锻压设备及锻工的安全技术

锻压设备及锻工的安全技术锻压设备及锻工的安全技术 一 常用锻压设备概述 由于锻造加工工艺方法是多种多样的 所以 其加工设备 也是种类繁多的 按照锻造加工工艺方法的不同 一般把锻压 设备分为自由锻设备和模锻设备两大类 1 自由锻设备 根据对锻件作用力的性质 可以把自由锻设备分为锻锤和 液压机两类 前者 常用的有空气锤和蒸汽 空气锤两种 后者 主要是自由锻水压机 2 模锻设备 同样根据对锻件作用力的性质 可以把模锻设备分为锤和 压力机两类 锤上模锻所用的设备有蒸汽 空气模锻锤 无砧座 锤 高速锤等 压力机上模锻所用的设备主要有摩擦压力机 曲柄热锻压力机 平锻机和模锻水压机 以下 我们将选择锻造车间最常用的几种设备来介绍它们 的结构 工作原理及其安全技术 二 自由锻常用设备 一 空气锤 空气锤是应用很广泛的一种自由锻造设备 它可以用于各 种自由锻造工序 也可用作胎模 在某些缺乏模锻设备的工厂 里 还有用它来进行模锻的 空气锤的打击能量 或吨位 以它落下部分的重量表示 如落下部分的重量是 4000n 则称该锤为 400kg 空气锤 最常 用的空气锤 落下部分的重量在 1000 7500n 之间 大于 7500n 的空气锤 一般被蒸汽 空气锤代替 空气锤是靠电力驱动机构的作用 利用本身产生的压缩空 气 推动落下部分动作 同蒸汽 空气锤比较 它的安装费用低 适合于小厂 修配厂使用 也适合小型锻件的生产 其工作原 理如图 1 所示 开动电动机后 带动曲轴连杆机构 1 旋转 而使压缩气缸 3 内的活塞 2 作上下直线运动 当向下时 压缩气缸下部的空 气被压缩 经过下阀室 8 内的旋阀进入工作气缸 5 的下部空间 这时 工作气缸的上部空间缺气 作用在工作活塞 6 下面的空 气压力 使落下部分向上运动 当压缩气缸的活塞 2 向上时 压缩气缸的上部气被压缩 并经过上阀室 4 内的上旋阀进入工作气缸的上部空间 工作气 缸下部空间缺气 作用在工作活塞上面的空气压力和活塞本身 重量的共同作用 使落下部分向下 打击放在下砧 7 上的金属 通过关闭或改变气道通路的大小 就能使锤头得到连打 单打 上悬和下压等不同的动作 二 蒸汽 空气锤 蒸汽 空气锤是利用蒸汽或压缩空气带动锤头工作的 常 用的双柱拱式蒸汽锤的构造如图 3 所示 其主要组成部分有工 作汽缸 1 落下部分 2 活塞 锤杆 锤头和上抵铁 带导轨 的左右机架 3 带下抵铁的砧座 4 和操纵手柄 5 等 蒸汽 空气锤的工作原理如图 3 左上方局部放大图所示 当滑阀 6 在图示位置时 沿进气管 7 的新蒸汽进入滑阀汽缸 8 并从滑阀的外面绕过而进入工作汽缸活塞 9 的上部空间 使 活塞 9 锤杆 10 和锤头向下运动进行锤击 这时原先在工作汽 缸 1 下部空间的废汽则进入滑阀汽缸并通过滑阀中间的孔 顺 着排气管 11 排出 当滑阀 6 移至下在位置时 则新蒸汽进入工 作汽缸活塞的下部空间 并给予活塞压力 使锤头上升 先前 进入工作汽缸上部的废汽就直接经排气管 11 排出 蒸汽 空气锤用 4 9 101325pa 的蒸汽或压缩空气来推动活 塞 使之以 6 8m s 的速度向下运动 故落下部分能量可显著增 大 锤击功能可大为提高 但必须有一套辅助设备 如蒸汽锅 炉或空气压缩机等 但此空气锤复杂 蒸汽 空气锤的吨位一般 为 0 5 5t 3t 以下常见的是悬臂式机架 而 5t 锤则通常是桥式 结构 蒸汽 空气锤适合锻造中型或较大的锻件 三 水压机 1 水压机的工作原理 水压的工作原理是根据帕斯卡液体静压定律而来的 即 加在密封容器内的液体的压强 单位面积上的压力 能够按照 它原来的大小向液体各个方向传递 根据这一原理 如图 4 所 示 在连通的容器中的柱塞 d sub 1 sub 和 d sub 2 sub 所受到的压力和它们的端面面积成正比 因 此在小柱塞上作用一个小的力 p sub 1 sub 则大柱塞上 就产生一个增大的力 p sub 2 sub 这力所增大的倍数 就等于大柱塞端面面积比小柱塞端面面积所增大的倍数 这一 关系可以用以下方程式来表示 1 或 2 式中 p sub 1 sub f sub 1 sub d sub 1 sub 作用在小柱塞上的力以及小柱塞的横截面积和直径 p sub 2 sub f sub 2 sub d sub 2 sub 大柱塞所产生的力以及大柱塞的横截面积和直径 水压机就是根据这个原理制造的 图 5 可以形象地说明水压机的工作原理 泵室 2 和水压机 工作缸 4 通过管道 3 连接成密闭的连通容器 当水泵起动后 作用在水泵柱塞 1 相当于小柱塞 上的力 p sub 1 sub 通过管道 3 在工作柱塞 5 相当于大柱塞 产生出增大了的力 p sub 2 sub 再借助于上砧 6 将其 压力作用在置于下砧 8 的坯料 7 上 使之变形 图 5 略 水压机的工作原理 1 水泵柱塞 2 泵室 3 管道 4 水压机的工作缸 5 工 作柱塞 6 上砧 7 坯料 8 下砧 2 水压机本体的构造和工作过程 水压机的构造如图 6 所示 工作时高压水 200 101325pa 左右 沿管 13 进入安装在上横梁 3 上的工作缸 1 内 并压 在柱塞 2 上使其下降 这时与柱塞固定在一起的活动横梁 4 也沿着立柱 5 随同下降 活动横梁的下端装有上抵铁 11 下 降时便对置于下抵铁 12 上的锻件施加压力 下抵铁固定在下横 梁 6 上 图 6 略 水压机 1 工作缸 2 柱塞 3 上横梁 4 活动横梁 5 立柱 6 下横梁 7 回程缸 8 小柱塞 9 小横梁 10 拉杆 11 上抵铁 12 下抵铁 13 14 高压水管 活动横梁的回升由回程缸 7 来完成 这时工作缸排水 而 高压水沿管 14 进入回程缸 7 并推动小柱塞 8 使其上升 同时 通过小横梁 9 拉杆 10 带动活动横梁也随着上升 这样就完成 了水压机的一个工作过程 因此 通过对操纵手柄的控制 就 可以使水压机得到预压 施压 回程 提升 上悬 停止 等四种动作 各种形式的自由锻水压机的结构主要构成部分都大致如此 其工作过程则是完全一致的 所不同的是 一些主要构件 如 机架 工作缸和回程缸等 的结构 位置和数量上有所差异 例如 机架有四柱式 双柱式 也有单臂式 工作缸有单缸 双缸 三缸和多缸之分 3 水压机的工作特点和用途 水压机的优点在于它以压力 上抵铁速度约 0 1 0 3m s 代替锻锤的冲击力 锤头速度可达 6 8m s 从而避免了对地基 及建筑物的震动 而且工作条件较好和安全 其次 金属在水 压机上比在锤上锻造容易达到较大的锻透深度 可获得整个截 面是细晶粒组织的锻件 水压机的缺点是设备庞大 并需一套供水系统和操纵系统 造价较高 水压机的吨位一般常用的是 500 50000t 水压机主要用于自由锻造 横锻水压机与自由锻水压机在 结构上稍有不同 但工作原理则完全一致 它是锻制大型锻 件的基本设备 代替了 5t 以上的锻锤 三 模锻常用设备 一 蒸汽 空气模锻锤 蒸汽 空气模锻是普遍使用的一种模锻设备 它的工作原 理和蒸汽 空气自由锻锤基本相似 结构上的主要区别是 模锻 锤的锤身是直接安放在砧座上的 用带弹簧的螺栓来固定 调 整锻模时 锤身可沿砧座平移 锤身装有长而可调节的导轨 锤的砧座较重 是落下部分重量的 20 25 倍 这些都为了保 证模锻锤工作时 上下模尽可能减小错移 以提高模锻件的精 度 上下模用斜楔和键块分别紧固在锤头和模座上 模锻锤一 般都由模锻工通过脚踏板直接操纵 不需要司锤工 蒸汽 空气锤的工作过程是 锤头上下摇动 代替自由锻 锤的悬空 单次锻击 调节的连续锻击 其操纵机构如图 7 所示 1 锤头上下摇动 此时锤头仅在导轨的上部作上下往复运动 上升时达到最 高位置 下降时上锻模并不接触下锻模 而是形成高度为 200 500mm 的下行程不足量 这个量随锻锤的尺寸而定 这时 脚踏板 1 处在自由状态 手柄 2 放在下部位置 节气阀 8 稍微 打开 蒸汽经滑阀 15 和下气道 20 进入活塞 14 的下面 推动活 塞和锤头 18 一起上升 这时锤头的斜面压迫马刀形杠杆长臂 17 使滑阀向上 蒸汽又经上汽道 21 进入活塞的上面 使锤面 向下 这时马刀形杠杆长臂不再受压 滑阀由于自重作用而下 降 蒸汽又改由下气道进入活塞的下在 使锤头向上 如此重 复 便产生锤头的上下摇动 此时便可在锻模中移动锻件 并 短时间地等待加热坯料 采用摇动循环的目的是为了增加打击 次数和提高打击能量 2 单次锻击 单次锻击是在锤头上下摇动的基础上进行的 当锤头上升 到近于行程上顶点时 踩下脚踏板 使节气阀完全打开 并使 滑阀向上 蒸汽通过上汽道进入活塞的上面 锤头便向下打击 根据脚踏板压下高度的不同 就能得到不同力量的打击 假如 在打击后继续压住脚踏板 那么锤头将保持不动 当松开脚踏 板时 锤头又进行上下摇动 3 调节的连续锻击 连续锻击不能自动进行 必须不断地调节操纵机构 即松 开脚踏板 在锤头上升到近于行程上顶点时 马上再踩下脚踏 板 这样连续地踩下和松开脚踏板 使两次锻击之间不插入上 下摇动循环 使得到调节的连续锻击 蒸汽 空气模锻锤的能力也以落下部分的重量 质量 来 表示 有 0 5 30t 国内常用的是 1 16t 二 摩擦压力机 摩擦压力机是习惯叫法 按其作用力的性质 它应该是属 于锻锤一类设备 因为 象锤一样 摩擦压力机的滑块 相当 于锤点 靠向下运动的速度取得动能 然后转换成打击的能量 摩擦压力机的打击能量是以行程终了所产生的压力来表示的 螺母 2 固定在机架上 图中未画出 螺杆 1 通过螺母 2 可以作上下传动 螺杆上端固定着飞轮 3 下端用轴承与滑块 7 相连 主轴 9 上装有一对摩擦盘 由电动机带动主轴与摩擦 盘一起旋转 用操纵杆可使主轴沿轴向作一些移动 这样就可 使这一个或另一个摩擦盘与飞轮的边缘靠紧产生摩擦力而带动 飞轮旋转 螺杆也随飞轮作不同方向的转动 滑块则随之进行 上下运动 摩擦压力机上的模锻主要是靠飞轮 螺杆及滑块向下运动 时所积蓄的能量来实现的 常用摩擦压力机的吨位为 160 1000t 三 曲柄热模锻压力 曲柄热模锻压力机是一种比较先进的模锻设备 常用于大 批大量生产的流水线中 1 滑块 2 连杆 3 曲轴 4 制动器 5 离合器 6 人字 齿轮 7 小齿轮 8 传动轴 9 飞轮 10 皮带轮 11 电动机 12 工作台 由电动机 11 经皮带轮 10 9 的传动来带动中间传动轴 8 经齿轮 7 6 和离合器 5 带动曲轴 连杆 3 2 机构 推动滑 块 沿导轨作业上下直线运动 大齿轮 6 在主轴 曲轴 3 上 可以自由转动 它们之间可以通过摩擦离合器 5 的作用连成一 体 制动器 4 用来使用曲轴停止转动并防止在离合器脱开后滑 块的自由滑行 工作台 12 可以利用斜楔来调节高低 热模锻压力机有三个工作过程 1 单头全冲程 按下按钮 或脚踏板 后 滑块由上死点经下死点再回到 上死点 进行第二次行程时动作再重复一次 2 自动全冲程 按下按钮 或脚踏板 后 滑块即连续地重复单次全冲程 直到松开按钮 或脚踏板 为上 此时滑块又回到上死点位置 3 寸动 调整 冲程 按下按钮 或脚踏板 滑块即在导轨中作短距离的移动 行程的大小视按下时间的久暂而定 用于模具的调整 四 平锻机 平锻机的主要结构与曲柄压力机相同 只因滑块是作水平 方向运动 故称平锻机 图 10 为目前常采用的平锻机传动简图 电动机 2 通过皮带 3 将运动传给皮带轮 1 皮带轮带有离合器 5 并装在传动轴 4 上 传动轴的另一端有齿轮 6 可将运动传至 曲轴 7 上 曲轴通过连杆与主滑块 8 相连 另外通过一对凸轮 10 与副滑块相连 后者通过连杆系统 11 与活动模 12 相连 1 皮带轮 2 电动机 3 皮带 4 传动轴 5 离合器 6 齿轮 7 曲轴 8 主滑块 9 凸模 10 凸轮 11 杠杆 12 副 滑块和活动模 13 固定模 14 挡料板 15 坯料 运动传至曲轴后 随着曲轴的转动 主滑块 8 带着凸模 9 做前后往复运动 同时凸轮 10 运动使副滑块前后运动并驱使活 塞模 12 左右运动 挡料板 14 通过辊子与主滑块上的轨道相连 当主滑块向前运动 工作前程 时 轨道斜面迫使辊子上升 并使档料板绕其轴线转动 挡料板的末端便移至一边 给凸模 让出路来 根据固定模和活动模分模面所呈的位置 平锻机有 水平分模和垂直分模两种 图 9 所示为垂直分模的平锻机 平锻机的吨位以凸模最大压力来表示 一般是 50 350t 可加工 25 230mm 的棒料 以上我们介绍了自由锻和模锻共七种设备 即空气锤 蒸 汽 空气自由锻 水压机 蒸汽 空气模锻锤 摩擦压力机 曲柄 热模锻压力机和平锻机 就它们的结构原理和工作特点作了 简要说明 这几种设备在国内锻压生产中是使用得最普遍的 因此 也是我们从事安全技术工作所必须熟悉的 其实锻压充备种类繁多 型号 规格复杂 而特种锻造设 备更是不胜枚举 限于篇幅 不能一一介绍 重要的是 我们 应该举一反三 通过比较 从各种锻压设备的共性中 找出它 们之间安全技术工作应该共同关心的问题来 四 使用锻锤和水压机的安全技术 一 使用锻锤的安全技术 在使用空气锤和蒸汽 空气自由锻锤时 常见的工伤事故 可归纳如下 1 下料时发生的事故 首先是材料在切割时飞出伤人 产生的原因主要是毛坯放 置的位置不当 或者由于打击轻重不适宜 其次是在切较长的 料时 锻工用手拿着毛坯的一端 由于放得不平持击时引起震 动 而将锻工的手腕震伤 有时司锤工或锻工没有配合好 在 锻工未钳牢工件前司锤工即把锤头提起 使切好的毛坯从砧面 上掉下来 打伤锻工 另外是剁刀没有垂直地放在坯料上 在 锤击时向一旁滑射出去而伤及周围的人 2 拔长时发生的事故 坯料拔长 由于金属变形流动的特点 很难避免其轴向弯 曲 坯料从端部送进 拔长时 总是沿轴向向上翘 这样给 继续送进带来了困难 在锻打中 一不小心 就容易把手震伤 3 镦粗时发生事故 坯料镦粗时 随着坯料截面积的迅速增大并呈鼓形 使钳 子不容易钳住 尤其在镦粗后进行滚圆时 工作易滑落 造成 工伤事故 4 冲孔时发生的事故 冲孔时 为了便于冲头从冲孔坯料中取出 常在坯料预冲 的盲孔里放上一点煤屑 冲孔过程中即借助于煤屑在红热的坯 料中燃烧产生的煤气把冲头爆出 冲头的突然爆出和未燃尽的 煤屑飞溅会伤及周围的工人 5 弯曲时发生的事故 在锤上用胎模弯曲时 需持别小心 因为锻锤的动作不容 易控制得很平稳 往往使变形速度很快 这时司机和掌钳工要 是没配合好的话 锻工很可能被弯曲零件碰伤 6 崩伤 加热好金属的表面总有一层氧化铁皮 在锻造过程中 这 些氧化铁皮一面不断地剥落 同时不断产生新的氧化铁皮 氧 化铁皮即轻又硬 因此在锤击时容易飞出伤人 曾发生过崩瞎 工人眼睛的严重事故 7 使用胎模时发生的事故 锻工车间的产品或工具常处在高温状态下 有时看上去是 黑色 但实际上温度可能达到几百度 如用手去摸就会造成烫 伤事故 没有经过预热的胎模由于受热不均 在锻造过程中容易发 生破裂现象 这时破裂的胎模碎块 很可能飞出伤人 8 操作姿势不正确引起的事故 有些工人在锻造时把钳子低住肚子 由于在锤击时产生的 水平分力 可能会把肚子碰伤 造成重伤 9 工具选择不当 如钳口不适于所钳的锻件 在锻造过程中发生脱落现象 而夹伤手指或震伤手腕 10 锤杆断裂 锤杆容易损伤 对 3t 以下的锻锤 锤杆往往是锤杆与锤 头连续的地方损坏 由于事先不容易发现锤杆 是否已产生裂纹 所以无法避免它的突然断裂 锤杆断理 解的根本原因是偏心锻造 即锻件没有放在砧子的中心而进行 锻造造成的 针对以上情况 应该采取以下技术安全措施 1 在下料时应在被切毛坯可能飞出的方向加防护挡板 而在防护挡板之内不准有人 当切割的毛坯短小时 最好在胎 模中进行 如图 11 这样也可以防止毛坯在切割时飞出伤人 为了防止切割长料时把手震伤 可以采用带弹簧的小车 如图 12 这种小车可以在临时铺设的轻便铁轨上前后移动 工人在操作时不必用手直接把住毛坯的一端 只要推动小车就 行了 当然 如果锻锤上配备有操作机或吊车就更方便了 不 过要注意 被切的坯料一定要在砧面上放平 才能进行切料 剁刀的刀口必须保持平直 不许有翻卷现象 否则 切料 时翻卷部分会变成碎片飞出伤人 不在胎模中切料时 最后几 下要特别小心 力量用得过猛 也容易使毛坯飞出伤人 下料时要使剁刀垂直对准切口 如剁刀放置歪斜或没有对 准切口 都可能因此震伤或打伤工人 或损坏设备 2 为了使拔长时毛坯不致产生严重的轴向弯曲现象 上 下砧面的宽度应该保持一致 并在拔长过程中随时注意校直 更重要的是 在逆进过程中 要随时注意把坯料摆平在砧面上 以免震伤操作者的手腕 或震坏操作机及操作工具 3 为了防止镦粗时 抱钳钳不紧锻件 最好在抱钳钳柄 上装一链子 这样在起员时可以用起重的力量把锻件夹紧 4 为了使冲头容易从冲孔中取出 冲孔前可以冲孔的位 置上放一些煤屑 但锤击二三下后 应立即把冲头取出 以便 放走煤屑燃烧时产生的气体 使用细长冲头时 必须仔细检果 有无裂纹 以免在锤击时突然折断 5 弯曲件的变形相当大 所以在锻锤上进行弯曲是不够 安全的 最好采用专用的弯曲压机 对不得不在锤上弯曲的锻 件 要借助于胎模装置 操作机或锻造行车的协调配合 6 为了防止氧化铁皮崩山伤人 一方面工人在操作时应 该穿戴好工作服和防护用具 另一方面必须随时清除掉落在砧 面上的氧化铁皮 清除的方法 可以采用压缩空气喷嘴 既可 以固定在锻锤上的某个位置 也可以由工人用手拿着进行吹扫 7 在使用胎模时 千万不要手去搬胎模 因为胎模带有 几百度的高温 容易把手烫伤 为了使胎模便于搬运 必须在 模上装置手把 胎模在使用前 应预热到 100 200 以免局 部骤然受热时 因膨胀不均而破裂 锻造中 如必须把上下胎 模合起来时 应在胎模上设置定位或导向装置 以免锤击时滑 落 8 在操作中 锻工应保持正确的姿势 通常钳子应放在 身子的左面 右手在前 左手在后 下砧面离地面高度最好在 700mm 左右 这时锻工在观察锻件变形时比较方便 过低的砧 面往往使锻工不得不把锻件的一端抬起来 这样很容易由于一 时的疏忽而把锻件打飞 震伤手臂 9 选择适当的钳子是保证把锻件夹紧的主要措施之一 自由锻的每个生产班组应具有一套各种基本外形的钳子和工具 胎模 10 锤杆断裂主要原因是偏心锻造 另外由于锤杆和锤 头接触不良 因而使打击力集中在锤杆和锤头接触的地方 这 样也会加速锤杆的断裂 为了改善锤杆 3 见图 13 和锤头 4 的接触面 锤杆的下端有 1 25 1 12 的锥度