Вырубка и пробивка – это операции, в результате которых происходит отделение одной части материала от другой по замкнутому контуру. В результате вырубки получаются наружные контуры детали, а при пробивке - внутренние (отверстия). Процесс резания штампами при вырезке (вырубке), пробивке и других операциях аналогичен процессу резания ножницами. В данном случае пуансон и матрица являются как бы ножами замкнутой конфигурации, имеющими сопряженные режущие кромки.

Процесс резания штампами тоже состоит из 3-х стадий (рис.5.1):

Рис. 5.1 Процесс резания штампами: 1- упругая стадия; 2- стадия пластических деформаций; 3- стадия скалывания.

1) стадии упругих деформаций, во время которых происходит упругое сжатие и изгиб металла с легким вдавливанием его в отверстие матрицы. При этом напряжения в металле не превосходят предела упругости;

2) стадии пластических деформаций, в течение которой происходит вдавливании пуансона в материал и выдавливание его в отверстие матрицы с сильным изгибом и растяжением волокон. К концу этой стадии напряжения вблизи режущих кромок достигают максимальной величины, соответствующей сопротивлению металла срезу (сдвигу);

3) стадии скалывания, в течение которой происходит возникновение сначала микро -, а затем макротрещин, образующихся из режущих кромок пуансона и матрицы, направленных по линиям наибольших деформаций сдвига (поверхностям скольжения).

Скалывающие трещины зарождаются у режущих кромок пуансона и матрицы, распространяются на внутренние слои и вызывают отделение одной части металла от другой. При дальнейшем движении пуансон проталкивает деталь через рабочую шейку матрицы.

Напряженно – деформированное состояние возникает по линиям скольжения между режущими кромками пуансона и матрицы (рис.5.2).

Рис. 5.2 Напряженно - деформированное состояние материала по линиям скольжения.

Схемы указывают на наличие деформаций сдвига, так как волокна металла, расположенные приблизительно под углом , подвергаются растяжению и вытягиваются, а в перпендикулярном направлении подвергаются сильному сжатию и укорачиваются. Пунктиром показано направление наибольших деформаций сдвига или так называемые линии скольжения. Таким образом, скалывающие трещины есть совокупность сдвигов и обрывов в наиболее деформированных зернах металла.

Направление скалывающих трещин по отношению к оси пуансона, находится под углом, зависящем от механических характеристик металла.

Углы наклона скалывающих трещин по Романовскому:

Латунь, мягкая сталь, алюминий - 6 – 50;

Сталь средней твердости - 5 – 40;

Твердая сталь - 40.

Пластическая деформация элементарных слоев вблизи поверхности среза создает зону упрочненного (наклепанного) металла, что подтверждается замерами. Глубина наклепанного слоя зависит от толщины металла, его свойств, первоначальной структуры, а также от величины зазора и качества режущих кромок. Так для мягкой стали глубина наклепанного слоя (ст. 2) не превышает , для тонких (до 10 мм) и для толстых (свыше 10 мм) листов.

Наличием наклепа нельзя пренебрегать. В каждом конкретном случае, в зависимости от характера дальнейших операций, необходимо применять соответствующие меры по устранению наклепа обработкой со снятием стружки или отжигом. Это позволяет возвратить металлу исходные механические свойства.