，插片也退出插孔，机床电源也就被切断。防护装置可以是固定式的（如防护栏杆），或平日固定，仅在机修、加油润滑或调整时才取下（如防护罩），也可以是活动式的（如防护挡板）。在需要时还可以用一些大尺寸的轻便挡板（如金属网）将不安全场地围起来。3.4安全控制装置3.4.1机床的过载保护装置机床过载保险装置多种多样，每种装置通常分为三部分：感应原件、中间环节和执行机构。感应原件对所检参数的变化起反应，并通过中间环节传给执行机构以实现保险5。这些部分可以组成一个部件，变成一个起直接作用的保险装置，或位于保险对象的不同位置从而起到间接作用的保险装置，或位于保险对象的不同位置从而起到间接作用的保险系统。保险装置可以根据能量形式和工作特性分为以下几种。（1）中断传动链中的能量流。如电气安全保险装置、剪切式装置和脱落蜗杆6。（2）吸收能量并将其转化成为其它形式。如摩擦式离合器。（3）在作用过程中或积累能量并在过载停止后，利用连续的脉动循环作用将能量还给对象，如爪型、滚珠式离合器，拉杆和带有平面弯曲弹簧保险装置，连杆带弹簧的保险装置等。（4）从保护对象中放出局部或全部能量。如液压保护装置。过载不仅指力过载，还包括机床工作规范和使用条件被破坏，如刀具折断、零部件温度超限、冷却润滑系统出现故障亦属于此列。3.4.2行程限位保险装置为使运动部件、刀具完成行程，到达预定位置后能自动停止，常采用行程限位保险装置。当工作台到达预定位置时，挡块压下行程开关，工作台就自动停止或返回5。3.4.3动作连锁装置它的作用之一在于控制各运动按顺序进行，上一个动作未完成之前，下一个动作不能进行。连锁装置系统，可以保证夹紧动作完成后，顺序阀接通，继之进给运动才能开始。另外还可以控制机构互锁，如车床溜板箱内设置的互锁机构能防止丝杆、光杆同时传动。3.4.4意外事故连锁保险装置当突然断电时，其补偿机构（如蓄能器、止回阀等）立即起作用，使机床停车，如图4-3所示。3.4.5制动装置当迅速停机以装卸被加工工件，以及在发生突然事故时及时停机，都需要有使机床立即停止运转的制动装置。制动装置类型很多，可根据使用要求及特点来选用。按制动装置结构分块状闸、具有活动套圈的圆通闸或内块闸、带闸、锥形闸及圆盘闸等；按制动动力分手动、液压、电力或气压等。另外，所有变速、换向机构应有明显的档位标志牌，以及可靠的定位装置。4 往复线性运动部件对人体的伤害及防护在日常生活和工矿企业生产活动中，做线性运动的机械、机器很多，如火车、汽车、升降机、桥式起重机、皮带输送机、内燃机的活塞等，这些运动中的物体都具有动能，一旦与其他物体或人碰撞，将发生力的传递和能量的转化，产生破坏性作用和人员伤害。在机械加工生产中，所具有的能量足以对人体造成伤害的往复线性运动的部件是很多的，如锻造生产中的锻锤的锻头；压力机和冲压机的滑块；剪切机的刀具；刨床的刨刀等。4.1线性运动对人体的伤害由运动学的有关定理得知，运动物体所具有的动能等于其质量和该时刻瞬时运动平方的乘积，即： 式中 -运动物体所具有的动能，J； -物体的质量，kg； -瞬时运动速度，/s。由动力学的动能定理；合外力对物体所做的功等于物体动能的增量，其微分和积分表达式如下： 式中： -合外力对物体所做的功，J； -作用于物体的外力的合力，； -在合力作用下物体的位移，； -运动物体的质量，kg； -物体运动速度，m/s。发生碰撞时，运动物体所具有的动能将部分或全部（如果运动停止）传递给被撞物体和转化为其他形式的能（热能、弹性能等）。从经验知道，运动物体的撞击破坏作用不仅取决于速度，而且还取决于质量。例如火车停车之前，虽然速度已经很小了，可是由于质量很大，如果发生碰撞，仍可产生很大的冲击力。为了度量物体的机械运动，引用动量这个物理量，即：运动物体的与它的速度（矢量）的乘积称为运动物体的动量。动量是矢量，它的方向与速度相同。另外，从实践中，我们还知道，一个物体受力作用后引起的运动变化，不仅与作用力（矢量）的大小有关，而且与力作用时间的长短有关。力学中用冲量（矢量）来度量力在一段时间间隔内的累积作用。以和分别表示质点在和瞬时的速度，则动量定理得积分表达式为 此式表明：在某一时间间隔内，质点动量的改变，等于作用在质点上的合力在同一时间间隔内的冲量。4.2线性运动部件伤人的方式在锻造生产中，当锻锤的启动装置无意中被手、脚或身体其他部位以及落下物、飞起物触及而启动，造成对正在进行装卸或调整锻模、锻件或者检修工作人员的意外伤害；在锻锤暂停工作或进行局部检修等情况下，往往需要锤头悬空，若未支撑好锤头，突然下落，会造成设备的损伤或正在锤头下面进行操作或检修人员的伤亡事故。在冲压生产中，手工送料或取件时，由于操作简单、繁复，容易引起精神疲劳，特别是采用脚踏开关的情况下，更容易发生失误动作；大型冲压机械一般为多人操作，若配合不当，动作不协调，易发生事故；冲压机械本身，如离合器失灵而发生连冲、调整模具时滑块突然自动下滑、传动系统的防护罩意外脱落、敞开式脚踏开关被误踏故障，均容易造成意外事故。在剪切生产中，剪切机的每一次行程就有一次送料和出料的过程。在此过程中，操作者的手或臂有可能进入刃口中，若此时离合器、制动器失灵，剪切机“连车”，就可能发生人身伤害事故5。4.3往复线性运动部件的防护措施4.3.1安全防护装置往复运动部件的安全防护装置是将操作者或其他人员与机械设备的往复运动部件以及设备的危险区域隔开，以防止事故发生的最可靠方法。这类装置具有简易、易行的特点，主要有防护罩、操作区域护板和防护栏杆。下面以压力机的安全防护装置为例加以介绍：(1)连锁式防护罩(2)光电式安全装置(3)感应式安全防护装置4.3.2安全控制装置压力机安全控制装置主要包括安全电钮、双手操作式安全控制装置、手柄与脚踏板连锁结合装置、防打连车装置等，它们的作用是：当操作者的肢体进入危险区时，压力机的离合器不能合上或者滑块不能下行，只有当操作者肢体完全退出危险区后，压力机才能被启动工作。5 机械加工生产中飞射物对人体的伤害及防护5.1飞射物的来源、种类及伤害方式在锻造生产中，如果加热温度控制不当，导致胚料过烧，一经锻打而破碎，易飞出伤人；操作者操作不当或锻造过程中，如果锤头提升太快，气缸内的活塞急速上升，可能将气缸盖冲坏，飞出伤人；违反规定采用楔形垫、剁料时剁刀放置不垂直或在铁砧边上进行，锻压时均会飞出伤人。在铸造生产中，射砂机在加砂时因误开射砂阀而造成芯砂向外喷射伤人，射砂完毕后，储砂筒内剩余压缩空气仍有相当高的压力，此时若使工作台下降，芯盒离开射砂头，则这些剩余空气就会将储砂筒内剩余砂子从射砂头射出，造成事故；在铸造过程中，如果铸型表面在加工时形成了局部“硬点”（型砂被捣的过紧）、芯砂或砂箱的加强筋若暴露在铸型表面、铁制工具沾有水等，与金属液接触均会产生炝火（金属液飞溅）造成事故7。在热处理时，盐炉的加热介质都是氯化钡、氯化钠、氯化钾等熔融的金属盐，加热中遇有工件或工具潮湿，沾有水滴时，则会使熔盐迸溅，烫伤工作人员。在切削加工生产中，当高速切削脆性材料（铸铁、黄铜、青铜、石墨、酚醛塑料、夹布胶木等）时切屑可飞射的很远（35米）。具有高温（400600）和很大动能的金属切屑，特别是在车削韧性金属（钢）是易形成长屑，不仅对车床操作者，而且对处在机床附近的其他人员都是一种严重的危险。机床工人眼睛易受伤害，在车削加工时，眼睛的伤害超过生产伤害总数的50%。飞散的切屑、加工材料的粉尘颗粒、切削刀具碎片和磨料粒子均可伤害操作者的眼睛。在磨削加工生产中，工件装卡不牢固，易发生工件飞出伤人或撞坏砂轮使碎块飞出伤人；采用磁性平台时，若无连锁装置，当突然断电平台失去磁性使工件被砂轮打出伤人。另外，在磨削过程中产生的碎砂粒和金属屑末，对操作者的健康也是有害的5。另外飞射物有可能正巧击中设备的控制开关，导致设备意外动作造成事故。5.2飞射物伤害的防护措施防止机械加工过程中飞射物伤人，除应加强管理、提高操作人员的自我保护意识、严格按操作规程作业外，还要安装必要的防护装置8。(1)防护罩(2)