機(jī)加工數(shù)控沖床降噪模具設(shè)計
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發(fā)表時間：2020-03-29 16:18:54
序言
數(shù)控沖床是高效、精密的柔性薄板材沖裁設(shè)備，利用數(shù)控系統(tǒng)對模具更換、沖孔形狀以及板料進(jìn)給位置進(jìn)行控制，為生產(chǎn)企業(yè)和加工企業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了較大的積極影響。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，社會上對不同產(chǎn)品元件的需求越來越大，市場也展現(xiàn)出了較為繁榮的狀態(tài)，因此數(shù)控沖床的應(yīng)用時間和效率獲得了很大的提升。但在實際生產(chǎn)過程中存在嚴(yán)重的噪音問題。有關(guān)部門研究表明：當(dāng)噪音達(dá)到70～90dB時，人會產(chǎn)生厭煩情緒；當(dāng)噪音達(dá)到90～110dB時會使人感到強(qiáng)烈不適；長時間受噪音影響，會對人的聽覺系統(tǒng)產(chǎn)生危害，引起諸多不良疾病。數(shù)控沖床上的噪音分為運(yùn)動噪音和沖裁噪音，如齒輪的嚙合噪音、軸承噪音、空氣動力噪音、電機(jī)噪音、機(jī)械間隙產(chǎn)生的噪音和沖裁工藝噪音；其聲壓級峰值達(dá)到100～120dB。這種環(huán)境中長期工作，會嚴(yán)重影響到操作人員的身心健康，同時也降低了勞動效率，甚至造成事故。
基于此種原因，多家數(shù)控機(jī)床廠家對數(shù)控沖床結(jié)構(gòu)、加工、裝配要求等進(jìn)行改進(jìn)來降低機(jī)床自身噪音，取得了一定的效果。但產(chǎn)生噪音的主要原因——沖裁工藝噪音卻未得到解決。數(shù)控沖床降噪模具就是為降低沖裁工藝噪音而設(shè)計的。
數(shù)控沖床降噪模具設(shè)計
沖裁噪音的降低
經(jīng)過大量研究我們總結(jié)出一條規(guī)律，沖裁噪音與沖裁力是成正比例關(guān)系變化，而與沖裁力有關(guān)的因素可以用下面的公式表達(dá)：F=Ltτ
L——沖裁件承受剪切的周邊長度，單位為mm；t——沖裁件料厚度，單位為mm；τ——材料抗剪強(qiáng)度，單位為MPa。
沖裁力F的大小取決于沖裁內(nèi)外周邊的總長度、材料的厚度和材料的抗剪強(qiáng)度；在材料與厚度確定的情況下，要降低沖裁力，在數(shù)控沖床上其方法就是減少一次沖壓行程中同時沖裁的斷面面積。主要的方法是改變?nèi)锌谛螤?，改變?nèi)锌诘男螤罹褪鞘雇鼓Ｔ诮佑|板料的瞬間不是同時都進(jìn)入沖裁狀態(tài)，而是讓這一過程依次沖裁，使整個沖裁由在一瞬間完成變成在一個時間段里來完成，常用的有斜刃沖裁。斜刃模具沖裁過程如同斜刃口剪板機(jī)剪切一樣，材料是逐漸剪切分離的，因此，它比平端面刃口沖裁力小?？紤]到數(shù)控沖床模具的特殊性，常見斜刃形狀，如圖1所示。使用斜刃沖裁，沖裁力可降低25%左右，也能顯著降低沖裁時的噪音問題。
撞擊噪音的降低
在沖壓過程中除沖裁板材會產(chǎn)生很大的噪音外，模具與板材的撞擊、脫料過程中各零件之間的撞擊和碟簧竄位摩擦等也會產(chǎn)生一定的噪音。通過分析模具結(jié)構(gòu)對模具的整體設(shè)計的優(yōu)化來減低噪音的產(chǎn)生。
1－碟簧座 2－導(dǎo)套 3－壓料版（金屬）
模具與板材的撞擊噪音。
模具在沖頭沖裁板料之前，模具的壓料板會先接觸到板材，起壓料的作用，在此過程中與板材會有撞擊，產(chǎn)生一定的噪音，目前，壓料板使用的是金屬材料，所沖壓的板材大部分也為金屬材料；撞擊會有較大噪音的產(chǎn)生。為解決此問題，本次設(shè)計，將金屬壓料板用具有一定強(qiáng)度的高分子材料代替；高分子材料具有減振、吸音的效果，可以一定程度上降低撞擊所產(chǎn)生的噪音。
各零件之間的撞擊。
數(shù)控機(jī)床模具的零部件基本使用金屬材料，在完成沖壓后，彈簧座在碟簧的作用下回彈，會直接撞擊到導(dǎo)套，產(chǎn)生較大的噪音。通過在撞擊的部位安裝橡膠圈的方法，可以在很大的情況下卸載撞擊力，從而降低噪音的產(chǎn)生。
碟簧摩擦。
碟簧在使用過程中會有一定的錯位問題，當(dāng)?shù)慑e位后會與彈簧座產(chǎn)生接觸，沖壓過程中會產(chǎn)生摩擦，產(chǎn)生一定的噪音。通過使用多組彈簧的方法可以解決碟簧摩擦的問題。
數(shù)控沖床降噪模具結(jié)構(gòu)
數(shù)控沖床降噪模具整體結(jié)構(gòu)
新設(shè)計的數(shù)控沖模具（圖3）有以下幾點可以進(jìn)行改進(jìn)：
(1)使用高分子材料所做的壓料板代替原有的金屬壓料板；
(2)上模加工成斜刃口狀態(tài)（根據(jù)刃口形狀與尺寸確定）；
(3)在彈簧座與彈簧墊圈之間（運(yùn)動接觸位置）安裝橡膠圈來降低回彈時撞擊噪音；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時，使用8根彈簧代替原有的碟簧。
1－彈簧 2－彈簧座 3－上模座 4－導(dǎo)套 5－上模（斜刃口） 6－彈簧墊圈 7－橡膠圈
數(shù)控沖床降噪模具新增功能
新設(shè)計的模具除具有降噪功能外，還具有以下新增功能：
(1)減輕由于下模、壓料板不平整造成的板材壓痕問題：下模經(jīng)過刃磨之后，可能存在端面與外圓不垂直的問題，沖壓時會造成板材上存在壓痕與變形問題，尤其對表面要求較高的不銹鋼板影響更大。使用高分子材料的壓料板，其一定的彈性變形可以保證與板材的貼合，從而減小甚至消除板材壓痕。
(2)彈簧座與上模座分開，并使用螺紋連接，相對增加可刃磨長度。
(3)可以根據(jù)不同的板材合理選擇彈簧的種類與數(shù)量，解決了之前使用碟簧使脫料力無法調(diào)整的難題；既可以減輕沖壓薄板時板材整體變形問題，也可以增加沖壓厚板時的脫料力。
結(jié)束語
數(shù)控沖床降噪模具能夠明顯降低沖裁噪音，以直徑φ60mm，2mm厚的不銹鋼板（SUS304）為例，使用老結(jié)構(gòu)模具的平均噪音為103dB；使用數(shù)控沖床降噪模具沖壓相同板材，平均噪音為75dB。同時，隨著噪音的降低，機(jī)床的振動等問題也明顯降低。目前，該結(jié)構(gòu)模具已小批量生產(chǎn)，取得了較好的效果。
數(shù)控沖床是高效、精密的柔性薄板材沖裁設(shè)備，利用數(shù)控系統(tǒng)對模具更換、沖孔形狀以及板料進(jìn)給位置進(jìn)行控制，為生產(chǎn)企業(yè)和加工企業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了較大的積極影響。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，社會上對不同產(chǎn)品元件的需求越來越大，市場也展現(xiàn)出了較為繁榮的狀態(tài)，因此數(shù)控沖床的應(yīng)用時間和效率獲得了很大的提升。但在實際生產(chǎn)過程中存在嚴(yán)重的噪音問題。有關(guān)部門研究表明：當(dāng)噪音達(dá)到70～90dB時，人會產(chǎn)生厭煩情緒；當(dāng)噪音達(dá)到90～110dB時會使人感到強(qiáng)烈不適；長時間受噪音影響，會對人的聽覺系統(tǒng)產(chǎn)生危害，引起諸多不良疾病。數(shù)控沖床上的噪音分為運(yùn)動噪音和沖裁噪音，如齒輪的嚙合噪音、軸承噪音、空氣動力噪音、電機(jī)噪音、機(jī)械間隙產(chǎn)生的噪音和沖裁工藝噪音；其聲壓級峰值達(dá)到100～120dB。這種環(huán)境中長期工作，會嚴(yán)重影響到操作人員的身心健康，同時也降低了勞動效率，甚至造成事故。
基于此種原因，多家數(shù)控機(jī)床廠家對數(shù)控沖床結(jié)構(gòu)、加工、裝配要求等進(jìn)行改進(jìn)來降低機(jī)床自身噪音，取得了一定的效果。但產(chǎn)生噪音的主要原因——沖裁工藝噪音卻未得到解決。數(shù)控沖床降噪模具就是為降低沖裁工藝噪音而設(shè)計的。
數(shù)控沖床降噪模具設(shè)計
沖裁噪音的降低
經(jīng)過大量研究我們總結(jié)出一條規(guī)律，沖裁噪音與沖裁力是成正比例關(guān)系變化，而與沖裁力有關(guān)的因素可以用下面的公式表達(dá)：F=Ltτ
L——沖裁件承受剪切的周邊長度，單位為mm；t——沖裁件料厚度，單位為mm；τ——材料抗剪強(qiáng)度，單位為MPa。
沖裁力F的大小取決于沖裁內(nèi)外周邊的總長度、材料的厚度和材料的抗剪強(qiáng)度；在材料與厚度確定的情況下，要降低沖裁力，在數(shù)控沖床上其方法就是減少一次沖壓行程中同時沖裁的斷面面積。主要的方法是改變?nèi)锌谛螤?，改變?nèi)锌诘男螤罹褪鞘雇鼓Ｔ诮佑|板料的瞬間不是同時都進(jìn)入沖裁狀態(tài)，而是讓這一過程依次沖裁，使整個沖裁由在一瞬間完成變成在一個時間段里來完成，常用的有斜刃沖裁。斜刃模具沖裁過程如同斜刃口剪板機(jī)剪切一樣，材料是逐漸剪切分離的，因此，它比平端面刃口沖裁力小?？紤]到數(shù)控沖床模具的特殊性，常見斜刃形狀，如圖1所示。使用斜刃沖裁，沖裁力可降低25%左右，也能顯著降低沖裁時的噪音問題。
撞擊噪音的降低
在沖壓過程中除沖裁板材會產(chǎn)生很大的噪音外，模具與板材的撞擊、脫料過程中各零件之間的撞擊和碟簧竄位摩擦等也會產(chǎn)生一定的噪音。通過分析模具結(jié)構(gòu)對模具的整體設(shè)計的優(yōu)化來減低噪音的產(chǎn)生。
1－碟簧座 2－導(dǎo)套 3－壓料版（金屬）
模具與板材的撞擊噪音。
模具在沖頭沖裁板料之前，模具的壓料板會先接觸到板材，起壓料的作用，在此過程中與板材會有撞擊，產(chǎn)生一定的噪音，目前，壓料板使用的是金屬材料，所沖壓的板材大部分也為金屬材料；撞擊會有較大噪音的產(chǎn)生。為解決此問題，本次設(shè)計，將金屬壓料板用具有一定強(qiáng)度的高分子材料代替；高分子材料具有減振、吸音的效果，可以一定程度上降低撞擊所產(chǎn)生的噪音。
各零件之間的撞擊。
數(shù)控機(jī)床模具的零部件基本使用金屬材料，在完成沖壓后，彈簧座在碟簧的作用下回彈，會直接撞擊到導(dǎo)套，產(chǎn)生較大的噪音。通過在撞擊的部位安裝橡膠圈的方法，可以在很大的情況下卸載撞擊力，從而降低噪音的產(chǎn)生。
碟簧摩擦。
碟簧在使用過程中會有一定的錯位問題，當(dāng)?shù)慑e位后會與彈簧座產(chǎn)生接觸，沖壓過程中會產(chǎn)生摩擦，產(chǎn)生一定的噪音。通過使用多組彈簧的方法可以解決碟簧摩擦的問題。
數(shù)控沖床降噪模具結(jié)構(gòu)
數(shù)控沖床降噪模具整體結(jié)構(gòu)
新設(shè)計的數(shù)控沖模具（圖3）有以下幾點可以進(jìn)行改進(jìn)：
(1)使用高分子材料所做的壓料板代替原有的金屬壓料板；
(2)上模加工成斜刃口狀態(tài)（根據(jù)刃口形狀與尺寸確定）；
(3)在彈簧座與彈簧墊圈之間（運(yùn)動接觸位置）安裝橡膠圈來降低回彈時撞擊噪音；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時，使用8根彈簧代替原有的碟簧。
1－彈簧 2－彈簧座 3－上模座 4－導(dǎo)套 5－上模（斜刃口） 6－彈簧墊圈 7－橡膠圈
數(shù)控沖床降噪模具新增功能
新設(shè)計的模具除具有降噪功能外，還具有以下新增功能：
(1)減輕由于下模、壓料板不平整造成的板材壓痕問題：下模經(jīng)過刃磨之后，可能存在端面與外圓不垂直的問題，沖壓時會造成板材上存在壓痕與變形問題，尤其對表面要求較高的不銹鋼板影響更大。使用高分子材料的壓料板，其一定的彈性變形可以保證與板材的貼合，從而減小甚至消除板材壓痕。
(2)彈簧座與上模座分開，并使用螺紋連接，相對增加可刃磨長度。
(3)可以根據(jù)不同的板材合理選擇彈簧的種類與數(shù)量，解決了之前使用碟簧使脫料力無法調(diào)整的難題；既可以減輕沖壓薄板時板材整體變形問題，也可以增加沖壓厚板時的脫料力。
結(jié)束語
數(shù)控沖床降噪模具能夠明顯降低沖裁噪音，以直徑φ60mm，2mm厚的不銹鋼板（SUS304）為例，使用老結(jié)構(gòu)模具的平均噪音為103dB；使用數(shù)控沖床降噪模具沖壓相同板材，平均噪音為75dB。同時，隨著噪音的降低，機(jī)床的振動等問題也明顯降低。目前，該結(jié)構(gòu)模具已小批量生產(chǎn)，取得了較好的效果。
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