锻压机械振动浅析
前言
振动对工业设备和精密仪表的影响及危害非常大,可使设备和仪表不能正常使用,严重时会使其频繁损坏。同时,振动会通过土壤传播,影响厂房地基结构,降低厂房的使用寿命。人员长期在振动的环境下会影响身体健康,如引起中枢神经和心血管系统的功能障碍,使末梢血管收缩,血压升高,心跳加快,消化器官的功能受到影响等,还可导致内分泌变化、关节疼痛、失眠、手指麻木等症状,这些振动造成的危害统称为振动病。
对于锻造设备来说,振动主要是设备进行坯料锻压时产生的,其中,空气锤、自由锻和模锻锤产生的振动最大,热模锻机械压力机次之。本文将从锻压设备振动的产生、传播以及简单预防等方面进行阐述探讨。
图1 锻压设备非平衡结构
锻压机械自身运动机构产生的振动
锻压机械在其构造上存在运转不平衡的结构,所以当锻压机械运转时,其本身会产生振动。
⑴锻压机械非平衡结构(图1)包括滑块、连杆、曲轴、齿轮等。滑块作上下往返运动,曲轴、齿轮及连杆头部等作旋转运动,这些非平衡运动的部件会产生起振力,使锻压机械产生振动。
⑵非平衡部件的起振力。旋转非平衡部件和往返运动部的动作端,因可动部件的质量因素和运动速度快的特点,尤其滑块部件回转速度很快,会产生较大的起振力,导致锻压机械振动增大。
图2 动平衡装置
⑶高速运转锻压机械、精密锻压机械进行高速锻压生产时,欲降低运转振动提高锻压机械精度和稳定度,会考虑加装往返动平衡装置(图2)或设计旋转平衡装置来减轻锻压机械本身运转振动。但这些平衡装置往往都会耗能,这与锻压机械经济性、省动力性的理念背道而驰,是否采用这些运转平衡装置,需充分考虑其必要性、制造成本、能耗、作业环境等因素。
⑷锻压机械的启动、停止与一般产业机械相比更需要瞬间启停的运转动力,因此需选配大容量的离合、刹车器,使可动部件瞬间启停,但振动也随之产生。热锻冲压机械等能力大,瞬间启停时会产生较大振动,因此需在启停性能与振动中取得平衡,在不影响机械运转的范围内进行离合、刹车器的动作速度调整,通常称之为软离合、软制动。
锻压机械运转锻压时产生的振动
锻压机械产生的振动会因加工种类、使用能力、锻压材料、生产速度及机械设计等因素,而有极大的振动差异。
锻压过程中振动发生的时段
⑴加工开始的振动:锻压机械的滑块由上死点开始向下位移,依所定速度使模具冲击工件,此时的冲击现象会导致振动发生。
⑵加工终端附近的振动:锻压机械的滑块靠近下死点附近时,上下模具会受到强大的压力作用,此时各部分的受力部件会变形,伴随此负荷的冲击而产生振动。
⑶加工完时的振动:加工完成,失去加压负荷时,各受力部件由于歪斜复原也会产生振动。这种振动会因加工种类而有所不同,裁断加工等振功占全体振动的大部分。
加工工艺种类对振动高低的影响
锻压机械加工大致上可区分为:裁断加工、弯曲加工、引伸加工、锻造加工。上述加工工艺方法以及将这些组合而成的复合加工工艺方法,对于锻压机械来说,都会因为工艺方法的不同而发生不同大小的振动。
⑴裁断加工:上模接触工件后会于产生最大荷重时,工件产生破裂而失去负荷,台身、滑块、连杆、曲轴、驱动齿轮等受压部件随加工荷重所产生的歪斜(弯曲)会瞬间被解放,此时会发生与负荷反方向的强大振动,此现象一般称之为过冲(图3)。
图3 过冲示意图
⑵弯曲加工:会随弯曲形状等加工方式而不同,一般在加工初期是以较小的负荷来开始加工,在加工的最终阶段,为了达成制品弯曲精度并得到漂亮的弯曲度,有时也会实施压印加工,压印加工需要强大的加压力,这就会造成锻压机械振动。
⑶引伸加工:引伸加工的成形荷载会渐渐增加,深拉伸工艺一般在引伸高度的40%~70%左右产生最大负荷,随着接近下死点负荷会渐渐减少,所以成形振动会比较小。进行深拉伸加工时,为了不在材料或制品上产生压痕,一般会使用防止皱折的装置模垫,此模垫与模具接触的位置,是在滑块离下死点较早的位置,因工件与上模冲击,所以会产生巨大声音及振动。
⑷锻造加工有下列加工方式:热锻、冷锻、挤压加工、压印、复合加工等。
文章来源:《锻压技术》 网址: http://www.dyjszzs.cn/qikandaodu/2020/1010/340.html
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