Пресс для вырубки картона и кожи: усилие по длине ножа

Краткий ответ: усилие вырубки мягкого материала равно длине режущего контура ножа, умноженной на погонное усилие. Для коробочного картона «хром-эрзац» толщиной 0,4 мм опытные значения — 175–310 Н на сантиметр ножа, в зависимости от направления волокна и остроты кромки. Нож с контуром 25 см по затупленной кромке даёт около 7,8 кН, и с запасом 20 % это цилиндр SI-160 при давлении за регулятором около 0,51 МПа.

Подобрать и купить пневмоцилиндры в каталоге →

Вступление полностью

Нож с контуром 120 см требует уже около 44,6 кН: прямой цилиндр до Ø200 его не потянет, нужен усилитель MPT. Для кожи проверенной таблицы погонных усилий мы не нашли — её находят пробной высечкой на том же прессе.

Содержание статьи (11 разделов)

1. От чего зависит усилие высечки картона и кожи?
2. Какое удельное усилие брать для расчёта?
3. Как посчитать усилие и выбрать цилиндр?
4. Пример 1: короткий нож на цилиндре SI
5. Пример 2: длинный нож и усилитель MPT
6. Как определить усилие для кожи?
7. Как добиться равномерного давления по плите и какой взять ход?
8. Что поставить рядом с цилиндром в пневмолинии?
9. Типичные ошибки при подборе пресса
10. Рубрики каталога
11. Частые вопросы

От чего зависит усилие высечки картона и кожи?

Нож при вырубке режет материал по всему контуру сразу, поэтому усилие растёт пропорционально длине ножей на форме, а не площади заготовки. В работе Ю. Банаха по штанцеванию картона перечислены факторы: общая длина высекающих, перфорирующих и бигующих линеек, свойства материала, направление волокна, параллельность формы и плиты, острота ножей, положение формы относительно осей плиты, точность приладки. Для расчёта пресса практически важны три: длина ножа, материал с направлением волокна и износ кромки. Для затупленной кромки после тиража около 600 тысяч заготовок в опытах усилие выросло на 25–30 %.

Отсюда две особенности пневматического привода. Во-первых, усилие цилиндра легко задаётся давлением: регулятором вы подбираете минимум, при котором нож прорубает материал чисто. Во-вторых, запас по тоннажу нужен именно на износ кромки: новый нож режет одним усилием, после тиража в сотни тысяч ударов (в опытах около 600 тысяч) — на 25–30 % большим.

Какое удельное усилие брать для расчёта?

Погонное усилие — это сила, которую нужно приложить на сантиметр длины ножа. В опытах Банаха его измеряли отдельно для высекающей линейки, бигующей и перфорирующей, для картона разных марок и направлений волокна.

Картон	Вдоль волокна, острый / затупленный, Н/см	Поперёк волокна, острый / затупленный, Н/см
Коробочный, марка В, 0,5 мм	270 / 350	200 / 260
Коробочный, марка Г, 0,5 мм	240 / 310	200 / 260
«Хром-эрзац», 0,4 мм	240 / 310	175 / 225
«Хром-эрзац» импортный, 0,4 мм	200 / 260	170 / 220

Для рядовой высечки берите затупленную кромку и направление вдоль волокна: это худший случай, и пресс не упрётся в износ. Биговка (линейка без контрматрицы) в тех же опытах требовала от 510 до 810 Н/см, то есть в 3–4 раза больше высечки; в современной оснастке её делают с контрматрицей, и усилие по биговке считайте отдельно по данным изготовителя оснастки.

Для сверки есть и зарубежный ориентир. В цитате из руководства «Hints for the Pressman» фирмы Heidelberg на форуме печатников значится 220 фунтов на дюйм ножа для картона толщиной 0,012–0,016 дюйма (0,30–0,41 мм) при новой острой линейке. Это около 385 Н/см, то есть выше наших опытных значений для острого ножа. Источник вторичный (форум цитирует руководство, оригинала мы не видели), поэтому как расчётное значение мы его не используем, только как проверку порядка величины.

Как посчитать усилие и выбрать цилиндр?

1. Длина ножа L. Сумма всех режущих контуров на форме, в сантиметрах. Если за ход вырубаете несколько заготовок, длины складываются.
2. Усилие высечки. F = q × L, где q — погонное усилие в Н/см из таблицы.
3. Запас. Умножаем на 1,2: неравномерность по плите и неточность приладки (запас 1,2 — допущение примера, подтвердите пробной высечкой).
4. Усилие цилиндра. F = p × A × η, где A — площадь поршня, η ≈ 0,9 (КПД, допущение). Отсюда p = F / (A × η).
5. Предел давления. Для наших цилиндров SI и MPT-серий рабочее давление не выше 0,8 МПа; если расчётное давление выходит за этот предел — берём больший диаметр или усилитель.

Этот расчёт повторяет калькулятор усилия цилиндра: проверьте им площадь поршня и давление.

Пример 1: короткий нож на цилиндре SI

Исходные данные: этикетка-прокладка из картона «хром-эрзац» 0,4 мм, нож по контуру 70 × 55 мм, нож затуплен (расчёт по худшему случаю), волокно вдоль длинной стороны.

1. Длина ножа. L = 2 × (7 + 5,5) = 25 см.
2. Усилие высечки. F = 310 × 25 = 7 750 Н ≈ 790 кгс.
3. С запасом. 7 750 × 1,2 = 9 300 Н.
4. Диаметр. Ø160: A = 20 106 мм². При 0,6 МПа и η = 0,9 цилиндр даёт 10 857 Н — хватает. Ø125 (A = 12 272 мм²) требует p = 9 300 / (12 272 × 0,9) ≈ 0,84 МПа, выше предела 0,8, не берём.
5. Давление. Для Ø160: p = 9 300 / (20 106 × 0,9) ≈ 0,51 МПа. Регулятор настраиваем на 0,51 МПа и в процессе подстраиваем по результату пробной высечки.
6. Артикул. Профильный цилиндр по ISO 15552 SI-160-50-P: 21 550 ₽. Ход 50 мм — допущение примера: подъём плиты для закладки заготовки плюс высота ножа над подкладкой; уточните по своей оснастке.
7. Расход воздуха. V = (π × D² / 4) × S × (p + 1,013) / 1,013, p в барах. Объём 20 106 мм² × 50 мм ≈ 1,005 л, при 5,1 бар избыточного: 1,005 × 6,035 ≈ 6,1 нл на ход вперёд. При 10 ударах в минуту (допущение) — около 61 нл/мин без возврата.

Величина	Значение
Материал	картон «хром-эрзац» 0,4 мм, нож затуплен, вдоль волокна
Длина ножа	25 см
Усилие высечки	7 750 Н (≈ 790 кгс)
С запасом 1,2	9 300 Н
Цилиндр	SI-160-50-P, Ø160
Давление за регулятором	≈ 0,51 МПа
Расход на ход вперёд	≈ 6,1 нл

Если присоединение по ISO 15552 не нужно, а плита крепится на шток и проушины пресса, рассмотрите шпильчатый цилиндр SC того же диаметра, от 1 860 ₽. Проверьте при этом ход и крепление под вашу раму.

Пример 2: длинный нож и усилитель MPT

Раскрой нескольких заготовок на одной форме: длина ножа 120 см, тот же картон и те же допущения.

1. Усилие высечки. F = 310 × 120 = 37 200 Н ≈ 3 790 кгс.
2. С запасом 1,2. 44 640 Н ≈ 4 550 кгс.
3. Прямой цилиндр. Ø200 при 0,8 МПа и η = 0,9 даёт 22 620 Н: вдвое меньше нужного. Даже при 0,6 МПа требуемый диаметр — около 324 мм, у серии SI он заканчивается на Ø200.
4. Усилитель. Ряд усилий 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 (прайс-каталог WAALPC). Для Ø80 5T берём коэффициент из таблицы SNS для усилителя того же диаметра (MPTF): K = 1 000 кгс на 1 кгс/см², максимум при 7 кгс/см² — 7 000 кгс; для MPT это оценка, уточните у нас при заказе. Запас по тоннажу к требуемым 4 550 кгс — около 1,5 раза.
5. Давление. p = 4 550 / 1 000 ≈ 4,55 кгс/см² ≈ 0,45 МПа — внутри рабочего диапазона 0,2–0,8 МПа и в пределах таблицы SNS (до 7 кгс/см²).
6. Артикул. MPT-80-1~100: 55 290 ₽. Исполнение 5T в артикуле не кодируется: назовите его при заказе. Ход усиления 5–20 мм хватает на врезание ножа в 0,4 мм картона; остальной ход цилиндр проходит на подводе.

Если высота формы меняется от заказа к заказу, ставьте MPTD с регулируемым полным ходом, от 59 650 ₽. Чем MPT отличается от быстрого типа MPTF, разобрано в статье про MPTF и MPT.

Как определить усилие для кожи?

Таблицы погонных усилий высечки для кожи в проверенных источниках мы не нашли: в открытых справочниках для неё приводят только сопротивление срезу, а оно сильно зависит от вида и толщины кожи. Поэтому для кожи расчёт строится на пробной высечке, и пневмопривод здесь удобен: усилие задаётся давлением.

1. Возьмите пробный нож известной длины L₀ (например, 10 см) и ту же кожу, что пойдёт в работу.
2. Поднимайте давление регулятором, пока заготовка не прорубается чисто за один ход. Запишите давление p₀.
3. Посчитайте усилие пробы: F₀ = p₀ × A × η, погонное усилие q = F₀ / L₀.
4. Для рабочего ножа: F = q × L × 1,2, дальше как в примерах выше.

Условный пример показа метода (число не относится к конкретной коже): если нож 10 см на цилиндре Ø160 прорубил кожу при 0,30 МПа, то F₀ = 0,30 × 20 106 × 0,9 ≈ 5 430 Н, q ≈ 543 Н/см. Замеряйте на своём материале и на ноже той кромки, которая будет в работе: затупленный нож даст другое давление.

Как добиться равномерного давления по плите и какой взять ход?

Если форма смещена от центра плиты, а ножи расположены несимметрично, возникает опрокидывающий момент: плита перекашивается, часть ножей врезается в подкладку и быстро тупится, а другие не дорезают материал. В работе Банаха для снижения нагрузки рекомендуют ставить форму по центру, держать ножи в пределах тиражестойкости, применять контрматрицы для биговки и устранять недорез подъёмом отдельного ножа в приладке, без повышения общего давления.

Для пневматического пресса отсюда следует конструкция: цилиндр ставят на линию равнодействующей усилий ножей, плиту ведут по направляющим колоннам, недорезы устраняют приладкой. Подъём давления ради одного недорезанного угла ускоряет износ ножей и подкладки. Ход цилиндра складывается из подъёма плиты над материалом для закладки заготовки, высоты ножа над подкладкой и врезания; значения берите по своей форме.

Что поставить рядом с цилиндром в пневмолинии?

Усилие задаётся давлением, поэтому на входе нужен регулятор с манометром ARG, от 3 420 ₽: он держит найденное пробой давление от цикла к циклу. Подвод и возврат ведёт однокатушечный распределитель 5/2 4V210, от 820 ₽. Скорость хода и мягкий подход плиты к материалу настраивают дросселями с обратным клапаном AS, от 180 ₽: резкий удар по материалу сокращает срок службы ножа. Выхлоп гасят глушителями PSL, от 30 ₽. Контроль нижнего положения плиты — герконовым датчиком HX-65R-2M по цене 560 ₽; подходит ли он к вашему цилиндру, определяет тип паза, разобранный в статье о выборе датчика по типу паза. Диапазон давления регулятора ARG 0,1–0,85 МПа, распределителя 4V 0,15–0,8 МПа, так что найденные в примерах 0,45–0,51 МПа укладываются в оба.

Пуск двумя руками. На вырубном прессе рука оператора находится рядом с зоной ножа, поэтому пуск делают двумя кнопками, чтобы обе руки были вне зоны. Два ручных крана 3/2 3H, от 700 ₽, включённых последовательно, дают логику «И» по состоянию: цикл идёт только пока открыты оба. Но такая схема не проверяет разбежку нажатий по времени и не защищена от фиксации одной кнопки. Двуручное управление типа III по ISO 13851:2019 требует синхронного нажатия обеих кнопок с разбежкой не более 0,5 с, так что для станка, где в зону могут попасть руки, нужен сертифицированный узел, а риск оценивают отдельно. Эту статью оценкой риска считать нельзя.

Типичные ошибки при подборе пресса

• Считают по площади заготовки. Усилие определяет длина ножа; площадь вырубаемой детали на него не влияет.
• Берут усилие острого ножа. Через тираж кромка затупляется, и усилие вырастает на 25–30 %.
• Не учитывают направление волокна. Вдоль волокна картон режется тяжелее, чем поперёк.
• Складывают вырубку и биговку в одну цифру. Биговка без контрматрицы в 3–4 раза тяжелее высечки.
• Подают сеть напрямую. Предел наших серий — 0,8 МПа, регулятор обязателен.
• Давят «до упора» при недорезе. Недорез устраняют приладкой отдельного ножа.
• Применяют цифры по картону к коже. Для кожи удельное усилие определяют пробой.

Рубрики каталога

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

Частые вопросы

Как рассчитать усилие пресса для вырубки картона?

Умножьте длину ножа в сантиметрах на погонное усилие: для картона «хром-эрзац» 0,4 мм вдоль волокна это 240 Н/см у острого ножа и 310 Н/см у затупленного. Добавьте запас и подберите цилиндр по p = F / (A × η).

Почему усилие зависит от длины ножа, а не от площади детали?

Материал режется по линии контакта ножа, поэтому сила пропорциональна общей длине режущих линеек на форме.

Хватит ли прямого цилиндра для длинного ножа?

Зависит от длины. В примере нож 25 см обслужил цилиндр SI-160, а нож 120 см требует около 44,6 кН, больше, чем даёт Ø200 при 0,8 МПа, и тут нужен усилитель.

Какое усилие нужно для вырубки кожи?

Проверенной таблицы погонных усилий для кожи мы не нашли. Определите её пробной высечкой: подберите давление, при котором нож прорубает кожу, и пересчитайте на рабочую длину ножа.

Как сохранить ножи и подкладку?

Ставьте форму по центру плиты, ведите плиту по направляющим, давление ради недореза не повышайте, нож подправляйте приладкой.

Нужно ли двуручное управление?

Если руки оператора могут попасть в зону ножа, да. Два крана 3/2 в серии дают логику «И», но не заменяют сертифицированный узел по ISO 13851.

Ещё по теме: артикулы, аналоги и статьи (5)

• Пресс для штамповки мелких деталей из листа на усилителе
• Пресс для клёпки и пробивки на усилителе
• Пресс для тиснения и конгрева на усилителе
• Пневмогидравлический цилиндр: принцип работы и выбор для пресса
• Пневматический пресс настольный