安全生产技术第三节 冲压剪切机械安全技术

注册安全工程师，安全生产技术基础，冲压剪切机械安全技术，具体有冲压事故分析、压力机作业区的安全保护、剪板机安全技术。

第三节 冲压剪切机械安全技术

• 一、冲压事故分析
  • 压力机（剪板机）事故类型
    • 机械危险（最大）
    • 电气危险
    • 热危险
    • 噪声振动危险
  • 冲压事故介绍
    • （一）冲压事故的共同特点
      • （1）危险状态；滑块做上下往复直线运动。
      • （2）操作危险区：压力机滑块安装冲模后，冲模的垂直投影面的范围的模口区。
      • （3）危险时间:随着滑块的下行程，上、下模具的相对距离变小甚至闭合的阶段。
      • （4）危险事件：在特定时间（滑块的下行程），操作者在该区域进行安装调试冲模,对放置的材料进行剪切、冲压成形或组装等零部件加工作业，当人的手臂仍然处于危险空间（模口区）发生挤压、剪切等机械伤害。
    • （二）冲压事故的原因
      • 1、冲压操作简单，动作单一。极易使操作者产生厌倦情绪。
      • 2、作业频率高。操作者需要被动配合冲床，手频繁地进出模口区操作，精力和体力都有很大消耗。
      • 3、人的手脚配合不一致，或多人操作彼此动作不协调。（容易被压住）
      • 4、冲压机械噪声和振动大。作业环境恶劣造成对操作者生理和心理的不良影响。
      • 5、设备原因。模具结构设计不合理；未安装安全装置或安全装置失效；冲头打崩；机器本身故障造成连冲或不能及时停车等。
    • （三）实现冲压安全的对策
      • 第一，在操作区采用安全装置，保障滑块的下行程期间，人手处于危险模口区之外。
      • 第二，提高送、取料的机械化和自动化水平，代替人工送、取料。
      • 第三，采用手用工具送取料，避免人的手部伸入模口区。
      • 第四，设计安全化模具，缩小模口危险区，设置滑块小行程，使人手无法伸进模口区。解决冲压事故的根本措施是在实现本质安全措施的基础上，在操作区使用安全防护装置。（注意）压力机的安全功能部件包括：离合器和制动器、紧急制动装置、安全防护装置和安全辅助装置等与安全相关的部件。
• 二、压力机作业区的安全保护
  • （一）操作控制系统
    • 1、操作控制系统包括离合器、制动器和脚踏或手操作装置。
    • 2、离合器分为刚性离合器和摩擦离合器。
    • 3、刚性离合器以刚性金属键作为接合零件，构造简单，不需要额外动力源，但不能使滑块停止在行程的任意位置，只能使滑块停止在上死点
    • 4、摩擦离合器借助摩擦副的摩擦力来传递扭矩，结合平稳，冲击和噪声小，可使滑块停止在行程的任意位置。
    • 5、在设计时应保证：
      • （1）制动器和离合器设计时应保证任一零件（如能量传递或螺栓）的失效，不能使其他零件快速产生危险的联锁失效。
      • （2）离合器及其控制系统应保证在气动、液压和电气失灵的情况下，离合器立即脱开，制动器立即制动。
      • （3）禁止在机械压力机上使用带式制动器来停止滑块。
      • （4）脚踏操作与双手操作规范应具有联锁控制。
      • （5）在离合器、制动器控制系统中，须有急停按钮。在执行停机控制的瞬时动作时，必须保证离合器立即脱开、制动器立即接合。急停按钮停止动作应优先于其他控制装置。
      • （6）采用规格尺寸、质量、刚度上应一致的压缩弹簧接合制动器和脱开离合器。
  • （二）安全防护装置
    • 1、什么是安全防护装置
      • 安全保护装置包括：活动、固定栅栏式、推手式、拉手式等。
      • 安全保护控制装置包括：双手操作式、光电感应保护装置等。
      • 如果压力机工作过程中需要从多个侧面接触危险区域，应为各侧面安装提供相同等级的安全防护装置。危险区开口小于6mm的压力机可不配置安全防护装置。
    • 2、固定式封闭防护装置
      • 通过在危险区周围设置实体隔离，确保人体任何部位无法进入危险区。常见有固定和活动联锁式，实体隔离有透明实体隔板、栅栏式防护装置，应满足下列安全要求：
      • （1）防护装置应牢固固定安装在机床、周围其他固定的结构件或安装在地面上，不用专门工具不能拆除。
      • （2）联锁式防护装置只有在活动护栏门关闭后才能启动工作行程。
    • 3、双手操作式安全保护控制装置
      • 工作原理是将滑块的下行程运动与对双手的限制联系起来，必须符合以下要求：（1）双手操作的原则。不能只用一只手、同一手臂的手掌和手肘、小臂或手肘、手掌和身体的其他部分来启动输出信号，必须双手同时推按操纵器，离合器才能接合滑块下行程；在滑块下行过程中，松开任一按钮，滑块立即停止下行程或超过下死点。
      • （2）重新启动的原则。对于被中断的操作控制需要恢复以前，应先松开全部按钮,然后再次双手按压后才能恢复运行。
      • （3）操纵器的装配要求。两个操纵器（按钮或操纵手柄的手握部位）的内缘装配距离至少相隔260mm。
      • 为防止意外触动，按钮不得凸出台面或加以遮盖。
      • （4）对需多人协同配合操作的压力机，应为每位操作者都配置双手操纵装置，并且只有全部操作者协同操作双手操纵装置时，滑块才能启动运行。
      • （5）双手操作式安全装置只能保护使用该装置的操作者，不能保护其他人员的安全。
    • 4、光电保护装置
      • 光电保护装置是目前压力机使用最广泛的安全保护控制装置。将光幕设在通往危险区的必经之路上。当人体的某个部位进入危险区（或接近危险区）时，立即被检测出来，滑块停止运动或不能启动。应满足以下功能：
      • （1）保护范围。由保护高度和保护长度构成矩形光幕。保护髙度不低于滑块最大行程与装模高度调节量之和，保护长度应能覆盖操作危险区。
      • （2）自保功能。在保护幕被遮挡，滑块停止运动后，即使人体撤出恢复通光时，装置仍保持遮光状态，滑块不能恢复运行，必须按动“复位”按钮，滑块才能再次启动。
      • （3）回程不保护功能。滑块回程时装置不起作用，在此期间即使保护幕被破坏，滑块也不停止运行，以利操作者的手出入操作。
      • （4）自检功能。光电保护装置可对自身发生的故障进行检查和控制，使滑块处于停止状态，在故障排除以前不能恢复运行。
      • （5）响应时间。装置响应时间不得超过20ms。
      • （6）抗干扰性。光线式安全装置在白炽灯、高频电子电源荧光灯干扰下应能正常工作，受到频闪灯光干扰不应失灵。
    • 5、拉（推或拨）手式安全装置
      • 拉（推或拨）手式安全装置属于机械式安全装置，可防止操作者双手误入危险区。若手已入危险区，通过该安全装置将手随冲模的闭合而拉（推或拨）出危险区。
    • 6、安全操作附件
      • （1）安全操作附件指在压力机主机以外，为用户安全操作额外提供的手用操作工具。
      • （2）包括手用钳、钩、镊、各式吸盘（电磁、真空）及工艺专用工具等
      • （3）手用工具本身并不具备安全装置的基本功能，是安全操作的辅助手段，它只能代替人手伸进危险区，不能取代安全装置。
  • （三）消减冲模危险区的措施
    • （1）减少上、下模非工作部分的接触面，将上模座正面和侧面制成斜面、倒钝外廓和非工作部件的尖角。
    • （2）当冲模闭合时，从下模座上平面至上模座下平面的最小间距应大于60mm。
    • （3）手工上下料时，在冲模的相应部位应开设避免压手的空手槽。
  • （四）其他保护措施
    • 1.超载保护装置:压力机应装备超载保护装置。如剪切式、压塌式、液压式等超载保护装置。当发生超载时，使动力不能继续输入，后续机构运动停止，从而保护后续主要受力件不遭到损坏。
    • 2.安全支撑装置:压力机在调整模具或维修时，将支撑装置作为支撑，置于模具空间内，防止滑块或模具部件移动、下落。只要支撑装置处在防护位置，则压力机不能启动行程并滑块应保持在上死点。可将其同压力机控制装置联锁。
    • 3.紧急停止按钮:必须装设红色紧急停止按钮，该装置在供电中断时，应以不大于0.20s的时间快速制动。如果有多个操作点时，各操作点上一般均应有紧急停止按钮。
    • 4.安全监控、显示装置:应根据安全运行、操作的需要设置安全监督、控制、显示装置。
    • 5.防松措施:压力机上所用的螺栓、螺母、销针等紧固件和弹簧，因其破坏、失效、松脱会导致意外或零部件移位、跌落时，必须采取防松措施。
    • 6.解救被困人员:应提供解救在模区被困人员的措施，如辅助驱动装置、手动旋转飞轮的开口。手动旋转应与压力机控制系统联锁。
• 三、剪板机安全技术
  • 剪板机的操作危险区是刀口和压料装置及其关联区域。常常选择固定式防护装置，保护暴露于危险区的人员。当间隙不超过6mm时,则不需要安全防护。
  • 一般安全要求
    • 1、剪板机应有单次循环模式。选择单次循环模式后，即使控制装置持续有效，刀架和压料脚也只能工作一个行程。
    • 2、压料装置（压料脚）应确保剪切前将剪切材料压紧，压紧后的板料在剪切时不能移动。
    • 3、安装在刀架上的刀片应固定可靠，不能仅靠摩擦安装固定。
    • 4、剪板机上的所有紧固件应紧固，并应采取防松措施以免引起伤害。5、在使用剪板机时，剪板机后部落料危险区域一般应设置阻挡装置，以防止人员发生危险。如果剪
    • 板机配备了可调整的前托料和后挡料，即使配备了后托料，后挡料和前托料不能将其调整到刀口下方，后挡料的设计也不允许将后挡料调整到刀口之间。
    • 6、剪板机上必须设置紧急停止按钮，一般应在剪板机的前面和后面分别设置。
  • 安全防护装置
    • 剪板机安全防护装置防止从前部、侧面和后部接触运动的刀口和电动后挡料以及辅助装置。如剪板机完成工作需从多个侧面接触危险区域，每一个侧面都应设置防护。
    • 1、固定式防护装置
      • 1.应可防止进入刀口和压料装置构成的危险区域。
      • 2.固定式防护装置不应阻挡看清剪切线。
    • 2、联锁防护装置或联锁防护装置与固定式防护装置的组合
      • 1.如果联锁防护装置处于打开位置，任何危险运动都应停止；只有防护装置关闭后才能启动剪切行程，电动后挡料和辅助装置才能开始运动。
      • 2.不带防护锁的联锁防护装置应安装在操作者伤害发生前且没有足够时间进入危险区域的位置。
      • 3.不带防护锁的联锁防护装置应与固定式防护装置结合使用，在任何危险运动过程中应能防止进入危险区（压料装置、剪切线）。
      • 4.安全距离应按照剪板机总响应时间和操作者的速度进行计算确定。
    • 3、光电保护装置
      • 采用光电保护装置应满足下列要求：
      • 1.确保只能从光电保护装置的检测区进入危险区，应提供附加的安全防护装置,阻止从其他方向进入危险区。
      • 2.光电保护装置应安装在操作者接触危险区域伤害发生前危险运动已经停止的位置。
      • 3.如果人体任一部分引起光电保护装置动作，任何危险动作应停止，亦不可能启动。
      • 4.复位装置应放置在可以清楚观察危险区域的位置。每一个检测区域严禁安装多个复位装置；如果后面由光电保护装置防护，每个检测区域应安装一个复位装置。