Дәлме-дәл механикалық өңдеу жасалған дыбысы төмен цех: Жұмыс ортасын жақсарту

Болат конструкциялық цехтардағы өңдеуден туындаған дыбыс және тербелісті түсіну

CNC дәл өңдеудегі дыбыс, тербеліс және өңдеу параметрлері арасындағы байланыс

Жаңа зерттеулердің (Manufacturing Processes журналы, 2023) мәлімдеуінше, шпиндельдің айналу жылдамдығы 12 000 RPM-нан асқан кезде CNC машиналарын жұмыс істеткенде, төменгі жылдамдықтағы режимдерге қарағанда тербеліс энергиясы шамамен 40% өседі. Машиналық құралдардың акустикасы бойынша жүргізілген зерттеулер көрсеткеніндей, 500 Ньютоннан асатын кесу күштері болаттан жасалған құрылымы бар цехтардың шамамен 78%-ында байқалатын конструкциялық тербелістерге әкеледі. Пайда болатын 80-ден 200 Гц-ке дейінгі жиіліктер жабдықтың салмақ тасымалдайтын бөліктерінде болатын процестермен тікелей сәйкес келеді. Бұл резонанстық сәйкестік компоненттердің осындай резонанстар болмаған жағдайға қарағанда үш есе тез wear out (тозуына) әкеледі.

CNC өңдеудегі төменгі жиілікті дыбысты өлшеу және құрылымдық резонансқа әсері

Болат цехының жағдайындағы дыбыс мәселелерінің көбі 250 Гц-тен төменгі жиіліктегі дыбыстардан туындайды және барлық акустикалық шығарындылардың шамамен екі үштен бірін құрайды. ЧПУ станоктары орнатылған ғимарат конструкцияларының меншікті жиілігіне жақын жұмыс істегенде мәселе әлдеқайда нашарлайды. Мысалы, 10 метрлік типтік болат аралық шамамен 120 Гц жиілікте тербеледі. Станоктар осы жиілікке жақын жұмыс істегенде пайда болатын резонанс дыбыс қысымының деңгейін 12-ден 15 децибелге дейін арттыруы мүмкін. Бұл практикада не дегенді білдіреді? Әрбір 10 жоғары дәлдіктегі өңдеу операциясының шамамен 4-інде орындалу дәлдігі шамамен 9-14 микрометрге дейін төмендейді. Мұндай ауытқулар өңделген бөлшектердің сапасына да, процестің уақыт өте келе тұрақтылығына да әсер етеді.

Станоктардың тербелісінің дыбыс деңгейлеріне және өңдеу кезінде пайда болатын дәлсіздікке әсері

Тіпті 5 микронға тең болатын кішкентай құрал ұстағыш тепе-теңдігі бұзылса да, кең жолақты дыбыс деңгейі шамамен 8 децибелге арта алады және бетінің сапасы шамамен 30%-ға төмендейді. Кешегі жылы жарияланған зерттеулер вибрацияның секундына 0,5 мм/с² асқан кезде қатайтылған болат бөлшектердегі өлшемдік қателіктердің шамамен бестен бір бөлігін құрайтынын көрсетті. Келесі кезең өте қызық: бұл вибрациялар шамасы 5100 м/с жылдамдықпен болат еден арқылы тарайды. Бұл жақын орналасқан CNC станоктарына әсер ететін және цехтың жалпы өнімділігін төмендететін ыңғайсыз тұрғын толқындар пайда болады. Мұндай мәселемен кездесетін цехтар жиі зауыттың әр жеріндегі бір-бірімен байланысы жоқ жабдықтарда қажетсіз өңдеу проблемаларының пайда болуын байқайды.

Өндірістік процестердегі дыбыс және вибрацияның эксперименталды бағалауы

Жоғары деңгейдегі шуы бар болат конструкциялық цех ортасындағы денсаулық, қауіпсіздік және нормативтік сәйкестік

Болат конструкциялық цех жағдайларындағы CNC-ның шуына ұзақ уақыт әсер енудің денсаулыққа қауіптері

Болат цехының операторлары СЧПУ станогының дыбысына ұзақ уақыт бойы әсер етуіне байланысты ауыр денсаулық мәселелерімен кездеседі. Болат өндірісіндегі кәсіби қауіпсіздік туралы соңғы зерттеулерге сәйкес, түйсігі қатты орталардағы жұмысшылардың шамамен үштен бірі бес жыл ішінде есту қабілетінің төмендеу белгілерін көрсетеді. Егер дыбыс деңгейі 85 децибелден жоғары болып, ұзақ уақыт бойы созылса, қызметкерлердің стресс проблемалары шамамен үштен бір бөлікке артады және адамдар бір-бірін дұрыс естумейтіндіктен жартылай апаттар саны тағы да 25 пайызға өседі. Жағдайды одан да нашарлататыны — болат конструкциялардың өздері дыбысты күшейткіш ретінде әрекет етеді. Шамамен 40-тан 200 Гц-ге дейінгі төмен жиілікті тербелістер бұл кеңістіктердің ішінде ұсталып қалып, көптеген жұмысшыларда бас ауыруға әкеліп соғады және олардың ойлау қабілетінің тәуліктік сегіз сағаттық жұмыс уақыты ішінде шамамен 20 пайызға төмендеуіне себепші болады.

Өнеркәсіптік орталар үшін OSHA және ISO дыбыс нормалары мен сәйкестік критерийлері

Регламенттік негіздемелер қызметкерлердің денсаулығын қорғау үшін қатаң шектеулерді енгізеді:

*TWA: Уақыт бойынша орташа салмақты мән
**Leq: Эквивалентті үздіксіз дыбыс деңгейі

Талаптарға сай келмейтін кәсіпорындар OSHA бойынша бір бұзушылық үшін $14,502 штрафқа тартылады, ал ISO сертификаты бар объектілерде дыбысқа байланысты 28% азырақ компенсациялау істері болады, бұл талаптарға бағыну арқылы айтарлықтай пайда табуға болатынын көрсетеді.

Жоғары тығыздықты CNC жұмыстары бар өнеркәсіптік орталарда дыбыс қысымы деңгейін бағалау

Қазіргі заманғы бақылау жүйелері CNC телеметриясымен дыбыс қысымын картаға түсіруді ұштастырады, нақты уақытта дыбыс-тербеліс талдауын мүмкіндік береді. 2024 жылғы болат өндіру зерттеуі көрсеткенінше, осы интеграцияланған тәсілді қолданатын цехтар мынаны қамтамасыз етті:

• пиктік дыбыс деңгейлерінде 17 дБ(А) төмендеу
• тіреу арқалықтарындағы резонанстық жиіліктерді анықтауда 41% жылдамдық арту
• алдын ала техникалық қызмет көрсету кестесінің дәлдігінде 29% жақсару

Бұл бағалар шектеулі қабаттық жұтқыштықты болат беттерге қолдану арқылы бағытталған шараларды мүмкіндік етеді, сонымен қатар нормативтік сәйкестікті және жабдықтың ұзақ мерзімді сенімділігін жақсартады.

Дәлдікпен өңдеу қондырғыларында дыбысты азайту үшін инженерлік және жобалау шешімдері

Сумен салқындайтын біліктер мен ауамен салқындайтын жүйелер: салыстырмалы дыбыс азайту өнімділігі

Сумен салқындайтын шпиндельді жүйелер ауамен салқындайтын нұсқаларға қарағанда пайдалану кезіндегі дыбысты 8–12 дБ(А) төмендетеді. Тұйық циклді салқындату подшипниктің үйкелісі мен жылулық ұлғаюынан туындайтын жоғары жиілікті шуылды минималдандырады және сезімтал болат конструкциялық цех ортасында дәл өңдеуді қамтамасыз етеді.

Тікелей жетекті жүйелер және олардың өңдеу кезінде туындайтын тербелісті және шуды азайтудағы рөлі

Редукторлар мен ременді берілістерді жою арқылы тікелей жетек жүйелері құрылым арқылы таралатын тербелісті 35–40% (ISO 10816-1:2022) төмендетеді. Бұл конструкция жоғары жылдамдықта фрезерлеу кезінде 70 дБ(А) төменгі шу деңгейіне жетуге мүмкіндік береді және қайталану дәлдігін ±1,5 мкм-ге дейін жақсартады, сонымен қатар дыбыстық сипаттамалар мен дәлдікті арттырады.

Өңдеу процесіндегі салқындату мен жылу режимі пайдалану кезіндегі шуды басқарудың факторы ретінде

Компоненттердің бұрышынануын болдырмау үшін жетілдірілген жылу реттеуі қолданылады, бұл шуға әкеп соғады. Фазалық өзгеріс суыту әдістері титан мен қатайтылған болатты өңдеу сияқты күрделі қолдануларда дәстүрлі суыту сұйықтарына қарағанда 18% төменгі акустикалық шу тудырады.

CNC ортасындағы акустикалық шуға әсер ететін ұнтақтық бақылау және эвакуация жүйелері

Геликоидальды чип үзулері материалдарды бақыланатын түрде бөлу арқылы кесу шуын 6–8 дБ-ға дейін төмендетеді. Вакуумдық эвакуация жүйелері чиптерді қайта кесу нәтижесінде пайда болатын жоғары жиілікті шуылды минималдандырады, ал оптималды флейта геометриялары гармоникалық тербелістерді 22–25% азайтады (ASME Manufacturing Science, 2023).

Болат құрылымды цехтардың жобаларындағы акустикалық тақталарды интеграциялау және құрылымдық дәмперлеу әдістері

Қабырғалар мен машина қораптарындағы көп қабатты шектелген қабаттың дәмперлері 500–4000 Гц жиілік диапазонында 15 дБ(А) дыбыс деңгейін төмендетуді қамтамасыз етеді. Болат раманың резонансы оқшаулау үшін тиісті массалық дәмперлер қолданылады, бұл әдіс әртүрлі өндірістік компоновкаларды салыстыратын құрылымдық акустика зерттеулерінде тексерілген.

Дәлдікті құрбандыққа бермей CNC-станоктардың дыбысын азайту бойынша жұмыс стратегиялары

Децибел шығысын төмендету үшін шпиндельдің айналу жылдамдығы мен беру қарқынын оптимизациялау

Өндірушілер тиектердің айналу жылдамдығын реттеп, беру жылдамдықтарын дұрыс түзеткенде, 2022 жылы Journal of Manufacturing Systems журналында жарияланған зерттеулерге сәйкес, гармоникалық тербелістерді шамамен 38 пайызға дейін азайта алады, сонымен қатар ±0,005 мм-ге тең қатаң допусстік диапазондарды сақтай алады. Айналу жиілігін 12-ден 15 пайызға дейін төмендету машиналардың дауысын 6-8 дБ(А) шамасында төмендетеді. Бұл әдетте бұрынғыдан шамамен екі есе қатты болған дыбыстың деңгейін төмендетуге ұқсайды, әсіресе ақылды беру әдістерімен қосылған кезде. Соңғы жаңалықтарға қаттылығы мен құралдың тозу белгілері сияқты факторларға байланысты жұмыс істеу кезінде автоматты түрде мұндай түзетулерді жасайтын бейімделуші алгоритмдер жатады. Бірнеше өндірістік объектілерде жүргізілген соңғы практикалық сынақтар осы жүйелердің нақты өндірістік жағдайларда өте жақсы жұмыс істейтінін көрсетті.

Тербелісті азайту үшін құралдарды таңдау стратегиялары

• Ассиметриялық ойықты конструкциясы бар карбидті фрезерлер дребездау нәтижесінде пайда болатын шуды 19%-ға төмендетеді (Precision Engineering 2023)
• Айнымалы желке бұрыштары (35°–45°) цехқа тән резонанстық жиіліктердің ерекшеленуін болдырмау үшін қолданылады
• Алмазды қаптама қабаты құралдың жұмыс ұшының қызмет ету мерзімін 3,2 есе ұзартады және тозу нәтижесінде шудың күшеюін алдын алады

Нақты уақытта шуды бақылау және бейімделуші басқару

CNC-бақылауыштарымен интеграцияланған MEMS микрофондары мыналарды мүмкіндік етеді:

1. Шу түрлерін нақты дереккөздермен сәйкестендіру (біліктің тепе-теңдігінің бұзылуы, подшипниктің тозуы)
2. OSHA 2023 бағдарламаларына сәйкес шу 82 дБ(А) деңгейін асып кеткенде автоматты түрде дребездауды жұтқыш жүйелерді іске қосу
3. Дыбыстық үлгілерді машиналық үйрену арқылы талдау арқылы техникалық қызмет көрсету қажеттілігін болжау

Станок қоршамалары мен акустикалық кедергілерді енгізу

Көп қабатты қоршамаларды қолдану арқылы болат конструкциялы цехтарда шуды 14–18 дБ(А) шамасына дейін төмендетуге қол жеткізіледі, олар құрамында:

Бариймен толтырылған винилы бар акустикалық шторалар жоғары тығыздықтағы CNC аймақтарында ыңғайлы орын бөлу мүмкіндігін береді және адамның естуі үшін ең зиянды болып саналатын жоғары жиілікті шу (2 кГц-тен жоғары) 92%-ын блоктайды.

Зертханалық зерттеулер: Бұйымдар құрылымының цех ортасындағы нақты дыбыс деңгейін төмендету

Еуропалық әуе-космостық компоненттер өндірушісінде төменгі шу деңгейін қамтамасыз ететін инженерлік шешімдерді енгізу

Әуе-космостық өндіруші компания цехтағы шуды 12 дБ-ге дейін төмендетті. CNC орталарын үш қабатты акустикалық қоршаумен және тербелістен қорғайтын негізбен жабдықтау төменгі жиілікті резонансты 38% азайтты. Орнатудан кейінгі аудиометриялық тексеруде есту шаршауы 67% төмендегені анықталды және бұл ISO 11690-1 стандартының талаптарына сай келеді.

АҚШ-тағы бір объектіде дыбыстық ретрофиттік жабдықтаудан кейінгі еңбекті қауіпсіз ұйымдастыру жағдайының жақсаруы мен өнімділіктің артуы

Мичигандық бір автомобиль жасау зауыты жоспарлы жөндеу жұмыстарын жүргізгеннен кейін жұмыс орындарындағы фондық дыбыс деңгейін шамамен 92 децибелден 78 децибелге дейін төмендетті. Компания бұл жобаға шамамен 1,2 миллион доллар жұмсады, зауыт ауданының әр түрлі бөліктерінде тербелісті сіңіретін ерекше төбелер мен жылжымалы қабырғалар орнатты. Бұл өзгерістер қабырғалар арқылы өтетін дыбыстың шамамен шаршы метріне 28 децибелге жақсаруын көрсететін өлшеулерге сәйкес, бұрынғыдан гөрі дыбысты жақсырақ бөгеп тұрды. Осы өзгерістер енгізілген соң жыл сайынғы екі жыл ішінде жұмысшылардың өнімділігі шамамен 18 пайызға артты, ал OSHA-ға тіркелген жарақаттанулар саны бұрынғы кезеңдермен салыстырғанда 42 пайызға дейін азайды. Бұл компаниялардың аса көп шу проблемасына нақты шешім қабылдауының экономикалық тиімділігі мен қызметкерлердің қауіпсіздігі үшін қаншалықты маңызды екенін көрсетеді.

Бірнеше болат конструкциялық цехтардың жоспарламасы бойынша дыбыс төмендетудің нәтижелерін сандық талдау

14 объекті бойынша жүргізілген көптеген орындарға таралған зерттеу нақты өнімділік бойынша бағытты анықтады:

Зерттеу нәтижелері массалық винил кедергілерін шектеулі қабатты тежеумен біріктірудің болат конструкциялық цех ортасында дыбыс пен тербелістің ең жақсы бақылауын қамтамасыз ететінін растайды.

Жиі қойылатын сұрақтар (ЖҚС)

Болат конструкциялық цехтарда өңдеуден туындайтын дыбыс пен тербелістің себебі неде?

Өңдеуден туындайтын дыбыс пен тербеліс негізінен болат конструкциялардың табиғи жиіліктерімен сәйкес келетін жоғары білік айналу жылдамдықтары мен кесу күштерінен пайда болады. Бұл тербелістер құрылымдық резонансқа әкеледі, бұл дыбыс деңгейін күшейтеді.

Болат конструкциялық цехтарда дыбысқа ұзақ уақыт әсер етудің денсаулыққа қандай қаупі бар?

85 децибелден жоғары дыбыс деңгейіне ұзақ уақыт әсер енген жұмысшылардың есту қабілеті бұзылуы, стрестің артуы және байланыс орнату қиындығына байланысты жарақат алудың ықтималдығы арта түсуі мүмкін.

Дәлдікті құрбандыққа бермей CNC-станоктардың дыбысын қалай төмендетуге болады?

Білік айналу жылдамдықтары мен беріліс жылдамдықтарын оптимизациялау, тербелісті азайтатын құралдарды қолдану және нақты уақыт режиміндегі дыбыс бақылау жүйелерін енгізу арқылы дыбысты төмендетуге болады.

Дәл өңдеу қондығында дыбысты азайту үшін қандай инженерлік шешімдер тиімді?

Тиімді шешімдерге суытылатын шпиндельді жүйелер, тікелей жетекті жүйелер, алдыңғы қатарлы жылу реттеу, чиптерді басқару стратегиялары мен акустикалық панельдерді қосу жатады.