自動沖壓生產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備有限公司，江蘇 常州 213025）

0 引言

隨著鈑金工業和智能自動化技術的發展，連續自動鈑金沖壓生產線的量產模式日益盛行，隨之噪音對環境的污染及對人類的危害也日益嚴重。沖壓噪音是主要的工業噪聲源之一，一般高達90～110 dB（A），給工人帶來噪音危害。本研究對連續自動沖壓生產線的噪聲源以及它們的影響情況作簡單的分析，并結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施技術措施來減少噪聲對人體的危害，本質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

本研究結合某加工繼電保護插箱殼體自動沖壓生產線來闡述降噪方法。該繼電保護插箱殼體沖壓生產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（展開尺寸達到650mm×230mm），導致對應模具設計尺寸大（達到1000mm×530mm），同時沖裁外形和內孔時噪聲相對較大，使得瞬間加工噪音可達到97dB（A）以上。綜合考慮經濟性和噪聲污染問題，改進為自動沖壓線加工，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載噪聲。空載噪聲是指產線空運轉時的噪音；負載噪聲是生產時產生的噪聲。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到約4000mm，需250t沖床加工，沖裁力瞬間集中，產生較大噪聲；同時，原模具沖裁主要是平口模具，瞬間接觸沖裁，沒有緩沖；沖壓線產生的噪聲比單臺沖床更大。因此，負載噪聲控制不僅要解決一般沖壓動作的噪聲，還應綜合考慮整體控制的優化。

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、合理布局設備等，從模具和沖壓線整體優化方面闡述一些有效措施，以緩解上述負載大噪聲問題原因，從而降低噪聲的危害。

2 改進措施

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，會引起沖床相關部件從積蓄負荷到突然失荷釋放，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，產生瞬間噪聲[3]。相比拉伸、彎曲、壓印等其他工序產生的噪音小得多。

插箱殼體外形尺寸有650mm×230mm之大，并且眾多內孔結構，沖裁量較大，所以沖壓線工序布置應盡可能分解沖裁工序，避免瞬間沖壓噪聲過高。將零件沖外形和內部沖孔等沖裁部分，根據沖壓工序特點，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 改進模具結構

噪聲與沖頭瞬間接觸面積有關，常用弧刃、斜刃模代替平口模。斜刃模主要是剪切角度設置，剪切角越大，沖切時間隨之增加，噪聲等級相應降低，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。根據零件毛刺要求，設置材料厚度的4%為間隙尺寸，沖裁后毛刺符合國標要求，實現一定的降噪效果。

2.3 錯位階梯沖

單臺沖床沖壓時瞬間產生的噪聲已經很高，如果沖壓線多臺沖床同時沖壓，造成噪音重合產生共鳴，瞬間噪聲將累加增高。為此本產線采取錯峰沖壓節拍的模式，通過合理設置PLC程序中的沖壓節奏，使每臺沖壓間隔錯開1～2s。根據產品數量推算，本線節拍目標是12s，5臺沖床間隔1s錯開用時5s，機械手抓取工作用時6s，合算節拍11s，滿足規劃目標要求，同時避免了五臺沖床同時達到最大沖剪力，產生過大的振動，緩解整線沖壓噪音累加，控制在一定范圍內。同時五臺沖床依次順序沖壓，規律整齊，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，所以為了方便作業并緩解噪音，沖床之間應合理設置緩沖間隔，中小型沖床的間距應至少大于1m，每臺沖床占有車間有效生產面積12～15m2較為適宜，噸位越大，緩沖間隔應適當增加，如圖4所示。避免距離車間墻面過近，產生噪音反射，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，或整線建設在隔音沖壓車間內。

就近作業人員與設備之間可設置隔聲屏，遮擋噪聲直達傳播。另外做好個人防護，就近作業人員佩戴耳塞耳罩，沖壓線生產過程全自動化，僅尾部人工收料檢驗，工位設置盡可能與沖床保持距離，減少噪音影響。調整生產組織形式，采取間歇靠近作業，輪班并合理設置休息時間，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 結束語

本文從自動化連續沖壓線和加工產品實際情況出發，對高噪聲源采取分解和調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生和傳播進行合理控制，以及對接受者的防護措施，可對噪音進行控制，減少噪音對工人造成的危害。