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自動沖壓生產(chǎn)線上的降噪方法實施

2022-01-22 06:06:50鄧禮兵趙紅祥孟燕菲
裝備制造技術(shù) 2021年10期

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。

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