冲压模具危险区的防护

2014-10-10张瑞喜,陈雄大

锻造与冲压 2014年10期

冲压件的生产就是靠模具上下模的相对运动和不断地分合来完成。如果操作者的手指偶尔或不断进入或停留在模具危险区，便会对其人身安全带来严重威胁。为此，齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司在1999～2011年期间,逐步对冲压车间14台冲压设备加装了光电保护装置，提高了设备和模具的安全度，扭转了人身安全伤害事故频发的被动局面，取得了很好的效果，达到了安全整改的预期目的。但在2012年，160t冲床组合冲孔模和数控折弯机折压模各发生了一起伤手事故；2013年8月，2000t冲床发生一起压掉拇指的安全事故。冲压行业是高危行业，冲床上出现的人身事故比一般机械行业要高3倍。由于本公司生产的冲压件具有“多品种、大批量”的特点，导致模具生产的自动化程度低，用手直接在模具里装取零件的手工作业方式屡见不鲜。在这种情况下，重新审视冲压设备的光电保护装置的使用状况和对模具实物进行有效的整改是十分必要的。

模具安全区域的分析

本公司的P70棚车共计211套模具，其中没有使用光电保护装置( 光电保护装置在设备下行程起作用,上行程不起作用)和不使用光电保护装置的模具共109套。条料落料模具是一条板料可以生产多个零件，当模具生产一半时，则掉头生产另一半，操作者的身体任何部位都不进入模具的危险区（图1）或者生产长大件时，操作者的身体任何部位也不进入模具的危险区（图2），这两种情况都不会对操作者造成人身伤害，可不使用光电保护装置。

使用光电保护装置的模具共102套，统计情况详见表1。表中，生产工件大多数是单件生产或多人作业，操作者由于不慎意外或相互照顾不周，身体部位有可能进入模具的危险区而造成人身安全事故。

图1 隔板冲孔落料复合模

图2 盖板倒角模

■ 表1 使用光电保护装置模具类型统计表

组合冲孔单元保护位置

组合冲孔单元模具详见图3，4。该模具的工作原理是：模具的打击板固定在设备的滑块上,当设备的滑块向下运行接触到冲头的上表面时,冲头随打击板向下运动。冲制工件时,设备滑块向上运动,脱离冲头的上表面,冲头在复位弹簧的作用下,回到初始位置。组合冲孔单元安全防护的安放主要是为了防止人手伸到凹模上表面和压料板的下表面之间，防止人手和头部伸到打击板和冲头的上表面之间。凹模上表面和压料板下表面的距离自由状态下设计为18mm，小于国家安全标准20mm，不需防护。为此，组合冲孔单元模具的安全防护区域在打击板和冲头的上表面以上300mm，同时防止了模具伤害到人的手部和头部。把防护区域设定在打击板和冲头的上表面之间,既方便操作者上料,又不影响生产效率。

图3 纵向梁组合冲孔单元模具实物

图4 组合冲孔单元模具示意图

压型模具保护位置

图5 压板压型模具实物

图6 管卡压型模具示意图

压型模具详见图5,6，该类模具大部分在四柱式油压机上使用，仅存在上下料两端的安全区域的防护。因此，设备的光电保护装置安在设备上下料的两端。当工人以坐姿生产时，模具的安全防护区域为凹模的上表面以上300mm ，防止模具伤害到人体的手和头部；当工人以站姿生产时，模具的安全防护区域为凹模的上表面以上150mm ，防止模具伤害人体的手和手臂。

⑴块料冲孔和落料模具保护位置。块料切断和落料模具的冲裁压力中心必须与设备的压力中心一致，避免模具生产产生的侧向力对设备、模具的危害，而导致模具可能对操作者的伤害，详见图7～9。模具上料时，操作者手工把板料放到模具里，再向后拉靠准定位挡，上料侧操作者存在危险，此处必须使用光电保护装置，保护的区域为冲断下刃的上表面以上200mm ，防止模具伤害手和手臂。模具冲断工件后设备滑块上升，下料侧两边的一个操作者用料钩钩下工件，另一侧的操作者用料钩钩下料边，使用料钩时是向外侧运动的，所以模具下料侧的操作者是安全的，下料侧可以不使用光电保护装置，模具的生产效率是不受影响的。

图7 大横梁复板冲断模具实物

图8 模具示意图

图9 料边(废料)

⑵条料冲孔切断模具保护位置。当条料开始冲孔冲断的时候，操作者的身体部位不进入模具的危险区，但当生产最后一块料时，操作者的手进入模具的危险区，存在对操作者的伤害，下料侧的操作者需对板料用料钩扶持，防止板料在自重的作用下直接掉下，下料侧也存在对操作者的伤害。模具的危险区域为上下料两侧，安全防护区域为下刃的上表面以上200mm，防止模具伤害人体的手部。

工艺方法改进

冲压安全技术包括人身安全技术、设备安全技术和降低冲压噪声三个方面。人身安全技术是保障操作者的人身安全，特别是双手的安全；设备安全技术是防止装备事故，保证模具或压力机不受意外损伤；降低冲压噪声是保证操作者心情愉快和精力集中。

减少身体部位进入模具危险区的可能

P70棚车有横纵压条、纵向梁和门柱护铁等24种冲压件，详见图10，均是在800t和2000t冲床由冲孔切断模具完成的。当模具生产到最后一块料的时候，上料侧操作者的双手必然进入模具的危险区约450mm进行对挡，下料侧操作者的双手必然进入模具的危险区约100mm，用料钩扶住板料，防止工件掉下。当设备和模具发生险情，操作者反应和撤出时间来不及的时候，就可能出现安全事故。故应改为剪机剪切条料，用组合冲孔单元模具（图3）在冲床的双侧同时为两个工件冲孔，即保证模具的冲裁中心线和设备的中心线重合，保证设备的安全；而且操作者的双手进入模具的危险区的距离几乎为零，保护操作者的人身安全。组合冲孔单元模具的技术已成熟，既能减少模具制造的费用，又能冲双件提高生产效率，实现生产、安全和效益的统一。

适合的工件尽可能折压

P70门檐压型模详见图11，长度为3150mm，重量为19.8kg,原工艺是在4000t水压机上由模具成形，先压81mm的U形，再由操作者将工件翻转90°压78mm的弯。此道工序，工件的重心在折压线的外边，工件的自身存在翻转的可能，操作者需用钳子扶持，防止工件的位移，这样就存在伤害操作者手腕的可能。由于工件不重，可在折压机上折压成形，虽降低约28%功效，但折压上模的宽度最大为60mm，极大减少模具危险区的宽度，且4000t水压机的运能成本远大于320t折压机的成本，因此也降低了成本。

图10 纵向梁工件图

图11 门檐工件图

尽可能降低模具生产时的噪音

P70棚车隔板冲断、横梁复板、枕梁复板等冲断落料模具的上刃制造成斜刃，由直线剪切变成斜线剪切，同时减少模具斜刃的高低点数量，降低冲压噪声能使操作者精力集中。

尽可能整合减少生产工件的工序

P70棚车的侧木压铁、端木压铁，可以选择先冲孔，后落料压型的工艺在一套连续模内完成，原工序为先落料压型，后单独冲孔，共需两套模具，且单独冲孔是以工件的型腔定位，模具的危险性较大。工序越多，则涉及操作者的人数越多，可能出现安全事故的偶然性概率也越大，整合工序是保证生产安全的有效途径，并且可以节约制造成本，提高生产功效。

模具的安全色

P70棚车的模具根据现场写实，同时依据国家安全标准的规定，可以不使用光电保护装置的模具为安全模具，反之为危险模具，对其所有的模具进行涂刷安全色，使操作者一目了然，模具的安全色的含义详见表2。⑴安全模具涂绿色，模具本身有防护措施或手无进入操作危险区的可能；可单次行程，也可连续行程。⑵必须用手工工具上下料的模具涂蓝色，操作者的手有偶尔进入操作危险区的可能；可单次行程，也可连续行程。⑶有防护装置且手动工具使用不方便的模具涂黄色。⑷危险的模具涂红色。这类模具是禁止使用的，但生产必须使用时，必须有专人现场监护。