Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Вырубка и пробивка — две базовые разделительные операции листовой штамповки, при которых заготовка разделяется по замкнутому контуру за счёт сдвигающего усилия инструмента. Несмотря на схожий механизм деформирования, эти операции принципиально различаются назначением: при вырубке получают готовую деталь или заготовку, при пробивке — отверстие в уже существующей детали. Понимание их отличий, правильный расчёт усилия по формуле P = L·S·τ и грамотный выбор зазора определяют качество среза, точность размеров и ресурс штамповой оснастки.
Вырубка — разделительная операция, при которой из листового материала получают деталь или плоскую заготовку по замкнутому наружному контуру. Вырубленная часть, провалившаяся через матрицу, является годным изделием, а остаток листа — отходом (перемычкой). Данная операция, как и пробивка, относится к разделительным операциям обработки металлов давлением по ГОСТ 18970-84.
Пробивка — операция, при которой в листе или детали образуют сквозное отверстие. Отходом служит вырубленная часть материала (выдра), годным изделием — лист с отверстием. Именно это разграничение определяет, что считать деталью, а что браком, и как назначать допуски на инструмент.
Ключевое правило технолога: при вырубке номинальный размер детали определяется размером матрицы, при пробивке номинальный размер отверстия определяется размером пуансона. Это исходная точка при расчёте допусков на рабочие части штампа.
При движении пуансона в обеих операциях происходят три последовательные стадии. На первой — упругое вдавливание: металл прогибается, напряжения не превышают предела текучести. На второй — пластическое деформирование: материал течёт, образуется блестящий поясок среза (зона чистого сдвига). На третьей — скол: когда деформация исчерпывает ресурс пластичности, от режущих кромок пуансона и матрицы развиваются трещины, которые смыкаются и завершают разделение.
Итоговая поверхность среза состоит из нескольких зон: скруглённый поясок у входа пуансона, блестящий гладкий участок (зона сдвига), шероховатый скол и заусенец с противоположной стороны. Соотношение этих зон определяется величиной зазора, механическими свойствами материала и состоянием режущих кромок инструмента.
Для обеих операций применяют единую базовую формулу разделительного штампования:
P = L · S · τ
где L — периметр контура среза, мм; S — толщина листа, мм; τ — сопротивление срезу материала, МПа.
Сопротивление срезу определяют как: τ = 0,7–0,8 · σв, где σв — предел прочности при растяжении.
Для малоуглеродистой стали Ст3сп по ГОСТ 380-2005 σв = 370–490 МПа (в зависимости от толщины и категории проката), что соответствует τ = 260–390 МПа. Для алюминиевого сплава АМц в отожжённом состоянии (АМцМ) по ГОСТ 21631-2023 σв = 130–160 МПа, τ = 90–130 МПа.
Требуется вырубить диск диаметром 60 мм из стали Ст3сп, толщиной 2 мм. Принимаем σв = 420 МПа (в пределах нормативного диапазона по ГОСТ 380-2005), τ = 0,75 · 420 = 315 МПа.
При одновременной пробивке нескольких отверстий суммарный периметр складывается. Для снижения пикового усилия пуансоны выполняют ступенчатыми по высоте: каждый вступает в работу со сдвигом, и пресс испытывает не суммарную, а последовательную нагрузку. Это обеспечивает снижение пикового усилия на 20–30% при перепаде высот пуансонов в пределах 0,5–1,0 · S.
Зазор Z (односторонний) — расстояние между боковой поверхностью пуансона и стенкой отверстия матрицы. Это главный технологический параметр операции, определяющий характер разрушения, форму и высоту заусенца, долю гладкой зоны среза и стойкость инструмента.
Оптимальный зазор назначают по зависимости Z = k · S, где коэффициент k зависит от группы материала и его толщины. При оптимальном зазоре трещины от режущих кромок пуансона и матрицы совпадают по направлению, обеспечивая чистый скол без вторичных зон деформирования.
При зазоре меньше оптимального трещины от пуансона и матрицы расходятся и не смыкаются в одной плоскости. Между ними формируется вторичная зона сдвига — характерный признак двойного среза: поверхность имеет два блестящих пояска, разделённых шероховатой полосой. Усилие штамповки возрастает на 15–25%, скорость износа режущих кромок резко увеличивается.
Чрезмерный зазор приводит к тому, что металл вовлекается в полость зазора до момента разрушения, формируя значительный заусенец. Угол скола увеличивается, гладкая зона среза сокращается, точность контура ухудшается. На пластичных цветных металлах — алюминии, меди, латуни — при увеличенном зазоре характерна рваная кромка с задирами.
Поверхность среза при оптимально выбранном зазоре содержит гладкий блестящий поясок (зона чистого сдвига), занимающий 25–40% толщины листа. Остальная часть — зона скола с характерной шероховатостью. Чем мягче и пластичнее материал, чем тоньше лист, тем больше доля гладкой зоны среза.
Допустимая высота заусенца устанавливается конструкторской документацией в зависимости от толщины листа и класса точности детали. Ориентировочные значения: при толщине до 2 мм — не более 0,10–0,15 мм, при толщине 2–6 мм — не более 0,20–0,30 мм. Превышение этих значений указывает на износ инструмента и требует переточки или замены рабочих частей штампа.
Чистовая вырубка (точная вырубка, Fine Blanking) — специальная разновидность операции, при которой поверхность среза получают практически полностью гладкой по всей толщине без последующей механической обработки. Процесс выполняется на специализированных трёхдействующих прессах с тремя независимыми силовыми контурами.
Гидростатическое сжатие в зоне среза резко повышает пластичность материала. Разрушение происходит путём чистого пластического сдвига без образования скола. Достигаемые параметры качества: шероховатость поверхности среза — Ra 0,4–1,6 мкм, точность геометрии детали — 7–9-й квалитет по ГОСТ Р 53090 / ISO 286-1.
Чистовая вырубка экономически оправдана при серийном и массовом производстве деталей с жёсткими требованиями к плоскостности и состоянию кромки: дисковые пилы, кулачковые шайбы, детали замков и защёлок, зубчатые сегменты. Максимальная толщина стальных деталей при чистовой вырубке составляет, как правило, до 13–16 мм.
Операции выполняются на кривошипных, гидравлических и пневматических прессах. Для крупносерийного производства применяют высокоскоростные кривошипные прессы с частотой ходов 100–400 мин-1. Для толстолистовой штамповки и крупноразмерных деталей предпочтительны гидравлические прессы с регулируемой скоростью рабочего хода.
Штамп для вырубки и пробивки включает пуансон, матрицу, пуансонодержатель, матрицедержатель, направляющие колонки с втулками и съёмник. Съёмник — неподвижный или подпружиненный — снимает полосу с пуансона после рабочего хода вверх. Направляющие колонки обеспечивают соосность рабочих частей с точностью 0,01–0,02 мм.
Материал рабочих частей выбирается исходя из серийности производства. Для средних и крупных серий применяют инструментальные стали Х12МФ, Х12Ф1 по ГОСТ 5950-2000 с твёрдостью HRC 60–62 после закалки и низкого отпуска. Для очень крупных серий при штамповке тонкого листа используют твёрдые сплавы ВК15, ВК20 по ГОСТ 3882, обеспечивающие ресурс в несколько десятков миллионов рабочих ходов.
Вырубка и пробивка — основа разделительного штампования в листообрабатывающем производстве. Их ключевое отличие: при вырубке деталь провалилась в матрицу, при пробивке осталась на полосе. Усилие в обоих случаях рассчитывается по формуле P = L · S · τ с выбором пресса по номинальному усилию с запасом 20–30%. Зазор между пуансоном и матрицей — главный технологический параметр: для малоуглеродистой стали он составляет 6–10% от толщины листа и определяет форму и высоту заусенца, долю гладкой зоны среза и стойкость инструмента. Чистовая вырубка позволяет достичь шероховатости Ra 0,4–1,6 мкм и точности по 7–9-му квалитету без дополнительной обработки, но требует специализированного трёхдействующего пресса. Своевременная переточка инструмента и соблюдение нормативных зазоров — ключевые условия стабильного качества продукции.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.