泡沫鋁的吸聲性能及其在機床上的應用

許 毅

（萊蕪職業技術學院， 山東 萊蕪 271100）

1 機床上產生噪音的因素

1.1 機床本身產生的噪音

通常機床上的振動主要來源于驅動部件和傳動部件，比如驅動部件中電機的轉動產生的噪音；比如傳動部件中皮帶、鏈條和齒輪相互摩擦差生的噪音[1]。

1.2 機床工作中產生的噪音

機床在進行金屬加工過程中，道具與工件的接觸產生的噪音。

2 機床噪音的危害

機床在進行工作時所產生的噪音有很大的危害，首先對于機床來說，噪音的不規律聲波會對機床的內部構建造成破壞，增大各部件之間的磨損，從而大大降低了機床本身的壽命。

機床產生的噪音也是一種環境污染，不僅影響工人之間的交流，同時也會對工人的健康造成影響。有研究表明，人如果長時間處在一種噪音環境中，身體的各個器官和組織都會受到破壞，引起多種疾病。因此，在機床的操作過程中，如何有效的控制噪音是十分重要的問題[2]。

3 機床噪音的控制

3.1 機床內部傳動件噪音的控制

機床內部的傳動部件，比如傳統齒輪在嚙合過程中引發的振動所產生的噪音。其噪音產生的原因是齒輪等部件制造的精度以及裝備過程中產生的誤差導致。所以，在控制機床內部傳動件的噪音中，可通過提高其制造精度控制裝配誤差。同時機床不要超負荷運轉，否則也會引起傳動部件的噪音。

3.2 機床箱體噪音的控制

機床的箱體具有良好的控制噪音的效果，同時也具有很好的減振功能。目前機床的箱體大部分都是鑄造的，箱體所用的材質和整體剛性對機床的減振和吸音有很大的影響。

4 泡沫鋁的優點

1）泡沫鋁的密度小，在減少整個機床的重量以及機床的生產、裝配和物流運輸中都有很大的優勢，大大降低了中間環節的成本。同時，較輕的質量也能夠降低機床本身的損耗。

2）機床在工作時由于電機的轉動和傳動部件以及金屬切削會產生大量的熱，泡沫鋁具有超強的耐高溫性能，最高可承受780℃的高溫。同時，泡沫鋁在高溫過程中，不會產生有毒氣體，影響工人的健康。泡沫鋁的散熱性能可以應用于機床的隔聲罩，不會因為受熱導致隔聲罩變形，影響使用[3]。

3）泡沫鋁具有良好的阻尼性能，可以吸收機床本身產生的振動，降低機床因振動產生的零件消耗，延長機床等設備的使用壽命。

4）泡沫鋁材料可以被有效回收利用，不會產生污染，在汽車、輪船和機械制造行業可以提高材料的利用率，節約資源。

基于泡沫鋁以上幾種優勢，泡沫鋁板材可以用于機床齒輪箱的材料，以減少主軸箱的噪音。

5 泡沫鋁的吸聲原理分析

泡沫鋁的材質較輕，具有很高的阻尼損耗因子和吸聲效果。泡沫鋁的劣勢為強度小，不能直接用作機床設備的結構件，在生產中通常采用泡沫鋁夾芯板的的形式，其主要結構如下頁圖1所示。

圖1 泡沫鋁的三種形式

泡沫鋁具有很強的阻尼效果，據實驗研究表明，泡沫鋁的阻尼值為鑄鐵的5～10倍。泡沫鋁作為層和結構，在發生阻尼振動時，泡沫鋁與合成板之間也會產生相對的滑動，使阻尼效果進一步擴大，使振動得到更加有效的衰減。

泡沫鋁作為吸聲材料，其吸聲的性能和泡沫鋁的材質以及材料的厚度、空腔的大小都有關系。厚度為8 mm的，對復合板進行實驗時，可以明顯發現：在聲音為120～8000 Hz頻率段，空腔為10 cm的表面有噴涂板的材料要比毛坯板提高12%。在噴涂板另一側涂一層鋁箔板作為泡沫鋁復合板使用，空腔分別設定成 5 mm、10 mm、20 mm時，并且在100～300 Hz頻率段進行吸聲實驗，發現隨著空腔厚度的增加，吸聲性能明顯會增加，如表1所示。

表1 吸聲性能

6 泡沫鋁在機床主軸箱吸音的應用

機床的主軸箱為齒輪傳動系統，齒輪在旋轉時，兩齒輪的摩擦通過主軸與空氣振動產生噪音，噪音的傳播如圖2所示。

圖2 噪音的傳播

當齒輪箱的噪音過大時，可采用隔聲罩來控制噪音的出現。隔音罩可采用泡沫鋁的材質來進行設計。

隔聲罩具有許多優勢，比如隔聲罩的結構設計起來較簡單，設計以及制作的成本也比較低。隔聲罩的設計需要注意兩個問題，一是應該考慮到電機的散熱問題。電機需要良好的散熱效果，否則不僅影響壽命，可能還會造成生產事故。二是注意隔聲罩的尺寸與聲學的效果傳播，隔聲罩的設計尺寸對聲學效果有一定的影響。

1）泡沫鋁材料密度小，結構輕質，鑄造鋼板與泡沫鋁的結構體相比，原來鑄鐵的質量減輕了70%，大大降低了機床的整體質量。

2）泡沫鋁有很好的散熱性能，在受熱溫度升高時不會釋放有毒氣體，且泡沫鋁材料可以回收利用，充分了節約金屬資源。

3）泡沫鋁不會因為溫度升高而出現變形的現象，可以很好地保證主軸箱的正常運轉，避免出現生產事故，保障了工人的安全。

4）隔聲罩具有良好的抗振性能，泡沫鋁本身的結構可以大大降低機床主軸箱的振動，同時，泡沫鋁與鑄造箱體之間的界面摩擦也對減振有很大的影響。由于鑄造箱體表面與泡沫鋁板之間的粗糙度不同，發生阻尼現象的程度也不同，阻尼越大，隔聲板的抗振性能越高。

7 結語

根據泡沫鋁制作隔聲罩的效果分析，泡沫鋁材質對主軸箱隔聲和減振都有良好的效果，在工業的使用中具有很大的開發價值。

[1]于英華，劉建英，徐平.泡沫鋁材料在機床工作臺中的應用研究[J].煤礦機械，2004（7）：20-21.

[2]許毅.泡沫鋁板在機床隔聲中的應用研究[J].機床與液壓，2011（1）：65-67.

[3]鐘祥璋，祝培生，朱芳英.泡沫鋁吸聲板的材料特性及應用[J].新型建筑材料，2002（8）：51-52.