Hos Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd. stillede vores ingeniørteam for nylig et spørgsmål fra en maskinbygger, der designer en portalrammesamling fra 40-seriens T-slot aluminium: Skal designet målrettes mod de 207 MPa, der er offentliggjort for 6061-T6, de 152 MPa, der er typiske for 6063-T-60, skal være 116- eller MP3-listen til 116, - 50. Valget ændrer boltstørrelse, beslagsgeometri og profilvægtykkelse.
Forskydningsstyrke i aluminium er ikke et enkelt håndbogsnummer; det afhænger af legering, temperament, testmetode, og hvor forskydningsplanet sidder i den rigtige samling. Denne vejledning dækker de værdier, der betyder noget for industrielle T-slot-ekstruderingsrammer, og hvordan man anvender dem uden at overkonstruere enhver forbindelse.
6061-T6 ekstruderingslegering har en forskydningsstyrke på 207 MPa; 6063-T5 bærer 117 MPa; 7075-T6 når 330 MPa. Brug 60 procent af den ultimative trækstyrke som et førstegangsestimat.
Hvad betyder forskydningsstyrke i ekstruderede profiler
Forskydningsstyrke er den maksimale spænding, en aluminiumsprofil kan modstå, før et materialeplan glider fra hinanden parallelt med den påførte belastning, og for strukturelle aluminiumslegeringer lander det typisk mellem 55 og 65 procent af den ultimative trækstyrke.
Kernedefinition: forskydningsspænding er lig med den påførte kraft divideret med arealet af modstandsplanet, skrevet som F / A. Når den beregnede forskydningsspænding overstiger legeringens forskydningsstyrke, svigter sektionen ved at glide eller rive langs det plan i stedet for at bøje ud af form.
I en ekstruderet ramme ses forskydning på tre separate steder: boltskaftet, gevindindgrebet inde i en T-møtrik og profilens slidsvæg. Hvert fly har et andet område og begrænsningstilstand, så hvert fly skal kontrolleres uafhængigt; det svageste plan styrer leddet.
- Boltskaftets forskydningskapacitet - bestemmes af befæstelseskvalitet og diameter.
- T-møtrik gevindstrimmel styrke - indstillet af indgrebslængden i møtrikken.
- Profilspaltevægsforskydningsareal - bestemmes af vægtykkelsen bag spalten.
Anodisering indgår ikke i beregningen. Et 5 til 25 mikrometer oxidlag forbedrer overfladens slidstyrke, men bulkforskydningsstyrken bæres udelukkende af basislegeringen og temperamentet i ekstruderingen.
Forskydningsstyrke i aluminium af legering og temperament
På tværs af kommercielle aluminiumslegeringer spænder forskydningsstyrken fra omkring 40 MPa for udglødet rent metal til 330 MPa for 7075-T6, og de to legeringer, der bruges i de fleste T-spalteekstruderinger, 6063 og 6061, leverer mellem 117 og 207 MPa afhængigt af temperament.
Forskydningsstyrke af almindelige 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 forskydningsstyrke
117 MPa 6063-T5 forskydningsstyrke
330 MPa 7075-T6 peak reference
0,6 x UTS First-pass shear skøn
Offentliggjorte forskydningsstyrkeværdier for almindelige aluminiumlegeringer og temperamenter, der anvendes i strukturelle og industrielle applikationer. | Legering og temperament | Forskydningsstyrke (MPa) | Forskydningsstyrke (psi) | Typisk anvendelse |
| 1100-O | 40-62 | 5.800-9.000 | Ren aluminium, kemiske og lette dele |
| 6063-T5 | 117 | 17.000 | Standard T-slids ekstruderingsprofiler |
| 5052-H32 | 138 | 20.000 | Marinepladearbejde og formede paneler |
| 6063-T6 | 152 | 22.000 | Strukturelle T-slids ekstruderingsprofiler |
| 6061-T6 | 207 | 30.000 | Kraftige ekstruderingsprofiler og maskinrammer |
| 2024-T3 | 283 | 41.000 | Aerospace strukturelle plader |
| 7075-T6 | 330 | 48.000 | Luftfarts- og højspændingsarmaturer |
Temperamentssvinget betyder noget i rigtige rammer. En 6063-T6 ekstrudering modstår omtrent 30 procent mere forskydningsbelastning pr. kvadratmillimeter end den samme profil i 6063-T5 ved identiske vægdimensioner, så højforskydningsfuger bør specificere temperamentet og verificere det på materialecertifikatet.
Hvordan forskydningsstyrke måles, og hvor resultaterne går galt
Aluminiums forskydningsstyrke måles med punch-type og single-shear fixturtest, og begge kræver stram spillerumskontrol; når opsætningen er slået fra, kan den rapporterede styrke skifte med mere end 10 procent på det samme materiale.
- ASTM B831 dækker punch-type shear test af tynde aluminiumslegeringsprodukter og er standardreferencen for plader og ekstruderingskuponer.
- ASTM F606 regulerer forskydningsprøvning af boltede fastgørelseselementer og gælder, når bolten, ikke profilen, er komponenten under evaluering.
- Interne mølleprocedurer baseret på disse standarder er almindelige for ekstruderingsprofiler, og resultaterne er trykt på materialetestcertifikatet.
Testopsætningsregel
Hold punch-to-die-frigang mellem 5 og 12 procent af prøvetykkelsen, og fjern anodiserede eller malede overflader før testning, ellers kan den rapporterede forskydningsstyrke afvige med mere end 10 procent.
Tre variabler korrumperer forskydningstestresultater mere end nogen andre.
- Punch-to-die clearance: for lille giver sekundær forskydning og kunstigt høje værdier; for stor skaber grater og lave, ikke-gentagelige tal.
- Prøveorientering: Styrken kan variere med nogle få procent mellem ekstruderings- og tværretningen på grund af kornorientering.
- Overfladeforberedelse: ujævn fastspænding eller anodiserede overflader ændrer friktionen ved forskydningszonen og bør fjernes før testning.
For ekstruderede profiler kommer det mest repræsentative resultat fra bearbejdning af en flad kupon ud af den faktiske profilvæg og afprøvning af det nøjagtige materiale, ikke fra generiske ark-håndbogsværdier.
60 procent-reglen: estimering af forskydningsstyrke ud fra trækdata
Når der ikke er nogen certificeret forskydningsværdi tilgængelig, estimeres forskydningsstyrken som 60 procent af den ultimative trækstyrke; for aluminiumslegeringer forudsiger dette blanking og gennemborende forskydningsstyrke inden for omkring 5,5 procent af målte værdier i gennemsnit.
First-pass shear skøn
Forskydningsestimat svarer til 0,6 x ultimativ trækstyrke. Eksempel: 6061-T6 ved 310 MPa UTS giver ca. 186 MPa; 6063-T5 ved 190 MPa UTS giver cirka 114 MPa.
60 procent-reglen er et værktøj i konceptfasen, ikke en erstatning for certificerede mølledata. Når en samling bliver kritisk, anmod om certifikatet for den mekaniske egenskab for den specifikke ekstruderingsvarme, eller kør en stansetest på en kupon fra den leverede profil.
Brug reglen i disse situationer:
- Konceptdesign, når man sammenligner legeringer og temperamenter, før rammelayoutet er fast.
- Leverandørtilbud, når et datablad viser trækstyrke, men udelader forskydningsstyrke.
- Fejlanalyse, ved kontrol af om en revnet samling blev belastet forbi en rimelig tilladt forskydning.
Anvendelse af forskydningsstyrkedata på T-slot-ekstruderingsrammer
I T-slidsrammedesign er profilmaterialets forskydningsstyrke vigtigst ved forbindelsen, fordi rammer næsten altid svigter ved samlingen først frem for midt i et spænd.
En boltet T-slidssamling er begrænset af den mindste af tre værdier: Boltforskydningskapacitet, T-møtrik gevindstrimmelstyrke eller forskydningsarealet af profilvæggen bag slidsen. I tyndvæggede profiler er slidslæben normalt det svageste plan, hvorfor overbelastede samlinger viser en deformeret eller revnet slids før befæstelsesaksen.
Vægtykkelse er det håndtag, der øger fugekapaciteten uden at skifte legering. En 4040-profil med en 4,5 mm væg giver omtrent det dobbelte forskydningsareal af en tyndvægget 1,8 mm version ved samme slidsgeometri, mens materialets forskydningsstyrke forbliver på 207 MPa for 6061-T6 i begge tilfælde.
HS-8-4040W Extra-Heavy-Duty 4040 T-slot aluminiumsprofil med 4,5 mm væg Denne 4040 profils 4,5 mm væg fordobler næsten forskydningsarealet i forhold til tyndvæggede versioner, hvilket gør den til et stærkt valg til samlingszoner under gentagne belastninger, som fremhævet af den omkringliggende diskussion om vægtykkelse og forskydningsstyrke. Se produkt → Angiv for portalbeslag, udkragede arme og løftepunkter kraftige 6061 profiler med fortykkede vægge i fugezoner og reserve standardprofiler til resterende spænd. Den korte version af vores 6061 og 6063 sammenligning: 6063-T5 passer til lette rammer, mens 6061-T6 er den tekniske standard for samlinger, der bærer gentagne forskydningsbelastninger.
HS-10-4545 Heavy-Duty 4545 aluminiumsekstrudering med 2,4 mm tyk væg Ideel til portalbeslag og udkragede arme, denne 45x45 profil tilbyder en 2,4 mm væg for øget samlingskapacitet. Dens 10,2 mm T-slids understøtter tunge fastgørelseselementer, der passer til applikationer, hvor 6061-kvalitets forskydningsydelse er fremhævet. Se produkt → Når den tilladte forskydning er indstillet, skal du anvende en sikkerhedsfaktor på mindst 2 for statiske belastninger og 3 for dynamiske eller reverserende belastninger, før du sammenligner den med den påførte samlingskraft.
Fælles design check
Design bolt- og T-møtrikkapaciteten mindst 20 procent over profilvæggens forskydningskapacitet. En uventet overbelastning deformerer derefter spalten synligt, før noget går i stykker, hvilket gør en pludselig fejl til et synligt vedligeholdelsessignal.
Ofte stillede spørgsmål om aluminium forskydningsstyrke
Hvad er forskydningsstyrken af 6061-T6 aluminium?
6061-T6 aluminium har en offentliggjort forskydningsstyrke på 207 MPa (30.000 psi). Til designarbejde skal du anvende 60 procent reglen mod dens ultimative trækstyrke på 310 MPa, hvilket giver cirka 186 MPa, og derefter tilføje en sikkerhedsfaktor baseret på belastningstypen.
Hvad er forskydningsstyrken af 6063-T5 T-slot aluminium?
6063-T5 aluminium har en forskydningsstyrke på omkring 117 MPa (17.000 psi). T6 temperamentet hæver det til omkring 152 MPa (22.000 psi). Tjek temperamentet på profilmaterialecertifikatet inden beregning af fugekapacitet, da mange standard T-slidsprofiler leveres i 6063-T5.
Ændrer anodisering aluminiums forskydningsstyrke?
Nej. Anodisering danner et tyndt oxidlag, typisk 5 til 25 mikrometer tykt, hvilket forbedrer slid- og korrosionsbestandigheden, men som ikke ændrer bulkforskydningsstyrken af ekstruderingen. Strukturelle beregninger bør ignorere belægningen og bruge basislegeringsværdien.
Hvordan er aluminiums forskydningsstyrke sammenlignet med stål?
A36 konstruktionsstål har en forskydningsstyrke nær 250 MPa, tæt på 6061-T6 aluminium ved 207 MPa. Fordi aluminium vejer omkring en tredjedel så meget, er den specifikke forskydningsstyrke for 6061-T6 omtrent det dobbelte af A36, så aluminiumsrammer kan bære lignende samlingsbelastninger til en brøkdel af vægten.
