沖壓模具危險區的防護

沖壓件的生產就是靠模具上下模的相對運動和不斷地分合來完成。如果操作者的手指偶爾或不斷進入或停留在模具危險區，便會對其人身安全帶來嚴重威脅。為此，齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司在1999～2011年期間,逐步對沖壓車間14臺沖壓設備加裝了光電保護裝置，提高了設備和模具的安全度，扭轉了人身安全傷害事故頻發的被動局面，取得了很好的效果，達到了安全整改的預期目的。但在2012年，160t沖床組合沖孔模和數控折彎機折壓模各發生了一起傷手事故；2013年8月，2000t沖床發生一起壓掉拇指的安全事故。沖壓行業是高危行業，沖床上出現的人身事故比一般機械行業要高3倍。由于本公司生產的沖壓件具有“多品種、大批量”的特點，導致模具生產的自動化程度低，用手直接在模具里裝取零件的手工作業方式屢見不鮮。在這種情況下，重新審視沖壓設備的光電保護裝置的使用狀況和對模具實物進行有效的整改是十分必要的。

模具安全區域的分析

本公司的P70棚車共計211套模具，其中沒有使用光電保護裝置( 光電保護裝置在設備下行程起作用,上行程不起作用)和不使用光電保護裝置的模具共109套。條料落料模具是一條板料可以生產多個零件，當模具生產一半時，則掉頭生產另一半，操作者的身體任何部位都不進入模具的危險區（圖1）或者生產長大件時，操作者的身體任何部位也不進入模具的危險區（圖2），這兩種情況都不會對操作者造成人身傷害，可不使用光電保護裝置。

使用光電保護裝置的模具共102套，統計情況詳見表1。表中，生產工件大多數是單件生產或多人作業，操作者由于不慎意外或相互照顧不周，身體部位有可能進入模具的危險區而造成人身安全事故。

圖1 隔板沖孔落料復合模

圖2 蓋板倒角模

■ 表1 使用光電保護裝置模具類型統計表

組合沖孔單元保護位置

組合沖孔單元模具詳見圖3，4。該模具的工作原理是：模具的打擊板固定在設備的滑塊上,當設備的滑塊向下運行接觸到沖頭的上表面時,沖頭隨打擊板向下運動。沖制工件時,設備滑塊向上運動,脫離沖頭的上表面,沖頭在復位彈簧的作用下,回到初始位置。組合沖孔單元安全防護的安放主要是為了防止人手伸到凹模上表面和壓料板的下表面之間，防止人手和頭部伸到打擊板和沖頭的上表面之間。凹模上表面和壓料板下表面的距離自由狀態下設計為18mm，小于國家安全標準20mm，不需防護。為此，組合沖孔單元模具的安全防護區域在打擊板和沖頭的上表面以上300mm，同時防止了模具傷害到人的手部和頭部。把防護區域設定在打擊板和沖頭的上表面之間,既方便操作者上料,又不影響生產效率。

圖3 縱向梁組合沖孔單元模具實物

圖4 組合沖孔單元模具示意圖

壓型模具保護位置

圖5 壓板壓型模具實物

圖6 管卡壓型模具示意圖

壓型模具詳見圖5,6，該類模具大部分在四柱式油壓機上使用，僅存在上下料兩端的安全區域的防護。因此，設備的光電保護裝置安在設備上下料的兩端。當工人以坐姿生產時，模具的安全防護區域為凹模的上表面以上300mm ，防止模具傷害到人體的手和頭部；當工人以站姿生產時，模具的安全防護區域為凹模的上表面以上150mm ，防止模具傷害人體的手和手臂。

⑴塊料沖孔和落料模具保護位置。塊料切斷和落料模具的沖裁壓力中心必須與設備的壓力中心一致，避免模具生產產生的側向力對設備、模具的危害，而導致模具可能對操作者的傷害，詳見圖7～9。模具上料時，操作者手工把板料放到模具里，再向后拉靠準定位擋，上料側操作者存在危險，此處必須使用光電保護裝置，保護的區域為沖斷下刃的上表面以上200mm ，防止模具傷害手和手臂。模具沖斷工件后設備滑塊上升，下料側兩邊的一個操作者用料鉤鉤下工件，另一側的操作者用料鉤鉤下料邊，使用料鉤時是向外側運動的，所以模具下料側的操作者是安全的，下料側可以不使用光電保護裝置，模具的生產效率是不受影響的。

圖7 大橫梁復板沖斷模具實物

圖8 模具示意圖

圖9 料邊(廢料)

⑵條料沖孔切斷模具保護位置。當條料開始沖孔沖斷的時候，操作者的身體部位不進入模具的危險區，但當生產最后一塊料時，操作者的手進入模具的危險區，存在對操作者的傷害，下料側的操作者需對板料用料鉤扶持，防止板料在自重的作用下直接掉下，下料側也存在對操作者的傷害。模具的危險區域為上下料兩側，安全防護區域為下刃的上表面以上200mm，防止模具傷害人體的手部。

工藝方法改進

沖壓安全技術包括人身安全技術、設備安全技術和降低沖壓噪聲三個方面。人身安全技術是保障操作者的人身安全，特別是雙手的安全；設備安全技術是防止裝備事故，保證模具或壓力機不受意外損傷；降低沖壓噪聲是保證操作者心情愉快和精力集中。

減少身體部位進入模具危險區的可能

P70棚車有橫縱壓條、縱向梁和門柱護鐵等24種沖壓件，詳見圖10，均是在800t和2000t沖床由沖孔切斷模具完成的。當模具生產到最后一塊料的時候，上料側操作者的雙手必然進入模具的危險區約450mm進行對擋，下料側操作者的雙手必然進入模具的危險區約100mm，用料鉤扶住板料，防止工件掉下。當設備和模具發生險情，操作者反應和撤出時間來不及的時候，就可能出現安全事故。故應改為剪機剪切條料，用組合沖孔單元模具（圖3）在沖床的雙側同時為兩個工件沖孔，即保證模具的沖裁中心線和設備的中心線重合，保證設備的安全；而且操作者的雙手進入模具的危險區的距離幾乎為零，保護操作者的人身安全。組合沖孔單元模具的技術已成熟，既能減少模具制造的費用，又能沖雙件提高生產效率，實現生產、安全和效益的統一。

適合的工件盡可能折壓

P70門檐壓型模詳見圖11，長度為3150mm，重量為19.8kg,原工藝是在4000t水壓機上由模具成形，先壓81mm的U形，再由操作者將工件翻轉90°壓78mm的彎。此道工序，工件的重心在折壓線的外邊，工件的自身存在翻轉的可能，操作者需用鉗子扶持，防止工件的位移，這樣就存在傷害操作者手腕的可能。由于工件不重，可在折壓機上折壓成形，雖降低約28%功效，但折壓上模的寬度最大為60mm，極大減少模具危險區的寬度，且4000t水壓機的運能成本遠大于320t折壓機的成本，因此也降低了成本。

圖10 縱向梁工件圖

圖11 門檐工件圖

盡可能降低模具生產時的噪音

P70棚車隔板沖斷、橫梁復板、枕梁復板等沖斷落料模具的上刃制造成斜刃，由直線剪切變成斜線剪切，同時減少模具斜刃的高低點數量，降低沖壓噪聲能使操作者精力集中。

盡可能整合減少生產工件的工序

P70棚車的側木壓鐵、端木壓鐵，可以選擇先沖孔，后落料壓型的工藝在一套連續模內完成，原工序為先落料壓型，后單獨沖孔，共需兩套模具，且單獨沖孔是以工件的型腔定位，模具的危險性較大。工序越多，則涉及操作者的人數越多，可能出現安全事故的偶然性概率也越大，整合工序是保證生產安全的有效途徑，并且可以節約制造成本，提高生產功效。

模具的安全色

P70棚車的模具根據現場寫實，同時依據國家安全標準的規定，可以不使用光電保護裝置的模具為安全模具，反之為危險模具，對其所有的模具進行涂刷安全色，使操作者一目了然，模具的安全色的含義詳見表2。⑴安全模具涂綠色，模具本身有防護措施或手無進入操作危險區的可能；可單次行程，也可連續行程。⑵必須用手工工具上下料的模具涂藍色，操作者的手有偶爾進入操作危險區的可能；可單次行程，也可連續行程。⑶有防護裝置且手動工具使用不方便的模具涂黃色。⑷危險的模具涂紅色。這類模具是禁止使用的，但生產必須使用時，必須有專人現場監護。

圖12 壓鐵工件圖

■ 表2

結束語

沖壓模具的安全性直接關系到操作工人的人身安全、設備安全以及沖壓生產的正常進行。沖模結構的工藝和設計必須考慮安全技術，而非通過操作者刻意的努力和過分的小心實現安全生產,同時模具應安裝使用光電保護裝置,實現模具的雙重保護,保護操作者的人身安全。 (參考文獻略)

沖壓模具危險區的防護

文/張瑞喜，陳雄大·齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司