A Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd.-nél mérnökcsapatunk a közelmúltban feltett egy kérdést egy gépgyártótól, aki 40-es sorozatú T-hornyos alumíniumból portálváz-csatlakozást tervez: a 6061-T6-hoz közzétett 207 MPa-t, a 6063-T6-ra jellemző 152 MPa-t vagy a 116-T6-os 115 MPa-t célzó 152 MPa-t. A választás megváltoztatja a csavar méretét, a konzol geometriáját és a profil falvastagságát.
Alumínium nyírószilárdság nem egyetlen kézikönyvszám; ez függ az ötvözettől, az edzettségtől, a vizsgálati módszertől és attól, hogy a nyírási sík hol helyezkedik el a valódi összeállításban. Ez az útmutató az ipari T-hornyos extrudáló keretekhez tartozó értékeket ismerteti, és bemutatja, hogyan kell ezeket minden csatlakozás túltervezése nélkül alkalmazni.
A 6061-T6 extrudált ötvözet 207 MPa nyírószilárdságú; A 6063-T5 teljesítménye 117 MPa; A 7075-T6 eléri a 330 MPa-t. Használja a végső szakítószilárdság 60 százalékát első lépéses becslésként.
Mit jelent a nyírószilárdság az extrudált profilokban
A nyírószilárdság az a maximális feszültség, amelyet egy alumíniumprofil képes ellenállni, mielőtt az anyag egyik síkja az alkalmazott terheléssel párhuzamosan szétcsúszik, és szerkezeti alumíniumötvözetek esetében általában a szakítószilárdság 55 és 65 százaléka közé esik.
Alapdefiníció: A nyírófeszültség egyenlő az alkalmazott erővel osztva az ellenállási sík területével, F / A-val írva. Ha a számított nyírófeszültség meghaladja az ötvözet nyírószilárdságát, a metszet meghibásodik, mert az adott sík mentén elcsúszik vagy elszakad, nem pedig kihajlik.
Az extrudált keretben a nyírás három különböző helyen jelenik meg: a csavarszáron, a T-anya belsejében lévő menetes csatlakozáson és a profil résfalán. Minden síknak más a területe és a kényszerfeltétele, ezért mindegyiket külön-külön kell ellenőrizni; a leggyengébb sík irányítja az ízületet.
- A csavarszár nyíróképessége – a rögzítőelem minősége és átmérője határozza meg.
- T-anya menetszalag szilárdsága – az anyában lévő csatlakozási hossz határozza meg.
- Profilrés falának nyírási területe - a rés mögötti falvastagság határozza meg.
Az eloxálás nem szerepel a számításban. Az 5-25 mikrométeres oxidréteg javítja a felületi kopásállóságot, de a nyírószilárdságot teljes mértékben az alapötvözet és az extrudálás temperamentuma viseli.
Alumínium nyírószilárdság ötvözettel és temperálással
A kereskedelmi forgalomban kapható alumíniumötvözetek esetében a nyírószilárdság durván 40 MPa-tól lágyított tiszta fém esetén 330 MPa-ig terjed a 7075-T6-nál, és a legtöbb T-hornyos extrudálásnál használt két ötvözet, a 6063 és a 6061, 117 és 207 MPa közötti nyomást ad ki a temperálástól függően.
Közönséges alumíniumötvözetek nyírószilárdsága, 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 nyírószilárdság
117 MPa 6063-T5 nyírószilárdság
330 MPa 7075-T6 csúcs referencia
0,6 x UTS Első menetes nyírási becslés
Közzétett nyírószilárdsági értékek a szerkezeti és ipari alkalmazásokban használt általános alumíniumötvözetek és temperáló anyagokhoz. | Ötvözet és temperálás | Nyírószilárdság (MPa) | Nyírószilárdság (psi) | Tipikus alkalmazás |
| 1100-O | 40-62 | 5800-9000 | Tiszta alumínium, vegyi és könnyű alkatrészek |
| 6063-T5 | 117 | 17 000 | Szabványos T-hornyos extrudáló profilok |
| 5052-H32 | 138 | 20 000 | Tengeri lemezmunka és formált panelek |
| 6063-T6 | 152 | 22 000 | Szerkezeti T-hornyos extrudáló profilok |
| 6061-T6 | 207 | 30 000 | Nagy teherbírású extrudált profilok és gépvázak |
| 2024-T3 | 283 | 41 000 | Repülőgép szerkezeti lapok |
| 7075-T6 | 330 | 48 000 | Repülési és nagy igénybevételű szerelvények |
Az indulat kilengése számít valós keretekben. A 6063-T6 extrudálás négyzetmilliméterenként nagyjából 30 százalékkal nagyobb nyíróterhelésnek ellenáll, mint a 6063-T5 azonos profilja azonos falméretek mellett, ezért a nagy nyíróerejű kötéseknél meg kell határozni a temperálást, és ellenőrizni kell az anyagtanúsítványon.
Hogyan mérik a nyírószilárdságot, és hol rontják az eredményeket
Az alumínium nyírószilárdságát lyukasztásos és egyszeres nyírós rögzítési tesztekkel mérik, és mindkettő szigorú hézagszabályozást igényel; ha a beállítás ki van kapcsolva, a jelentett erősség több mint 10 százalékkal is eltolódhat ugyanazon az anyagon.
- Az ASTM B831 lefedi a vékony alumíniumötvözet termékek lyukasztásos nyírási vizsgálatát, és a lap- és extrudálási szelvények szabványos hivatkozása.
- Az ASTM F606 szabályozza a csavaros kötőelemek nyírási vizsgálatát, és akkor alkalmazandó, ha a csavar, nem a profil az értékelendő alkatrész.
- Az ezeken a szabványokon alapuló belső malomeljárások általánosak az extrudálási profiloknál, és az eredményeket az anyagvizsgálati tanúsítványra nyomtatják.
Teszt beállítási szabály
Tartsa a lyukasztás és a szerszám közötti távolságot a minta vastagságának 5 és 12 százaléka között, és a vizsgálat előtt távolítsa el az eloxált vagy festett felületeket, különben a jelentett nyírószilárdság több mint 10 százalékkal eltérhet.
Három változó rontja jobban a nyírási teszt eredményeit, mint bármelyik másik.
- Lyukasztó hézag: túl kicsi másodlagos nyírást és mesterségesen magas értékeket okoz; túl nagy sorját és alacsony, meg nem ismételhető számokat hoz létre.
- A próbatest orientációja: a szilárdság néhány százalékkal eltérhet az extrudálás és a keresztirányú irányok között a szemcse orientációja miatt.
- Felület előkészítés: az egyenetlen befogás vagy eloxált felületek megváltoztatják a súrlódást a nyírási zónában, ezért vizsgálat előtt el kell távolítani.
Az extrudált profilok esetében a legreprezentatívabb eredmény egy lapos szelvény megmunkálása a tényleges profilfalból és a pontos anyag teszteléséből származik, nem pedig az általános lapkészlet-kézikönyvi értékekből.
A 60 százalékos szabály: A nyírószilárdság becslése húzási adatokból
Ha nem áll rendelkezésre hitelesített nyírási érték, a nyírószilárdságot a végső szakítószilárdság 60 százalékára becsülje; az alumíniumötvözetek esetében ez előrejelzi az üresedési és átszúrási nyírószilárdságot az átlagosan mért értékek körülbelül 5,5 százalékán belül.
Első menetes nyírási becslés
A nyírási becslés 0,6-szoros végső szakítószilárdság. Példa: 6061-T6 310 MPa-nál UTS nagyjából 186 MPa-t ad; A 6063-T5 190 MPa-nál UTS nagyjából 114 MPa-t ad.
A 60 százalékos szabály egy koncepció fázisú eszköz, nem helyettesíti a tanúsított malomadatokat. Ha egy illesztés kritikussá válik, kérje a mechanikai tulajdonságok tanúsítványát az adott extrudálási hőre vonatkozóan, vagy végezzen lyukasztási tesztet a szállított profil kuponján.
Használja a szabályt az alábbi helyzetekben:
- Koncepció kialakítása az ötvözetek és a temperálások összehasonlításakor a keretelrendezés rögzítése előtt.
- Szállítói idézet, amikor az adatlapon szerepel a szakítószilárdság, de kihagyja a nyírószilárdságot.
- Hibaelemzés annak ellenőrzésekor, hogy a repedt ízület túlterhelt-e az ésszerű nyírási határon túl.
Nyírási szilárdsági adatok alkalmazása T-hornyos extrudált keretekre
A T-hornyos keretkialakításnál a profilanyag nyírószilárdsága számít leginkább a csatlakozásnál, mert a keretek szinte mindig az illesztésnél tönkremennek, nem pedig a fesztáv közepén.
A csavarozott T-horonykötést a legkisebb érték korlátozza a három érték közül: a csavar nyíróképessége, a T-anya menetszalag szilárdsága vagy a profilfal nyírási területe a horony mögött. A vékonyfalú profiloknál általában a hornyos ajak a leggyengébb sík, ezért a túlterhelt illesztéseknél a rögzítőelem elnyírása előtt deformálódott vagy repedezett rés látható.
A falvastagság az a kar, amely az ötvözet megváltoztatása nélkül növeli a kötési kapacitást. A 4,5 mm-es falú 4040-es profil a vékonyfalú, 1,8 mm-es változat nyírási felületének nagyjából kétszeresét biztosítja ugyanazon résgeometrián, miközben az anyag nyírószilárdsága mindkét esetben 207 MPa marad a 6061-T6 esetében.
HS-8-4040W Extra nagy teherbírású 4040 T-nyílású alumíniumprofil 4,5 mm-es fallal Ennek a 4040-es profilnak a 4,5 mm-es fala csaknem megkétszerezi a nyírási területet a vékonyfalú változatokhoz képest, így erős választás az ismétlődő terhelések alatti illesztési zónákhoz, amint azt a falvastagságról és a nyírószilárdságról szóló vita is rávilágít. Termék megtekintése → A tartókonzolokhoz, konzolos karokhoz és emelési pontokhoz adja meg nagy teherbírású 6061 profilok megvastagított falakkal az illesztési zónákban és tartalék profilokkal a fennmaradó fesztávokhoz. A 6061-es és 6063-as összehasonlításunk rövid változata: a 6063-T5 könnyű keretezéshez illeszkedik, míg a 6061-T6 a mérnöki alapértelmezés az ismétlődő nyíróterhelést hordozó kötéseknél.
HS-10-4545 Nagy teherbírású 4545 alumínium extrudálás 2,4 mm vastag fallal Ideális portáltartókhoz és konzolos karokhoz, ez a 45x45-ös profil 2,4 mm-es falat kínál a nagyobb csatlakozási kapacitásért. A 10,2 mm-es T-horony támogatja a nehéz rögzítőket, és olyan alkalmazásokhoz illeszkedik, ahol a 6061-es nyírási teljesítmény hangsúlyos. Termék megtekintése → Miután beállította a nyírási megengedett értéket, alkalmazzon legalább 2-es biztonsági tényezőt statikus terheléseknél és 3-as biztonsági tényezőt dinamikus vagy fordított terheléseknél, mielőtt összehasonlítaná az alkalmazott csuklóerővel.
Közös tervezési ellenőrzés
Tervezze meg a csavar és a T-anya teherbírását legalább 20 százalékkal a profilfal nyíróképessége fölé. A váratlan túlterhelés ezután láthatóan deformálja a nyílást, mielőtt bármi eltörne, és a hirtelen meghibásodást látható karbantartási jelzéssé változtatja.
Alumínium nyírószilárdság GYIK
Mekkora a 6061-T6 alumínium nyírószilárdsága?
A 6061-T6 alumínium nyírószilárdsága 207 MPa (30 000 psi). A tervezési munkákhoz alkalmazza a 60 százalékos szabályt a 310 MPa végső szakítószilárdsághoz képest, ami nagyjából 186 MPa-t ad, majd adjon hozzá egy biztonsági tényezőt a terhelés típusa alapján.
Mekkora a 6063-T5 T-hornyos alumínium nyírószilárdsága?
A 6063-T5 alumínium nyírószilárdsága körülbelül 117 MPa (17 000 psi). A T6 temperamentuma ezt nagyjából 152 MPa-ra (22 000 psi) emeli. A hézagkapacitás kiszámítása előtt ellenőrizze a profilanyag-tanúsítvány temperálását, mert a 6063-T5 számos szabványos T-hornyos profilt szállít.
Az eloxálás megváltoztatja az alumínium nyírószilárdságát?
Nem. Az eloxálás vékony, jellemzően 5-25 mikrométer vastag oxidréteget képez, amely javítja a kopás- és korrózióállóságot, de nem változtatja meg az extrudálás ömlesztett nyírószilárdságát. A szerkezeti számításoknál figyelmen kívül kell hagyni a bevonatot, és az alapötvözet értékét kell használni.
Hogyan viszonyul az alumínium nyírószilárdsága az acélhoz?
Az A36 szerkezeti acél nyírószilárdsága közel 250 MPa, közel a 6061-T6 alumíniumé 207 MPa-nál. Mivel az alumínium körülbelül egyharmadát nyomja, a 6061-T6 fajlagos nyírószilárdsága nagyjából kétszerese az A36-nak, így az alumíniumkeretek a súlyuk töredékénél is elbírnak hasonló illesztési terhelést.
