Пресс для штамповки мелких деталей из листа на усилителе

Краткий ответ: малую листовую деталь вырубают на усилителе, если усилие вырубки укладывается в тоннаж цилиндра с запасом. Усилие оценивают по справочной формуле F = 0,7 × t × L × σв, где L — полная длина среза: наружный контур детали плюс контуры всех отверстий, пробиваемых за тот же ход. Пример: пластина 30 × 20 мм с двумя отверстиями Ø5 из стали 1,5 мм (σв = 400 МПа) требует около 55 кН (≈ 5 630 кгс). Цилиндр-усилитель Ø100 исполнения 10T (K = 1 560 по таблице изготовителя для MPTF, для MPT это оценка) даёт при 7 кгс/см² до 10 920 кгс, а для самой вырубки его настраивают на 3,6 кгс/см², то есть около 0,35 МПа.

Чем вырубка детали отличается от пробивки отверстия?

Физика одна — срез по замкнутому контуру. Разница в том, что нужно: при пробивке ценно отверстие, а вырубленный кусок уходит в отход, при вырубке ценна сама деталь, а остаётся «скелет» листа. Для усилителя разница в расчёте одна: у вырубной оснастки длина среза больше, потому что к наружному контуру добавляются контуры отверстий в детали. Сам расчёт отверстия и разбор клёпки — в статье про клёпку и пробивку на усилителе, здесь не повторяем.

Про гибку скажем только подтверждённое. По справочнику усилие при доводке угла до упора при малых радиусах гиба доходит до пятикратного усилия свободной гибки, а при чеканке составляет от 5 до 30 таких усилий. Ширину ручья V-матрицы берут около 6 толщин для листа порядка 3 мм и до 12 толщин для толстого листа. Формулы усилия гибки из проверенных источников мы не берём: считайте по паспорту оснастки или подбирайте давление пробой.

Как посчитать усилие вырубки?

Оценка из справочной формулы: F = 0,7 × t × L × σв, где t — толщина листа, L — полная длина среза, σв — предел прочности материала на растяжение. Это оценка: на реальное усилие влияют зазор между пуансоном и матрицей, острота кромки и состояние листа. Небольшой зазор между пуансоном и матрицей нужен, чтобы пуансон не застревал в матрице и усилие было меньше; он растёт с толщиной и твёрдостью листа, но всегда меньше толщины заготовки.

1. Длина среза. Складываем периметр детали и периметры отверстий. Если вырубаете две детали за ход, периметры удваиваются.
2. Предел прочности. Берите из сертификата на лист. Для расчёта нужен именно σв.
3. Усилие. F = 0,7 × t × L × σв. При t и L в мм, σв в МПа результат в ньютонах.
4. Перевод. Килограммы-силы: ньютоны делим на 9,81; тонны-силы — ещё на 1 000.
5. Съём. Пластичный металл тянется при пробивке и «садится» на пуансон; для съёма заготовки нужна отдельная сила и конструкция (съёмник, прижим). Величину этой силы источники нам не дали, поэтому закладывайте запас по тоннажу и проверяйте пробой.

Как подобрать цилиндр-усилитель на реальном артикуле?

Исходные данные: пластина 30 × 20 мм с двумя отверстиями Ø5 мм, сталь 1,5 мм, σв = 400 МПа (допущение примера, берите из сертификата), сеть 10 бар, полный ход 100 мм, вырубка и пробивка за один ход.

1. Длина среза. Наружный контур 2 × (30 + 20) = 100 мм. Два отверстия: 2 × π × 5 ≈ 31,4 мм. L ≈ 131,4 мм.
2. Усилие. F = 0,7 × 1,5 × 131,4 × 400 ≈ 55 190 Н ≈ 5 630 кгс.
3. Исполнение. Ряд усилий нашей серии MPT: Ø63 — 1 и 3 т, Ø80 — 5 т, Ø100 — 10 т, Ø125 — 15 и 20 т, Ø150 — 25 т, Ø160 — 30 и 40 т. Таблицу усилий печатает изготовитель на странице MPTF; для MPT того же диаметра и номинала берём её как оценку. По таблице Ø80 5T имеет K = 1 000 и даёт при 7 кгс/см² до 7 000 кгс: запас к 5 630 кгс всего около 24 %, а с учётом съёма и износа оснастки этого мало. Берём Ø100 10T: K = 1 560, при 7 кгс/см² до 10 920 кгс, запас около 1,9 раза.
4. Давление. p = F / K = 5 630 / 1 560 ≈ 3,6 кгс/см² ≈ 0,35 МПа. Это выше нижней границы рабочего давления серии 0,2 МПа и ниже верхней 0,8 МПа.
5. 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 0,35 МПа входит во все диапазоны.
6. Ход. Срез листа 1,5 мм укладывается в ход усиления 5–20 мм; остальные до 100 мм цилиндр проходит на подводе.
7. Артикул. MPT-100-1~100, 583 740 ₸. Исполнение 10T в артикуле не кодируется: назовите его при заказе.

Если штамп меняется и высота пакета разная, ставьте MPTD с регулируемым полным ходом, от 357 900 ₸. Для станка, который работает в линии без остановок, смотрите MPTF: по данным производителей линейки у него отдельный цилиндр быстрого подвода, масло отделено от воздуха, от 442 200 ₸ (подробнее — в статье про MPTF и MPT).

Сколько воздуха расходует станок и какая частота ударов реальна?

Расход цилиндра за цикл: V = (π × D² / 4) × S × (p + 1,013) / 1,013, где D — диаметр рабочего поршня, S — ход, p — избыточное давление в барах. Для Ø100 и хода 100 мм объём воздушной полости 0,785 л; при 3,5 бар избыточного давления это ≈ 3,5 нл воздуха на подвод. Воздух узла усиления и возврата сюда не входит: объёмы этих полостей в доступных нам таблицах не приводятся, берите их из листа серии или уточняйте при заказе. Если цикл занимает 2 с (допущение примера: подвод 100 мм, усиление, выдержка и возврат), это 30 ударов в минуту и около 105 нл/мин на подвод, без усиления и возврата. По этой цифре проверяйте магистраль и компрессор, а не по «паспортному» расходу. Скорость движения у серии MPT по таблицам SNS — 50–700 мм/с; реальную частоту задают дроссели и время усиления, их подбирают пробой.

Что поставить рядом с цилиндром 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 листа: ход усиления тратится на работу, а не на пустой путь. Скорость подвода и возврата настраивают дросселями AS на портах цилиндра, с дросселированием на выпуск, от 1 080 ₸; шум сброса при частых ударах убирает глушитель PSL, от 180 ₸. Присоединительная резьба распределителей 4V и 3V — внутренняя G; дроссели AS бывают с цангой под трубку и с резьбой.

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

До какой толщины листа хватает усилителя?

Верхняя граница по нашему ряду — Ø160 с номиналом 40 т, то есть около 392 кН. Для того же контура (L ≈ 131 мм) и стали 400 МПа это соответствует листу порядка 10 мм, но это верхняя оценка по номиналу, без запаса на съём и износ: на практике ориентируйтесь заметно ниже. Порядок тот же, что в примере: считаем F, делим на K нужного исполнения, смотрим, укладывается ли давление в 0,2–0,8 МПа. Если даже самый тяжёлый вариант без запаса не проходит или нужна высокая частота при больших усилиях, нужна гидравлика; сравнение подходов — в статье пневматика или гидравлика.

Что учесть в штампе для малой вырубки?

• Съёмник и прижим. Лист поднимается за пуансоном; съёмник освобождает скелет, иначе цикл срывается.
• Упор после среза. В момент среза усилие падает и шток проскакивает остаток хода; ограничьте ход упором, чтобы пуансон не бил в матрицу.
• Зазор. Меньше толщины листа и согласован с материалом: от него зависят и усилие, и стойкость штампа.
• Подача заготовки. На вырубке малых деталей время цикла часто определяет не цилиндр, а подача листа и удаление детали.
• Отход. Деталь и скелет должны уходить из зоны штампа без рук оператора.

Типичные ошибки

• Считают только наружный контур. Отверстия, пробиваемые за тот же ход, увеличивают L и усилие.
• Берут σв «из головы». Усилие пропорционально σв: ошибка на 20 % в материале даёт ошибку на 20 % в усилии.
• Нет запаса на съём. Усилие съёма в формулу не входит; без запаса по тоннажу цикл «упрётся» при износе кромки.
• Подают сеть 10 бар напрямую. Рабочий предел наших серий — 0,8 МПа, регулятор обязателен.
• Усилия выше 0,7 МПа берут из таблицы. Таблица изготовителя доведена до 7 кгс/см²; выше усилия не приводим.
• Включают усиление до касания листа. Ход усиления 5–20 мм тратится в пустоту.

Пуск двумя кнопками и ограждение зоны штампа — обязательный минимум для пресса, где в зону могут попасть руки. Соответствие требованиям безопасности подтверждают отдельной оценкой рисков; эту статью как такую оценку использовать нельзя.

Рубрики каталога

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

Частые вопросы

Как оценить усилие вырубки детали?

По формуле F = 0,7 × t × L × σв, где L — сумма периметров: наружного контура и всех отверстий, пробиваемых за ход. Результат — оценка, запас по усилию нужен.

Можно ли штамповать мелкие детали на пневмогидравлическом цилиндре?

Да, если усилия цилиндра с запасом хватает на срез, а штамп имеет упор и съёмник. Усилие задаётся давлением воздуха за регулятором.

Как подобрать давление под нужное усилие?

p = F / K, где K берут из таблицы изготовителя для диаметра и исполнения цилиндра. Для Ø100 10T по таблице SNS для MPTF K = 1 560 кгс на 1 кгс/см², для MPT это оценка.

Как оценить расход воздуха на удар?

Объём воздушной полости умножают на (p + 1,013) / 1,013, где p — избыточное давление в барах. Для Ø100, хода 100 мм и 3,5 бар это около 3,5 нл на подвод; усиление и возврат добавляют отдельно.

Считается ли усилие гибки по той же формуле?

Нет, формула для среза к гибке не подходит. Усилие гибки берут по паспорту оснастки или подбирают пробой.

Какое давление допустимо для наших усилителей?

Для серий MPT, MPTF и MPTD — 0,2–0,8 МПа. Усилия выше 0,7 МПа из таблицы изготовителя не приводим.