沖模用安全防護裝置及結構設計

王曉芬

目前，全社會高度提倡以人為本的綠色、健康發展理念，鼓勵貫徹落實科學發展觀，對于沖壓行業也同樣如此，我們應保證安全生產，控制噪聲污染。然而，上述這兩個問題，截止到當前仍未得到解決，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，出現安全事故的頻率較高，嚴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，但主要是因為模具不存在有效的防護功能。

模具事故與失效原因剖析

設備結構缺陷

截止到當前，國內所有的沖壓設備刨除掉汽車覆蓋件和別的大體積沖壓件生產會應用大規模沖壓設備，在中小體積的沖壓件中一般選用中小規模的機械壓力機。此類壓力機包含多種類型，例如，J23、J21壓力機等。其中絕大多數機型都選用c形機架，主要具有下述缺陷：

承載變形顯著；機架承載以后，其變形十分不均勻。位于c形機架開口部位的變形顯著，和開口相距的距離越遠，則變形也越小。順著工作臺面自前至后，對應變形從大至小，并構成角變形。而沖壓施力點位于工作臺中心，這恰巧是c形機架內部的開口部位。沖模壓力中心和滑塊中心互相重合，進而沖模會遭受機架角變形產生的影響，在實際運作過程發生偏斜。因c形機架負載以后出現角變形，同時，隨著沖壓力的不斷增加，對應變形量也逐步增加，致使壓力機的精度有所下降。常規條件下，對于壓力機而言，其出廠檢驗只是檢驗靜態精度，不包含承載后動態精度對應的檢測要求和規范。且靜態精度高處動態精度，另外，基于沖裁料厚與沖壓力的不斷增加，動態精度也將進一步惡化。

具體見圖1，這是J11系列壓力機，而圖中所展示的是它正常沖壓的工作過程，機架和壓力機擔負的變形情況和對沖模的具體影響。依照所負載變形量與沖壓力大小，能夠有效求解出整體負荷變形大小。眾所周知，機架斷面形狀大多是工字形，有些還是箱形的，對應中心是角頂。參照壓力機使用說明能夠看出，上述中心至壓力機沖壓中心之間的距離，還可大體取機架中心至壓力機滑塊之間的距離，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

經由上圖不難發現，上述壓力機在進行沖裁工作時，模具刃口一定會出現異常磨損。一般沖裁厚料時，機架負載后，是的模具偏移量多余沖裁間隙，在上下模刃口可能會出現碰撞和啃剝等異常問題，嚴重還可能引發設備事故問題。沖模刃口的異常磨損，一定會引發沖模的及早刃磨。而刃口啃剝與碰撞會導致沖模失效。不管及早刃磨，還是提早失效，均會縮短模具的壽命。

若所選用模具內部具有橫向裝置，則將在削弱負載變形的不良影響中發揮一定的作用。一般選用導板導向與滾動導向滾珠等不同類型裝置。可即便如此，還會因導向裝置自身的精準度不高和兩平面平行度的顯著誤差，依舊出現刃口異常磨損問題。

結構設計原則

沖模防護機構和所配備防護裝置在沖壓時，禁止操作者將身體放置在沖模工作區中，在人身和模具上進行真正的隔離。

一項統計結果顯示，近乎一半的沖壓事故都出現在沖模送料這一環節，為此，出于安全考慮，沖模送料口與模具牽引的送料結構都應布設于模具區域之外，讓操作者僅僅在沖模工作區之外進行送料操作。若規定在模具工作區進行，則一定采取相關的安全措施。

沖孔凸模與手工送料等存在一定危險性的部位能夠布設防護裝置。其工作原理為基于上述危險部位安裝終端開關以及瞬時開關等，利用選取的監控點和控制線路相通，以此來控制開關，讓監控線路和沖床離合器緊密相連，完成自動監控。上述監控系統于沖壓環節主要發揮著下述作用：對于涉及電磁和電壓液壓式的機械壓力機，這一監控系統能夠在滑塊下行環節的任何一個位置監控點出現故障時發揮相應的作用，讓滑塊在沖壓進行前停車，維護工程安全。而應用滑銷的沖床，這一監控裝置僅僅能在模塊運動過程出現模具故障后，在完成相應行程后把滑塊制動停留在死點部位，也可讓滑塊于監控系統作用以后方啟動。雖然如此，但這種監控裝置依然能夠規避不易發現的廢品，并可基于模具重大損壞實施安全防護。

在沖壓環節，沖壓件與廢料一般都不會落于模具之外，大多落于零件箱與廢料箱中。導正銷和彈料銷等都需布設防彈出裝置，且圓柱銷和螺釘等不允許過細和過短，而緊固孔最小壁厚應超出0.5緊固直徑，借此防范因長期沖壓振動所引發的脫落和破裂問題。另外，定位銷和定位板等需能讓操作者明確和掌握送進材料的具體定位情況。

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

模具零件結構外形和尺寸都一定要符合可承擔沖壓力這個需求。長徑比超過5，受力顯著的細長凸模和形狀繁瑣、受力顯著的凹模等需要進行相應的強度計算和穩定性核驗。

對于沖模工作區之外的所有可動部位和操作者便于觸摸部位等都應裝設防護裝置。同時，沖模結構和外觀不允許讓操作者產生不安全感。

具體設計

經由上述分析可知，我們應基于沖模的正常操作和人身防護開展科學的結構設計。

圖1所示只是應用于J11壓力機中的情形，但因J21和J23等常用壓力機，均應用c形機架，所以，它負載后所表現的變形情況和圖1大體相同。為此，利用開式壓力機進行工作的沖模，都應設計有成熟的導向機構與裝置。含導向裝置沖模除可維護沖模的常規運行外，還可規避和控制安全事故的出現。

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

上述結構沖模比較適合應用于滑塊行程能夠自主調節的偏心壓力機中進行的小行程工作，借此能夠保障凸模一直不脫離導板。

大量的生產實例表明，沖壓設備如果不存在有效的防護裝置，單純依靠操作人員自身的小心與規避，無法保障人員與設備安全，嚴重還可能引發傷殘事故。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，且和企業的生產活動存在一定的關聯。為此，我們應引起重視，加大在沖模安全裝置方面的研究，不斷改善結構設計。

（作者單位：煙臺寶鋼車輪有限公司）endprint