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1、第 33 卷 第 3 期Vol .33No. 3FORGING &STAMPINGTECHNOLOGY2008 年 6 月Jun. 2008板料成形冲压加工噪声树 冲裁工艺噪声发射模型卢险峰, 戴源德, 揭小平(南昌大学 机电工程学院, 江西 南昌 330031)摘要 :依据噪声控制学中噪声控制工程评价方法的分类原理、 冲压工艺模具学中冲裁变形细观理论模型分析各个变形阶段的噪声影响的定性认识, 以及冲裁工艺噪声的实际情况,选择钢、 铝、 铜几种金属板料, 先后用 FFT( CF -920)和东华测试分析系统采集数据, 进行了冲裁曲线和冲裁工艺噪声发射声压波形图的测试。 根据实验结果, 综合提出
2、了冲压加工噪声树的概念, 给出了描述冲裁工艺噪声发射声压波形图全貌的树廓形模型, 为探寻冲裁工艺噪声发射规律及其控制研究提供一种新资料讯息。关键词:冲裁工艺;噪声发射;树廓形模型;冲压;噪声控制中图分类号:TG386 .2文献标识码:A文章编号:1000 -3940 (2008) 03-0019-04Press working noise tree-blanking process noise emission modelLU Xian -feng, DAI Yuan -de, JIE Xiao -ping( School of Mechanical and Electrical Engnee
3、ring, Nanchang University, Nanchang 330031, China)Abstract:According to the classification fundamental of noise control engineering evaluation methods in noise controltheory, qualitative understanding of each deformation stage s effect on noise through using meso-theoretic model ofblanking deformati
4、on in press technology and its die, and the factual condition of blanking process noise, selectingsheet steels, sheet aluminum and sheet coppers as blanked materials to do blanking experiments for measuring blankingforce and blanking noise, two kinds of diagram were tested successively with FFT (CF
5、-290) analyzer and Donghua testand analysis system, one is blanking curve, and the other is noise emission sound-pressure wave graph in blankingprocess.Based on several long-time experimental results, the integrated concept of Press Working Noise Tree wasbrought forward, and a tree model to describe
6、 the whole noise emission sound-pressure wave graph in blanking processwas given, consequently, a new kind of information was provided for exploring the principle of noise emission in blan-king process and its control research.Keywords: blanking process;noise emission;tree model;press working;noise
7、control收稿日期:2007-05 -22;修订日期:2007-07 -20基金项目:江西省自然科学基金资助项目 ( 0450042)作者简介:卢险峰 ( 1942-) , 男, 教授, 博士生导师电子信箱:lxfncu163 . com1 引言冲压加工存在两大公害 振动与噪声 1-4,各国都在积极解决这两个问题 。近年来, 国际标准化组织 ISO 已经将噪声控制技术规范化列入了工作组项目, 并在研究推行把噪声及指标正式列为产品铭牌一项基本内容的规定 5。现今, 国内外对冲压加工噪声规律及控制问题的研究进展可以概括为:研究的理论指导为撞击与振动原理 6-7;研究的对象为液压机与机械压力机,
8、即冲压加工设备, 和冲压分离工序中的冲裁工艺 ( 例如落料、 冲孔) , 因冲裁较之其它分离工序及冲压成形工序中的各种工序 ( 例如拉深 、 翻边、 胀形) 为噪声最大的工艺;研究的方法为实验研究和数学 、 物理模拟, 包括计算机模拟 。这些研究使对冲压加工噪声的识别与控制,尤其在降噪措施方面取得了较多的成果 。比如:在前人已指出冲压加工条件对冲压噪声的一些影响,以及冲裁变形过程中材料突然断裂分离时的噪声为最大的认识的基础上,进行了冲裁加工噪声与模具间隙 、 润滑情况、 刃口平斜的实验研究, 以及噪声产生的原因与传播途径分析 8-9; 研究了机械压力机中传动 、 撞击噪声机理, 提出了离合器
9、、 电机等撞击的函数描述 10-11; 提出了一种结合有限元、 边界元方法的模拟与优化设计处理噪声发射与传播的算法,并在汽车工业中有所应用 12;通过模拟分析, 验证了冲裁加工过程中材料突然断裂分离时噪声为最大 13;提出通过控制液压机的运动 ( 即分两种冲裁速度完成冲裁过程) 方法来降低冲裁最大噪声 14; 提出了增设液压缓冲缸来降低冲裁工艺噪声的实验分析 15;以及批量生产了全过程缓冲的液压机新设备 16等。以上事例表明,当今人们对冲压、 冲裁噪声的研究范围较广、 成果颇丰。然而,有部分研究在研究对象的概念上不甚清晰,或对高于设备噪声的冲裁工艺噪声研究得不很深入等,存在有未能尽如人意之处。
10、因此,本文基于冲裁力学研究的初步成果 17-18,对冲裁工艺噪声的规律问题进行了一些研究:导出了冲裁加工最大噪声的描述模型 19,推荐了用板料硬度预报冲裁加工最大噪声的公式 20,提出了冲裁模上施加反顶力的一种降噪措施 21,被授权一项具有积极降噪意义的级进模两步冲裁法的国家发明专利 22。本文的研究是对冲裁工艺噪声发射声压波形图全貌的一种认识。2 原理与依据2 . 1噪声控制工程评价理论噪声控制工程评价方法总的可以分为噪声发射、噪声照射和噪声暴露 3项 5-6。显然,其中的噪声发射是指声源, 是噪声的本质。冲压加工噪声源应该至少有两个 : 工艺噪声与设备噪声 。工艺噪声是指被冲材料变形过程中
11、消耗力能而产生的噪声;设备噪声是指冲压设备 ( 包括电动机) 运动部件运转过程因撞击而产生的噪声 。有了声源才会传播,认识了声源及传播规律才会有相应的降噪措施。基于此,本文仅研究冲裁工艺噪声发射的一种规律。2 . 2冲裁变形过程细观力学理论冲压工艺模具学中指出,冲裁变形的细观力学模型是将冲裁变形过程分为 :冲击压缩 压入剪切裂缝生长突然分离 推出凹模 卸离冲头共6 个阶段 1, 18,并指出在第 1 阶段有振动与噪声、第 4 阶段为产生振动与噪声最大 、 第 6 阶段也产生噪声 。可见, 冲裁工艺噪声发射曲线的声压波形图应该是具有一些特征位置的多波浪形, 具体规律性将可以通过实验测试出来 。2
12、 . 3冲裁变形后工件落地噪声在生产实际中, 冲压加工噪声源还有一个工件落地时的撞击噪声 。因为冲裁工件一般是从凹模中垂直下落, 经过一段空间距离落到地面或料箱里,即该噪声发生在冲裁变形过程中的推出凹模与卸离冲头阶段之后。此时, 设备已经停止负载或处于空载运行状态 。所以, 上述多波形冲裁工艺噪声发射曲线还应该有一个尾波。对于大尺寸或较重型落料件, 这种落地撞击噪声较大,且往往是其工件间相互撞击而发出,其噪声值大多也超过了标准规定的数值。对于这一点,往往被研究者忽略了。3 实验研究3. 1实验条件与测试结果实验材料为 SPCC 钢板 3 种 、 30CrMnSi 钢板 1种 、 铝板 2 种、
13、 黄铜板2 种, 料厚为 1 2 mm 。模具为冲裁模 ( 落料片为 36 mm) 。设备为 J23 -63 kN 开式压力机。仪器为石英晶体压力传感器 、 声级计、FFT (CF-920) 分析系统、 东华测试系统。更为具体的实验条件及测试方法, 可参见前期研究工作 19-20。采取声级计读数的方式经过了多次实验测试, 并且先后使用两种不同的分析测试系统记录了整个冲裁过程, 部分测试结果见图1 图 4。虽然每次实验测图 1FF T ( CF-920) 分析系统测得的冲裁噪声发射曲线 ( a) 及冲裁曲线 ( b)( SPCC, 厚度 t =1 . 5 mm)Fig. 1Noise emiss
14、ion sound-pressure wave graph ( a) andblanking curve ( b) tested with FFT ( CF-290) analyzer( material:SPCC, thickness:t =1 . 5 mm)图 2FF T ( CF-920) 分析系统测得的冲裁噪声发射曲线 ( a) 及冲裁曲线 ( b)( 30CrMnSi, 厚度 t=1 . 0 mm)Fig. 2Noise emission sound-pressure wave graph ( a) andblanking curve ( b) tested with FFT ( C
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