機加工數(shù)控沖床降噪模具設計
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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備，利用數(shù)控系統(tǒng)對模具更換、沖孔形狀以及板料進給位置進行控制，為生產企業(yè)和加工企業(yè)的發(fā)展產生了較大的積極影響。隨著經濟的不斷發(fā)展，社會上對不同產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)控沖床的應用時間和效率獲得了很大的提升。但在實際生產過程中存在嚴重的噪音問題。有關部門研究表明：當噪音達到70～90dB時，人會產生厭煩情緒；當噪音達到90～110dB時會使人感到強烈不適；長時間受噪音影響，會對人的聽覺系統(tǒng)產生危害，引起諸多不良疾病。數(shù)控沖床上的噪音分為運動噪音和沖裁噪音，如齒輪的嚙合噪音、軸承噪音、空氣動力噪音、電機噪音、機械間隙產生的噪音和沖裁工藝噪音；其聲壓級峰值達到100～120dB。這種環(huán)境中長期工作，會嚴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)控機床廠家對數(shù)控沖床結構、加工、裝配要求等進行改進來降低機床自身噪音，取得了一定的效果。但產生噪音的主要原因——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計的。
數(shù)控沖床降噪模具設計
沖裁噪音的降低
經過大量研究我們總結出一條規(guī)律，沖裁噪音與沖裁力是成正比例關系變化，而與沖裁力有關的因素可以用下面的公式表達：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——材料抗剪強度，單位為MPa。
沖裁力F的大小取決于沖裁內外周邊的總長度、材料的厚度和材料的抗剪強度；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。主要的方法是改變刃口形狀，改變刃口的形狀就是使凸模在接觸板料的瞬間不是同時都進入沖裁狀態(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。考慮到數(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生一定的噪音。通過分析模具結構對模具的整體設計的優(yōu)化來減低噪音的產生。
1－碟簧座 2－導套 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生。為解決此問題，本次設計，將金屬壓料板用具有一定強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生的噪音。
各零件之間的撞擊。
數(shù)控機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，會直接撞擊到導套，產生較大的噪音。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，從而降低噪音的產生。
碟簧摩擦。
碟簧在使用過程中會有一定的錯位問題，當?shù)慑e位后會與彈簧座產生接觸，沖壓過程中會產生摩擦，產生一定的噪音。通過使用多組彈簧的方法可以解決碟簧摩擦的問題。
數(shù)控沖床降噪模具結構
數(shù)控沖床降噪模具整體結構
新設計的數(shù)控沖模具（圖3）有以下幾點可以進行改進：
(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（運動接觸位置）安裝橡膠圈來降低回彈時撞擊噪音；標準狀態(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，使用老結構模具的平均噪音為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，機床的振動等問題也明顯降低。目前，該結構模具已小批量生產，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備，利用數(shù)控系統(tǒng)對模具更換、沖孔形狀以及板料進給位置進行控制，為生產企業(yè)和加工企業(yè)的發(fā)展產生了較大的積極影響。隨著經濟的不斷發(fā)展，社會上對不同產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)控沖床的應用時間和效率獲得了很大的提升。但在實際生產過程中存在嚴重的噪音問題。有關部門研究表明：當噪音達到70～90dB時，人會產生厭煩情緒；當噪音達到90～110dB時會使人感到強烈不適；長時間受噪音影響，會對人的聽覺系統(tǒng)產生危害，引起諸多不良疾病。數(shù)控沖床上的噪音分為運動噪音和沖裁噪音，如齒輪的嚙合噪音、軸承噪音、空氣動力噪音、電機噪音、機械間隙產生的噪音和沖裁工藝噪音；其聲壓級峰值達到100～120dB。這種環(huán)境中長期工作，會嚴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)控機床廠家對數(shù)控沖床結構、加工、裝配要求等進行改進來降低機床自身噪音，取得了一定的效果。但產生噪音的主要原因——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計的。
數(shù)控沖床降噪模具設計
沖裁噪音的降低
經過大量研究我們總結出一條規(guī)律，沖裁噪音與沖裁力是成正比例關系變化，而與沖裁力有關的因素可以用下面的公式表達：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——材料抗剪強度，單位為MPa。
沖裁力F的大小取決于沖裁內外周邊的總長度、材料的厚度和材料的抗剪強度；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。主要的方法是改變刃口形狀，改變刃口的形狀就是使凸模在接觸板料的瞬間不是同時都進入沖裁狀態(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。考慮到數(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生一定的噪音。通過分析模具結構對模具的整體設計的優(yōu)化來減低噪音的產生。
1－碟簧座 2－導套 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生。為解決此問題，本次設計，將金屬壓料板用具有一定強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生的噪音。
各零件之間的撞擊。
數(shù)控機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，會直接撞擊到導套，產生較大的噪音。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，從而降低噪音的產生。
碟簧摩擦。
碟簧在使用過程中會有一定的錯位問題，當?shù)慑e位后會與彈簧座產生接觸，沖壓過程中會產生摩擦，產生一定的噪音。通過使用多組彈簧的方法可以解決碟簧摩擦的問題。
數(shù)控沖床降噪模具結構
數(shù)控沖床降噪模具整體結構
新設計的數(shù)控沖模具（圖3）有以下幾點可以進行改進：
(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（運動接觸位置）安裝橡膠圈來降低回彈時撞擊噪音；標準狀態(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，使用老結構模具的平均噪音為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，機床的振動等問題也明顯降低。目前，該結構模具已小批量生產，取得了較好的效果。
此文關鍵字：機加工,數(shù)控,沖床,降噪,模具設計
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