冲压作业与安全

冲压作业与安全冲压作业与安全 在冲压作业中 冲压机械设备 模具 作业方式对安全影响很 大 下面分别对这三个方面的不安全因素进行分析和评价 一 冲压机械设备对安全的影响 冲压机械设备包括 剪板机 曲柄压力机和液压机等 本章讨 论的重点内容是曲柄压力机的安全问题 典柄压力机是一种将旋转运动转变为直线往复运动的机器 下 面对压力机的一般常识作一简单介绍 工作原理 如图 1 所示 它由电动机通过皮带轮及齿轮驱动曲轴 转动 曲轴的轴心线与其上的曲柄轴心线偏移一个偏心距 从 而便可通过连杆 它是连接曲柄和滑块的零件 带动滑块作上 下往复运动 图 1 曲柄压力机的传动系统图 1 电动机 2 小皮带轮 3 皮带 4 大皮带轮 5 离合器 6 轴承 7 曲轴 8 工作台 9 下模 10 上模 11 导轨 12 滑 块 13 连杆 14 制动器 组成部分 它由工作机构 传动系统 操纵系统 能源系统 支 承系统及多种辅助系统组成 受力系统 如图 2 所示 冲压件的变形阻力全部传递到设备的机 身上 形成一个封闭的受力系统 压力机运行时 除本身重量 对地基产生压力外 无其它压力作用 不考虑传动系统的不 平衡对地基的振动造成的压力 图 2 曲柄滑块机构受力平衡图 运动分析 如图 3 所示为曲柄滑块机构运动示意图 滑块的运动 速度随曲柄转角的位置变化而变化 其加速也随着作周期性变 化 对于结点正置的曲柄滑块机构 当曲柄处于上死点 0 和下死点 180 位置时 滑块运动速度为零 加速度最大 当 90 270 时 其速度最大 加速度最小 图 3 曲柄滑块机构运动示意图 下面分别讨论压机中的不安全因素 一 工作机构对安全的影响 工作机构一般为曲柄连杆机构 它是将曲轴的旋转运动转变为 滑块的直线运动的机构 它不但能使旋转运动变为直线运动 而且还能起力的放大作用 即增力作用 使滑块在下死点附近 产生最大冲压力 曲柄连杆机构的运动是刚性的 只要曲柄旋 转 就要强制带动滑块运动 如果冲制件变形阻力太大 则达 到或超过机械构件允许的强度要求而使构件损坏 连杆折断 曲轴和传动轴变形 这点不同于液压机 螺旋摩擦压力机等 液压机超载时 液压系统会实现自动保护 使动梁停止运动 不会损坏有关构件 螺旋摩擦压力机超载时 滑块下行终点抬 高 不会使构件损坏 因此 为保证冲压作业的安全生产 一 定要合理选用设备 二 技术参数对安全的影响 技术参数是指工作范围和技术性能数据 包括公称压力 滑块 行程 滑块行程次数 最大闭合高度 工作台面尺寸 离合器 工作气压等等 下面只将那些对安全影响较大的参数进行讨论 1 公称压力 它是指滑块离下死点前某一特定距离或曲柄旋转到离下死点某 一特定角度时 滑块上所容许承受的最大作用力 例如 j31 315 压力机的公称压力为 3150kn 它是指滑块离下死点前 10 5mm 相当于公称压力角为 20 时滑块上所容许的最大作 用力 压力机在额定吨位内所能克服的阻力是曲轴转角的函数 如图 4 所示 说明随着曲柄转角的增大 压机允许负荷减小 即如果阻力过大 则设备的构件 齿轮 连杆 曲轴 传动轴 便会因超过允许强度而损坏 因此 不允许压机在超过名义负 荷的情况下工作 尤其在压机工作行程较大时 更要注意此点 图 4 曲柄压力机允许负荷图 2 滑块行程 mm 滑块从上死点到下死点所经过的距离称为滑块行程 它对压机 的使用范围和操作方便程度都有一定影响 滑块行程长 则模 具开起时 开口尺寸大 模区空间大 操作方便 能见区大 安全感较强 但是 行程较大的压机相应高度增加 机构较为 庞大 这种压机一般用于深拉伸工序 用于冲裁 浅拉伸的压 机一般行程较短 3 滑块行程次数 次 min 滑块在连续运行时每分钟来回的次数称为行程次数 它对压机 使用效率 性能 安全等都有影响 对于公称压力为 1600kn 以上 滑块行程大于 200mm 行程次 数在 20 次 min 以下的大 中型闭式压机 其伤害事故发生率 小 伤害原因也较为简单 因为此类压机的滑块上下运动速度 较慢 可以认为滑块下行初始和滑块上行这两个区间都是安全 区 只有滑块下行后期至模具闭合前的一段区间是危险区 相 当于曲轴转角 90 180 这一范围 另外 滑块在行程范围内可 以停止在任意位置上 对于公称压力为 1000kn 以下 滑块行程小于 120mm 行程次 数大于 45 次 min 的小型开式压机 其伤害事故发生率高 伤 害原因也较为复杂 因为此类压机的滑块移动速度快 可以认 为滑块起动至模区闭合区间范围都是危险区 相当于曲柄转角 在 0 上死点 180 下死点 这一范围 这类压机一般都采 用刚性离合器结构 通常压机只能在上死点附近停止 由此可 见 滑块运动速度太快的压机采用手工作业显然是不安全的 其危险性较大 在机械化 自动化冲压作业中 由于不需要操作工人用手直接 配合操作 所以作业大都连续运行 行程次数对人体安全没有 直接影响 高速冲压设备大都属于此列 行程次数高达 200 次 min 以上 4 工作台面尺寸 工作台面的高度和前后方向的尺寸大小对操作工人的安全有一 定的影响 人机工程学要求 机械设备必须适合于人的操作动 作 姿势 简单方便 劳动强度低 安全可靠 小型开式压机的工作台面高度和前后尺寸都在 700mm 以下 多 为单人操作 操作工人依靠手指 手臂 脚的动作完成作业 因此可以取坐姿操作 应为他们创造舒适的操作条件 减轻疲 劳 配置的座椅应能调节高度 以适应不同身高的操作工人使 用 大型闭式压机的工作台高度和前后尺寸都在 750mm 以上 操作 时动作幅度大 下模高度超过 1200mm 时 操作工人的手臂 肩甚至头部都要进入模区 安全防护较为困难 闭式压机多为 多模多人操作 大多需要站立操作 因此 在安排冲压作业时 必须考虑操作者的腿部 腰部动作幅度不宜过大 防止由于本 身失去平衡而发生伤害事故 更不允许操作工人蹲坐在工作台 上作业 三 结构型式对安全的影响 曲柄压机按其类型和特点分类 大致可有下几种结构型式 1 开式 闭式压机 压机按床身特点分为开式和闭式两种 分别如图 5 和 6 所示 图 5 开式压机机身 图 6 闭式压机机身 1 拉紧螺栓 2 上梁 3 导轨 4 立柱 5 工作台 6 底座 开式压机 又称驼背冲床或弓型冲床 有前 左 右三个敞开 的操作方向 作业比较方便 一般为单人操作 开式压机承载 时 机身要发生角变形 影响到滑块运动的精度 因此 这种 机身的结构型式只宜用于 1000kn 以下的小型冲压机 闭式压机的机身为 h 形 只有前后两个敞开的操作方向 一般 为多人作业 由前面的操作者送料 后面的操作者取件 闭式 压机承载时 立柱只有线变形 不发生角度变形 因此 不影 响滑块的运动精度 这种机身一般都用于大中型冲压设备 2 单动 双动压机 压机按滑块运动情况及数量分为单动和双动压机 单动压机一 般用于冲裁 成形 浅拉伸 双动压机用于深拉伸 其滑块运 动速度较慢 相对比较安全 3 单点 双点 四点压机 曲柄压机的工作台面尺寸大小不同 其滑块尺寸也不同 为了 保证滑块运动精度 曲柄压机分有一个曲柄 二个曲柄和四个 曲柄 简称为单点 双点和四点压机 双点和四点压机的工作 台面较宽 常用于冲制汽车 拖拉机的外壳零件 有时在这些 压机上同时装有几副中 小型模具 采用一机多模多人作业方 式 在这种情况下 操作人员如果互相配合不当或者联络不好 极易发生伤害事故 四 传动系统对安全的影响 传动系统包括齿轮传动 皮带传动等机构 其作用是改变速比 降低转速 传递扭矩 压机通常是在冲击载荷条件下工作的 因此 传动件的工作状态对设备的正常工作有较大的影响 为 此 必须满足传动构件的强度和刚度条件 除保证正常传动的 必要条件外 同时还必须保证传动构件的润滑 紧固和支撑可 靠 经常进行检查 保养和维修 防止发生意外事故 五 操纵系统对安全的影响 操纵系统包括离合器及其控制机构和制动器 1 离合器及其控制机构对安全的影响 离合器是控制滑块运动的装置 冲压加工时 转动着的飞轮 齿轮 通过离合器的作用与静止不动的曲轴结合 使曲轴转 动从而带动滑块运动 冲压加工完成后 飞轮与曲轴又通过离 合器作用脱开 使曲轴停止转动 从而停止滑块运动 离合器 按其结构可分为刚性离合器和摩擦离合器两大类 1 刚性离合器及其控制机构 如图 7 所示为双转键离合器 它有二个转键 工作键 主键 和填充键 辅键 两者通过 拉板连接得以联动 主键的作用是担负传递全部冲压工作行程 的动力 铺键的作用 一是调整模具时可使曲轴反转 二是防 止曲轴旋转发生 超前 现象 这种 超前 现象是由于连杆机构的 自重作用或其它原因 如弹性卸料或压料装置的作用力 造成 曲轴转速在工作行程或回程中发生短暂的超过大齿轮转速的现 象 超前 现象会造成主键与中套的撞击 图 7 双转键离合器 公称压力小于 400kn 的压机也可采用单转键离合器 只有主键 为了防止 超前 现象 需配备起制动作用的制动器 刚性离合器的控制机构只能在某一固定位置控制离合器的接合 和脱开 它包括机械机构 脚踏杠杆机构 和电器一机械机构 牵引电磁铁一杠杆机构 两种 如图 8 所示是脚踏杠杆机构 操作者压下踏板时 挡铁 尾板 离位 离合器接合 曲轴转动 曲轴旋转一周后 挡铁 尾板 复位 离合器脱开 这种控制机构简单 构件不易损坏 但操 作时容易因手脚配合不当或误踩踏板发生伤害事故 图 8 脚踏杠杆控制机构 1 连杆 2 拉杆 3 复位弹簧 4 踏板 5 踏杆 如图 9 所示是电磁吸动的控制机构 它由电器开关 继电器等 元件控制电磁铁 电磁铁通电时 衔铁上吸 拉杆向下拉动打 棒 由于打棒的台阶面压在齿条上面 使齿条也跟着向下并带 动齿轮和关闭器转过一定角度 尾板在弹簧力作用下转动 使 离合器接合 电磁铁断电时 装置在弹簧作用下重新复位 离 合器脱开 图 9 电磁铁操纵的控制机构 1 凸块 2 转键尾板 3 打棒 4 台阶面 5 关闭器 6 齿条 7 拉杆 8 齿轮 9 电磁铁 10 衔铁 11 摆杆 12 机身 13 销子 如图 9 所示的机构还可防止操作工人因没有松开操纵踏板而发 生连冲 其原理如下 曲轴旋转一周后 随曲轴一起旋转的凸 块将打棒撞开 使齿条与打棒脱离 在下端弹簧的作用下齿条 向上运动 经齿轮带动关闭器回到原来位置 挡住尾板 使离 合器脱开 若要再次进行单次行程 必须先使电磁铁断电 让 打棒在弹簧作用下复位并重新压住齿条 如图 10 所示的控制电路也可在操作出现误动时防止连冲现象 该电路由脚踏行程开关控制 单次行程时 切断开关 k 曲轴 每旋转一周时 由凸轮开关发出一次信号 这样即使出现误动 作长时间压合踏板 也不会发生连冲现象 但是凸轮行程开关 tk 动作超过一定次数后 也会发生故障 不能正常发讯 影响 行程控制 因此 在使用中必须经常对凸轮开关维护检查 定 期更换 图 10 开式压机控制电路 2 摩擦离合器及其控制机构如图 11 所示为气动摩擦离合器 的工作原理图 摩擦离合器的主动部分为飞轮 主动摩擦盘 从动部分为主轴 从动摩擦盘 中间有摩擦片 块 飞轮内 装有环形气缸和活塞 通过轴心的孔道通入压缩空气 推动活 塞压紧摩擦片 块 使主动摩擦盘与从动摩擦盘接触 并产 生足够的摩擦力 从而将飞轮系统的动力经摩擦盘传至主轴 使滑块产生往复直线运动 停止供气时 依靠弹簧力将活塞推 进 使主动摩擦盘脱离与从动摩擦盘的接触 所以 从动摩擦 盘未被带动旋转 飞轮呈空转状态 图 11 气动摩擦离合器原理图 1 主动摩擦盘 2 从动摩擦盘 3 主轴 4 弹簧 5 气室 6 活塞 7 飞轮 摩擦离合器的控制机构是由电器一气功一机械系统组成的机构 操作工人通过电器开关发出信号 使电磁气阀动作 由气阀控 制气流方向使离合器接合和脱离 凡控制电磁气阀的元件都对 安全影响较大 应该仔细检查 及时维修 定期更换 特别是 电磁气阀本身对保证安全至关重要 必须保证其质量 交流电 磁气阀故障较多 直流电磁气阀故障较少 不同结构的气阀中 水平运动的滑阀故障较多 垂直运动的提阀故障较少 目前使 用的配气阀均为电控阀 由一个先导阀控制主阀的动作 电磁 铁通电后 先导阀芯先开起 气流使主阀开起 压缩空气进入 离合器气缸 电磁铁断电时 先导阀先关闭 弹簧使主阀关闭 离合器气缸的剩余空气排出 如图 12 所示为二位三通电磁气动 空气分配阀原理图 如果先导阀内弹簧失效 阀芯不能复位 则离合器气缸内常通压缩空气 就会造成滑块连冲现象 图 12 二位三通电磁气动分配阀原理图 1 主阀 2 弹簧 3 先导阀 4 电磁铁 由此可见 控制机构对安全的影响较大 故要求对其经常检查 维修 防止意外事故的发生 3 从安全角度出发 可对刚性离合器和摩擦离合器作如下 比较 1 摩擦离合器利用摩擦传递扭矩 所以起动平稳 无冲击力 刚性离合器虽结构简单 操纵方便 但结合和分离时冲击力大 转键容易突然折断而使滑块运动失去控制 出现连惯运动造成 事故 2 摩擦离合器可控制滑块在任意位置停止 刚性离合器一般 只能使滑块在上死点停止 如需实现多个停止点 则要经过改 装 3 摩擦离合器可实现滑块的寸动行程 在调整机床或安全模 具时 常需要使滑块作少量的移动叫做 寸动行程 操作 时只要按下寸动行程按钮即可 刚性离合器的压机如果需要寸 动 则需靠人工盘动飞轮来实现 不能用点动电动机的方法 因为此方法一是不安全 二是会使电动机发热或使保护线路出 现故障 总之 从安全角度出发 刚性离合器是不可靠的 有逐渐淘汰 的趋势 而由较安全的摩擦离合器代替 2 制动器对安全的影响 制动器的作用是阻止曲轴惯性旋转 使滑块迅速制动 停止在 要求的位置上 制动器还能起到平衡滑块重量 防止滑块坠落 造成运动超前或引起离合器冲击等现象的发生 如图 13 所示是一种带式制动器 制动盘与曲轴用键连接装固在 一起 制动时依靠弹簧用力张紧钢带 带式制动器在使用时 应注意适当调整制动弹簧的张力 防止钢带断裂 还要防止摩 擦制动带沾油而降低摩擦系数 图 13 带式制动器 1 钢带 2 制动带 3 制动盘 4 曲轴 5 键 6 弹簧 7 螺 母 另一种制动器是摩擦离合器式制动器 这种制动器的结构与摩 擦离合器的基本相同 又分为动力制动 如气动制动和电磁制 动 和弹簧制动 动力制动是用压缩空气的压力或电磁力等压 力压紧摩擦片 块 起到制动作用 弹簧制动是用弹簧力压紧 摩擦片 块 起到制动作用 采用弹簧制动时 如果弹簧调整 不当 便容易使摩擦块磨损 甚至导致个别弹簧折断 使制动 滞后 滑块下滑距离过大 设计要求制动角为 5 15 如果 超过此范围 应及时调整制动器 防止滑块下滑造成事故 若使压机正常工作 就要合理地控制滑块动作 这实质上就是 以合理的程序控制离合器和制动器的动作 从操和的方便和安 全出发 动作必须满足下列要求 1 离合器和制动器的动作必须互相协调 两者的动作之间 要连锁 即开机时制动器先脱开 离合器稍微滞后一点时间再 结合 如果没有协调连锁动作 就会发生离合器和制动器的相 互干涉 有时离合器还未脱开 制动器就过早接合 或者制动 器还未脱开 离合器就过早接合 这些情况都会造成离合器和 制动器的磨损 发热 甚至损坏设备 2 控制离合器和制动器的动作要灵敏 稳定 可靠 这项 要求对高速压机尤为重要 否则 紧急停止和寸动行程就达不 到预期效果 正常停机时 滑块就不能准确地停止在上死点附 近 还可能在连冲作业中发生第一次或最后一次行程乏力的现 象 另外 为保证离合器和制动器的正常工作 从而保证安全生产 还应了解不同行程规范下的离合器和制动器的工作状态 如连 续行程时 离合器接合时间长 制动器工作时间短 单次行程 和寸动行程时 离合器的接合和脱开 制动器的制动动作都会 频繁 极易发热 磨损 因此 规定正常工作情况下 单次行 程的结合频率不得高于行程次数的一半 六 平衡器对安全的影响 大 中型压机的滑块较重 运行时不平稳 重量较大的滑块下 行时 滑块运动超前于连杆 在下死点处产生冲击 回程时会 使飞轮 电机负荷骤增 构成不安全隐患 为了解决这一问题 在设计大 中型压机时都采用了平衡器 如图 14 所示 它能达到如下效果 滑块运动比较平衡 改善制 动器的工作条件 防止连杆折断 制动器失灵而造成的滑块坠 落事故 图 14 平衡器 a 上提式平衡气缸 b 下托式平衡气缸 由此可见 平衡器有利于压机的安全工作 七 气路系统对安全的影响 大 中型压机的离合器 制动器 气垫和平衡器一般都采用气 压传动 即所谓气动 气动动作迅速 便于维护 介质清洁 而且压缩空气便于集中供应和远距离传送 气动最适合用于装 有摩擦离合器和制动器的大吨位压机和高速压机 如图 15 所示为 ja31 160b 型闭式单点压机的气路系统简图 压缩空气经闸阀 气水分离器和减压阀后 分成两条支路 一 条经单向阀和平衡器储气罐进入平衡器 另一条路经离合器储 气罐 油雾器和电磁配气阀进入离合器气缸 管路中还采用了 压力继电器 当气压低于额定值时 压力继电器能使控制电路 断电 离合器脱开 以防止因气压不足使离合器不能传递额定 力矩面造成事故 图 15 ja 160b 型闭式单点压机气路系统 1 气源 2 压力表 3 气水分离器 4 减压阀 5 离合器气缸 6 电磁配气阀 7 油雾器 8 压力继电器 9 离合器储气罐 10 单向阀 11 平衡器储气罐 12 安全阀 13 平衡器 14 闸阀 为保证气路系统安全工作 各种附件和气阀应分别起到以下作 用 气水分离器去除水份和杂质 使气路及气动装置中得到洁净而 干燥的气体 油雾器要保证气动元件和气缸的正常润滑 压力 表要正确显示各管路中气压状态 减压阀应能正确调节并稳定 气路系统中的空气压力 各储气罐的安全阀要保证气路的安全 单向阀要保证平衡器的安全 总之 气路中各元件应该经常维护 保养 保证气路通畅 运 行正常 使压机保持良好的工作状态 二 冲压模具结构对安全的影响 冲压模具是冲压加工的主要工艺装备 冲压制件就是靠上下模 具的相对运动加工完成的 加工时由于上下模具之间不断地分 合 如果操作工人的手指不断进入或停留在模具闭合区 便会 对其人身安全带来严重威胁 因此 对冲压模具结构的安全性 分析评价是十分必要的 伤害事故不仅发生在模具的凸 凹模闭合区之间 而且也发生 在凹模与托料板 导柱与导套 上模板与下模板等闭合区之间 所以 衡量冲压模具安全与否 应从以下几方面评价 送料取 料时人手是否进入闭合区 定料时是否安全方便可靠 清理废 料时是否用手操作 一 模具的典型结构及安全性分析 1 单工序模具 1 冲裁模 用于对板材进行切断 落料 冲孔 切边 切口 等分离工序 1 切断模 如图 16 所示为单工序切断模的结构示意图 切断 模用于使材料的一部分与另一部分分离 但切离并不是沿封闭 的轮廓进行 切断模工作时 操作工人手持条料送入模内 利 用定料板定位 然后用脚踩动开关起动滑块 切断材料 在切 断过程中 上 下模具均受侧向 力作用 容易窜动 同时有向 后及向上的力作用在条料上 为此 必须加强压料力 防止条 料弹跳 图 16 切断模 2 落料模 如图 17 所示是带有导向的单工序落料模结构示意 图 冲压加工时 条料沿着导料板送进凹凸模之间 冲制件从 条料上沿封闭轮廓线分离并通过凹模孔漏下 而条料上形成的 孔则牢牢地套在凸模上 当凸模继续上升时 条料被卸料板挡 住 使条料与凸模脱开 完成落料作业工序 这种刚性卸料料 模操作时比较安全 图 17 刚性卸料落料模 1 凸模 2 卸料板 3 导料板 4 凹模 5 条料 6 螺栓 7 挡料销 8 下模板 9 导柱 10 导套 11 上模板 12 模柄 13 垫板 14 固定板 如图 18 所示是弹性卸料落料模的结构示意图 弹性卸料结构的 下模敞开 所以容易发现冲制过程中的情况 其定位和操和方 法比刚性落料模方便 但容易轧手 图 18 弹性卸料落料模 2 弯曲模 用于对材料进行弯曲 卷圆和扭曲等变形工序 如图 19 所示是具备导向装置的弯曲模 附有冲压件图及坯料展 开图 毛坯由顶板上的两个定料销定位 当滑块带动凸模向 下运动时 毛坯就发生弯曲变形 在弯曲过程中 毛坯始终夹 持在凸模和顶板间 顶板对毛坯的压力是利用弹簧 安装在下 模下方 图中未画出 通过顶杆来实现的 当凸模上升时 顶 板又将工件向上推动脱出凹模 随后卸料杆又将制件由凸模脱 出 卸料杆对工件的卸料力是利用压机上的横打棒通过上顶杆 获得的 在弯曲模将坯件折弯成开口制件的过程中 可能会由 于出料机构的缺陷而使制件卡在模内 影响取件 以至影响安 全生产 发生伤害事故 图 19 弯曲模 1 卸料杆 2 冲压件 3 定料销 4 顶板 5 凹模 6 下顶杆 7 螺钉或销钉 8 下模板 9 凸模 10 导柱 11 导套 12 上模板 13 模柄 14 上顶杆 3 拉延模 用于把平面坯料拉成立体空心制件的工序 如图 20 所示是带有压边装置的拉延模 冲压时 将圆板坯件放 在定位环内 当凸模下行时 压边圈给坯料一定的压力 随着 凸模的下行 坯件被凸模带入凸凹模的间隙中 最后形成圆筒 形 凸模上行时 筒形工件因弹性而张开 被凹模下方的孔肩 卡住 然后靠自重沿下模板的孔洞落下 这种出件比较安全可 靠 图 20 拉延模 1 模柄 2 上模板 3 螺钉 4 凸模固定板 5 凸模 6 螺钉 7 弹簧 8 压边圈 9 螺钉 10 定位环 11 凹模 12 螺钉 13 下模板 14 制件 4 成形模 用于对坯料进行翻孔 翻边 卷边 扩口 压平 等局部变形工序 如图 21 所示是翻孔模 它将坯件的内缘翻成立边 以提高制件 的刚性 图 21 翻孔模 如图 22 所示是局部成形模 它将板料局部成形 以达到所要求 的形状并提高制件刚性 图 22 局部成形模 上述各类单工序弯曲模 拉延模 成形模 其所加工的零件大 多为单件片状 立体形坯料 因此 送料时必须采取相应的安 全措施 以有效地保障作业的安全 2 复合模 在滑块一次行程中 坯料在冲模内经过一次定位能够同时完成 两道或两道以上冲压工序的一套冲压模具称为复合模 不同制 件可采用不同的冲压工序组合 所以 复合模也各不相同 按 工序组合数量的多少 分为二类 1 二工序组合的复合模 如落料冲孔模 如图 23 所示 拉延成形成模 如图 24 所示 落料拉延模 如图 25 所示 还有其它如修边与冲孔 落实与成形 冲孔与翻边等工序的组 合 图 23 落料冲孔模 图 24 拉延成形模 图 25 落料拉延模 2 三工序组合的复合模 如落料拉延冲孔模 如图 26 所示 落料拉延成形模 如图 27 所示 等等 图 26 落料拉延冲孔模 图 27 落料拉延成形模 冲压生产中采用复合模能减少复杂冲制件的加工工序 从而达 到减少伤害事故的发生概率 提高安全系数 增加产量 但复 合模结构复杂 制造困难 3 连续模 压机一次冲程中 在模具的不同部位上同时完成数道工序的模 具称为连续模 连续模相当于几套单工序冲模装在同一块上 下模板上形成一套冲压模具 常用的连续模有由几种冲裁单工 序组合而成 由冲裁单工序和变形单工序组合而成 连续模按 所需完成的单工序数可分为二工位连续模和多工位连续模 1 二工位连续模 如图 28 所示是用于冲裁的 由侧刃定位 的二工位连续模 侧刃用来切去条料边上的一块材料 所切宽 度 b 正好等于工位之间的距离 也就是送进一次条料的距离 简称频距或进距 条料再次送进时用导尺上的台阶定位 这种侧刃定位的连续模定位结构比临时挡料销和固定挡料销的 定位结构准备 并且操作方便 图 28 二工位连续模 2 多工位连续模 如图 29 和图 30 所示是用多工位连续模加 工的冲压件坯料图 图 29 冲压件坯料图 弯曲切断 弯曲 冲孔侧刀截形 图 30 冲压件坯料图 六工步 五工步 四工步 三工步 二工步 一工步 修边 翻孔 冲孔 拉延 拉延 拉延 连续模与复合模一样 能在滑块一次行程内完成多道工序 达 到减少工序 提高生产效率的目的 其不同点在于复合模是将 多道单工序模集中在一个工作位置上 而连续模则将多道单工 序模分排在不同的几个工作位置上 其所用的坯料必须是条料 或卷料 冲制件在压制过程中必须经过多次定位 定位次数与 工位次数相等 连续模比复合模的作业效率高 清理废料和 出件较容易 作业更安全 二 模具结构的安全要求 对于需要多道工序完成的冲制件 应尽量采用复合模或连续模 对于批量较大的冲制作 应尽量采用自动化 机械化的送出料 装置 实现自动冲压 不能实现自动冲压时 应考虑采用安全 保护装置和措施 手工送料 取件时 模具相应部位应尽量考虑留手部位 在上 下模之间或模板之间应考虑用圆弧面 凹槽 斜面 以减少危 险面 冲压模具结构中有相对运动的部位应设有防护罩或防护 装置 模具可动部分如压料圈 打料板 斜楔等要有行程限位 装置 防止工作时弹出或被其它零件带出 模具在工作时应保 证良好的视野 不应有突出物体遮挡下模工作表面 以影响观 察视线 三 模具的主要零件 作用及安全要求 1 工作零件 凸凹模是直接使制作成形的工作零件 因此 它是模具上的关 键零件 凸凹模不但精密而且复杂 它应满足如下要注 1 应有足够的强度 不允许在冲压过程中断裂或破坏 2 对其材料及热处理应有适当要求 防止硬度太高而脆裂 2 定位零件 安是确定坏件安装位置的零件 有定位销 板 挡料销 板 导正销 导料板 定距侧刀 侧压器等 设计定位零件时应 考虑操作方便 不应有过定位 位置要便于观察 最好采用前 推定位 外廓定位和导正销定位等 3 压料 卸料及出料零件 压料零件有压边圈 压料板等 压边圈可对拉延坯料加压边力 从而防止坯料在切向压力的作用下拱起而形成皱折 压料板的 作用是防止坯料的移动和弹跳 顶出器 卸料板的作用是便于 出件和清理废料 它们由弹簧 橡胶和设备上的气垫推杆支撑 可上下运动 顶出件设计时应具有足够的顶出力 运动要有限 位 卸料板应尽量缩小闭合区域或在操作位置上铣出空手槽 暴露的卸料板的四周应设有防护板 防止手指伸入或异物进入 外露表面棱角应倒钝 4 导向零件 导柱和导套是应用最广泛的一种导向零件 其作用是保证凸 凹模在冲压工作时有精确的配合间隙 因此 导柱导套的间隙 应小于冲裁间隙 导柱设在下模座 要保证在冲程下死点时 导柱的上端面在上模板顶面以上最少 5 10mm 导柱应安排在远 离模块和压料板的部位 使操作者的手臂不用越过导柱送取料 5 支承及夹持零件 它包括上下模板 模柄 凸凹模固定板 垫板 限位器等 上 下模板是冲模的基础零件 其它各种零件都分别装固在上面 模板的平面尺寸 尤其是前后方向应与制件相适应 过大过小 均不利于操作 有些模具 落料 冲孔类模具 为了出件方便 需在模架下设 垫板 这时垫板最好与模板之间用螺钉连接在一起 两垫板的 厚度应绝对相等 垫板的间距以能出件为准 不要太大 以免 模板断裂 6 紧固零件 它包括螺钉 螺母 弹簧 柱销 垫圈等 一般都采用标准件 冲压模具的标准件用量较多 设计选 用时应保证紧固和弹性顶 出的需要 避免紧固件暴露在表面的操作位置上 防止碰伤人 手和妨碍操作 四 模具设计的安全要点 在结构上应尽量保证进料 定料 出件 清理废料的方便 对 于小型零件的加工要严禁操作者的手指 手腕或身体的其他部 位伸入模区作业 对于大型零件的加工 模具若要求操作者手 入模内作业时 要尽可能减少入模的范围 尽可能缩短身体某 部位在模内停留的时间 并应明确模具危险区范围 配备必要 的防护措施和装置 模具上的各种零件应足够的强度及刚度 防止使用过程中损坏 和变形 紧固零件要有防松动措施 避免意外危及操作者 不允许在加工过程中发生废料或工件飞弹 影响操作者的注意 力 甚至击伤操作者 另外要避免冲裁件毛刺割伤人手 不允 许使操作者在进行冲压操作时有过大的动作幅度 避免出现使 身体失去稳定的姿势 不允许在作业时有过多和过难的动作 尽量避免冲压加工时造成强烈的噪声和振动 模具设计应在总 图上标明模具重量 便于安装 保障安全 20kg 以上的零件加 工应有起重搬运措施 减轻劳动强度 装拆模具零件时应方便 安全 避免有夹手 割手的可能 模具要便于解体存放 总之 模具中的哪怕是细微的问题都会影响安全 只有对每种作业中 的具体问题进行剖析 才能提出模具中的安全注意事项 因此 上述原则仅供设计人员参考 三 冲压作业方式对安全的影响 冲压作业包括送料 定料 操纵设备 出件 清理废料 给模 具和坯件上油 工作点的布置等操作动作 这些操作动作常常 互相关联 形成一套完整的工作程序 冲压作业方式合理与否 对制件的质量 作业的效率和人身安全都有直接影响 因坯料 模具 设备和制作的不同 其作业方式也各不相同 下面重点 分析作业方式中与安全关系较大的几个工序 1 送料 将坯料送入模内的操作称为送料 送料操作在滑块即将进入危 险区之前进行 所以 必须特别注意操作的安全 毛坯的形状有卷料 条料 片料和各种形状的立体形坯料 其 送进方式也各不相同 1 卷料 卷料是实现冲压作业的机械化 自动化的最合适的 坯料之一 机械化自动送料装置可以将卷料进行开卷 校平 自动送入模内 由于机械化送料装置与滑块机械联锁 所以送 料的动作节奏与滑块动作能够协调一致 操作者不需用手在模 区内操作 属于安全作业 但当送料机构或模具发生故障 而 需要操作者调整时 必须十分注意安全 如果没有配备自动送 料装置 则也可用卷料进行手工送料 只要操作者手不入模 也属于安全作业 2 条料 它是由剪板机剪裁成长条状的坯料 条料可以用于 各种中 小零件的落料 冲孔 连续拉延等各种工序 操作时 可以采用自动送料装置自动送进模内 也可由操作者按滑块运 动节奏用手不断推送入模 在送料操作过程中不会进入模内 这种送料形式属于安全作业 但在条料手工送料操作中 下列 作业是危险作业 1 切断模或用于将废料切碎的其它模具进行最后尾件切料加 工时 2 某些落料 冲裁 成形模条料尾件送入模内时 为了解决作业的安全 有些作业可以将条料调头 转过 180 送入模内冲压加工 3 片料 单件薄形平板坯料称为片料 如经落料或切断后的 薄形制作 常作为后续工序的坯料 片料一般有以下四种送料 方式 1 料头存料 机械化送料 2 料推料送入模内 手不进入模口送料 3 采用手工工具送料 4 手持坯件入模送料 前三种是安全作业 第四种是危险作业 目前单件片料的手工 送料方式在冲压作业中还占有相当大的比例 特别是各种大 中型零件的拉延 弯曲 成形等工序均采用这种送料方式 冲 压安全防护装置也是以这种操作方法为根据实行各种人身保护 的 4 立体形状的各类坯料 此类坯件在修边 整形 冲孔等后 续工序 中间工序和末道工序 中的送料方式一般要比片料的 送料方式难度大 尤其是大件 送料操作时 手要进入模区 而且停留的时间较长 因此危险性比片料更大 采用这种送料 方式时应实行重点保护 2 定料 将坯料限制在模具的某一固定位置上的操作称为定料 又称为 定位 定料操作是在送料操作完成后进行的 它处在滑块即将 下行的时刻 因此 比送料操作具有更大的危险性 由于定料 的方便程度直接影响到作业的安全 所以决定定位方式时要特 别考虑其安全程度 上述各种不同坯料的定位方式大致有以下 几种 1 挡料销 如图 31 所示是一种安装在凹模上的固定挡料销 这种定位装置结构简单 使用方便 适用于带有刚性卸料装置 或弹性卸料装置的冲模 图 31 固定挡料销 1 凸模 2 坯料 3 凹模 4 固定挡料销 如图 32 所示是一种安装在固定卸料板上的活动挡料销 它与弹 簧安装在一起 挡料销可作轴向移动 便于操作 工作时 条 料向前推进 挡料销被顶起 当挡料销落入废料孔内后 要将 条料反向拉靠 使条料得以定位 图 32 活动挡料销 1 弹簧片 2 挡料销 3 固定卸料板 如图 33 所示是一种安装在弹性卸料板上的挡料销 这种定位方 式操作更加方便 坯料送进时既不必象固定挡料销那样套进套 出 也不必象图 32 所示的挡料销那样需要有往后拉 的动作 图 33 活动挡料销 1 挡料销 2 弹性卸料板 3 弹簧 还有一种挡料销是临时挡料销 在使用连续模作业时 当条料 或卷料 被送进并冲制第一个零件时 常用到临时挡料销 固定及活动挡料销都用于每冲制一次需将坯料定位一次的场合 而临时挡料销只是在条 卷 料刚被送入而冲制前几个制件时 使用 以后各次冲压时 便不再使用 当然 更换新的条料时 又需要重新使用临时挡料销 2 定位板 导板 定位销 定料 如图 34 35 36 所示是 用于单个毛坯料的定位板或定位销 它们既可用于毛坯料的外 轮廓定位 也可以用于内孔定位 有时为了提高定位精度 还 可在模具上增设侧压装置 使条料紧靠一侧的导尺定位 如图 37 所示就是侧压装置的一种 图 34 用于外轮廓定位的定位板 销 图 35 大型孔的定位板 图 36 中 小孔的定位销 图 37 侧压装置 1 导尺 2 压块 3 簧片 3 导正销 导正销主要用在连续模上对条料上的孔定位 也 可用在其它模具上对单个毛坯料的孔定位 以保证冲压件外形 与内孔的位置精度 为了正确导正 在设置正销的同时 模具 还常附加固定或活动挡料销等粗定位零件 导正销则作为精定 位用 这种采用上模在运动过程中导正定位的方法比较方便 操作者先将毛坯件按外廓粗定位 其定位精度要求低 操作时 比较方便 接着在上模闭合过程中 倒锥形的导正销导入工艺 孔内 进行内孔终定位 这种定料方式简单 安全 可靠 可 以推荐采用 4 定距侧刃 它是通过侧刃切去条料 卷料 旁边少量的材 料 使条 卷 料形成台阶 从而得到定位 工艺孔定位操作不便 不易实现连续行程 很少采用 与它相 比 侧刃切口定位方法可以较明显地提高生产率 有较高的定 位精度 并便于实现冲压自动化 定距侧刃切口定料一般适用 于厚度小于 0 5mm 且较脆的材料 并要求冲压件窄长 送进步 距小于 6 8mm 如图 38 所示的是常用的定距侧刃结构 图 a 所示的是条料一 次送进步距 步距 等于侧刃宽度 b 的情况 图 b 是一种改 进形式 其定位精度较高 因为定位台阶处有空槽形成的间隙 使该处的毛刺不致影响定位精度 图 c 的优点是不浪费坯料 但一次送进时 条料要往后拉 操作不如前两者方便 图 38 定距侧刃 1 侧刃 2 条料 3 空隙 4 挡销 冲压作业中 采用的定位方式合理与否 不仅关系到产品质量 而且关系到人身安全 所以 考虑坯料定位问题必须遵循一定 的原则 定位方向和位置必须与人们的生理 习惯相适应 比如右手操 作一般要比左手操作可靠有力 右转比左转灵活等 因此 单 人操作时 送料方向以从右到左或从前到后为宜 从右至左送 料时 导向点应设在后侧 从前向后送料时 导向点应在左侧 多道工序分别冲制时 上下工序的定位形式力求一致 目标要 鲜明 不需操作者目视寻找 多道工序联合冲压时 应设有初 始和最终定位 对非对称外形的坯料定位