自動沖壓生產(chǎn)線上的降噪方法實施

鄧禮兵，趙紅祥，李 亮，孟燕菲

（常州博瑞電力自動化設(shè)備有限公司，江蘇 常州 213025）

0 引言

隨著鈑金工業(yè)和智能自動化技術(shù)的發(fā)展，連續(xù)自動鈑金沖壓生產(chǎn)線的量產(chǎn)模式日益盛行，隨之噪音對環(huán)境的污染及對人類的危害也日益嚴(yán)重。沖壓噪音是主要的工業(yè)噪聲源之一，一般高達(dá)90～110 dB（A），給工人帶來噪音危害。本研究對連續(xù)自動沖壓生產(chǎn)線的噪聲源以及它們的影響情況作簡單的分析，并結(jié)合實際提出一些降噪方法。

噪聲治理一般是采用隔振、隔聲、吸聲或個人防護等設(shè)施技術(shù)措施來減少噪聲對人體的危害，本質(zhì)上就是減少聲源的振動和聲功率的輻射，從而控制噪聲源，使沖床的噪聲得以控制[1]。但這些辦法的效果各自有一定的局限性，若能綜合使用效果會更佳。

1 案例

本研究結(jié)合某加工繼電保護插箱殼體自動沖壓生產(chǎn)線來闡述降噪方法。該繼電保護插箱殼體沖壓生產(chǎn)線原本采用三副落料成型模具分別單獨沖壓加工，由于殼體的材料偏薄（為1mm鋼板），展開尺寸大（展開尺寸達(dá)到650mm×230mm），導(dǎo)致對應(yīng)模具設(shè)計尺寸大（達(dá)到1000mm×530mm），同時沖裁外形和內(nèi)孔時噪聲相對較大，使得瞬間加工噪音可達(dá)到97dB（A）以上。綜合考慮經(jīng)濟性和噪聲污染問題，改進(jìn)為自動沖壓線加工，形成一條5臺沖床連線的自動沖壓線，如圖1所示。

圖1 鈑金機箱殼體自動沖壓線案例

沖壓線噪聲主要分為空載噪聲和負(fù)載噪聲。空載噪聲是指產(chǎn)線空運轉(zhuǎn)時的噪音；負(fù)載噪聲是生產(chǎn)時產(chǎn)生的噪聲。但在同樣的沖床上加工同樣基材時，采用不同的沖裁、拉伸、彎曲等工藝所產(chǎn)生噪聲不同[2]。

該條沖壓線的沖床采用5臺高新能單曲軸沖床，高傳動扭矩濕式離合剎車器和超高剛性機身，其空載運行聲音低，機械手和送料校平設(shè)備運行聲音低，所以保證了整線空載運行相對低噪聲。目前負(fù)載噪聲最大的是落料工序，原殼體落料符合模的沖裁長度達(dá)到約4000mm，需250t沖床加工，沖裁力瞬間集中，產(chǎn)生較大噪聲；同時，原模具沖裁主要是平口模具，瞬間接觸沖裁，沒有緩沖；沖壓線產(chǎn)生的噪聲比單臺沖床更大。因此，負(fù)載噪聲控制不僅要解決一般沖壓動作的噪聲，還應(yīng)綜合考慮整體控制的優(yōu)化。

針對此，我們采取分解沖裁落料、斜口模具緩解瞬間沖裁力、錯位階梯沖、合理布局設(shè)備等，從模具和沖壓線整體優(yōu)化方面闡述一些有效措施，以緩解上述負(fù)載大噪聲問題原因，從而降低噪聲的危害。

2 改進(jìn)措施

2.1 合理分解落料沖裁

板料沖壓不同工序噪聲差別很大，其中沖裁產(chǎn)生的噪聲最大，沖裁的板材從接觸、變形到最后斷裂分離，會引起沖床相關(guān)部件從積蓄負(fù)荷到突然失荷釋放，沖頭和板材的撞擊，以及各機床部件之間的瞬間沖擊和振動，產(chǎn)生瞬間噪聲[3]。相比拉伸、彎曲、壓印等其他工序產(chǎn)生的噪音小得多。

插箱殼體外形尺寸有650mm×230mm之大，并且眾多內(nèi)孔結(jié)構(gòu)，沖裁量較大，所以沖壓線工序布置應(yīng)盡可能分解沖裁工序，避免瞬間沖壓噪聲過高。將零件沖外形和內(nèi)部沖孔等沖裁部分，根據(jù)沖壓工序特點，合理分布在前三道沖壓工序中，減緩單次沖裁整個外形和內(nèi)孔等彈性能的積蓄，如圖 2所示。

圖2 零件展開落料分解示意圖

2.2 改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)

噪聲與沖頭瞬間接觸面積有關(guān)，常用弧刃、斜刃模代替平口模。斜刃模主要是剪切角度設(shè)置，剪切角越大，沖切時間隨之增加，噪聲等級相應(yīng)降低，沖壓線上前兩道外形切邊，形狀較簡單，沖頭采用9°左右剪切角的斜口模具（圖3），利用刀口的斜面，使板料逐漸分離，從而延長了沖切過程，減小了沖頭和零件瞬間撞擊面積，同時凹模上對沖頭設(shè)置阻尼減振，均可起到一定降噪效果。

圖3 落料模具刃口圖示

合理地選擇沖裁模的配合間隙，沖模的間隙對材料斷裂形式和受力特性都有較大的影響，間隙越小噪聲越大，毛刺越小，反之間隙越大，噪聲等級越低，但是隨著塌角和背面毛刺越大。根據(jù)零件毛刺要求，設(shè)置材料厚度的4%為間隙尺寸，沖裁后毛刺符合國標(biāo)要求，實現(xiàn)一定的降噪效果。

2.3 錯位階梯沖

單臺沖床沖壓時瞬間產(chǎn)生的噪聲已經(jīng)很高，如果沖壓線多臺沖床同時沖壓，造成噪音重合產(chǎn)生共鳴，瞬間噪聲將累加增高。為此本產(chǎn)線采取錯峰沖壓節(jié)拍的模式，通過合理設(shè)置PLC程序中的沖壓節(jié)奏，使每臺沖壓間隔錯開1～2s。根據(jù)產(chǎn)品數(shù)量推算，本線節(jié)拍目標(biāo)是12s，5臺沖床間隔1s錯開用時5s，機械手抓取工作用時6s，合算節(jié)拍11s，滿足規(guī)劃目標(biāo)要求，同時避免了五臺沖床同時達(dá)到最大沖剪力，產(chǎn)生過大的振動，緩解整線沖壓噪音累加，控制在一定范圍內(nèi)。同時五臺沖床依次順序沖壓，規(guī)律整齊，無雜亂感。

2.4 合理沖床布置

一般沖壓車間的沖床多采用集群式布置，沖壓連線為了方便操作工人在沖床之間快速傳遞工件，相距也不能太遠(yuǎn)，所以為了方便作業(yè)并緩解噪音，沖床之間應(yīng)合理設(shè)置緩沖間隔，中小型沖床的間距應(yīng)至少大于1m，每臺沖床占有車間有效生產(chǎn)面積12～15m2較為適宜，噸位越大，緩沖間隔應(yīng)適當(dāng)增加，如圖4所示。避免距離車間墻面過近，產(chǎn)生噪音反射，如空間有限必須臨近墻面，在保持至少1m以上的檢修間隔前提下，臨近的墻面應(yīng)增開窗戶，墻面加裝吸音蜂窩棉板等，釋放和吸收噪音。沖壓線上部距離屋架下弦應(yīng)大于2m，車間凈空間越大，噪音折射混響的情況越弱。

圖4 本條沖壓線設(shè)置1.5m左右間隔

2.5 其他措施

隔離噪音源傳播，可以建屏蔽房。沖壓線整線占用空間加大，且各沖壓機床之間機自動械手連接，所以一般采用整線建立屏蔽房，或整線建設(shè)在隔音沖壓車間內(nèi)。

就近作業(yè)人員與設(shè)備之間可設(shè)置隔聲屏，遮擋噪聲直達(dá)傳播。另外做好個人防護，就近作業(yè)人員佩戴耳塞耳罩，沖壓線生產(chǎn)過程全自動化，僅尾部人工收料檢驗，工位設(shè)置盡可能與沖床保持距離，減少噪音影響。調(diào)整生產(chǎn)組織形式，采取間歇靠近作業(yè)，輪班并合理設(shè)置休息時間，以縮短工人在大噪聲場的暴露時間，使聽覺得到松弛與休息，以減少噪聲的危害。

通過以上的一系列改善措施，噪聲有效降低，落料工位出噪聲從97dB（A）有效降低至87.8dB（A）（圖5），整線中間正面1.5m左右實測噪聲值為84.4dB（A）（圖6），均低于一般綜合生產(chǎn)車間噪聲要求90dB（A）以下。

圖5 落料工位噪聲情況

圖6 整線中間位置噪聲情況

3 結(jié)束語

本文從自動化連續(xù)沖壓線和加工產(chǎn)品實際情況出發(fā)，對高噪聲源采取分解和調(diào)整工藝等主動降噪措施，避免了瞬間噪聲累加，沖剪高噪音有效降低。理論和實踐證明，利用沖壓線的特點，采取的一系列對噪聲源的產(chǎn)生和傳播進(jìn)行合理控制，以及對接受者的防護措施，可對噪音進(jìn)行控制，減少噪音對工人造成的危害。