沖壓機(jī)原理

沖床知識(shí)講座一、 主要技術(shù)參數(shù) 1公稱(chēng)壓力 Pg 曲柄壓力機(jī)的公稱(chēng)壓力（即額定壓力）是指滑塊離下死點(diǎn)前某一特定距離（即公稱(chēng)壓力行程Sg）或曲柄旋轉(zhuǎn)到離下死點(diǎn)前某一特定角度（即公稱(chēng)壓力角g）時(shí)，滑塊所容許承受的最大作用力，單位N或kN。2滑塊行程 S 滑塊行程為滑塊從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)直線距離，單位mm。3滑塊單位時(shí)間的行程次數(shù) n 行程次數(shù)為滑塊每分鐘從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)再回到上死點(diǎn)的往返次數(shù)。 壓力機(jī)的行程次數(shù)應(yīng)能保證生產(chǎn)率，同時(shí)必須考慮操作者的操作頻率不能超過(guò)承受能力，造成疲勞作業(yè)。4裝模高度 H 裝模高度為滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，滑塊底平面到工作墊板上表面的距離，單位mm。當(dāng)滑塊調(diào)節(jié)到上極限位置時(shí)，裝模高度達(dá)到最大值，稱(chēng)為最大裝模高度。 封閉高度是指滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，滑塊底平面到工作臺(tái)上表面的距離，單位mm。封閉高度和裝模高度之差恰好是墊板厚度。 其他參數(shù)還有工作臺(tái)板和滑塊底面尺寸、喉深及立柱間距等。壓力機(jī)裝設(shè)安全裝置時(shí)要考慮這些參數(shù)。二、曲柄壓力機(jī)組成 根據(jù)壓力機(jī)的傳動(dòng)方式、結(jié)構(gòu)形式及產(chǎn)生壓力的方式等不同，可有多種類(lèi)型。按傳動(dòng)方式不同，可分為機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、電磁及氣動(dòng)壓力機(jī)；按機(jī)身結(jié)構(gòu)不同，可分為開(kāi)式和閉式機(jī)身壓力機(jī)；按產(chǎn)生壓力的方式不同，機(jī)械壓力機(jī)又可分為摩擦壓力機(jī)和曲柄壓力機(jī)。機(jī)械傳動(dòng)的曲柄壓力機(jī)使用量最大，是我國(guó)工業(yè)部門(mén)中最基本、最常見(jiàn)的壓力機(jī)械類(lèi)型。其中，中、小噸位開(kāi)式機(jī)身機(jī)械式曲柄壓力機(jī)使用量多，手工操作比例大，相應(yīng)的事故率也高。本章將重點(diǎn)討論開(kāi)式機(jī)身機(jī)械式曲柄壓力機(jī)。 曲柄壓力機(jī)由機(jī)身、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、工作機(jī)構(gòu)和操縱系統(tǒng)組成。1機(jī)身 機(jī)身由床身、底座和工作臺(tái)三部分組成，工作臺(tái)上的墊板用來(lái)安裝下棋。機(jī)身大多為鑄鐵材料，而大型壓力機(jī)采用鋼板焊接而成。機(jī)身首先要滿足剛度、強(qiáng)度條件，有利于減振降噪，保證壓力機(jī)的工作穩(wěn)定性。2動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng) 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置（齒輪傳動(dòng)或帶傳動(dòng)）以及飛輪組成，其中電動(dòng)機(jī)和飛輪是動(dòng)力部件。在壓力機(jī)的空行程，靠飛輪自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量蓄積動(dòng)能；在沖壓工件瞬間受力最大時(shí)，飛輪放出蓄積的能量，這樣使電動(dòng)機(jī)負(fù)荷均衡，能量利用合理，減少振動(dòng)。有的沖壓機(jī)利用大齒輪或大皮帶輪起到飛輪的作用。3工作機(jī)構(gòu) 工作機(jī)構(gòu)是曲軸、連桿和滑塊組成曲柄連桿機(jī)構(gòu)。曲軸是壓力機(jī)最主要部分，它的強(qiáng)度決定壓力機(jī)的沖壓能力；連桿是連接件，它的兩端與曲軸、滑塊鉸接；裝有上模的滑塊是執(zhí)行元件，最終實(shí)現(xiàn)沖壓動(dòng)作。輸入的動(dòng)力通過(guò)曲軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)連桿上下擺動(dòng)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成滑塊沿著固定在機(jī)身上導(dǎo)軌的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。4操縱系統(tǒng) 操縱系統(tǒng)包括離合器、制動(dòng)器和操縱機(jī)構(gòu)。離合器和制動(dòng)器對(duì)控制壓力機(jī)的間歇沖壓起重要作用，同時(shí)又是安全保證的關(guān)鍵所在，離合器的結(jié)構(gòu)對(duì)某些安全裝置的設(shè)置產(chǎn)生直接影響。操縱裝置一般采用腳踏開(kāi)關(guān)。以J31315型開(kāi)式壓力機(jī)為例，其工作原理見(jiàn)圖14一1 。電動(dòng)機(jī)1帶動(dòng)皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)2，3，將動(dòng)力傳到小齒輪6，通過(guò)6和7，8和9兩級(jí)齒輪減速傳到曲柄連桿機(jī)構(gòu)，大齒輪7同時(shí)又起飛輪作用。最本級(jí)齒輪9制成偏心齒輪結(jié)構(gòu)，它的偏心輪部分就是曲柄，曲柄可以在芯軸10上旋轉(zhuǎn)。連桿12一端連到曲軸偏心輪；另一端與滑塊鉸接，當(dāng)偏心齒輪9在與小齒輪8嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連桿擺動(dòng)，將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。上模裝在滑塊上，下模固定在墊板上，滑塊帶動(dòng)上模相對(duì)下模運(yùn)動(dòng)，對(duì)放在上、下模之間的材料實(shí)現(xiàn)沖壓。圖141 J31315型開(kāi)式壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)原理圖1-電動(dòng)機(jī) 2-小皮帶輪 3-大皮帶輪 4-制動(dòng)器 5-離合器 6-小齒輪7-大齒輪 8-小齒輪 9-偏心齒輪 10-芯軸 11-機(jī)身 12-連桿13-滑塊 14-上模 15-下模 16-墊板 17-工作臺(tái) 18-液壓氣墊 在電動(dòng)機(jī)不切斷電源情況下，滑塊的動(dòng)與停是通過(guò)操縱腳踏開(kāi)關(guān)控制離合器5和制動(dòng)器4實(shí)現(xiàn)的。踩下腳踏開(kāi)關(guān)，制動(dòng)器松閘，離合器結(jié)合，將傳動(dòng)系統(tǒng)與曲柄連桿機(jī)構(gòu)連通，動(dòng)力輸入，滑塊運(yùn)動(dòng)；當(dāng)需要滑塊停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，松開(kāi)腳踏開(kāi)關(guān)，離合器分離，將傳動(dòng)系統(tǒng)與曲柄連桿機(jī)構(gòu)脫開(kāi)，同時(shí)運(yùn)動(dòng)慣性被制動(dòng)器有效地制動(dòng)，使滑塊運(yùn)動(dòng)及時(shí)停止。三、過(guò)載保護(hù)裝置壓力機(jī)工作過(guò)程中，可能由于材料、模具、設(shè)備、操作等問(wèn)題出現(xiàn)超載；由于滑塊和上模的自重導(dǎo)致下降速度過(guò)快，對(duì)零件產(chǎn)生撞擊；或由于制動(dòng)器失靈、連桿折斷，導(dǎo)致滑塊墜落而引發(fā)事故。為此，應(yīng)在壓力機(jī)上采用一些保護(hù)性技術(shù)措施。 過(guò)載保護(hù)裝置常見(jiàn)的有壓塌式、液壓式和電子檢測(cè)式等。1壓塌式過(guò)載保護(hù)裝置 根據(jù)破壞式保護(hù)原理，在傳動(dòng)鏈中人為制造一個(gè)機(jī)械薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)發(fā)生超載時(shí)，這個(gè)薄弱環(huán)節(jié)首先破壞，切斷傳動(dòng)線路，使動(dòng)力不能繼續(xù)輸入，后續(xù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)停止，從而保護(hù)后續(xù)主要受力件不遭到損壞。壓力機(jī)常用壓塌塊作為機(jī)械薄弱環(huán)節(jié)，保護(hù)主要受力件曲軸免受超載造成的破壞。 圖1411 壓塌塊過(guò)載保護(hù)裝置的安裝位置1-連桿體 2-調(diào)節(jié)螺桿 3-支承座 4-滑塊 5-壓塌塊 壓塌塊一般裝在滑塊球鉸與滑塊之間的部位（見(jiàn)圖1411），當(dāng)壓力機(jī)過(guò)載時(shí)，壓榻塊a，b兩處的圓形截面首先剪切破壞，使連桿相對(duì)于滑塊滑動(dòng)一段距離，觸動(dòng)開(kāi)關(guān)，將控制線路切斷，壓力機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，保障機(jī)器安全。壓塌塊有雙剪切面和單剪切面兩種，以雙剪切面的為例，壓塌塊兒何尺寸的確定原則是將a，b兩處剪切面積設(shè)計(jì)得相同（見(jiàn)圖1412），以使兩剪切面同時(shí)破壞。保護(hù)裝置的破壞載荷約為額定載荷的125%左右，設(shè)兩截面各承受一半工作載荷。剪切面設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算公式為： 式中:a,b-壓塌塊的兩剪切斷面面積； da,db-a,b截面處的直徑； -材料剪切強(qiáng)度極限； Pg-壓力機(jī)的公稱(chēng)壓力。 圖1412 壓塌塊過(guò)載保護(hù)裝置 壓塌式過(guò)我保護(hù)裝置的缺點(diǎn)是不能準(zhǔn)確地限制過(guò)載力，因?yàn)閴核鷫K的破壞不僅由作用在它上面的外力決定，同時(shí)還與壓塌塊的材料疲勞有關(guān)。2液壓式過(guò)載保護(hù)裝置 圖1413所示為J39800型閉式四點(diǎn)壓力機(jī)液壓式過(guò)載保護(hù)裝置原理圖，通過(guò)卸荷閥6自動(dòng)控制過(guò)載。在正常工作時(shí)，泵2輸出的壓力油經(jīng)卸荷閥6的單向閥進(jìn)入液壓墊5的油缸內(nèi)，抬起連桿支承座。在公稱(chēng)壓力下工作時(shí)，液壓墊中油的壓力使卸荷閥中的單向閥關(guān)閉，閥芯處于圖示下位，卸荷閥進(jìn)油端油壓力與彈簧力的總和大于輸出端總壓力，壓力機(jī)正常工作。當(dāng)超載時(shí)，油缸油壓升高，使卸荷閥輸出端壓力大于進(jìn)油端壓力與彈簧力的總和，迫使閥芯移動(dòng)到上位，使壓力油迅速排到油箱，壓力機(jī)卸載。同時(shí)，卸荷閥上的斜面碰塊隨閥體的移動(dòng)而觸動(dòng)限位開(kāi)關(guān)，切斷電氣控制線路，使離合器分離，油泵停轉(zhuǎn)，壓力機(jī)緊急停車(chē)。在彈簧力作用下，卸荷閥閥芯復(fù)位。消除過(guò)載后，泵再次供油，壓力機(jī)重新開(kāi)始工作。 圖1413 J39-800型閉式四點(diǎn)壓力液壓保護(hù)裝置原理圖1-電動(dòng)機(jī) 2-高壓液壓泵 3-溢流閥 4-單向閥 5-限位開(kāi)關(guān) 6-卸荷閥7-液壓墊 8-壓力表開(kāi)關(guān) 9-壓力表 10-壓力繼電器壓力機(jī)的公稱(chēng)壓力是如何計(jì)算的? 是說(shuō)滑塊離下死點(diǎn)有13毫米的時(shí)候,此時(shí)壓力機(jī)所具有的壓力,就是所說(shuō)的公稱(chēng)壓力,一般的壓力機(jī)所用的力都在壓力機(jī)的公稱(chēng)力的60%左右,最多不能超過(guò)65%,否則壓力機(jī)的壽命會(huì)急劇下降,震動(dòng)加大,很可能發(fā)生特別重大的惡性事件.機(jī)毀人亡!四、壓力機(jī)的安全使用與管理防止沖壓事故是一個(gè)復(fù)雜、綜合性的工作，應(yīng)從多方面、多層次給予重視。壓力機(jī)本質(zhì)安全和采用安全裝置是壓力作業(yè)安全的基礎(chǔ)和前提，使用與管理是安全的保證，包括制定嚴(yán)格的安全操作規(guī)程、創(chuàng)造良好的環(huán)境和舒適的工作條件，采用輔助安全措施等。否則壓力機(jī)及其安全裝置再好，但得不到正確的使用和維護(hù)，甚至遭到人為損壞或拆除，事故仍可能發(fā)生。（一）、手用工具 沖壓事故率最高的時(shí)段發(fā)生在送、取料階段，而我國(guó)目前相當(dāng)數(shù)量的沖壓機(jī)械還仍然靠手工送、取料。解決這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)廉價(jià)簡(jiǎn)便的方法就是利用手用工具。手用工具的作用是以工具代手，避免操作者手伸進(jìn)模口區(qū)的危險(xiǎn)。 手用工具是指在壓力機(jī)主機(jī)以外，為用戶安全操作額外提供的手用操作工具。手用工具種類(lèi)很多，常用的有手用鉗、鉤、鑷、夾、各式吸盤(pán)（電磁、真空、永磁）及工藝專(zhuān)用工具等，是安全操作的輔助手段。 手用工具的設(shè)計(jì)和選用要注意以下幾點(diǎn)：1符合安全人機(jī)工程學(xué)要求 手用工具的手柄形狀要適于操作者的手把持，并能阻止在用力時(shí)，手向前握或前移都不能達(dá)到不安全位置，避免因使用工具不當(dāng)而受到傷害。2結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便使用 手用工具的工作部位應(yīng)與所夾持坯料的形狀相符，以利夾持可靠、迅速取送、準(zhǔn)確入模。3不得對(duì)模具造成損傷 手用工具應(yīng)盡量采用軟質(zhì)材料制作，以防在意外情況下，工具未及時(shí)退出?？?，而在模具又閉合時(shí)，造成壓力機(jī)過(guò)載。4符合手持電動(dòng)工具的安全要求 手持電動(dòng)工具應(yīng)采用安全電壓，并保證絕緣。需要強(qiáng)調(diào)指出，在正常操作時(shí)，堅(jiān)持使用手用工具對(duì)降低沖壓事故確實(shí)能起到一定作用，但手用工具本身并不具備安全裝置的基本功能，因而不是安全裝置。它只能代替人手伸進(jìn)危險(xiǎn)區(qū)，不能防止操作者的手意外伸進(jìn)危險(xiǎn)區(qū)。采用手用工具還必須同時(shí)使用安全裝置。（二）、良好的工作環(huán)境和操作位置 沖壓作業(yè)單調(diào)、重復(fù)，容易引起操作者疲勞；噪聲和振動(dòng)使操作意識(shí)下降，這也是導(dǎo)致事故的重要原因之一。如果操作者的姿勢(shì)不正確，會(huì)加速疲勞，增加危險(xiǎn)性，所以操作位置和姿勢(shì)，以及周?chē)h(huán)境諸因素都應(yīng)給予充分注意。1操作位置和姿勢(shì)應(yīng)符合安全人機(jī)學(xué)的要求 盡量為操作者提供舒適安全的作業(yè)條件，以便更有效地發(fā)揮人的作用，提高生產(chǎn)率。國(guó)外的一些做法可供我國(guó)借鑒，如日本搞了沖壓作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)操作尺寸，圖1420就是其中一例。不僅在壓力機(jī)的尺寸設(shè)計(jì)上考慮了人體參數(shù)，而且還設(shè)置了肘托板、高度可調(diào)的椅子和腳踏板，增加操作的舒適性。 圖1420 沖壓作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)操作尺寸1-肘托板 2-坐椅 3-腳踏板 2提供良好的生理和心理工作環(huán)境 工作環(huán)境的溫度、通風(fēng)、照明、噪聲和振動(dòng)等均應(yīng)符合勞動(dòng)衛(wèi)生要求。如果達(dá)木到要求，應(yīng)采用措施加以改造。3配備勞動(dòng)保護(hù)用品準(zhǔn)操作尺寸 在環(huán)境治理改造前或改造期間，應(yīng)配備必要的勞動(dòng)保護(hù)用品，例如耳塞（耳罩）、操作手套等，以加強(qiáng)對(duì)人員的保護(hù)。（三）、壓力機(jī)安全操作注意事項(xiàng) 根據(jù)壓力機(jī)不同機(jī)器種類(lèi)和加工要求，制定有針對(duì)性、切實(shí)可行的安全操作規(guī)程，并進(jìn)行必要的崗位培訓(xùn)和安全教育。使用單位和操作者必須嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)制造單位提供的安全使用說(shuō)明的規(guī)定和操作規(guī)程，正確地使用、檢修。壓力機(jī)一般安全操作要求如下： 第一，開(kāi)動(dòng)設(shè)備前，要檢查壓力機(jī)的操縱部分、離合器和制動(dòng)器是否處于有效狀態(tài)，安全防護(hù)裝置是否完整好用，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)各部有無(wú)異常。發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即采取必要措施，不得帶病運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)禁拆卸和損壞安全裝置。 第二，正式作業(yè)前須經(jīng)空轉(zhuǎn)試車(chē)，確認(rèn)各部分正常后方可工作。開(kāi)機(jī)前應(yīng)清理工作臺(tái)上一切不必要的物品，防止開(kāi)車(chē)振落擊傷人或撞擊開(kāi)關(guān)引起滑塊突然啟動(dòng)。 第三，操作必須使用工具，嚴(yán)禁用手直接伸進(jìn)?？谌∥?，手用工具不得放在模具上。 第四，在模口區(qū)調(diào)整工件位置或揭取卡在模內(nèi)的工件時(shí)，腳必須離開(kāi)腳踏板。 第五，多人操作同一臺(tái)壓力機(jī)應(yīng)有統(tǒng)一指揮，信號(hào)清晰，待對(duì)方作出明確應(yīng)答，并確認(rèn)離開(kāi)危險(xiǎn)區(qū)再動(dòng)作。 第六，突然停電或操作完畢應(yīng)關(guān)閉電源，并將操縱器恢復(fù)到離合器空擋，制動(dòng)器處在制動(dòng)狀態(tài)。 第七，對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行檢修、調(diào)整以及在安裝、調(diào)整、拆卸模具時(shí)，應(yīng)在機(jī)床斷開(kāi)能源（如電、氣、液）、機(jī)床停止運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行，并在滑塊下加放墊塊可靠支護(hù)。機(jī)床啟動(dòng)開(kāi)關(guān)處掛牌通告警示。四、壓力機(jī)的安全管理 壓力機(jī)的安全管理包括如下內(nèi)容： 第一，企業(yè)的安全技術(shù)部門(mén)和設(shè)備主管部門(mén)必須參加壓力機(jī)（包括剪切機(jī)）安裝、大修后試運(yùn)轉(zhuǎn)的驗(yàn)收工作，以及在用設(shè)備的安全定期檢驗(yàn)工作，驗(yàn)收合格后方可使用。 第二，對(duì)每臺(tái)設(shè)備建立完整的設(shè)備檔案。檔案應(yīng)包括：制造廠名稱(chēng)、安裝單位及檢修、改造中所提供的質(zhì)量證明文件和技術(shù)資料，使用中發(fā)生設(shè)備、人身事故等情況。 第三，建立交接班制度、崗位責(zé)任制度、維護(hù)保養(yǎng)制度、定期檢驗(yàn)與檢修制度、事故登記與報(bào)告制度等，并嚴(yán)格執(zhí)行。 第四，操作者必須年滿18周歲并經(jīng)過(guò)企業(yè)部門(mén)的專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)，熟悉設(shè)備性能和維護(hù)保養(yǎng)知識(shí)，經(jīng)安全考試合格后方可憑證上崗操作。 第五，對(duì)于陳舊、失效、發(fā)現(xiàn)異常、缺乏安全防護(hù)裝置的壓力機(jī)，經(jīng)技術(shù)改造仍達(dá)不到安全標(biāo)準(zhǔn)要求的，由主管部門(mén)及安全技術(shù)部門(mén)認(rèn)真鑒定后，禁止使用。確認(rèn)無(wú)改造價(jià)值的應(yīng)報(bào)廢，嚴(yán)禁轉(zhuǎn)賣(mài)。10