Transcript Skrikljud vid svarvning

arbetsgruppen mot
MEDDELANDE
B
LER
inom verkstadsindustrin
dB (A)
Nr 3
04
1976
Verkstadsföreningens och Metalls gemensamma organ för bullerbekämpning
Mätställe
Med "skrik"
Bild 10. Beräknade ljudnivåbidrag från olika delar av svar-
ven, verktygen och ämnet under bearbetning med och utan
skrik/j ud. Resultaten grundar sig på vibrationsmätningar.
heten påverkar ljudnivån. En förändrad
matning kan väntas ge samma resu ltat.
Negativ till positiv skärplatta
LJudtrycksnivä
5
dB rel . 2·10 Pa
dBIAI
Om man ändrar den negativa skärgeo metrin till po sitiv vid svarvning av den
aktuella svänghjulskåpan erhålls en
ökning av ljudutstråln ingen med 10 dB.
Skrikljudet förstärks vid oförändrad
frekvens.
Positiv skärgeometri minskar den
tangentiella skärkraften med ca 10 %
och borde även reducera ljudnivån.
Vid provet e rhöll s dock motsatt effekt.
Den ökade ljudnivån vid svarvningen
av kåpan får tillskrivas de ändrade
skärkraftförhållandena.
Ändrade bearbetningsdata
Då skärhastigheten varieras under konstant matning för spindeln vid bearbe tningen av samma kåpa, minskas ljudnivån genom den sänkta avverkningen.
Skärhastigheten 58 m/ min gav ljudnivån 102 dBIA ), 84 m/ min 106 dBIA) och
103 m / min 114 dB IA).
Samma effekt uppnår man om spindelhast igheten hålls konstant och matningen ändras. Matninge n 0,25 mm /r
gav ljudnivån 104 dB IA), 0,38 mm /r 106
dBIA ) och 0,54 mm /r 111 dB IA).
Skriktone ns frekvens påverkades
inte vid de olika avverkningarna genom ändrad spindelhastighet eller
matn ing. Detta visar att sp~nbildning­
en vid svarvning av gjutjärnskåpor ej
orsakar skriktonen.
Utliggningens inverkan
på skrikljudsfrekvensen
Vid en serie av prov med nämnda
svänghjulskåpor varierades svarvstålens utliggning. I samtliga fall konstaterades en förändring av skrikljudets
frekvens, så att ökad utliggning gav
»skrik» vid en lägre frekvens, bild 12.
Jämför man med det ideala förhå llan-
det, visar sig frekven ssä nkningen vara
mindre än i det teoretiska fallet. Detta
tyder på att skrikljuden uppstår genom
inbördes samverkan mellan svängningar i svarvstålet och det svarvade ämnet.
Slutsatser
Vid skärande bearbetning förekommer
ofta skrikljud. Dess intensitet och frekvens styrs aven mängd olika fakto /
80
rer. så t. ex. konstateras vid svarvning
att det bearbetade ämnets form, verktygets utliggning, valet av bearbet60 f-t--+ningsdata etc. har stor betydelse.
,
Oberoende av om ämnet är massivt,
_-1-_
rörformigt e ller kärlformigt kan skrikI
I
40f-t--+- - j -t - j
-<
ljudets intensitet reduceras genom
sänk t skärhastig h et och/eller sänkt
31.5
125
5
8000
matning. Detta kan dock i de flesta fall
63
250 1000 4000
Hz
inte accepteras p.~. a. produktionsFrekvenS
bortfall. Konkreta atgärder gällande
Bild 11. Ljudalstring vid svarvning i
ämnet eller verktyget m~ste därför till svänghjulskåpor.
gripas.
- - - Nr 1, Gråjärn, " 417 mm ,
Vid bearbetning av massivt ämne, då
70 m/min
ljudutstrålningen är koncentrerad till
skä rhållaren, kan dämpade hållarkon - - - - - Nr 2, Gråjärn, } ,,494 mm,
- - - - - Nr 2, Segjärn, 85 m /min
struktioner kraftigt reducera ljudspridningen.
Spindelvarvtal: 54 r/m in, matning:
0,38 mm/r.
I fr~ga om rörformiga ämnen kan
dämpade skärh~lIare vara ett alternativ, men vid speciellt tunnväggigt gods
måste även ljudutstrålningen från ämnet reduceras, t. ex. med spännband
Bild 12. Ljudtrycksnivå vid svarvning
eller invändig gummiexpander.
Vid bearbetning av större ämnen typ
i svänghiulskåpa.
- - - utliggning: L=48 mm
lastvagnsnav, svänghjulskåpor för trak - - - -- utliggning: L= 100 mm
torer etc. uppstår kraftig ljudutstrålning till följd av resonanser i ämnet.
LJ"d tcyc ksll,vå
Dessa
kan knappast dämpas genom
dB re1. 2' 10·' Pa
uppstyvning med spännband eller liknande.
Eftersom det dessutom har visa t sig
att dämpade skärhållare i vissa fall kan
\
förvärra bullersituat ionen , måste såväl
verktygens utformning som infästningsförfarandet beaktas. Denna pro,..,
6300
8000 Hz
~"
r
_e lls
blemställning behandlas i nästa med ~_ __ _ __ _ __ __ __ _ _--' delande.
•
'.
Skrikljud vid svarvning
Del 1. Orsaker och dämpningsmetoder
Tekn. lic. Per-Åke Berg, ingenjör Hasse Moss och eiv.ing. Lars-Olof Rosell, Ingemanssons Ingenjörsbyrå AB, Göteborg
Vid skärande bearbetning med hög awerkning uppstår ofta skrikljud med nivån 90- 110 dB(A )
vid operatörens öra. Dessa uppkommer genom inbördes samverkan mellan svängningar i skärhå/la ren och arbetsstycket.
I denna artikel påvisas att det erfordras olika åtgärder för att minska eller e liminera skrikljudet,
beroende på vilken typ av ämne som bearbetas. En förändring av skärets inspänning samt dämpning av skärhållaren kan vara lämpligt att tillgripa vid massiva ämnen, medan ämnet bör dämpas
vid tunnväggigt gods med rör- eller kärlform.
I nästa artjkel redovisas ytterligare praktiska erfarenheter.
,J-
.L
re~
331 .043
D t arbetsgruppens meddelande nr 12,
1975 ingår en översikt av svarvbullrets
karaktär och inverkande faktorer. Vid
presentationen av o lika svarvtyper vi sades i bild 2 typiska ljudnivåer vid
tomgång, under normal bearbetn ing
samt vid skrikljud .
Skrikljud från vibrationer
i verktyg och ämne
Av meddelande 12 , 1975 framg ick att
skrikljuden uppkommer som en följd
628.517.2
Skarhållarens
utliggning (L)
mm
200
150
Obehagliga och skadliga toner
Skrikljuden ä r toner, som ligger inom
frekvens intervallet 1 000- 4 000 Hz, där
d et mänskliga örat är mest känsligt, eftersom hörselgångens dimensioner är
sådana att resonans lätt uppstår. Aven
om ljudets nivå är låg uppfattas därfö r
skrikljudet alltid som mycket störande
och obehagligt.
Det är dessutom synnerligen skadligt
för hörseln , varför det också av den
anledningen skall undvikas. Aven om
man bär hörselskydd, som dämpar
ljudnivå n, kvarstår skriktonen och irriterar hörselgången . Den genomträ ngande tonen kan helt domine ra ljudförhållandena i en verkstadshall.
621.9
\
--
\
II
,
-- \ 1
,
1_\
100
!
t--~
50
!
125
250
500
1000
l
2000
1\000
8000 Hl
F,ck"ens
Bild 1. Svarvning i massivt ämne.
Skrik tonens frekvens avgörs av ut-
Bild 2. Egenfrekvens för skärhallare
som funktion av utliggningen vid
liggningens storlek (L), skaltdimen sionen (hxd), samt atdragningsmo -
bearbetning i supportsvarvar. HalIaren är uppsatt i stum verktygshal Iare . Uppmätt med vibrationstest.
Skar/dimension (') 25 mm.
m ente t [ör skruvarna i verktygshaf faren. Ljudutstralning sker ofta med
dom inans från verktyg med hill/are,
slider samt övriga delar av svarven
och i andra hand fran det bearbe -
tade objektet.
Särtryck ur Verkstäderna nr 4/76
Rotogravyr 1976
...,
av vibrati oner i verktyget och arbets-
Godst j ocklek
stycke t och att de uppträder plötsligt
och till synes slumpartat. Verktygsma-
",
mm
skin ens konstruktion selement - dvs.
stativ, slider, verktygsfästen, fi xture r
6
oc h stöd - måste uppfyll a vissa stabil i-
4
5
tetskrav, för att lågfrekventa vibra tio ner (s. k. sko rr) ej ska ll upp stå. Skorr
påverkar ytj äm nheten och är i m ånga
/]
-----
fall oacceptabelt.
Även o m stab il itetskraven är upp-
2
7
- -:1
rl
i
fyllda kan skrikljud a lstras. De uppstå r
I
.,f ,
.\'
,"'...
i'
/1
:
,.i' I ,
'"
,,
'00
"
~
ii "
f
3
-
,
~
också påverka ytjämnheten.
Bild
Med utgå ngspunkt från noggrant
geno m förda svarvprov och Ijudalst-
kvens (t. ex. en I. bild 2) erhålls skrik ljud.
kvenser (grundton och 1:a överton)
för rörämnen i stål vid olika gods-
håll ande till ämne ts storlek. Skrikförlo ppe n kan särs kilt vid finbearbetning
125
1; ,*'
2&0
4.
,
&000
I
,
. .~
Bild 3. Invändig svarvning i rörämne. Skärkrafterna orsakar böjsvängningar i rö rets mantel. När frekvensen t. ex. en/. bild 4 överensstämmer med verktygets egenfre -
oftast vid svarvning i veka arbetsstycken, dvs. i sådana med tunt gods i för -
I
'"
~ 50
"
"
"
"
,,
,
,
--
"
"
/
,
1/
/
""'"
2000 4000
f'ekvens
8000 H.
Idea la böjsvängningsfre-
Varvta l
Skärhastighet
Matn in g
Skärdjup
Skä rk raft
l IUdlty<=k ~ n , ... ';
"- V""",
V
1000 HSO
1600 2000 2500 3150 4000 6 000
~300
~, e h en ~
1000
Skärhå ll a re T-Max P
Vä nd skär , d ubbelsid igt
Ställvinke l
Frivinke l
Lutn in gsvin ke l
V.b. al .on~ h"Sl oghoeI Sn,y;;
"
11000
",
Bild 7. Typisk frekvensbild från bearbetning med skrikande skärverktyg i kärlformat ämne . Vibrationshastighetsnivå i arb etsstycke. Ljudtrycksnivå på 1 m avstånd.
tjocklek och diameter. Frekvensglidning sker om rörämne t är kort och
hårt in spän t i chucken.
rin gsstu dier i fl era bearbe tningsfall vid
SKF-Göteborgsverk e n och vid Vo lvoBM i Eskil stun a, komm er vi att i två
Hori son !alslid
Ver!ikalslid
45 ° hR 181.3-3232 -1 9
19 X 19 X 6 ,4 typ HIP
45 °
45°
_ 8°
L 1813-2525 -19
L 1813-2525-19
45°
45°
_8 °
r/ min
m/ min
mm / r
mm
N
54
84
0,3S
3
1 700
Bild 9. Verktygs - och bearbetningsdata vid analys av o rsaker till skrikljuds uppkomst i karusellsvarven Bullard 30" Cul M aster.
en p lanskiva med tre spännb ackar mot
material den är gjord av. De tta förkla-
fem kl ac kar oc h två styrstift.
ras bl. a. av de gynnsamma utstrål -
Bearbetningsdata
men och det tunna godset.
Ljudnivån vid svarvning i kåpor av
sam ma mate rial men av två olika di mensione r visas i bi ld 11.
I den mindre kå pan, nr 1, är ljudnivån högre och har mera utprägla t
ningsegens kap e rn a
Bearbetningen sker to rrt med standard
skä rhållare och si ntrade vänd skä r med
negativ geometri , varvid sm å brytspån
medd elanden redogö ra för orsakerna
till uppkom ste n av skrik ljud oc h m öjligheterna att e liminera dem.
Kort sammanfatta t uppstår Ijuda/st -
b il das. Upp gifter om använda verk tyg
sa mt bearbetni ngsförhålla nden har
samma n förts i tabe ll e n , bild 9.
ringen på grund av inbördes samverkan meJ/an svängningar i skärhållaren
Ljudmätningsmetoder
och den svarvade detaljen. Oftast do-
Bull erförhåll andena
har i sa mtli ga fall studerat s med hj ä lp
stycket, men ibland överväger ljudut-
av lu ftljud s- och vibrationsmätningar.
De senare har geno mförts på de fas ta
delarna av svarven och verktygen med
vibra ti onspickup. på det roterand e äm net har vibrationsmätningar verkstäl lts
med trådtöjn in gsgiva re. Signalen har
överförts med rad io till mätin st rum ent
lan arbetsstycket och verktygsha/laren.
Varje bearbetningsfall med skrikljud
har visat sig va ra särpräglat p. g. a.
ämnets form och materia legenska per.
Studeras individuella fa ll , visa r det sig
a tt sk rikljud e n ibla nd uppträtt o fö rklarligt sl umpartat. Man har också ob serve rat att de har upphört genom till
synes bagatellartad e förändringar av
ämne ts dimension er och utliggning eller av verktygsuppsättningen.
Tanken all m ed någon un iversa lmetod - e xempe lvis dämpade skärhållare
- kunn a lösa a/la typer av skrikljuds problem är därför oreali stis k.
Det bearbetade objektets
Bild 6. Svarvning i kär/formigt ämne
med liten godstjocklek. Ljudutstrålningen domineras av svängningar
hos ämnet. Skrikljud uppträder
slumpvis och är svara alt undvika.
me d o li ka diameter oc h gods tjock le k
framgår av bi ld 4. Nivån (intensi tete n)
på svängn ingen kan m in skas genom
stativ, som uts trålar skri kljudet , bild 1.
o lik a knep. En va nl ig åtgärd är a tt
Ändras matningen eller skärhastigheten in verka r detta inte på fre kven -
dämpa svängningen med en läderrem,
som pressas mot ämnets mantelyta och
sen. Okad avverkn ingsha sti ghet kan
emell e rtid inn ebä ra högre ljudni vå.
Skär hå ll are ns ut li ggn in g oc h skaft -
härvid ger upphov till frik ti on.
dim ensio n samt in spänningen bestämmer egensvängn ingens frekvens. Man
kan likna skärhåll are n vid en stämgaf-
egenskaper avgörande
våra stu dier och försök visar att skrik-
malt so m , d å li ga , ljuds trålare.
Vid utvändig ' svalVning kan röret s
svängningar dämpas med en invändig
gummi expa nder. Förfarandet har provats i en automatsvarv vid SKF, Göte-
bes täms av vil ken for m arbe tsstycket
har och av dess egenskaper i övrigt.
Rörämne
Följande fall ka n därvi d före ligga:
ka r vid kriti ska ut li ggn ingar sk rikljud ,
b ild 3. I de tta fa ll uppkomm e r ljudet
Massivt ämne
när frekve nsen fö r böjsvängningen hos
rörväggen öve rensstämmer med egen-
Invändig bearbetning i rö rämn e orsa -
frekvensen för verktyget. Skriklj udet
kan i många b ea rb e tningsfall undvikas
genom att m an ändrar ve rktyge ts ut-
här i egensvängning under sp ånbildningen - se även ar tik eln »Bullerdäm pad e skärh ållare» s. 36 i Ve rk stä dern a
li gg nin g oc h/e ll e r ska ftdimen sioner.
Ofta d e l tar såvä l arbe tss tycket som
verktygs hå ll are me d support och svarv
till lika d e la r i lju d utstrålningen. Böj-
nr 2, 1976. Skäret stu dsar, bildlikt talat ,
svängningens frekvens för rörämnen
unde r
svarvning
Bild 8. Bullard 30" Cu t Master karusell sva rv.
(s. k. tele me tri ).
Systemati ska stu die r av bull erför hål lande na ha r ut fö rts vid svalVn ing i o li ~
ler fl e ra skriktoner. Det har visa t sig
vara svårt att undvika skrikljud speciell t om flera skär är i ing repp sam tidigt. Lyckas operatören ju stera ett
ka kå po r vid va rierade bea rbetn ingsdata och skärgeometri samt utl iggning
av skärhållarn a.
verk tyg så att det är tyst, kan skrik lj ud
ändå uppträda när bearbetn ing sker
Det svarvade ämnet
dominerar ljudutstrålningen
Vid bearbetning i svänghjul skåp o r så-
med ett annat skär.
vä l med so m utan sk rik ljud dom inerar
borg, bi ld s. Sk rikljud et kunde därvid
reduceras med ca 10 dB.
Svårt undvika skrikljud
i kärlformat arbetsstycke
Jämfö rs de uppmätta vibrationsnivåe r-
Kärlformat ämne
e ll er flera skär i ing repp ger i de fl es ta
fa ll de mest svå rl östa skrikprobleme n.
lju du tstrå lnin ge n alltid från kåporn a.
Svarvning i kärlformat ämne med två
Bearbe tas kärlformade ämnen med re -
lju dets uppkomst i mycket hög grad
skriklj ud upp står. Skä rh ållare n försätts
Bild 5. Utvändig svarvning av rörämne med {orm slåi i automa tsvarv
RSA-12 . Dämpningsprov med invändig gummiexpander.
under skärförloppet. Svängningar över fö rs såväl ti ll ämne som ti ll ve rktyg och
suppo rt med slider samt till svarvens
fel, vars ton avgörs av skänkelIängden,
bild 2. Massiva äm nen fun gerar nor-
Vid svarvn ing i massiv t ämne, stångmaterial ell er kutsar av lege rat stål med hög avverknin g och därav stora
skärkrafter - vibrerar verk tyget och
kloc kfor-
skrikljud än i kåpa nr 2. Bull ret från
kåpa 1 inn ehå.ll er en ska rpare ton än
min erar /judutstrå lningen från arbetsstrålningen tran verktyget och svarven.
Emel/anat fördelas utstrålningen mel-
p . g. a.
la ti vt tunt gods uppt räder alltid särs kilt
kraftiga bea rbetningsljud, och skrikljud kan därv id lätt up pstå, b ild 6.
Ljud alstringen domine ras i dessa fa ll
helt av ämn ets ljuduts trå ln ing. Detta
förkla ras av att d e t tunna godse t försätts i kraft iga svängningar även i de
fall störkrafterna från verktyge t är små.
Formen och ytstorleken medfö r att
ljudut st rå lnin gen b lir myc ke t effektiv.
De t kä rlformade ämn e t kan liknas vid
e n hög ta la re.
Stude ra s fre kv ensb ilde n vid skrikljud , bild 7, uppt äc ker man ofta e n e l-
För att belysa dessa svårigh eter har arbetet inri ktats på system ati sk analys av
orsakerna till skri kljuds uppkom st i e n
30" Bu ll a rd ka ru se llsvarv vid Vo lvo-SM
i Eski lstuna , bild 8. Mas kinen används
vid plansvarvning (horisontalslid ) oc h
invändig
svarvning
sväng hjul skåpor
b il d 6.
för
(vertikal sli d)
av
moto rredskap,
Ämnesdata
En gju te n svänghjulskåpa med planfräst bott en av gråjärn eller segjärn
ska ll bea rb e ta s. Kå pa n spänns upp på
na en li gt di ag ram met i bild 7 med regist re rad e luftljudsnivåer enligt bilden
finner man att de karakteri sti ska frekvenserna för skrikl judet öve rensstämmer med kåpa ns vibra tion sspektrum .
D ett a innebär att , ljud utstråln ingen
från det svarvade ämn et dominerar,
trots att svarvs tåle t svänger med avse vä rt högre intensi tet. Det är ämnets
be tydligt större dimen sioner som ger
denna effe kt. Av bild 10 framgår den
från kåpa 2. Om denna är utförd i segjärn er hålls e n läg re Ijudal string vid
sva rvnin g, trots att det grå gjutjärn et
ha r hög re inre dämpning. Skillnade n i
Ijuda lstrin g ka n förklaras av att segjärnet har bättre skärbarhet än gråjärnet.
Inverkan
av svarvstålsinfästningen
Skärhållarens egensvängning unde r
svarv ningen uppstår vid en fre kvens
som beror av dess dimension, utliggning och in fäst ning i ve rktygshållaren.
Ändras utliggningen för e n vald hå llare varierar frekve nsen därför en ligt
bild 2, som visar svängningen för stumt
infäst h åll are. I praktiken påverkas
svängningarna hos hållaren också av
infäs tningen, dv s. den inspänningsg rad
so m e rh å ll s i verktyg sfäst e!.
Svängnin gsfo rmen ändras om anta let skruvar och <1 tdragningsmo men tet
varieras. Det har också visat sig att
mindre utpräglad egensvängning er-
hå ll s med un de rl äggsplattor i verktygs fäs tet. Ve rk tygets verk liga egensvängn ing ka n ej be räknas med tillräckl ig
noggran nh e t. I prak tiken måste vi brati onstes tm etoder ut visa de verk li ga
egensvängnin ga rna . Detta ko mm er att
be lysas ut fö rl igare i kommande m ed-
d e lande.
beräknade ljudutstrålningen från svar-
vens olik a de lar.
Kåpans utförande påverkar
Ijudkaraktär och skrikljud
Ljudkaraktäre n , dvs. f rekvenssp ektrum,
påve rkas av kåpans form och av vilke t
Skärgeometri
och bearbetningsdata
Genom skä rt ekniken är det bekant att
en vis s skärg eometri ökar risken för
vibrationer. Vi har i tid igare medde-
la nde nr 12, 1975, visat att skärhastig-