Hos Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd. stilte ingeniørteamet vårt nylig et spørsmål fra en maskinbygger som designer en portalrammeskjøt fra 40-seriens T-spor aluminium: bør designet målrettes mot de 207 MPa publisert for 6061-T6, de 152 MPa som er typiske for 6063-T-50, listene for 116-T6, eller MP3. Valget endrer boltstørrelse, brakettgeometri og profilveggtykkelse.
Skjærstyrke i aluminium er ikke et enkelt håndboknummer; det avhenger av legering, temperament, testmetode, og hvor skjærplanet sitter i den virkelige monteringen. Denne veiledningen dekker verdiene som er viktige for industrielle T-spor ekstruderingsrammer og hvordan du bruker dem uten å overkonstruere hver tilkobling.
6061-T6 ekstruderingslegering har 207 MPa skjærstyrke; 6063-T5 bærer 117 MPa; 7075-T6 når 330 MPa. Bruk 60 prosent av maksimal strekkfasthet som et førstegangsestimat.
Hva betyr skjærstyrke i ekstruderte profiler
Skjærstyrke er den maksimale spenningen en aluminiumsprofil kan motstå før ett materialplan glir fra hverandre parallelt med den påførte belastningen, og for strukturelle aluminiumslegeringer lander det typisk mellom 55 og 65 prosent av den endelige strekkfastheten.
Kjernedefinisjon: skjærspenning tilsvarer den påførte kraften delt på arealet av motstandsplanet, skrevet som F / A. Når den beregnede skjærspenningen overstiger legeringens skjærstyrke, svikter seksjonen ved å skli eller rive langs det planet i stedet for å bøye seg ut av form.
I en ekstrudert ramme vises skjær på tre separate steder: boltskaftet, gjengeinngrepet inne i en T-mutter og sporveggen til profilen. Hvert fly har et annet område og begrensningstilstand, så hvert fly må kontrolleres uavhengig; det svakeste planet styrer leddet.
- Boltskaft skjærkapasitet - bestemmes av festekvalitet og diameter.
- T-mutter trådstrimmelstyrke - satt av inngrepslengden i mutteren.
- Profilsporveggskjærareal - bestemmes av veggtykkelsen bak sporet.
Anodisering kommer ikke med i beregningen. Et 5 til 25 mikrometer oksidlag forbedrer overflateslitasjemotstanden, men bulkskjærstyrken bæres utelukkende av basislegeringen og temperamentet til ekstruderingen.
Aluminiumsskjærstyrke av legering og temperament
På tvers av kommersielle aluminiumslegeringer spenner skjærstyrken fra omtrent 40 MPa for glødet rent metall til 330 MPa for 7075-T6, og de to legeringene som brukes i de fleste T-sporekstruderinger, 6063 og 6061, leverer mellom 117 og 207 MPa avhengig av temperament.
Skjærstyrke for vanlige aluminiumslegeringer, MPa
1100-O 45 6063-T5 117 5052-H32 138 6063-T6 152 6061-T6 207 2024-T3 283 7075-T6 330
207 MPa 6061-T6 skjærstyrke
117 MPa 6063-T5 skjærstyrke
330 MPa 7075-T6 toppreferanse
0,6 x UTS Førstegangsskjærestimat
Publiserte skjærstyrkeverdier for vanlige aluminiumslegeringer og tempereringer som brukes i strukturelle og industrielle applikasjoner. | Legering og temperament | Skjærstyrke (MPa) | Skjærstyrke (psi) | Typisk bruk |
| 1100-O | 40-62 | 5800-9000 | Rene aluminium, kjemiske og lette deler |
| 6063-T5 | 117 | 17 000 | Standard T-spor ekstruderingsprofiler |
| 5052-H32 | 138 | 20 000 | Marint platearbeid og formede paneler |
| 6063-T6 | 152 | 22 000 | Strukturelle T-spor ekstruderingsprofiler |
| 6061-T6 | 207 | 30 000 | Kraftige ekstruderingsprofiler og maskinrammer |
| 2024-T3 | 283 | 41 000 | Aerospace strukturelle ark |
| 7075-T6 | 330 | 48 000 | Luftfarts- og høystressbeslag |
Temperamentet er viktig i ekte rammer. En 6063-T6 ekstrudering motstår omtrent 30 prosent mer skjærbelastning per kvadratmillimeter enn den samme profilen i 6063-T5 ved identiske veggdimensjoner, så høyskjærfuger bør spesifisere temperamentet og verifisere det på materialsertifikatet.
Hvordan skjærstyrke måles og hvor resultatene går galt
Aluminiumsskjærstyrke måles med stansetype og enkeltskjærfestetester, og begge krever tett klaringskontroll; når oppsettet er av, kan den rapporterte styrken skifte med mer enn 10 prosent på samme materiale.
- ASTM B831 dekker punch-type skjærtesting av tynne aluminiumslegeringsprodukter og er standardreferansen for ark- og ekstruderingskuponger.
- ASTM F606 regulerer skjærtesting av boltede festemidler og gjelder når bolten, ikke profilen, er komponenten som vurderes.
- Interne mølleprosedyrer basert på disse standardene er vanlige for ekstruderingsprofiler, og resultatene er trykt på materialtestsertifikatet.
Testoppsettregel
Hold punch-to-die-klaring mellom 5 og 12 prosent av prøvetykkelsen og fjern elokserte eller malte overflater før testing, ellers kan den rapporterte skjærstyrken avvike med mer enn 10 prosent.
Tre variabler korrumperer skjærtestresultater mer enn noen andre.
- Punch-to-die-klaring: for liten gir sekundær skjæring og kunstig høye verdier; for stor skaper grader og lave tall som ikke kan gjentas.
- Prøveorientering: Styrken kan variere med noen få prosent mellom ekstruderings- og tverrretningen på grunn av kornorientering.
- Overflateforberedelse: ujevn innspenning eller elokserte overflater endrer friksjon ved skjærsonen og bør fjernes før testing.
For ekstruderte profiler kommer det mest representative resultatet fra maskinering av en flat kupong av selve profilveggen og testing av det eksakte materialet, ikke fra generiske ark-håndbokverdier.
60 prosent-regelen: estimering av skjærstyrke fra strekkdata
Når ingen sertifisert skjærverdi er tilgjengelig, estimer skjærstyrken til 60 prosent av endelig strekkfasthet; for aluminiumslegeringer forutsier dette blanking og gjennomborende skjærstyrke innenfor omtrent 5,5 prosent av målte verdier i gjennomsnitt.
Førstegangsskjærestimat
Skjærestimat tilsvarer 0,6 x maksimal strekkfasthet. Eksempel: 6061-T6 ved 310 MPa UTS gir omtrent 186 MPa; 6063-T5 ved 190 MPa UTS gir omtrent 114 MPa.
60 prosent-regelen er et verktøy på konseptstadiet, ikke en erstatning for sertifiserte fabrikkdata. Når en skjøt blir kritisk, be om sertifikatet for mekaniske egenskaper for den spesifikke ekstruderingsvarmen, eller kjør en stansetest på en kupong fra den leverte profilen.
Bruk regelen i disse situasjonene:
- Konseptdesign, når man sammenligner legeringer og temperamenter før rammeoppsettet er fikset.
- Leverandørtilbud, når et datablad viser strekkstyrke, men utelater skjærstyrke.
- Feilanalyse, ved kontroll av om en sprukket skjøt ble belastet forbi en rimelig tillatt skjærkraft.
Bruk av data om skjærstyrke på ekstruderingsrammer med T-spor
I T-sporrammedesign er skjærfastheten til profilmaterialet viktigst ved tilkoblingen, fordi rammer nesten alltid svikter først ved skjøten i stedet for midt i et spenn.
En boltet T-sporskjøt er begrenset av den minste av tre verdier: boltskjærkapasitet, T-mutter gjengestrimmelstyrke eller skjærområdet til profilveggen bak sporet. I tynnveggede profiler er spalteleppen vanligvis det svakeste planet, og derfor viser overbelastede skjøter en deformert eller sprukket spalte før festesaksen.
Veggtykkelse er spaken som øker fugekapasiteten uten å bytte legering. En 4040-profil med en 4,5 mm vegg gir omtrent det dobbelte av skjærarealet til en tynnvegget 1,8 mm-versjon med samme sporgeometri, mens materialets skjærstyrke holder seg på 207 MPa for 6061-T6 i begge tilfeller.
HS-8-4040W Extra-Heavy-Duty 4040 T-spor aluminiumsprofil med 4,5 mm vegg Denne 4040-profilens 4,5 mm vegg dobler nesten skjærarealet i forhold til tynnveggede versjoner, noe som gjør den til et sterkt valg for fugesoner under gjentatte belastninger, som fremhevet av den omkringliggende diskusjonen om veggtykkelse og skjærstyrke. Se produkt → Spesifiser for portalbraketter, utkragede armer og løftepunkter kraftige 6061-profiler med fortykkede vegger i fugesoner og reserve standardprofiler for gjenværende spenn. Kortversjonen av våre 6061 og 6063 sammenligninger: 6063-T5 passer til lett innramming, mens 6061-T6 er ingeniørstandard for skjøter som bærer gjentatte skjærbelastninger.
HS-10-4545 Heavy-Duty 4545 aluminiumsekstrudering med 2,4 mm tykk vegg Denne 45x45-profilen er ideell for portalbraketter og utkragede armer, og tilbyr en 2,4 mm vegg for økt skjøtekapasitet. Dens 10,2 mm T-spor støtter tunge festemidler, og passer til applikasjoner der skjærytelse av 6061-grad er vektlagt. Se produkt → Når tillatt skjærkraft er innstilt, bruk en sikkerhetsfaktor på minst 2 for statiske belastninger og 3 for dynamiske eller reverserende belastninger før du sammenligner den med den påførte leddkraften.
Felles designsjekk
Konstruer bolten og T-mutterens kapasitet minst 20 prosent over profilveggens skjærkapasitet. En uventet overbelastning deformerer deretter sporet synlig før noe sprekker, og gjør en plutselig feil til et synlig vedlikeholdssignal.
Vanlige spørsmål om skjærstyrke i aluminium
Hva er skjærstyrken til 6061-T6 aluminium?
6061-T6 aluminium har en publisert skjærstyrke på 207 MPa (30 000 psi). For designarbeid, bruk 60 prosent-regelen mot dens 310 MPa ultimate strekkfasthet, som gir omtrent 186 MPa, og legg deretter til en sikkerhetsfaktor basert på belastningstypen.
Hva er skjærstyrken til 6063-T5 T-spor aluminium?
6063-T5 aluminium har en skjærstyrke på omtrent 117 MPa (17 000 psi). T6-temperatet øker det til omtrent 152 MPa (22 000 psi). Sjekk temperamentet på profilmaterialsertifikatet før du beregner fugekapasitet, fordi mange standard T-sporprofiler leveres i 6063-T5.
Endrer anodisering skjærstyrken til aluminium?
Nei. Anodisering danner et tynt oksidlag, typisk 5 til 25 mikrometer tykt, som forbedrer slitasje- og korrosjonsmotstanden, men ikke endrer bulkskjærstyrken til ekstruderingen. Strukturelle beregninger bør ignorere belegget og bruke basislegeringsverdien.
Hvordan er aluminiums skjærstyrke sammenlignet med stål?
A36 konstruksjonsstål har en skjærstyrke nær 250 MPa, nær 6061-T6 aluminium ved 207 MPa. Fordi aluminium veier omtrent en tredjedel så mye, er den spesifikke skjærstyrken til 6061-T6 omtrent det dobbelte av A36, så aluminiumsrammer kan bære lignende leddbelastninger til en brøkdel av vekten.
