泡沫铝板在机床隔声中的应用研究.pdf

2 0 1 1年 1月 第 3 9卷 第 2期 机床 与液压 MACHI NE TO0L HYDRAULI CS J a n ． 2 01 1 Vo 1 ． 3 9 No ． 2 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 0 2 ． 0 1 9 泡沫铝板在机床隔声中的应用研究 许 毅 莱芜职业技术学院工程技术 系，山东莱芜 2 7 1 1 0 0 摘要阐述机床噪声的危害以及控制机床噪声的方法。分析新型材料泡沫铝的性能，泡沫铝不仅具有优 良的吸声性 能 ，而且具有优 良的阻尼 、隔声 、散热 、轻质 、电磁屏蔽 、吸收冲击能量等性能 。指 出用 泡沫铝 作为 机床 吸声 材料来 减小 机床的噪声 ，实现对机床噪声的控制。 关键词 泡 沫铝 ；复合板 ；机床主轴箱 ；降 噪 中图分 类号 T B 5 3 3． 1 文献标识码 B 文章编 号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 2 0 6 5 3 Appl i c a t i o n o f Al umi nu m Fo a m o n No i s e Co n t r o l o f M a c hi n e To o l XU Yi L a i w u V o c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l C o l l e g e ，L a i w u S h a n d o n g 2 7 1 1 0 0 ，C h i n a Abs t r ac t No i s e ha r m i n ma c hi ne t o o l wa s i l l u s t r a t e d， c o n t r o l n o i s e wa y s we r e a l s o pr e s e n t e d ． Th e p e rfo r ma n c e s o f ne w ma t e r i a l A l u mi n u m f o a m w e r e a n a l y z e d ．I t h a s n o t o n l y b e t t e r s o u n d a b s o r p t i o n c h a r a c t e r i s t i c b u t a l s o b e t t e r d a mp ，n o i s e i s o l a t i o n ，r e j e c t i o n o f h e a t ，l i g h t w e i g h t ，e l e c t r o ma g n e t i c s h i e l d i n g a n d S O o n，S O i t w a s v e r y a p p r o p r i a t e l y u s e d t o r e d u c e n o i s e i n ma c h i n e t o o 1 ． Ke y wo r d s Al u mi n u m f o a m ； C o mp o s i t e b o a r d； He a d s t o c k； De n o i s e 在机械加工车间 ，常见 的机床有 车床 、刨 床 、铣 床 、钻 床 、磨 床等。它们 在切削加工时 ，产生很大 的 噪声 ，且噪声的产生是不可避免 的。关 于机 床噪声的 危害可归纳为如下三点 1 噪声会使 机 床设 备本 身 疲劳 和 磨损 ，甚 至 使机床设备 中的构件发生刚度 和强度破坏 ，从 而降低 机床的工作性能和使用寿命 ； 2 机床的噪声还会使加工精度降低，影响产 品的加 工质量 ，导致加工产品质量 的不稳定 ； 3 污染环境，危害操作工人健康。强烈的机 床噪声 可引起 各种疾病 ，使操作者分散注意力 ，降低 工作效 率 ，甚 至会 干扰语言交流 ，屏蔽安全信号 ，造 成生产事故 。 因此 ，为 了提高机床 的工作性能 、提高零件 的生 产质量 、改善 工人 的工作环境 ，寻求解决和治理机床 设备噪声 的有效方法是 十分必要的 。 1 控 制机 床 噪声 的主 要方 法 机 床噪声 主要来 自下列四方面⋯ 1 机械噪声。如齿轮 、滚动轴承、其他传动 件 以及联轴节 的不 同心等 ； 2 液压噪声 。如 液 压泵 、溢 流 阀等 产生 的噪 声 ； 3 空气动 力 噪声 。如 电机 的风 扇 、转子 等高 速旋件对空气 的搅动 而引起 的噪声 ； 4 电磁 噪声 。 由于机床噪声带来的危害很严重 ，所 以降低机床 噪声是广大工程师 、技术人员努力解决 的课题 。降低 机床 噪声 的途径主要有 I 降低齿轮 的噪声 可通 过减少 啮合齿轮对数 、降低齿轮的线速度及 提高齿轮精度等降低齿轮 的噪声 。 2 轴承 噪声 的控制 控制轴承噪声可通过选用噪声低 、精度高的轴承类 型 ，工作 中还必须避免轴承超 载，调整轴承间隙以获得 合适 的预紧力。另 外 良好 的润 滑 可 以降低 轴 承噪声 ， 因而还须选择合 理的轴 承润滑系统来 降低轴承噪声。 3 箱体噪声 的控制 箱体具有减振作用 ，并可在一定 程度 上阻断 噪声 的辐射 。 目前机床上 的箱体 9 0 ％ 以上是铸造结构 ，箱 体整体刚性及 隔声 性对抑 制共 振及 噪声有 很大影 响。 合理的箱体结构及合适 的箱体内衬材料较 为关键 。 前两种方法 主要是在 噪声 源上进行控制 ，关于此 方面的研究比较成熟 ，可发展的潜力较小 ，而第 3种 方法则是控制噪声 的传播途径 ，可采用 吸声 和隔声 的 办法来解决 。因此要采 用性 能更 为突 出的箱体 材料 ， 才能在机床降噪方面有所 突破 。 2泡沫铝的优点 泡沫铝是近 2 O年来 迅速发 展 的一种 新型 多孔结 收稿 日期 2 0 0 9 1 2 2 1 作者简介 许毅 1 9 7 5 一 ，男 ，硕士 ，讲 师 ，主要从事 冶金材料 与工业分析 的教学与研究 。电话 1 3 8 6 3 4 7 9 3 7 5 ，E ma i l s o h u8 8 9 1 2 6．c o rn。 6 6 机床 与液压 第 3 9卷 构的材料 ， 泡沫铝属于多孔金属 材料 ，是在 铝基体 中 含有大量结 构 及 分布 可 控 的孔 洞 ，以孔 洞 空气 作为 复合相的新 型复合材料 。依其结 构特点可分为两 类 具 有 通孔 结构 的多孔 铝 P o r o u s A l u m i n u m ， 具有闭孔结构的胞状铝 C e l l u l a r A l u m i n u m ，如 图 1 所示 。 a 开 孔 结 构 b 团 孔 结 构 图 1 泡沫铝的立方模 型 1 由于泡 沫铝 具有 耐高 温 最 高可 耐 7 8 0 C 的高温 、不易燃烧的特点 ，而且 受热时也不 会释放 有毒物质 ，因此不仅适合做机床 、汽车 、水上运输设 备等的合适构件 ，又非 常有利于环境保护 。 2 由于泡 沫铝具有 轻质 的特 点 ，因此 以其作 机床 、汽车 、水上运输设备等的合适构件 ，便于运输 、 施工与装配 ，可以满足机床等制造设备的轻量化 、低 能耗的发展要求 。 3 由于泡沫 铝具有 良好 的散 热性 能 ，因此 以 其作机床主轴箱的隔声罩可解决罩体的散热问题，有 效防止 隔声罩 由于温 升导致设备 受损影 响使用 寿命 ， 防止出现设备事故 ，保证人 身安全 。 4 由于泡沫铝具 有可 回收 利用的特点 ，回收 、 再生性强 ，不易污染 ，因此 以其作机床 、汽车 、水上 运输设备等 的合适构件 ，有 利 于提高材料 的利用率 ， 适合制造业可持续发展的要求 。 5 由于泡沫 铝兼 有高 阻尼性 能 ，具有 能 量吸 收性，因此以其作机床 、汽车 、水上运输设备等的合 适构件 ，还会 有效减 少构件 的振动 ，保证 产品的生产 质量与机床等设 备的使用寿命 。 鉴于以上优点 ，可研究应用泡沫铝复合板作为齿 轮箱体材料来减小机床主轴箱的噪声 ，以控制噪声 的 传播途径 。 3泡沫铝结构件吸声减振特点 泡沫铝是一种轻质的阻尼材料 ，它具有很 大的阻 尼损耗 因子和 良好 的吸声减振效果 ，但它的最 大缺点 就是本身的刚性小 ，因此它不能作为机器本 身的结构 件 ，从 减振 角度 出发将其做成结构件 ，便 可达到既满 足刚度要求 ，又满足吸声减振的要求。主要结构形式 如图 2所示 。 夹芯 板 夹 芯圆柱 夹芯方 筒 图 2 泡沫铝结 构件 的主要类型 泡沫铝结构件具有很高 的阻尼特性 ，它本身就是 覆面材料 、空腔大小等有关 。经过对厚 度为 8 m m的 一 种轻质高阻尼材料 ，其金属框架及孔隙结构具有高 毛板 、表面装饰喷涂板 以及后 背贴 一层 铝箔的复合板 能量 吸 收 的 特 性 ，阻 尼 值 可 为 铸 铁 材 料 的 5～1 0 的无规射 混响法 吸声 实验分析 ，得出在 1 2 5 H z ～ 倍 。 。若应用 于层合结构 ，它作为阻尼层发生 振动时 8 k H z 频段 ，空腔为 1 0 C I T I 的表面装饰喷涂板较毛坯板 还会被迫伸缩 ，层 内产生较大 的剪切应 力和应变 ，因 吸声系数略有提高 ，其降噪 系数 N R C为 0 ． 4 5 ，比毛坯 此会损耗更多的能量 。特别是泡沫铝和金属壳 间的接 板 N R C 0 ． 4 0 提 高 1 2 ． 5 ％ ；若 在表 面装饰 喷涂板 触性对结构阻尼有极 大的影响 ，如果接触表面 间在压 的后背贴一层厚 0 ． 1 F i l m铝箔组成泡沫铝复合板 ，则在 力作用下产生相对滑动 ，则会产生附加 的界面阻尼作 低于 5 0 0 H z 的中低频范围内，吸声系数会有较大的提 用 ，阻尼效应 由界 面的干摩擦产生 ，使过量的振动被 高 ，并且 当空 腔分别 为 5 、l 0和 2 0 e m时 ，在 1 0 0～ 有效地衰减 。泡 沫铝 吸声 板也是 一种 先进 的吸声材 3 1 5 H z 低频段 ，平 均吸声 系数随空 腔增 大 从 5 、1 O 料 ，其吸声性能除 了与材质有关 外 ，还与材 料厚度 、 到 2 0 e ,m而显著提高 。如表 1 所示。 下 ， J，● 下 第 2期 许毅泡沫铝板在机床隔声中的应用研究 6 7 表 1 低于 5 0 0 H z 低频段 的平均吸声 系数 泡 沫铝是一 种在 金属 铝 基体 中分 布有无 数 气 泡 的多孔 质材料 。气 泡的不 规 则性 及 其立 体 均布 性 赋 予泡沫 铝许多优 良 的特 性 ，诸 如 吸能 缓 冲 、电磁屏 蔽 、机 械阻尼 等 ，尤 其是 优 良的 吸声 特性 。常 用 的 玻璃棉 、泡沫 石棉等 多孔 吸声 材料 ，在 高频 区一般 都有较 好 的吸声性 能 ，而在 低 频 区却 普遍 较差 。泡 沫铝不仅 在高频 区保 持 了 良好 的吸 声性 能 ，而 且在 中频 、低 频 区也 具有 较好 的吸声 性 能 ，是一 种 性 能 优异 的吸声材料 。泡 沫铝 与 常用 的玻璃 棉 、石 棉等 材料相 比还具有 抗 老化 性 好 、耐热 性 好 。下 面 为泡 沫铝的 测试结果 。 图 3为 日本九洲工业技术 试验所测试 的铝 、泡 沫 铝 、玻璃棉 的吸声性 能对 比曲线 图。可 以看 出 ，日本 制备 的泡沫铝 的吸声 系数在较 低频 率处 即 出现峰值 ， 而常用 的玻璃 棉吸声 材料 ，在 低频 区吸 声性 能较差 ， 在 4 0 0 H z以上 ，其 吸声 系数 才 开始逐 渐 增高 。这可 能是玻璃棉微孔孔径 小而增加 了声波 、尤其是低频 波 透人 的阻力 ，使透人量受 到影响所致 。常用 的铝材在 3 0 0～1 0 0 0 H z内几 乎没有 吸声 效果 ，而泡 沫铝 由于 其孔隙 的孔径 比较大 ，声 波透人的阻力小 ，低频部分 的吸声系数较大 。 0 6 0 4 0． 2 1 25 250 500 l 000 2 00 0 频 率／ Hz 图 3 铝 、玻璃棉和泡沫铝 的吸声 性能 比较 选择厚度分别为 7 、1 5 、2 2 m m 的泡沫铝 进行试 验 ，吸声性 能测试结果见 图 4 。 由图 4可以看 出 ，随泡沫铝材料厚度 的增加 ，其 吸声 系数在较低频 率处 有所提高 ，而在高频处变化不 大 。这是 因为厚度是影 响多孔 性吸声材料吸声性能的 一 个重要 因素 ；但厚度超过 一定 值时 ，频率 特性曲线 起伏较大 ，在整个频率 范围内 ，不 同厚度泡 沫铝 的平 均吸声系数变化不大 ，厚度增 加对 吸声系数 影响不明 显 。即增加材 料 的厚 度 可 以增 加材 料对 低 频声 的 吸 收 ，但对高频声 的吸收并无多 大改善 ，因为高频声 在 材料表面就被吸收 ，试验材料 的表 面结构相 似 ，所 以 对高频声 的吸收也差别不大 。 0 _ 8 0． 6 籁 0． 2 l 25 250 50 0 l 000 2 000 4 000 频 率／ Hz 图 4泡沫铝的吸声性能 与厚度 的关 系 4结论 综上所述 ，泡沫铝是 一种 性能 良好 的吸声 材料 ， 尤其是在低频段具有较好的吸声性能。随着泡沫铝厚 度 的增加 ，较低频率 区的吸声系数有所提高 ，而高频 区的变化不 大 ，当厚度 超过某 个值后 ，在整个频率范 围内平均 吸声 系数变化不大 。泡沫铝的吸声性能随孔 隙率 的增 大而提 高 。压缩 加工 可 明显 提高 吸声性 能 ， 压缩率为 4 0 ％ 时吸声 性 能最 佳 。空 腔可 使最 大吸 声 系数 向低频带移动 ，最 大吸声 系数在 空腔厚度不大时 有所减小 ，厚度大 时略有增 大。鉴 于泡沫铝的多种优 点 ，因此在机床 的隔声 降噪中可以得 到广泛的应用 。 参考文献 【 1 】于英华， 刘建英 ， 徐平． 泡沫铝材料在机床工作台中的应 用研究 [ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 0 4 7 2 0 2 1 ． 【 2 】师昌绪． 材料大词典[ M] ． 北京 化学工业出版社， 1 9 9 4 ． 【 3 】S h a p o v a l o v V ． P o r o u s Me t a l s [ M] ． MR S B u l l e t i n ， 1 9 9 4 ． 4 2 4． 【 4 】于英华 ， 梁冰． 泡沫铝齿轮阻尼环减振降噪特性分析 [ J ] ． 沈阳工业大学学报， 2 0 0 4 3 2 4 7 2 4 9 ． 【 5 】钟祥璋， 祝培生， 朱芳英． 泡沫铝吸声板的材料特性及应 用 [ J ] ． 新型建筑材料 ， 2 0 0 2 8 5 1 5 3 ． 上接第 1 1 5页 或缺 ；无用 的消耗 会造成浪费 ，但必要 的冗余并 不是 浪费 ，而是 真正的节约之道 参考文献 【 1 】世纪星通用工业自动化监控组态软件用户手册[ M] ． 北 京 北京世纪长秋科技 有限公司 ， 2 0 0 7 ． 【 2 】马国华． 监控组态软件及其应用[ M] ． 北京 清华大学出 版社 ， 2 0 0 1 ． 【 3 】张计科， 王生铁． 基于力控组态环境双机容错控制系统 的实现 [ J ] ． 工业 控制计算机 ， 2 0 0 4 ， 1 7 7 1 9 2 0， 3 1 ． 【 4 】黎邵平 ， 李锡文． 双机热冗余控制系统 的可靠性分析 [ J ] ． 自动化技术 与应 用 ， 2 0 0 6 1 2 1 8 2 0 ． 【 5 】蔡方伟 ， 吴章维． P L C冗余技术在高可靠性控制系统 中 的应 用[ J ] ． 电气 传动 ， 1 9 9 9 ， 2 9 3 4 7 5 0 ． 【 6 】陈子平． 浅谈控制系统冗余控制的实现[ J ] ．自动化仪 表 ， 2 0 0 5 ， 2 6 9 46 ．