振動(dòng)對工業(yè)設(shè)備和精密儀表的影響及危害非常大，可使設(shè)備和儀表不能正常使用，嚴(yán)重時(shí)會使其頻繁損壞。同時(shí)，振動(dòng)會通過土壤傳播，影響廠房地基結(jié)構(gòu)，降低廠房的使用壽命。人員長期在振動(dòng)的環(huán)境下會影響身體健康，如引起中樞神經(jīng)和心血管系統(tǒng)的功能障礙，使末梢血管收縮，血壓升高，心跳加快，消化器官的功能受到影響等，還可導(dǎo)致內(nèi)分泌變化、關(guān)節(jié)疼痛、失眠、手指麻木等癥狀，這些振動(dòng)造成的危害統(tǒng)稱為振動(dòng)病。

對于鍛造設(shè)備來說，振動(dòng)主要是設(shè)備進(jìn)行坯料鍛壓時(shí)產(chǎn)生的，其中，空氣錘、自由鍛和模鍛錘產(chǎn)生的振動(dòng)最大，熱模鍛機(jī)械壓力機(jī)次之。本文將從鍛壓設(shè)備振動(dòng)的產(chǎn)生、傳播以及簡單預(yù)防等方面進(jìn)行闡述探討。

圖1 鍛壓設(shè)備非平衡結(jié)構(gòu)

鍛壓機(jī)械自身運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的振動(dòng)

鍛壓機(jī)械在其構(gòu)造上存在運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡的結(jié)構(gòu)，所以當(dāng)鍛壓機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其本身會產(chǎn)生振動(dòng)。

⑴鍛壓機(jī)械非平衡結(jié)構(gòu)（圖1）包括滑塊、連桿、曲軸、齒輪等。滑塊作上下往返運(yùn)動(dòng)，曲軸、齒輪及連桿頭部等作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這些非平衡運(yùn)動(dòng)的部件會產(chǎn)生起振力，使鍛壓機(jī)械產(chǎn)生振動(dòng)。

⑵非平衡部件的起振力。旋轉(zhuǎn)非平衡部件和往返運(yùn)動(dòng)部的動(dòng)作端，因可動(dòng)部件的質(zhì)量因素和運(yùn)動(dòng)速度快的特點(diǎn)，尤其滑塊部件回轉(zhuǎn)速度很快，會產(chǎn)生較大的起振力，導(dǎo)致鍛壓機(jī)械振動(dòng)增大。

圖2 動(dòng)平衡裝置

⑶高速運(yùn)轉(zhuǎn)鍛壓機(jī)械、精密鍛壓機(jī)械進(jìn)行高速鍛壓生產(chǎn)時(shí)，欲降低運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)提高鍛壓機(jī)械精度和穩(wěn)定度，會考慮加裝往返動(dòng)平衡裝置（圖2）或設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)平衡裝置來減輕鍛壓機(jī)械本身運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)。但這些平衡裝置往往都會耗能，這與鍛壓機(jī)械經(jīng)濟(jì)性、省動(dòng)力性的理念背道而馳，是否采用這些運(yùn)轉(zhuǎn)平衡裝置，需充分考慮其必要性、制造成本、能耗、作業(yè)環(huán)境等因素。

⑷鍛壓機(jī)械的啟動(dòng)、停止與一般產(chǎn)業(yè)機(jī)械相比更需要瞬間啟停的運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)力，因此需選配大容量的離合、剎車器，使可動(dòng)部件瞬間啟停，但振動(dòng)也隨之產(chǎn)生。熱鍛沖壓機(jī)械等能力大，瞬間啟停時(shí)會產(chǎn)生較大振動(dòng)，因此需在啟停性能與振動(dòng)中取得平衡，在不影響機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)進(jìn)行離合、剎車器的動(dòng)作速度調(diào)整，通常稱之為軟離合、軟制動(dòng)。

鍛壓機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)鍛壓時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)

鍛壓機(jī)械產(chǎn)生的振動(dòng)會因加工種類、使用能力、鍛壓材料、生產(chǎn)速度及機(jī)械設(shè)計(jì)等因素，而有極大的振動(dòng)差異。

鍛壓過程中振動(dòng)發(fā)生的時(shí)段

⑴加工開始的振動(dòng)：鍛壓機(jī)械的滑塊由上死點(diǎn)開始向下位移，依所定速度使模具沖擊工件，此時(shí)的沖擊現(xiàn)象會導(dǎo)致振動(dòng)發(fā)生。

⑵加工終端附近的振動(dòng)：鍛壓機(jī)械的滑塊靠近下死點(diǎn)附近時(shí)，上下模具會受到強(qiáng)大的壓力作用，此時(shí)各部分的受力部件會變形，伴隨此負(fù)荷的沖擊而產(chǎn)生振動(dòng)。

⑶加工完時(shí)的振動(dòng)：加工完成，失去加壓負(fù)荷時(shí)，各受力部件由于歪斜復(fù)原也會產(chǎn)生振動(dòng)。這種振動(dòng)會因加工種類而有所不同，裁斷加工等振功占全體振動(dòng)的大部分。

加工工藝種類對振動(dòng)高低的影響

鍛壓機(jī)械加工大致上可區(qū)分為：裁斷加工、彎曲加工、引伸加工、鍛造加工。上述加工工藝方法以及將這些組合而成的復(fù)合加工工藝方法，對于鍛壓機(jī)械來說，都會因?yàn)楣に嚪椒ǖ牟煌l(fā)生不同大小的振動(dòng)。

⑴裁斷加工：上模接觸工件后會于產(chǎn)生最大荷重時(shí)，工件產(chǎn)生破裂而失去負(fù)荷，臺身、滑塊、連桿、曲軸、驅(qū)動(dòng)齒輪等受壓部件隨加工荷重所產(chǎn)生的歪斜（彎曲）會瞬間被解放，此時(shí)會發(fā)生與負(fù)荷反方向的強(qiáng)大振動(dòng)，此現(xiàn)象一般稱之為過沖（圖3）。

圖3 過沖示意圖

⑵彎曲加工：會隨彎曲形狀等加工方式而不同，一般在加工初期是以較小的負(fù)荷來開始加工，在加工的最終階段，為了達(dá)成制品彎曲精度并得到漂亮的彎曲度，有時(shí)也會實(shí)施壓印加工，壓印加工需要強(qiáng)大的加壓力，這就會造成鍛壓機(jī)械振動(dòng)。

⑶引伸加工：引伸加工的成形荷載會漸漸增加，深拉伸工藝一般在引伸高度的40%～70%左右產(chǎn)生最大負(fù)荷，隨著接近下死點(diǎn)負(fù)荷會漸漸減少，所以成形振動(dòng)會比較小。進(jìn)行深拉伸加工時(shí)，為了不在材料或制品上產(chǎn)生壓痕，一般會使用防止皺折的裝置模墊，此模墊與模具接觸的位置，是在滑塊離下死點(diǎn)較早的位置，因工件與上模沖擊，所以會產(chǎn)生巨大聲音及振動(dòng)。

⑷鍛造加工有下列加工方式：熱鍛、冷鍛、擠壓加工、壓印、復(fù)合加工等。

1）熱間鍛造：因?yàn)椴牧鲜歉邷氐?，所以模具與工件接觸的時(shí)間需盡量縮短，滑塊速度要快，高溫的材料、制品與模具接觸的時(shí)間需盡量縮短，所以快速啟動(dòng)停止大型曲軸、齒輪、滑塊等部件時(shí)，會使鍛壓機(jī)械啟動(dòng)、停止的振動(dòng)變大，同時(shí)因?yàn)橹破烦尚螘r(shí)間短，所以加工沖擊度大，而產(chǎn)生巨大振動(dòng)。

2）冷間鍛造：因被加工材料的金屬組織變形速度，無法以快速加工速度來成形，所以大多選擇使用沖壓機(jī)械加工區(qū)域速度慢的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（肘節(jié)、連桿）的鍛壓機(jī)械，工件與上模沖擊時(shí)的速度慢，且成形時(shí)間也較長，所以鍛壓機(jī)械所負(fù)荷之荷重的變動(dòng)速度慢，因此負(fù)荷振動(dòng)會比較小。

3）鍛造加工：以鍛造加工而言，無論是熱間或冷間，一般在加工終端會產(chǎn)生強(qiáng)大負(fù)荷，所以在加工完成后，會產(chǎn)生因受力部件的歪斜復(fù)原所產(chǎn)生的振動(dòng)。

4）復(fù)合加工：一般是剪斷加工（下料）、彎曲和引伸等的底壓加工合成居多，這時(shí)在下死點(diǎn)上因剪斷加工而產(chǎn)生的負(fù)荷，至下死點(diǎn)前完成剪斷加工，瞬間產(chǎn)生過沖。在因殘留過沖所產(chǎn)生振動(dòng)的情況下，而于下死點(diǎn)開始進(jìn)行底壓加工，所以沖擊度會大幅增加，而產(chǎn)生更強(qiáng)大的振動(dòng)。

振動(dòng)的復(fù)合分析

進(jìn)行鍛壓機(jī)械加工時(shí)，鍛壓機(jī)械本身的剛性、運(yùn)轉(zhuǎn)狀況會發(fā)生運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)，加工種類、負(fù)荷多寡會產(chǎn)生負(fù)荷振動(dòng)，依據(jù)成形工件、模具、鍛壓機(jī)械本身等的固有振動(dòng)會產(chǎn)生變形振動(dòng)。振動(dòng)的種類、多寡、周波數(shù)、發(fā)生時(shí)機(jī)等因素會在鍛壓機(jī)械進(jìn)行加工時(shí)產(chǎn)生細(xì)微的變化，時(shí)而增加，時(shí)而相互抵消。

鍛壓機(jī)械的振動(dòng)分析及其傳播

振動(dòng)源和振動(dòng)等級

⑴振動(dòng)源是來自加工內(nèi)容、鍛壓機(jī)械的剛性、鍛壓機(jī)械能力負(fù)荷等等，因其作業(yè)而產(chǎn)生的固有振動(dòng)，這就類似于地震時(shí)的震級、震源大小、強(qiáng)度等。

⑵進(jìn)行鍛壓作業(yè)所產(chǎn)生的振動(dòng)量，取決于作業(yè)源的位置或是相鄰機(jī)械位置所出現(xiàn)的振動(dòng)等級，這就類似于地震的震度，會因震源的距離、周圍的地盤強(qiáng)度及其他因素而不同。

安裝部的振動(dòng)量

進(jìn)行鍛壓機(jī)械加工時(shí)，所伴隨產(chǎn)生的振動(dòng)量，大部分被機(jī)械本身所吸收，減少傳播到外部環(huán)境的振動(dòng)能量，在理論上是可行的，但是這需要相當(dāng)高的經(jīng)濟(jì)成本。今后，鍛壓機(jī)械的能力基準(zhǔn)并非只是現(xiàn)今的部件強(qiáng)度基準(zhǔn)，噪聲、振動(dòng)等環(huán)境基準(zhǔn)的能力基準(zhǔn)將成為社會共識。

從制品精度、模具壽命的觀點(diǎn)來看，也有客戶要求比泛用鍛壓機(jī)械提高5～6倍的臺身剛性，其相對能力大幅提高是理所當(dāng)然的事情。這些機(jī)械除了高精度之外，對于其作業(yè)環(huán)境，也可以作到某種程度的低噪聲、低振動(dòng)。

振動(dòng)的傳播

⑴由鍛壓機(jī)械產(chǎn)生的振動(dòng)會傳播至機(jī)械的基礎(chǔ)，通過地面、地基土壤而傳播到周圍。

⑵鍛壓機(jī)械安裝面所產(chǎn)生的振動(dòng)是一般的直立型泛用引伸用鍛壓機(jī)械，會產(chǎn)生相當(dāng)于機(jī)械重量的10%～40%的起振力，此力可通過基礎(chǔ)傳播振動(dòng)波。

鍛壓機(jī)械的振動(dòng)預(yù)防措施

⑴機(jī)械結(jié)構(gòu)上預(yù)防。

在鍛壓機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，在結(jié)構(gòu)上增加動(dòng)平衡裝置，從而在機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)消除由曲軸、連桿等非對稱零件帶來的不平衡轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。同時(shí)，對于圓周對稱的轉(zhuǎn)動(dòng)零件，也要做好動(dòng)平衡測試，避免因制造誤差造成不平衡轉(zhuǎn)動(dòng)慣量而產(chǎn)生振動(dòng)。

⑵離剎配置方面的預(yù)防。

鍛壓機(jī)械在啟動(dòng)和停止時(shí)會產(chǎn)生振動(dòng)，如果在不影響壓機(jī)能力的情況下，將離合和剎車結(jié)合速度降低或選用配置軟離合、軟制動(dòng)的離剎，可以有效減小機(jī)械的振動(dòng)。

⑶鍛壓機(jī)械與模具方面的預(yù)防。

通過沖壓工藝和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低沖壓力的需求，減小因沖壓負(fù)荷過大而造成的振動(dòng)；選用下死點(diǎn)附近沖壓速度有降速的鍛壓機(jī)械，避免沖擊度大而產(chǎn)生振動(dòng)；對于熱鍛沖壓工藝，因?yàn)闆_壓成形時(shí)間需要很短，可通過沖壓坯件的前期熱處理工藝，降低沖壓力的需求，從而減輕沖擊度而降低振動(dòng)。

⑷鍛壓機(jī)械振動(dòng)傳播方面的預(yù)防。

可以通過鍛壓機(jī)械選配隔振器減小振動(dòng)通過地基往周圍環(huán)境傳播，同時(shí)在鍛壓機(jī)械基礎(chǔ)四周設(shè)計(jì)隔振溝，從而減小鍛壓機(jī)械振動(dòng)的傳播，保證周圍設(shè)備的加工精度。

結(jié)束語

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活的改善，國家及民眾對環(huán)保及作業(yè)環(huán)境日益重視，作業(yè)者環(huán)境保護(hù)已是必然趨勢，唯有通過了解掌握鍛壓作業(yè)產(chǎn)生振動(dòng)的因素及傳播路徑，才能作有效的防治對策。鍛壓作業(yè)過程中振動(dòng)無可避免，通過改變機(jī)械設(shè)計(jì)及隔振系統(tǒng)裝置能有效降低振動(dòng)對環(huán)境的影響，但成本投入與環(huán)境保護(hù)仍是一個(gè)矛盾體，需要綜合考慮。

—— 來源：《鍛造與沖壓》2019年第13期