Выру•а — одна из важнейших операций в штамповке металлов. Он преобразует плоский листовой металл или рулонную заготовку в отдельные детали, называемые заготовками, путем разрезания материала по замкнутому контуру с помощью пуансона и штампа. Независимо от того, производите ли вы кронштейны, корпуса, электрические контакты или автомобильные панели, процесс выру•и закладывает основу для геометрии детали, качества кромок и последующих операций формовки.
В этом руководстве рассматривается механика выру•и, ее отличие от штамповки, основные доступные методы выру•и. использование материала стратегии, распространенные дефекты и их исправления, а также расчеты тоннажа, необходимые для выбора печатной машины.
Что такое процесс гашения?
При штамповке металла выру•а — это операция резки, при которой желаемая деталь вырезается из листа и падает через отверстие штампа в виде готовой детали. Окружающий материал — скелет или паутина — становится металлоломом. Это определяющая характеристика, которая отличает выру•у от штамповки (пробивания), когда удаленная заготовка представляет собой лом, а в листе сохраняется отверстие.
Как работает стрижка
Когда пуансон опускается и касается листового металла, резка проходит четыре отдельные фазы:
- Упругая деформация — Материал слегка сжимается под острием пуансона; постоянного изменения формы пока не происходит.
- Пластическая деформация — Пуансон проникает в материал, вызывая полированную (гладкую) полосу разреза на стороне, ближайшей к пуансону.
- Перелом — Трещины возникают на режущих кромках пуансона и штампа и распространяются внутрь. Там, где встречаются две зоны разрушения, материал разделяется.
- Разделение — Заготовка очищает отверстие матрицы. Выталкивающие штифты или съемники выталкивают деталь или каркас наружу.
На полученном сечении заготовленной детали видны четыре характерные зоны: перекатывать (полоса сдвига вверху), зона полировки (гладкая вертикальная полоса), зона перелома (шероховатая угловая поверхность) и заусенец (тонкая острая кромка по нижнему краю).
Зазор: наиболее важный параметр
Зазор матрицы — зазор между режущей кромкой пуансона и режущей кромкой штампа, измеренный на каждой стороне — напрямую влияет на качество кромки, высоту заусенцев и срок службы инструмента.
| Зазор на сторону (% толщины материала) | Типичный результат |
|---|---|
| 3–5 % | Плотная посадка; минимальный опрокидывание; более высокий износ пуансона; используется при прецизионной выру•е. |
| 5–8 % | Стандарт для большинства сталей; хорошее соотношение полировки и разрушения |
| 8–12 % | Более широкий зазор; больший перекат и заусенцы; меньший тоннаж; подходит для более мягких алюминиевых сплавов |
| > 12 % | Чрезмерные заусенцы и деформация; обычно неприемлемо для производства |
Эмпирическое правило: Для мягкой стали (толщиной до 3 мм) используйте зазор 5–7 % на каждую сторону. Для алюминия – 6–8 %; для нержавеющей стали – 7–10 %. Всегда сверяйтесь с рекомендациями по конкретным материалам и проводите испытания на образцах заготовок, прежде чем приступать к изготовлению оснастки.
Направление заусенца при выру•е предсказуемо: заусенец всегда образуется на стороне лома — стороне, противоположной пуансону. Таким образом, при выру•е заусенец находится на нижнем крае готовой заготовки (стороне матрицы). Если на определенной поверхности требуется кромка без заусенцев, соответствующим образом сориентируйте деталь в штампе.
Выру•а против перфорации (прокалывания): в чем разница?
Термины часто путают, но механические различия очевидны:
| Характеристика | Выру•а | Перфорация (прошивка) |
|---|---|---|
| Цель | Изготовление вырезанной детали как готовой детали | Создание отверстия в листе; заготовка является металлоломом |
| Полезная деталь | Деталь, которая проходит через матрицу | Лист, который остается на матрице |
| Профиль матрицы | Форма по контуру детали | Круглая или форма по геометрии отверстия |
| Профиль пуансона | Повторяет контур детали (немного меньше из-за зазора) | Соответствует форме отверстия |
| Лом | Оставшийся на полосе каркас (полотно) | Выбитая заготовка |
| Типичное применение | Плоские заготовки, кронштейны, прокладки, прокладки | Монтажные отверстия, вентиляционные прорези, вырезы для доступа |
При прогрессивной штамповке обе операции часто выполняются происходят на одной и той же полосе на разных станциях — гашение на последней станции, пробивка на более ранних.
Типы гашения: сравнение
Не все операции гашения дают одинаковые результаты. Выбор метода зависит от допусков детали, требований к качеству кромок, объема производства и ограничений по стоимости.
Обычное гашение (стандартное гашение)
Самый распространенный метод. Один пуансон прорезает материал со стандартным зазором (5–8 % с каждой стороны). Зоны излома со стороны пуансона и матрицы встречаются под углом, образуя видимую линию излома на кромке реза.
- Допуски: ± 0,1–0,3 мм (типично для стали)
- Обработка кромок: Умеренная; зона полировки = 30–50 % толщины материала
- Скорость: Высокая; 100–800+ об/мин на высокоскоростных прессах
- Стоимость: Низкая стоимость оснастки; самая низкая стоимость детали при больших объемах
- Лучше всего подходит для: Детали общего назначения, где заготовка не является критической поверхностью
Тонкая выру•а (прецизионная выру•а)
Для тонкой выру•и используется пресс тройного действия: V-образное кольцо (жало) вдавливает лист во избежание растекания материала, подушка противодавления удерживает заготовку ровно, а пуансон опускается с очень малым зазором (0,5–1 % на каждую сторону). В результате получается полностью остриженная кромка с почти 100% полировкой и минимальным перекатом.
- Допуски: ± 0,02–0,05 мм
- Обработка кромок: Отлично; 90–100 % полированный; высота заусенца < 0,05 мм
- Скорость: Нижний; 20–80 об/мин
- Стоимость: Высокая стоимость инструмента; требуется специализированный пресс
- Лучше всего подходит для: заготовки зубчатых колес, пластины звездочек, компоненты автомобильных сидений, детали, требующие качества обработанной кромки без вторичных операций.
Прогрессивная выру•а (прогрессивная штамповка)
Заготовка формируется с помощью нескольких станций на одной прогрессивной матрице, каждая из которых выполняет определенную операцию (пробивание направляющих отверстий, выру•а, формовка и, наконец, выру•а). Полоса перемещается вперед на шаг, равный шагу станций.
- Допуски: ± 0,05–0,15 мм (зависит от станции)
- Обработка кромок: То же, что и обычно для станции гашения; может включать в себя формовку и чеканку
- Скорость: 100–1000+ об/мин
- Стоимость: Высокая стоимость штампа; самая низкая стоимость детали при очень больших объемах (> 100 000 деталей)
- Лучше всего подходит для: сложные детали большого объема; компоненты, требующие нескольких операций за один проход
Сравнительная таблица
| Параметр | Традиционная выру•а | Тонкая выру•а | Прогрессивная выру•а |
|---|---|---|---|
| Качество кромки | Полировка 30–50 % | Полировка 90–100 % | Полировка 30–50 % (станция выру•и) |
| Допуск на размер | ± 0,1–0,3 мм | ± 0,02–0,05 мм | ± 0,05–0,15 мм |
| Высота заусенца | 5–15 % толщины | < 3 % толщины | 5–15 % толщины |
| Тип пресса | Механический/гидравлический | Гидравлический тройного действия | Высокоскоростная механическая |
| Диапазон SPM | 100–800+ | 20–80 | 100–1000+ |
| Толщина материала | 0,3–12 мм | 0,5–16 мм | 0,3–6 мм |
| Стоимость оснастки | Низкая–средняя | Высокая | Высокая |
| Стоимость детали | Низкий | Средняя–высокая | Очень низкая (высокая) объем) |
| Лучший диапазон объемов | 10,000–500,000+ | 5,000–500,000 | 100 000–миллионов |
Использование материала и оптимизация вложения
Стоимость материала обычно составляет 50–70 % от общей стоимости штампованной детали. Оптимизация расположения заготовок (вложения) на полосе является одним из наиболее эффективных действий при выру•е.
Ключевые стратегии вложения.
- Вложение строк. — детали выравниваются прямыми рядами по ширине полосы. Простой дизайн; загрузка обычно 55–70 %.
- Ступенчатое вложение — чередующиеся строки смещены на половину шага части. Повышает коэффициент использования на 5–15 % по сравнению с размещением рядов для прямоугольных или удлиненных деталей.
- Ротационное размещение — детали поворачиваются под оптимальными углами (часто 30°, 45° или пользовательскими), чтобы максимизировать количество деталей на полосу. Неправильные формы больше всего выигрывают от этого подхода.
- Выру•а по общей линии — смежные детали имеют одну линию разреза, устраняя перемычку между ними. Может повысить коэффициент использования на 10–20 %, но требует тщательного проектирования оснастки и может увеличить износ матрицы на общей кромке.
- Заготовка без отходов (без каркаса). — используется для непрерывных полос идентичных деталей (например, электрических контактов), где каркас сведен к минимуму или устранен.
Как рассчитать использование материала
Использование материала (%) = (Общая площадь заготовки на полосу / Площадь поперечного сечения полосы) × 100
Или эквивалентно:
Использование материала (%) = (Количество заготовок на ход × Одна пустая площадь) / (Ширина полосы × Шаг) × 100
Целевой коэффициент использования 70–85 % достижимо для большинства геометрий при правильном вложении. Уровень ниже 60 % требует перепроектирования инструментов или макета.
Практические советы
- Привлекайте инженеров-инструментальщиков заранее — небольшая настройка геометрии (добавление радиуса, регулировка угла) может открыть более эффективное раскрой.
- Учитывайте ограничения по ширине рулонов — рулоны стандартной ширины (например, 300 мм, 600 мм, 1000 мм) могут обеспечить более выгодную цену, чем рулоны с нестандартной шириной.
- Используйте программное обеспечение для раскроя (например, Sigmanest, Lantek, AP100) для сложных форм, чтобы быстро оценить десятки углов ориентации.
Распространенные дефекты гашения и решения
Даже хорошо продуманные операции гашения могут привести к дефектам. В таблице ниже описаны наиболее частые проблемы, их основные причины и действия по устранению.
| Дефект | Внешний вид | Основная причина | Решение |
|---|---|---|---|
| Чрезмерный заусенец | Острая приподнятая кромка на заготовке | Изношенные режущие кромки; чрезмерный клиренс; материал слишком мягкий | Заточите пуансон и матрицу; уменьшить клиренс; используйте более твердую инструментальную сталь или покрытия |
| Ролловер (прокат со стороны матрицы) | Изогнутое углубление на входной кромке заготовки | Чрезмерный зазор; недостаточная прижим материала; мягкий материал | Затянуть зазор; увеличить силу держателя заготовки; добавить V-образное кольцо для точной заглушки |
| Шероховатость зоны разрушения | Зубчатая, неровная полоса разрушения | Слишком малый зазор (трещины не сходятся четко); неправильное направление зерна материала | Оптимизировать клиренс; повернуть ориентацию детали относительно направления прокатки |
| Растрескивание кромок | Трещины, исходящие от заготовленной кромки в деталь | Хрупкость материала; сторона заусенца находится под напряжением при последующей формовке; острая закругленная кромка действует как инициатор трещины. | Удаление заусенцев перед формированием; ориентировать сторону бора к зоне сжатия; используйте точную заготовку для критических кромок |
| Разброс размеров | Неодинаковый размер заготовки в ходе производственного цикла | Износ инструмента; прогиб пресса; несоответствие подачи полосы | Проведите плановое обслуживание инструмента; проверить выравнивание пресса; проверьте точность устройства подачи. |
| Скручивание/изгиб | Деформация заготовки или скручивание после выру•и | Неровный зазор; асимметричная геометрия пуансона; остаточное напряжение в рулонной заготовке | Повторно центрировать пуансон и матрицу; проверка параллельности инструмента; снятие напряжения с материала перед выру•ой |
| Вытягивание заготовки | Заготовка для лома втягивается в матрицу при ходе вверх | Вакуум под пуансоном; недостаточная сила съемника; недостаточный зазор | Добавьте порты вакуумного разрыва; увеличить давление пружины съемника; нанесите покрытия, удерживающие про•и, на поверхность пуансона |
| Истирание | Размазывание материала по поверхности пуансона/матрицы | Адгезия между инструментом и заготовкой; недостаточная смазка; неправильная марка инструментальной стали | Нанесите покрытия TiN/CrN; использовать твердосплавный инструмент; увеличить расход смазки |
| Выкрашивание штампа | Небольшие трещины на режущей кромке штампа | Ударная усталость; неправильная твердость стали штампа; зазор слишком мал для твердого материала | Используйте более прочную штамповую сталь (например, переход от D2 к M2); добавить входной конус к штампу; оптимизировать зазор |
Расчет тоннажа для выру•и
Правильный расчет необходимого тоннажа пресса важен для выбора правильного пресса и предотвращения проблем с недостаточным или избыточным тоннажем (дефекты деталей, повреждение пресса или напрасная трата энергии).
Стандартная формула
Усилие выру•и (тонны) = (Периметр × Толщина × Прочность на сдвиг) / 2000
Где:
– Периметр = общая длина контура реза (дюймы)
– Толщина = толщина материала (дюймы)
– Прочность на сдвиг = прочность материала на сдвиг (PSI)
– 2000 = коэффициент пересчета (2000 фунтов = 1 тонна)
Метрическая версия
Усилие гашения (кН) = Периметр (мм) × Толщина (мм) × Прочность на сдвиг (МПа) / 1000
Справочные значения прочности на сдвиг
| Материал | Предел прочности на разрыв (МПА) | Приблизительные прочность на сдвиг (МПа) |
|---|---|---|
| Мягкая сталь (AISI 1008–1020) | 300–420 | 250–350 |
| Нержавеющая сталь (304) | 515–620 | 400–500 |
| Алюминий 5052-H32 | 228–275 | 150–185 |
| Алюминий 6061-T6 | 290–310 | 200–220 |
| Медь C11000 | 210–380 | 170–250 |
| Латунь C26000 | 300–400 | 220–300 |
Наконечник: Как правило, прочность на сдвиг ≈ 0,6 × прочность на разрыв для большинства пластичные металлы.
Добавление запаса прочности
Всегда добавляйте коэффициент безопасности 20–30 %, чтобы учесть:
- Изменения свойств материала (от нагрева к нагреву)
- Затупление инструмента между заточками
- Несоосность подачи полосы, вызывающую частичные резы
- Одновременные операции формовки (в сочетании с выру•ой)
Пример расчета: Выру•а 100 мм × 50 мм прямоугольная заготовка из мягкой стали толщиной 2 мм (прочность на сдвиг = 300 МПа):
Периметр = 2 × (100 + 50) = 300 мм
Усилие = 300 × 2 × 300 / 1000 = 180 кН
С запасом прочности 25 %: 180 × 1,25 = 225 кН ≈ 23 тонны
Снижение тоннажа: углы сдвига
Добавление угла сдвига (переднего угла) к пуансону или матрице смещает линию контакта по материалу, уменьшая пиковую нагрузку за счет растягивания разреза во времени. Угол сдвига 1–3° с каждой стороны (что эквивалентно 5–15 % толщины материала по поверхности пуансона) может снизить пиковую нагрузку на 30–50 %, не влияя на геометрию заготовки.
Рекомендации по производственной выру•е
- Укажите сторону заусенца на чертеже. Поскольку при выру•е направление заусенцев предсказуемо, добавьте его на чертеж детали, чтобы операторы правильно ориентировали матрицу.
- Планируйте техническое обслуживание инструмента по количеству ходов. Износ кромок происходит постепенно; планируйте заточку каждые 50 000–200 000 ходов (в зависимости от материала и покрытия), а не дожидайтесь видимых дефектов.
- Используйте инструмент с покрытием для абразивных материалов. Покрытия TiN, TiAlN и CrN могут продлить срок службы инструмента в 2–5 раз при выру•е нержавеющей стали, высокопрочных низколегированных (HSLA) или оцинкованных заготовок.
- Неравномерность катушки управления. Волнистая или изогнутая полоса приводит к нестабильному зазору поперек реза, что приводит к изменению высоты заусенцев и размера заготовки. При необходимости выровняйте полосу перед станцией выру•и.
- Отслеживайте вес бланка как показатель качества. Взвешивание образца заготовок каждую смену представляет собой быструю и неразрушающую проверку на предмет отклонения размеров или износа инструмента.
Часто задаваемые вопросы
В чем разница между выру•ой и резкой листового металла?
Выру•а — это особая операция резки, при которой выбитая деталь является желаемой деталью, а окружающий лист становится металлоломом. Резка — это более широкий термин, который включает в себя выру•у, штамповку, обрезку и продольную резку. При выру•е отверстие матрицы соответствует форме детали; при штамповке (прошивке) матрица соответствует форме отверстия, и заготовка отбрасывается.
Как рассчитывается зазор гашения?
Зазор выру•и выражается в процентах от толщины материала, измеренной на каждой стороне между пуансоном и режущими кромками высечки. Например, при толщине стали 2 мм и зазоре 6 % с каждой стороны зазор составляет 0,12 мм с каждой стороны. Формула: Зазор на сторону = Толщина материала × (Зазор % / 100). Типичные значения варьируются от 3 до 12 % в зависимости от требований к материалу и качеству.
Для чего используется точное гашение?
Тонкая выру•а используется, когда деталь требует полного среза кромки практически без заусенцев без вторичной обработки. Обычные области применения включают заготовки зубчатых колес, звездочки, компоненты автомобильных сидений и прецизионные плоские детали, качество кромок которых напрямую влияет на функциональность или сборку. Тонкая выру•а позволяет получить кромки с полировкой 90–100 % и высотой заусенцев менее 0,05 мм.
Как уменьшить высоту заусенцев при выру•е?
Чтобы уменьшить высоту заусенцев: (1) заточите или замените изношенные кромки пуансона и матрицы, (2) оптимизируйте зазор до 5–7 % с каждой стороны для большинства сталей, (3) используйте инструменты с покрытием или твердосплавные инструменты для более длительного сохранения остроты кромок, (4) обеспечьте надлежащее прижатие материала, чтобы предотвратить подъем листа во время резки, и (5) рассмотрите возможность тонкой выру•и, если применение требует почти нулевого заусенца.
Какой тоннаж пресса мне нужен для выру•и?
Рассчитайте тоннаж по формуле: Сила = (Периметр × Толщина × Прочность на сдвиг) / 1000 (в кН, метрические единицы) или / 2000 (в тоннах, британские единицы). Всегда добавляйте коэффициент запаса 20–30 %. Например, для выру•и детали размером 100×50 мм из мягкой стали толщиной 2 мм требуется примерно 225 кН (23 тонны). Пресс также должен иметь достаточную длину хода, размер станины и скорость для ваших производственных требований.
Нужны прецизионные детали, изготовленные по вашим спецификациям? Свяжитесь с компанией Metal Stamping Parts , чтобы обсудить ваши требования к выру•е — от прототипа до крупносерийного производства, с собственным оборудованием и сертифицированным качеством производства.