冲压机原理
冲压机原理
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冲床知识讲座
一、主要技术参数
1．公称压力 Pg
曲柄压力机的公称压力（即额定压力）是指滑块离下死点前某一特定距离（即公称压力行程Sg）或曲柄旋转到离下死点前某一特定角度（即公称压力角αg）时，滑块所容许承受的最大作用力，单位N或kN。
2．滑块行程 S
滑块行程为滑块从上死点到下死点直线距离，单位mm。
3．滑块单位时间的行程次数 n
行程次数为滑块每分钟从上死点到下死点再回到上死点的往返次数。
压力机的行程次数应能保证生产率，同时必须考虑操作者的操作频率不能超过承受能力，造成疲劳作业。
4．装模高度 H
装模高度为滑块在下死点时，滑块底平面到工作垫板上表面的距离，单位mm。当滑块调节到上极限位置时，装模高度达到最大值，称为最大装模高度。
封闭高度是指滑块在下死点时，滑块底平面到工作台上表面的距离，单位mm。封闭高度和装模高度之差恰好是垫板厚度。
其他参数还有工作台板和滑块底面尺寸、喉深及立柱间距等。压力机装设安全装置时要考虑这些参数。
二、曲柄压力机组成
根据压力机的传动方式、结构形式及产生压力的方式等不同，可有多种类型。按传动方式不同，可分为机械传动、液压传动、电磁及气动压力机；按机身结构不同，可分为开式和闭式机身压力机；按产生压力的方式不同，机械压力机又可分为摩擦压力机和曲柄压力机。机械传动的曲柄压力机使用量最大，是我国工业部门中最基本、最常见的压力机械类型。其中，中、小吨位开式机身机械式曲柄压力机使用量多，手工操作比例大，相应的事故率也高。本章将重点讨论开式机身机械式曲柄压力机。
曲柄压力机由机身、动力传动系统、工作机构和操纵系统组成。
1．机身
机身由床身、底座和工作台三部分组成，工作台上的垫板用来安装下棋。机身大多为铸铁材料，而大型压力机采用钢板焊接而成。机身首先要满足刚度、强度条件，有利于减振降噪，保证压力机的工作稳定性。
2．动力传动系统
动力传动系统由电动机、传动装置（齿轮传动或带传动）以及飞轮组成，其中电动机和飞轮是动力部件。在压力机的空行程，靠飞轮自身转动惯量蓄积动能；在冲压工件瞬间受力最大时，飞轮放出蓄积的能量，这样使电动机负荷均衡，能量利用合理，减少振动。有的冲压机利用大齿轮或大皮带轮起到飞轮的作用。
3．工作机构
工作机构是曲轴、连杆和滑块组成曲柄连杆机构。曲轴是压力机最主要部分，它的强度决定压力机的冲压能力；连杆是连接件，它的两端与曲轴、滑块铰接；装有上模的滑块是执行元件，最终实现冲压动作。输入的动力通过曲轴旋转，带动连杆上下摆动，将旋转运动转化成滑块沿着固定在机身上导轨的往复直线运动。
4．操纵系统
操纵系统包括离合器、制动器和操纵机构。离合器和制动器对控制压力机的间歇冲压起重要作用，同时又是安全保证的关键所在，离合器的结构对某些安全装置的设置产生直接影响。操纵装置一般采用脚踏开关。
以J31－315型开式压力机为例，其工作原理见图14一1 。电动机1带动皮带传动系统2，3，将动力传到小齿轮6，通过6和7，8和9两级齿轮减速传到曲柄连杆机构，大齿轮7同时又起飞轮作用。最本级齿轮9制成偏心齿轮结构，它的偏心轮部分就是曲柄，曲柄可以在芯轴10上旋转。连杆12一端连到曲轴偏心轮；另一端与滑块铰接，当偏心齿轮9在与小齿轮8啮合转动时，连杆摆动，将曲轴的旋转运动转变为滑块的往复直线运动。上模装在滑块上，下模固定在垫板上，滑块带动上模相对下模运动，对放在上、下模之间的材料实现冲压。
图14－1 J31－315型开式压力机运动原理图1-电动机 2-小皮带轮 3-大皮带轮 4-制动器 5-离合器 6-小齿轮7-大齿轮 8-小齿轮 9-偏心齿轮 10-芯轴 11-机身 12-连杆
13-滑块 14-上模 15-下模 16-垫板 17-工作台 18-液压气垫在电动机不切断电源情况下，滑块的动与停是通过操纵脚踏开关控制离合器5和制动器4实现的。踩下脚踏开关，制动器松闸，离合器结合，将传动系统与曲柄连杆机构连通，动力输入，滑块运动；当需要滑块停止运动时，松开脚踏开关，离合器分离，将传动系统与曲柄连杆机构脱开，同时运动惯性被制动器有效地制动，使滑块运动及时停止。三、过载保护装置
压力机工作过程中，可能由于材料、模具、设备、操作等问题出现超载；由于滑块和上模的自重导致下降速度过快，对零件产生撞击；或由于制动器失灵、连杆折断，导致滑块坠落而引发事故。为此，应在压力机上采用一些保护性技术措施。
过载保护装置常见的有压塌式、液压式和电子检测式等。
1．压塌式过载保护装置
根据破坏式保护原理，在传动链中人为制造一个机械薄弱环节。当发生超载时，这个薄弱环节首先破坏，切断传动线路，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。压力机常用压塌块作为机械薄弱环节，保护主要受力件曲轴免受超载造成的破坏。
图14－11 压塌块过载保护装置的安装位置
1-连杆体 2-调节螺杆 3-支承座 4-滑块 5-压塌块
压塌块一般装在滑块球铰与滑块之间的部位（见图14－11），当压力机过载时，压榻块a，b两处的圆形截面首先剪切破坏，使连杆相对于滑块滑动一段距离，触动开关，将控制线路切断，压力机停止运转，保障机器安全。压塌块有双剪切面和单剪切面两种，以双剪切面的为例，压塌块儿何尺寸的确定原则是将a，b两处剪切面积设计得相同（见图14－12），以使两剪切面同时破坏。保护装置的破坏载荷约为额定载荷的125%左右，设两截面各承受一半工作载荷。剪切面设计参数计算公式为：
式中:a,b--压塌块的两剪切断面面积；
da,db--a,b截面处的直径；
τ--材料剪切强度极限；
Pg--压力机的公称压力。
图14－12 压塌块过载保护装置
压塌式过我保护装置的缺点是不能准确地限制过载力，因为压塌块的破坏不仅由作用在它上面的外力决定，同时还与压塌块的材料疲劳有关。
2．液压式过载保护装置
图14－13所示为J39－800型闭式四点压力机液压式过载保护装置原理图，通过卸荷阀6自动控制过载。在正常工作时，泵2输出的压力油经卸荷阀6的单向阀进入液压垫5的油缸内，抬起连杆支承座。在公称压力下工作时，液压垫中油的压力使卸荷阀中的单向阀关闭，阀芯处于图示下位，卸荷阀进油端油压力与弹簧力的总和大于输出端总压力，压力机正常工作。当超载时，油缸油压升高，使卸荷阀输出端压力大于进油端压力与弹簧力的总和，迫使阀芯移动到上位，使压力油迅速排到油箱，压力机卸载。同时，卸荷阀上的斜面碰块随阀体的移动而触动限位开关，切断电气控制线路，使离合器分离，油泵停转，压力机紧急停车。在弹簧力作用下，卸荷阀阀芯复位。消除过载后，泵再次供油，压力机重新开始工作。
图14－13 J39-800型闭式四点压力液压保护装置原理图
1-电动机 2-高压液压泵 3-溢流阀 4-单向阀 5-限位开关 6-卸荷阀
7-液压垫 8-压力表开关 9-压力表 10-压力继电器
压力机的公称压力是如何计算的
是说滑块离下死点有13毫米的时候,此时压力机所具有的压力,就是所说的公称压力,一般的压力机所用的力都在压力机的公称力的60%左右,最多不能超过65%,否则压力机的寿命会急剧下降,震动加大,很可能发生特别重大的恶性事件.机毁人亡!
四、压力机的安全使用与管理
防止冲压事故是一个复杂、综合性的工作，应从多方面、多层次给予重视。压力机本质安全和采用安全装置是压力作业安全的基础和前提，使用与管理是安全的保证，包括制定严格的安全操作规程、创造良好的环境和舒适的工作条件，采用辅助安全措施等。否则压力机及其安全装置再好，但得不到正确的使用和维护，甚至遭到人为损坏或拆除，事故仍可能发生。
（一）、手用工具
冲压事故率最高的时段发生在送、取料阶段，而我国目前相当数量的冲压机械还仍然靠手工送、取料。解决这个问题的一个廉价简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，避免操作者手伸进模口区的危险。
手用工具是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。手用工具种类很多，常用的有手用钳、钩、镊、夹、各式吸盘（电磁、真空、永磁）及工艺专用工具等，是安全操作的辅助手段。
手用工具的设计和选用要注意以下几点：
1．符合安全人机工程学要求
手用工具的手柄形状要适于操作者的手把持，并能阻止在用力时，手向前握或前移都不能达到不安全位置，避免因使用工具不当而受到伤害。
2．结构简单、方便使用
手用工具的工作部位应与所夹持坯料的形状相符，以利夹持可靠、迅速取送、准确入模。
3．不得对模具造成损伤
手用工具应尽量采用软质材料制作，以防在意外情况下，工具未及时退出模口，而在模具又闭合时，造成压力机过载。
4．符合手持电动工具的安全要求
手持电动工具应采用安全电压，并保证绝缘。
需要强调指出，在正常操作时，坚持使用手用工具对降低冲压事故确实能起到一定作用，但手用工具本身并不具备安全装置的基本功能，因而不是安全装置。它只能代替人手伸进危险区，不能防止操作者的手意外伸进危险区。采用手用工具还必须同时使用安全装置。
（二）、良好的工作环境和操作位置
冲压作业单调、重复，容易引起操作者疲劳；噪声和振动使操作意识下降，这也是导致事故的重要原因之一。如果操作者的姿势不正确，会加速疲劳，增加危险性，所以操作位置和姿势，以及周围环境诸因素都应给予充分注意。
1．操作位置和姿势应符合安全人机学的要求
尽量为操作者提供舒适安全的作业条件，以便更有效地发挥人的作用，提高生产率。国外的一些做法可供我国借鉴，如日本搞了冲压作业的标准操作尺寸，图14－20就是其中一例。不仅在压力机的
尺寸设计上考虑了人体参数，而且还设置了肘托板、高度可调的椅子和脚踏板，增加操作的舒适性。
图14－20 冲压作业的标准操作尺寸
1-肘托板 2-坐椅 3-脚踏板
2．提供良好的生理和心理工作环境
工作环境的温度、通风、照明、噪声和振动等均应符合劳动卫生要求。如果达木到要求，应采用措施加以改造。
3．配备劳动保护用品准操作尺寸
在环境治理改造前或改造期间，应配备必要的劳动保护用品，例如耳塞（耳罩）、操作手套等，以加强对人员的保护。
（三）、压力机安全操作注意事项
根据压力机不同机器种类和加工要求，制定有针对性、切实可行的安全操作规程，并进行必要的岗位培训和安全教育。使用单位和操作者必须严格遵守设计制造单位提供的安全使用说明的规定和操作规程，正确地使用、检修。压力机一般安全操作要求如下：第一，开动设备前，要检查压力机的操纵部分、离合器和制动器是否处于有效状态，安全防护装置是否完整好用，曲柄滑块机构各部有无异常。发现异常应立即采取必要措施，不得带病运转，严禁拆卸和损坏安全装置。
第二，正式作业前须经空转试车，确认各部分正常后方可工作。开机前应清理工作台上一切不必要的物品，防止开车振落击伤人或撞击开关引起滑块突然启动。
第三，操作必须使用工具，严禁用手直接伸进模口取物，手用工具不得放在模具上。
第四，在模口区调整工件位置或揭取卡在模内的工件时，脚必须离开脚踏板。
第五，多人操作同一台压力机应有统一指挥，信号清晰，待对方作出明确应答，并确认离开危险区再动作。
第六，突然停电或操作完毕应关闭电源，并将操纵器恢复到离合器空挡，制动器处在制动状态。
第七，对压力机进行检修、调整以及在安装、调整、拆卸模具时，应在机床断开能源（如电、气、液）、机床停止运转的情况下进行，并在滑块下加放垫块可靠支护。机床启动开关处挂牌通告警示。
四、压力机的安全管理
压力机的安全管理包括如下内容：
第一，企业的安全技术部门和设备主管部门必须参加压力机（包括剪切机）安装、大修后试运转的验收工作，以及在用设备的安全定期检验工作，验收合格后方可使用。
第二，对每台设备建立完整的设备档案。档案应包括：制造厂名称、安装单位及检修、改造中所提供的质量证明文件和技术资料，使用中发生设备、人身事故等情况。
第三，建立交接班制度、岗位责任制度、维护保养制度、定期检验与检修制度、事故登记与报告制度等，并严格执行。
第四，操作者必须年满18周岁并经过企业部门的专门培训，熟悉设备性能和维护保养知识，经安全考试合格后方可凭证上岗操作。
第五，对于陈旧、失效、发现异常、缺乏安全防护装置的压力机，经技术改造仍达不到安全标准要求的，由主管部门及安全技术部门认真鉴定后，禁止使用。确认无改造价值的应报废，严禁转卖。