沖壓模具安全保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

文/田曉峰，張瑞喜·中國(guó)北車集團(tuán)齊齊哈爾軌道交通有限責(zé)任公司

沖壓模具安全保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

文/田曉峰，張瑞喜·中國(guó)北車集團(tuán)齊齊哈爾軌道交通有限責(zé)任公司

合理設(shè)計(jì)沖壓模具光電安全保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)，可提高其靈活性、有效性，有效地保護(hù)操作者的人身安全，提高沖壓設(shè)備、模具的使用壽命。

沖壓模具安全保護(hù)裝置的重要性

沖壓模具是保證零部件加工的重要手段，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步的發(fā)展，產(chǎn)品的更新速度必然逐年加快，相應(yīng)沖壓模具的使用數(shù)量、品種同產(chǎn)品一樣更新速度亦大大加快。同時(shí)也伴隨著沖壓模具所造成的人身安全事故時(shí)有發(fā)生，事故不僅給傷者及家屬造成終生痛苦，而且給企業(yè)帶來(lái)諸多方面的沉重負(fù)擔(dān)。

合理的沖壓模具結(jié)構(gòu)，并保證模具生產(chǎn)的安全性，是解決安全生產(chǎn)的重要方法。安全包括：壓力機(jī)及其裝置、裝備（保護(hù)裝置和沖壓模具等）的機(jī)械設(shè)備的安全；壓力機(jī)的操作者操作時(shí)的人身安全；與壓力機(jī)有關(guān)的工作人員（設(shè)備維修人員和模具安裝調(diào)試維修人員等）的人身安全；由于機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的偶然故障或事故而可能危及到的人身安全。因?yàn)榘踩鹿适歉鞣N偶然因素綜合而成的必然結(jié)果，模具設(shè)計(jì)理所應(yīng)當(dāng)盡可能消除產(chǎn)生各種偶然因素，而不是刻意要求操作者的過(guò)分努力而達(dá)到生產(chǎn)的安全。

沖壓模具自身安全結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

模具導(dǎo)向結(jié)構(gòu)

⑴導(dǎo)柱導(dǎo)套防護(hù)套的合理設(shè)計(jì)。根據(jù)《冷沖壓安全規(guī)程》GB13887-2008中規(guī)定的“導(dǎo)柱應(yīng)安裝在下模座上，且遠(yuǎn)離操作者，導(dǎo)柱導(dǎo)套在模具開(kāi)啟狀態(tài)下不應(yīng)互相脫離，或者脫離間隙不大于6mm”。設(shè)計(jì)時(shí)采用剛性防護(hù)套，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。在模具工作狀態(tài)時(shí)，防護(hù)套的套桶成為壓縮狀態(tài)結(jié)構(gòu)。在模具開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，滑動(dòng)護(hù)套在自身的重力作用下，逐層隨設(shè)備的行程下降以保證導(dǎo)柱導(dǎo)套不脫離，從而保證模具的安全性。

圖1導(dǎo)柱導(dǎo)套防護(hù)套結(jié)構(gòu)

⑵壓型模具導(dǎo)向裝置的布局設(shè)計(jì)。360t以下油壓機(jī)或800t以下壓力機(jī)上的小型壓型模具的導(dǎo)向裝置采用兩個(gè)導(dǎo)柱、導(dǎo)套，分布在模具兩側(cè)中心進(jìn)行導(dǎo)向的方式。360t油壓機(jī)以上或800t壓力機(jī)以上的大型壓型模具采用四個(gè)導(dǎo)柱、導(dǎo)套，分布在模具兩側(cè)且遠(yuǎn)離上下料兩端或者采用中間導(dǎo)向塊導(dǎo)向，保證導(dǎo)向裝置遠(yuǎn)離操作者，從而保證操作者上下料時(shí)的安全，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2壓型模具導(dǎo)向裝置位置分布

高度限位器與側(cè)向平衡塊的布局

當(dāng)高度限位器在壓型模具中使用時(shí)，模具在工作狀態(tài)下處于接觸貼合狀態(tài)；當(dāng)高度限位器在沖孔、切斷、落料模具上使用時(shí)，其間隙也僅為2～4mm，一旦操作者手不小心進(jìn)入其內(nèi)，就會(huì)造成安全事故的發(fā)生。

側(cè)向平衡塊是平衡模具側(cè)向力的裝置，其工作狀態(tài)是無(wú)間隙滑動(dòng)，位置不合理且距離操作者近，易造成安全事故的發(fā)生。根據(jù)安全整改和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作，高度限位器和側(cè)向平衡塊的合理布局見(jiàn)圖3，兩者統(tǒng)一設(shè)計(jì)，高度限位器設(shè)計(jì)在非上下料的兩側(cè)中間位置或設(shè)計(jì)成限位套固定在導(dǎo)柱和導(dǎo)套上，側(cè)向平衡塊設(shè)計(jì)在非上下料兩側(cè)靠近中間位置，保證其遠(yuǎn)離操作者，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3、4、5。

圖3模具高度限位套分布

圖4高度限位塊分布

圖5側(cè)壓平衡塊分布

圖6高度限位塊分布

模具操作安全空間的布局

根據(jù)《冷沖壓安全規(guī)程》GB13887-2008的規(guī)定“從下模體上平面到上模體下平面的最小距離應(yīng)大于60mm（模具閉合時(shí)）”和“剛性卸料板與凸模固定板間距應(yīng)大于20mm”。如圖6所示，M的尺寸是剛性卸料板與凸模固定板間距，大于標(biāo)準(zhǔn)人手掌厚度的1.2倍，即30mm，H的尺寸是從下模體的上平面到上模體下平面間的最小距離，

模具運(yùn)輸維修的安全性

模具的閉合高度是操作者進(jìn)行模具安裝調(diào)試的依據(jù)，根據(jù)規(guī)定模具安裝時(shí)設(shè)備必須調(diào)到設(shè)備的最大閉合高度。但由于模具安裝的輔助時(shí)間較長(zhǎng)，為減少模具調(diào)節(jié)的輔助時(shí)間，設(shè)備的閉合高度調(diào)節(jié)到大于模具閉合高度25mm時(shí)安裝模具，避免操作者測(cè)量模具自由狀態(tài)下的高度后就調(diào)節(jié)設(shè)備的閉合高度，從而造成模具或設(shè)備發(fā)生頂死安全事故。

需要設(shè)計(jì)模具銘牌，也就是模具檔案，方便模具的動(dòng)態(tài)管理，更重要的是保證模具使用的安全性，模具銘牌的內(nèi)容包括車型、類別、名稱、圖號(hào)、閉合高度、重量、使用設(shè)備、班組等。同時(shí)，在大型模具上設(shè)計(jì)防脫鉤裝置，避免模具在翻轉(zhuǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中鋼絲繩與模具脫鉤，防脫鉤裝置結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7防脫鉤裝置結(jié)構(gòu)

模具模體結(jié)構(gòu)

大型模具上下料的相應(yīng)部位模體設(shè)計(jì)手開(kāi)口槽，如圖8所示。在模具上下料的兩側(cè)開(kāi)設(shè)開(kāi)口槽，其寬度為標(biāo)準(zhǔn)手掌寬度的1.5倍，即85mm，可避免模具的運(yùn)動(dòng)部件擠傷手等部位。

圖8模體開(kāi)口槽

卸料板的結(jié)構(gòu)

卸料板開(kāi)設(shè)空手槽，如圖9所示，空手槽的寬度尺寸大于手掌的寬度。其寬度為標(biāo)準(zhǔn)手掌寬度1.5倍，即85mm，可避免模具的運(yùn)動(dòng)部件擠傷手等部位。

圖9卸料板空手槽

壓力機(jī)光電安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

⑴壓力機(jī)光電安全裝置傳統(tǒng)固定方式有兩種。

一種是直接固定在機(jī)床床身，但每套模具的閉合高度各不相同，并且生產(chǎn)的工件又大小不一，要求光電保護(hù)裝置的保護(hù)空間必須根據(jù)模具的閉合高度和上下料是否采用輔助裝置而隨時(shí)能夠調(diào)節(jié)，并且還要處于相對(duì)剛性狀態(tài)。但這種安裝方式空間保護(hù)的相對(duì)尺寸處于彈性狀態(tài)，不能對(duì)所有操作者起到安全防護(hù)作用。

另一種是通過(guò)磁力座固定在工作臺(tái)的表面上，減少了操作者的有效作業(yè)空間，會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)隱患和不便。同時(shí)，額定噸位較大的壓力機(jī)在工作時(shí)，磁力座處于上下波動(dòng)和水平抖動(dòng)狀態(tài)中，光線隨之跳動(dòng)、移位，可能時(shí)而不起作用甚至不起作用，使得光電安全裝置的保護(hù)性能大大降低，可能誤使操作者思想疏忽和大意，生產(chǎn)極其不安全。

上述兩種固定方式都不同程度存在弊病，為此對(duì)壓力機(jī)光電安全裝置的固定方式進(jìn)行改進(jìn)，發(fā)射器和接受器分別固定在兩端滑道內(nèi)并可在滑道內(nèi)垂直上下滑動(dòng)，滑道固定在輔助T形槽上并可水平移動(dòng)，輔助T形槽固定在工作臺(tái)的側(cè)面、正面或機(jī)床的床身的內(nèi)壁，其上平面不高于工作臺(tái)的上平面，方便操作者的上下料。光電安全裝置根據(jù)模具的閉合高度及模具的長(zhǎng)度、寬度尺寸任意調(diào)整后，光電安全裝置的發(fā)生器、接受器和滑道用螺栓進(jìn)行剛性固定，滑道和輔助T形槽用螺栓進(jìn)行剛性固定，輔助T形槽和工作臺(tái)用螺栓進(jìn)行剛性固定，以保證光電安全裝置調(diào)整后與設(shè)備空間相對(duì)位置完全剛性一體，進(jìn)而保證光電安全裝置相對(duì)與工作臺(tái)參照平面不位移，提高光電安全裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性，從而保證壓力機(jī)使用者的安全。

⑵光電安全裝置的工藝參數(shù)。電源，二相交流電源220V（±15％），50Hz，保證電壓相差即使波動(dòng)亦可使裝置穩(wěn)定；有效保護(hù)距離，0.3～6.0m，確保光電安全裝置在有效保護(hù)區(qū)間內(nèi)光線不發(fā)生衍射；分辨率≤20mm，保證兩速光線的間距符合國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；適應(yīng)環(huán)境溫度－15～55℃，適合沖壓車間的生產(chǎn)工況；響應(yīng)時(shí)間≤0.02s，保證系統(tǒng)的響應(yīng)速度遠(yuǎn)高于人的反映速度。

⑶光電保護(hù)裝置核心部件是發(fā)射器和接受器，其發(fā)射器和接受器安裝在壓力機(jī)上下料兩側(cè)，其形成保護(hù)光幕的光線應(yīng)和工作臺(tái)的上平面平行，發(fā)射器和接受器固定的軸線和工作臺(tái)的上平面垂直。

⑷光電保護(hù)裝置的控制方式是光電安全裝置的控制器輸出端并聯(lián)到?jīng)_壓設(shè)備的行程控制機(jī)構(gòu)的信號(hào)輸出端上，避免總電源每次的重新啟動(dòng)。光電安全保護(hù)裝置僅在設(shè)備滑塊下行程時(shí)作用，滑塊上行程時(shí)裝置不起作用，便于操作人員正常的送料和取件作業(yè)，最終實(shí)現(xiàn)既安全生產(chǎn)又不影響生產(chǎn)效率的目的。

⑸滑道和輔助T形槽附有刻度尺便于精確調(diào)整，兩刻度線最大間距≤5mm。保證系統(tǒng)裝置調(diào)整時(shí)，即使相差一個(gè)間距時(shí)光電保護(hù)裝置的狀態(tài)穩(wěn)定。

結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于模具安全性結(jié)構(gòu)的歸納和總結(jié)是模具設(shè)計(jì)者的一項(xiàng)重要的工作。但由于沖壓車間的工作性質(zhì)是工作節(jié)拍快、壓力機(jī)上送料和取料勞動(dòng)強(qiáng)度大，所以極易造成設(shè)備操作人員身體的疲勞和注意力的不集中。很多案例告訴我們，沖壓設(shè)備若不具備完善可靠的保護(hù)裝置或沖壓設(shè)備上沒(méi)有安裝雙重以上的安全保護(hù)裝置，僅憑設(shè)備操作人員的小心謹(jǐn)慎和刻意努力是保證不了人員和設(shè)備安全的，極易造成極其嚴(yán)重的傷殘事故。事故處理令人非常困擾與煩惱，并直接影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)和正常工作，同時(shí)也給操作人員及家庭帶來(lái)痛苦，因此壓力機(jī)安裝安全保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是十分重要的。