Пресс для пробивки отверстий в металле: усилие по Ø и толщине

Краткий ответ: усилие пробивки одного отверстия в металле оценивают по формуле F = 0,7 × t × L × σв, где t — толщина, L — периметр отверстия, σв — предел прочности металла. Круглое отверстие Ø16 мм в стальной полосе 5 мм (σв = 400 МПа) требует около 70,4 кН (≈ 7 170 кгс). Его даёт пневмогидравлический усилитель Ø100 исполнения 10T (K = 1 560 кгс на 1 кгс/см² по таблице SNS для MPTF; для MPT это оценка) при давлении за регулятором около 4,6 кгс/см², то есть 0,45 МПа. Отверстие Ø25 мм в стали 10 мм — это уже предел ряда Ø125 20T, а Ø40 × 12 мм не берёт и самый большой усилитель: там нужен гидравлический или механический пресс.

Чем пробивка одного отверстия отличается от штамповки контура и клёпки?

Мы уже разбирали пробивку и клёпку и штамповку малых деталей из листа. Здесь задача уже: одно отверстие (или несколько за один ход) в полосе, уголке, пластине или трубе, как это делают на ручном прессе с рычагом. Такой пресс потому и ищут: рычаг даёт ограниченное усилие, а пневмогидравлический усилитель убирает ручное усилие и делает каждое отверстие одинаковым.

От штамповки контура задача отличается тем, что периметр среза небольшой, а толщина обычно больше. Усилие растёт и с толщиной, и с периметром, поэтому толстая полоса с мелким отверстием и тонкий лист с крупным могут потребовать одинакового усилия.

Как посчитать усилие пробивки отверстия в металле?

Справочная оценка: F = 0,7 × t × L × σв. L — полная длина среза, для круглого отверстия L = π × d, для нескольких отверстий за один ход периметры складываются. Коэффициент 0,7 переводит предел прочности в сопротивление срезу. Результат — оценка: на реальное усилие влияют зазор между пуансоном и матрицей, острота кромок и твёрдость металла.

1. Периметр. L = π × d, для Ø16 мм получаем 50,3 мм.
2. Предел прочности σв. Берите из сертификата на металл. В примерах ниже принято 400 МПа — это допущение, у вашей полосы число другое.
3. Усилие. t в мм, L в мм, σв в МПа — результат в ньютонах.
4. Перевод. Килограммы-силы: ньютоны делим на 9,81. Тонны-силы: ещё на 1 000.

Какое усилие нужно для разных диаметров и толщин?

Таблица посчитана по формуле для стали с σв = 400 МПа. Предпоследний столбец — исполнение усилителя; коэффициенты K взяты из таблицы усилий SNS для MPTF, для MPT и MPTD это оценка. Берём наименьшее, при котором рабочее давление за регулятором не выше 5 кгс/см² (примерно 0,5 МПа). Это наше правило отбора: оно оставляет запас по усилию около 40 % от предела при 7 кгс/см² и позволяет поднять давление, если пуансон затупится.

листайте таблицу вбок →

Все давления в таблице уложены в рабочий диапазон наших серий 0,2–0,8 МПа. Усилия выше 0,7 МПа из таблицы изготовителя мы не приводим: она доведена до 7 кгс/см².

Как подобрать усилитель на реальном артикуле?

Исходные данные: отверстие Ø16 мм в полосе из стали 5 мм (σв = 400 МПа — допущение), сеть 10 бар, полный ход 100 мм.

1. Усилие. F = 0,7 × 5 × 50,27 × 400 ≈ 70 370 Н ≈ 7 170 кгс.
2. Исполнение. Ø80 5T даёт при 7 кгс/см² только 7 000 кгс — не хватает. Берём Ø100 исполнения 10T: K = 1 560 (таблица SNS MPTF, для MPT оценка), при 7 кгс/см² до 10 920 кгс, запас около 52 %. Исполнения 13T у серии MPT WAALPC на Ø100 нет — в прайсе только 10T.
3. Давление. p = 7 173 / 1 560 ≈ 4,6 кгс/см² ≈ 0,45 МПа.
4. Проверка узлов. Регулятор ARG работает в диапазоне 0,1–0,85 МПа, распределители 4V и 3V с пилотом (3V100–400) — 0,15–0,8 МПа. Давление 0,45 МПа входит во все диапазоны.
5. Ход. В прайсе WAALPC ход усиления для MPT задан в диапазоне 5–20 мм. Он должен быть не меньше толщины металла с запасом на вход пуансона в матрицу: для 5 мм выбирайте ход усиления 10 мм и более (вывод автора). Остальной путь до 100 мм цилиндр проходит на подводе.
6. Артикул. MPT-100-1~100, 583 740 ₸. Исполнение 10T в артикуле не кодируется: назовите его при заказе.

Величина	Значение
Отверстие	Ø16 мм, периметр ≈ 50,3 мм
Металл	сталь 5 мм, σв = 400 МПа (допущение)
Усилие пробивки	≈ 70,4 кН ≈ 7 170 кгс
Усилитель	MPT Ø100, исполнение 10T, K = 1 560
Давление за регулятором	4,6 кгс/см² ≈ 0,45 МПа
Максимум при 7 кгс/см²	10 920 кгс

Если пробивать по нескольку отверстий в минуту, посмотрите быстрый тип MPTF, от 442 200 ₸: чем он отличается, описано в статье про MPTF и MPT. Если толщина заготовок меняется и ход нужно перенастраивать, подойдёт MPTD с регулируемым полным ходом, от 357 900 ₸.

Что ещё влияет на усилие и на цикл?

• Зазор пуансон–матрица. Он нужен, чтобы пуансон не застревал в матрице и усилие было меньше. Чем толще и твёрже металл, тем зазор больше, но он всегда меньше толщины заготовки.
• Съём с пуансона. Пластичный металл растягивается и обхватывает пуансон, поэтому после пробивки его приходится снимать с пуансона. Без съёмника или прижима заготовка поднимется вместе с инструментом, и цикл сорвётся.
• Скошенный пуансон. Скос на торце уменьшает усилие в начале хода, но искажает форму отверстия из-за боковых сил. Для точных отверстий не годится.
• Упор после среза. В момент среза усилие падает, шток проскакивает остаток хода. Ограничьте ход упором, чтобы пуансон не бил в матрицу.

О зазоре, съёме и скошенном пуансоне — по справочной статье о пробивке; цифр зазора там нет, подбирайте их по паспорту оснастки.

Как пробивать уголок и трубу?

У уголка отверстие делают в одной полке: матрица должна поддерживать полку со стороны, противоположной пуансону, иначе уголок изогнётся. Усилие считают по толщине полки, а не по сечению профиля.

Трубу пробивают через одну стенку, а внутри трубы под стенкой нужна оправка или опора. Без неё стенка прогнётся внутрь раньше среза, и формула перестаёт работать. Толщиной считается одна стенка, периметром — периметр отверстия. Отверстия в обеих стенках одним ходом — это два среза, усилия складываются.

Что поставить рядом с усилителем в пневмолинии?

Усилие задаёт давление, поэтому перед усилителем нужен регулятор с манометром: ARG, от 20 520 ₸. Подвод и возврат ведёт однокатушечный распределитель 5/2 4V210, от 4 920 ₸. Узел усиления включает отдельный нормально закрытый 3/2 3V, от 3 600 ₸, только после касания полосы: ход усиления тратится на срез, а не на пустой путь. Скорость подвода и возврата настраивают дросселями AS на портах цилиндра, с дросселированием на выпуск, от 1 080 ₸; шум сброса убирает глушитель PSL, от 180 ₸. У распределителей порты с внутренней резьбой (у 4V по умолчанию PT, G — опция кода, уточняйте при заказе), дроссели AS бывают с цангой под трубку и с резьбой.

Полный состав схемы и порядок цикла разобраны в статье про схему управления пневмогидравлического пресса. Откуда берутся тонны — в статье про пневмогидравлический цилиндр.

Где заканчиваются возможности усилителя?

Самая нагруженная строка таблицы — Ø25 × 10 мм: 22,4 тс при пределе Ø125 20T около 24,5 тс. Выше идут исполнения 25T (Ø150) и 30T/40T (Ø160), но таблицы усилий для них в проверенных источниках нет: подбор по номиналу и по запросу. Для сравнения: Ø32 × 10 мм даёт 28,7 тс, Ø40 × 12 мм — около 43 тс, что выше номинала 40T. Для таких отверстий считайте гидравлический или механический пробивной пресс: усилитель на воздухе из сети здесь не помощник. Если нужно много отверстий разного диаметра, проще штамповать контур целиком — см. статью про штамповку малых деталей.

Типичные ошибки

• Берут σв «из головы». Усилие пропорционально σв: ошибка на 20 % в материале даёт ошибку на 20 % в усилии. Берите значение из сертификата.
• Считают без запаса. Затупленный пуансон и неверный зазор поднимают усилие, формула этого не учитывает.
• Включают усиление до касания. Ход усиления короткий и тратится в пустоту.
• Подают сеть 10 бар напрямую. Рабочий предел наших серий 0,8 МПа, регулятор обязателен.
• Не ставят съёмник. Заготовка уходит вверх вместе с пуансоном.
• Пробивают трубу без опоры внутри. Стенка прогибается раньше среза.

Если в зону пресса могут попасть руки, ставят пуск двумя кнопками и ограждение зоны. Минимальные зазоры против раздавливания частей тела задаёт ISO 13854:2017; оценку рисков для вашего пресса проводят отдельно, эта статья её не заменяет.

Рубрики каталога

• Пневмоприводы — цилиндры и усилители;
• Регуляторы давления AR;
• Калькулятор усилия цилиндра;
• Калькулятор скорости цилиндра.

Частые вопросы

Как посчитать усилие пробивки отверстия в металле?

По формуле F = 0,7 × t × L × σв: толщина, периметр отверстия и предел прочности металла. Результат — оценка, запас по усилию нужен.

Можно ли сделать пресс для пробивки отверстий на обычном пневмоцилиндре?

Для тонкого металла можно, для толстого нет: обычный цилиндр Ø125 при 0,6 МПа даёт около 7,4 кН, а отверстие Ø16 мм в стали 5 мм требует около 70 кН. Для такой пробивки ставят пневмогидравлический усилитель.

Чем пневмогидравлический пресс лучше ручного?

Усилие задаётся давлением за регулятором и повторяется от отверстия к отверстию, оператор не прикладывает силу рычагом.

Какой усилитель нужен для отверстия Ø16 мм в стали 5 мм?

При σв = 400 МПа нужно около 70 кН. Подойдёт MPT Ø100 исполнения 10T при давлении около 0,45 МПа.

До какой толщины и диаметра усилитель годится для пробивки?

В нашем примере предел проверенной таблицы — отверстие Ø25 в стали 10 мм (около 22 тс). Больше — по запросу или на гидравлическом прессе.

Как пробить отверстие в трубе?

Через одну стенку, с оправкой или опорой внутри трубы: без неё стенка прогнётся раньше среза.