在沖壓作業中，沖壓機械設備、模具、作業方式對安全影響很大。下面分別對這三個方面的不安全因素進行分析和評價。

一、 沖壓機械設備對安全的影響

沖壓機械設備包括：剪板機、曲柄壓力機和液壓機等。本章討論的重點內容是曲柄壓力機的安全問題。

典柄壓力機是一種將旋轉運動轉變為直線往復運動的機器。下面對壓力機的一般常識作一簡單介紹：

工作原理 如圖1所示，它由電動機通過皮帶輪及齒輪驅動曲軸轉動，曲軸的軸心線與其上的曲柄軸心線偏移一個偏心距，從而便可通過連桿（它是連接曲柄和滑塊的零件）帶動滑塊作上下往復運動。



圖1 曲柄壓力機的傳動系統圖

1―電動機 2―小皮帶輪 3―皮帶 4―大皮帶輪 5―離合器 6―軸承 7―曲軸 8―工作臺 9―下模 10―上模 11―導軌 12―滑塊 13―連桿 14－制動器

組成部分 它由工作機構、傳動系統、操縱系統、能源系統、支承系統及多種輔助系統組成。

受力系統 如圖2所示，沖壓件的變形阻力全部傳遞到設備的機身上，形成一個封閉的受力系統。壓力機運行時，除本身重量對地基產生壓力外，無其它壓力作用。（不考慮傳動系統的不平衡對地基的振動造成的壓力）



圖2 曲柄滑塊機構受力平衡圖

運動分析 如圖3所示為曲柄滑塊機構運動示意圖，滑塊的運動速度隨曲柄轉角的位置變化而變化，其加速也隨著作周期性變化。對于結點正置的曲柄滑塊機構，當曲柄處于上死點（α=0°）和下死點（α=180°）位置時，滑塊運動速度為零，加速度最大；當α=90°、α=270°時，其速度最大，加速度最小。


圖3 曲柄滑塊機構運動示意圖

下面分別討論壓機中的不安全因素。

（一） 工作機構對安全的影響

工作機構一般為曲柄連桿機構，它是將曲軸的旋轉運動轉變為滑塊的直線運動的機構，它不但能使旋轉運動變為直線運動，而且還能起力的放大作用，即增力作用，使滑塊在下死點附近產生最大沖壓力。曲柄連桿機構的運動是剛性的，只要曲柄旋轉，就要強制帶動滑塊運動，如果沖制件變形阻力太大，則達到或超過機械構件允許的強度要求而使構件損壞（連桿折斷、曲軸和傳動軸變形）。這點不同于液壓機、螺旋摩擦壓力機等。液壓機超載時，液壓系統會實現自動保護，使動梁停止運動，不會損壞有關構件。螺旋摩擦壓力機超載時，滑塊下行終點抬高，不會使構件損壞。因此，為保證沖壓作業的安全生產，一定要合理選用設備。

（二） 技術參數對安全的影響

技術參數是指工作范圍和技術性能數據，包括公稱壓力、滑塊行程、滑塊行程次數、最大閉合高度、工作臺面尺寸、離合器工作氣壓等等。下面只將那些對安全影響較大的參數進行討論。

1． 公稱壓力

它是指滑塊離下死點前某一特定距離或曲柄旋轉到離下死點某一特定角度時，滑塊上所容許承受的最大作用力。例如J31-315壓力機的公稱壓力為3150kN，它是指滑塊離下死點前10.5mm（相當于公稱壓力角為20°）時滑塊上所容許的最大作用力。壓力機在額定噸位內所能克服的阻力是曲軸轉角的函數。如圖4所示，說明隨著曲柄轉角的增大，壓機允許負荷減小，即如果阻力過大，則設備的構件（齒輪、連桿、曲軸、傳動軸）便會因超過允許強度而損壞。因此，不允許壓機在超過名義負荷的情況下工作，尤其在壓機工作行程較大時，更要注意此點。



圖4 曲柄壓力機允許負荷圖

2． 滑塊行程（mm）

滑塊從上死點到下死點所經過的距離稱為滑塊行程。它對壓機的使用范圍和操作方便程度都有一定影響。滑塊行程長，則模具開起時，開口尺寸大，模區空間大，操作方便，能見區大，安全感較強。但是，行程較大的壓機相應高度增加，機構較為龐大，這種壓機一般用于深拉伸工序。用于沖裁、淺拉伸的壓機一般行程較短。

3． 滑塊行程次數（次/min）

滑塊在連續運行時每分鐘來回的次數稱為行程次數。它對壓機使用效率、性能、安全等都有影響。

對于公稱壓力為1600kN以上、滑塊行程大于200mm、行程次數在20次/min以下的大、中型閉式壓機，其傷害事故發生率小，傷害原因也較為簡單，因為此類壓機的滑塊上下運動速度較慢，可以認為滑塊下行初始和滑塊上行這兩個區間都是安全區，只有滑塊下行后期至模具閉合前的一段區間是危險區，相當于曲軸轉角90°~180°這一范圍。另外，滑塊在行程范圍內可以停止在任意位置上。

對于公稱壓力為1000kN以下、滑塊行程小于120mm、行程次數大于45次/min的小型開式壓機，其傷害事故發生率高，傷害原因也較為復雜。因為此類壓機的滑塊移動速度快，可以認為滑塊起動至模區閉合區間范圍都是危險區，相當于曲柄轉角在0°（上死點）~180°（下死點）這一范圍。這類壓機一般都采用剛性離合器結構，通常壓機只能在上死點附近停止。由此可見，滑塊運動速度太快的壓機采用手工作業顯然是不安全的，其危險性較大。

在機械化、自動化沖壓作業中，由于不需要操作工人用手直接配合操作，所以作業大都連續運行，行程次數對人體安全沒有直接影響。高速沖壓設備大都屬于此列，行程次數高達200次/min以上。

4． 工作臺面尺寸

工作臺面的高度和前后方向的尺寸大小對操作工人的安全有一定的影響。人機工程學要求：機械設備必須適合于人的操作動作（姿勢），簡單方便，勞動強度低，安全可靠。

小型開式壓機的工作臺面高度和前后尺寸都在700mm以下，多為單人操作，操作工人依靠手指、手臂、腳的動作完成作業，因此可以取坐姿操作，應為他們創造舒適的操作條件，減輕疲勞，配置的座椅應能調節高度，以適應不同身高的操作工人使用。

大型閉式壓機的工作臺高度和前后尺寸都在750mm以上，操作時動作幅度大，下模高度超過1200mm時，操作工人的手臂、肩甚至頭部都要進入模區，安全防護較為困難。閉式壓機多為多模多人操作，大多需要站立操作，因此，在安排沖壓作業時，必須考慮操作者的腿部、腰部動作幅度不宜過大，防止由于本身失去平衡而發生傷害事故，更不允許操作工人蹲坐在工作臺上作業。

（三） 結構型式對安全的影響

曲柄壓機按其類型和特點分類，大致可有下幾種結構型式：

1． 開式、閉式壓機

壓機按床身特點分為開式和閉式兩種。分別如圖5和6所示。



圖5 開式壓機機身



圖6 閉式壓機機身

1― 拉緊螺栓 2―上梁 3―導軌 4―立柱 5―工作臺 6―底座

開式壓機（又稱駝背沖床或弓型沖床）有前、左、右三個敞開的操作方向，作業比較方便，一般為單人操作。開式壓機承載時，機身要發生角變形，影響到滑塊運動的精度。因此，這種機身的結構型式只宜用于1000kN以下的小型沖壓機。

閉式壓機的機身為H形，只有前后兩個敞開的操作方向，一般為多人作業，由前面的操作者送料，后面的操作者取件。閉式壓機承載時，立柱只有線變形，不發生角度變形。因此，不影響滑塊的運動精度。這種機身一般都用于大中型沖壓設備。

2． 單動、雙動壓機

壓機按滑塊運動情況及數量分為單動和雙動壓機。單動壓機一般用于沖裁、成形、淺拉伸；雙動壓機用于深拉伸，其滑塊運動速度較慢，相對比較安全。

3． 單點、雙點、四點壓機

曲柄壓機的工作臺面尺寸大小不同，其滑塊尺寸也不同，為了保證滑塊運動精度，曲柄壓機分有一個曲柄、二個曲柄和四個曲柄，簡稱為單點、雙點和四點壓機。雙點和四點壓機的工作臺面較寬，常用于沖制汽車、拖拉機的外殼零件。有時在這些壓機上同時裝有幾副中、小型模具，采用一機多模多人作業方式，在這種情況下，操作人員如果互相配合不當或者聯絡不好，極易發生傷害事故。

（四） 傳動系統對安全的影響

傳動系統包括齒輪傳動、皮帶傳動等機構。其作用是改變速比、降低轉速、傳遞扭矩。壓機通常是在沖擊載荷條件下工作的，因此，傳動件的工作狀態對設備的正常工作有較大的影響。為此，必須滿足傳動構件的強度和剛度條件，除保證正常傳動的必要條件外，同時還必須保證傳動構件的潤滑、緊固和支撐可靠，經常進行檢查、保養和維修，防止發生意外事故。

（五） 操縱系統對安全的影響

操縱系統包括離合器及其控制機構和制動器。

1． 離合器及其控制機構對安全的影響

離合器是控制滑塊運動的裝置。沖壓加工時，轉動著的飛輪（齒輪）通過離合器的作用與靜止不動的曲軸結合，使曲軸轉動從而帶動滑塊運動。沖壓加工完成后，飛輪與曲軸又通過離合器作用脫開，使曲軸停止轉動，從而停止滑塊運動。離合器按其結構可分為剛性離合器和摩擦離合器兩大類：

（1） 剛性離合器及其控制機構 如圖7所示為雙轉鍵離合器，它有二個轉鍵：工作鍵（主鍵）和填充鍵（輔鍵），兩者通過拉板連接得以聯動。主鍵的作用是擔負傳遞全部沖壓工作行程的動力；鋪鍵的作用，一是調整模具時可使曲軸反轉，二是防止曲軸旋轉發生“超前”現象。這種“超前”現象是由于連桿機構的自重作用或其它原因（如彈性卸料或壓料裝置的作用力）造成曲軸轉速在工作行程或回程中發生短暫的超過大齒輪轉速的現象。“超前”現象會造成主鍵與中套的撞擊。



圖7 雙轉鍵離合器

公稱壓力小于400kN的壓機也可采用單轉鍵離合器（只有主鍵）。為了防止“超前”現象，需配備起制動作用的制動器。

剛性離合器的控制機構只能在某一固定位置控制離合器的接合和脫開，它包括機械機構（腳踏杠桿機構）和電器一機械機構（牽引電磁鐵一杠桿機構）兩種。

如圖8所示是腳踏杠桿機構。操作者壓下踏板時，擋鐵（尾板）離位，離合器接合，曲軸轉動。曲軸旋轉一周后，擋鐵（尾板）復位，離合器脫開。這種控制機構簡單，構件不易損壞，但操作時容易因手腳配合不當或誤踩踏板發生傷害事故。