Bij Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd. heeft ons engineeringteam onlangs een vraag beantwoord van een machinebouwer die een portaalframeverbinding ontwierp uit T-slot aluminium uit de 40-serie: moet het ontwerp zich richten op de 207 MPa gepubliceerd voor 6061-T6, de 152 MPa typisch voor 6063-T6, of de 117 MPa vermeld voor 6063-T5. De keuze verandert de boutgrootte, beugelgeometrie en profielwanddikte.
Schuifsterkte van aluminium is geen enkel handboeknummer; het hangt af van de legering, de temperatuur, de testmethode en waar het afschuifvlak in de echte constructie zit. Deze gids behandelt de waarden die van belang zijn voor industriële T-slot extrusieframes en hoe u deze kunt toepassen zonder elke verbinding te over-engineeren.
6061-T6 extrusielegering heeft een schuifsterkte van 207 MPa; 6063-T5 draagt 117 MPa; 7075-T6 bereikt 330 MPa. Gebruik 60 procent van de ultieme treksterkte als eerste schatting.
Wat schuifsterkte betekent in geëxtrudeerde profielen
Afschuifsterkte is de maximale spanning die een aluminium profiel kan weerstaan voordat een materiaalvlak evenwijdig aan de uitgeoefende belasting uit elkaar glijdt, en voor structurele aluminiumlegeringen komt deze doorgaans tussen 55 en 65 procent van de uiteindelijke treksterkte terecht.
Kerndefinitie: De schuifspanning is gelijk aan de uitgeoefende kracht gedeeld door de oppervlakte van het weerstandsvlak, geschreven als F / A. Wanneer de berekende schuifspanning de schuifsterkte van de legering overschrijdt, faalt de sectie door langs dat vlak te glijden of te scheuren in plaats van uit vorm te buigen.
In een geëxtrudeerd frame treedt afschuiving op drie afzonderlijke locaties op: de boutschacht, de schroefdraadaangrijping in een T-moer en de sleufwand van het profiel. Elk vlak heeft een ander gebied en andere beperkingen, dus elk vlak moet afzonderlijk worden gecontroleerd; het zwakste vlak regeert het gewricht.
- Afschuifcapaciteit van de boutschacht - bepaald door de kwaliteit en diameter van het bevestigingsmiddel.
- Sterkte van de draadstrip van de T-moer - ingesteld op basis van de ingrijplengte in de moer.
- Afschuifoppervlak profielsleufwand - bepaald door de wanddikte achter de sleuf.
Anodiseren komt niet in de berekening voor. Een oxidelaag van 5 tot 25 micrometer verbetert de slijtvastheid van het oppervlak, maar de schuifsterkte wordt volledig gedragen door de basislegering en de temperatuur van de extrusie.
Aluminium schuifsterkte door legering en tempering
Bij commerciële aluminiumlegeringen varieert de schuifsterkte van ongeveer 40 MPa voor gegloeid puur metaal tot 330 MPa voor 7075-T6, en de twee legeringen die in de meeste T-slot-extrusies worden gebruikt, 6063 en 6061, leveren tussen 117 en 207 MPa, afhankelijk van de temperatuur.
Afschuifsterkte van gewone aluminiumlegeringen, 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 schuifsterkte
117 MPa 6063-T5 schuifsterkte
330 MPa 7075-T6 piekreferentie
0,6 x UTS Schatting van de eerste doorgang
Gepubliceerde waarden voor de schuifsterkte voor gangbare aluminiumlegeringen en temperaturen die worden gebruikt in structurele en industriële toepassingen. | Legering en humeur | Afschuifsterkte (MPa) | Afschuifsterkte (psi) | Typische toepassing |
| 1100-O | 40-62 | 5.800-9.000 | Zuiver aluminium, chemische en lichte onderdelen |
| 6063-T5 | 117 | 17.000 | Standaard T-gleuf extrusieprofielen |
| 5052-H32 | 138 | 20.000 | Maritiem plaatwerk en gevormde panelen |
| 6063-T6 | 152 | 22.000 | Structurele T-gleuf extrusieprofielen |
| 6061-T6 | 207 | 30.000 | Zware extrusieprofielen en machineframes |
| 2024-T3 | 283 | 41.000 | Structurele platen voor de lucht- en ruimtevaart |
| 7075-T6 | 330 | 48.000 | Luchtvaart- en hoogspanningsfittingen |
De temper swing is van belang in echte frames. Een 6063-T6-extrusie is bestand tegen ruwweg 30 procent meer schuifbelasting per vierkante millimeter dan hetzelfde profiel in 6063-T5 bij identieke wandafmetingen. Hoge-schuifverbindingen moeten dus de temperatuur specificeren en verifiëren op het materiaalcertificaat.
Hoe de schuifsterkte wordt gemeten en waar de resultaten fout gaan
De schuifsterkte van aluminium wordt gemeten met pons- en enkelvoudige opspantests, en beide vereisen een strikte controle op de speling; als de opstelling is uitgeschakeld, kan de gerapporteerde sterkte op hetzelfde materiaal met meer dan 10 procent verschuiven.
- ASTM B831 omvat pons-afschuiftesten van dunne producten van aluminiumlegeringen en is de standaardreferentie voor plaat- en extrusiecoupons.
- ASTM F606 regelt de afschuiftesten van met bouten bevestigde bevestigingsmiddelen en is van toepassing wanneer de bout, en niet het profiel, het onderdeel is dat wordt geëvalueerd.
- Interne freesprocedures op basis van deze normen zijn gebruikelijk voor extrusieprofielen en de resultaten worden afgedrukt op het materiaaltestcertificaat.
Regel voor het instellen van een test
Houd de afstand tussen de stempel en de matrijs tussen 5 en 12 procent van de dikte van het monster en verwijder geanodiseerde of geverfde oppervlakken vóór het testen, anders kan de gerapporteerde schuifsterkte met meer dan 10 procent afwijken.
Drie variabelen corrumperen de resultaten van de afschuiftest meer dan alle andere.
- Speling tussen stempel en matrijs: te klein veroorzaakt secundaire afschuiving en kunstmatig hoge waarden; te groot veroorzaakt bramen en lage, niet-herhaalbare aantallen.
- Monsteroriëntatie: de sterkte kan enkele procenten verschillen tussen de extrusie- en dwarsrichting vanwege de korreloriëntatie.
- Oppervlaktevoorbereiding: ongelijkmatige klemming of geanodiseerde oppervlakken veranderen de wrijving in de afschuifzone en moeten vóór het testen worden verwijderd.
Voor geëxtrudeerde profielen komt het meest representatieve resultaat voort uit het bewerken van een vlakke coupon uit de eigenlijke profielwand en het testen van dat exacte materiaal, niet uit generieke handboekwaarden voor platen.
De 60 procentregel: het schatten van de schuifsterkte op basis van trekgegevens
Als er geen gecertificeerde afschuifwaarde beschikbaar is, schat dan de afschuifsterkte op 60 procent van de uiteindelijke treksterkte; voor aluminiumlegeringen voorspelt dit de schuifsterkte bij stansen en doorboren gemiddeld binnen ongeveer 5,5 procent van de gemeten waarden.
Schatting van de eerste doorgang
De schatting van de afschuifkracht is gelijk aan 0,6 x treksterkte. Voorbeeld: 6061-T6 bij 310 MPa UTS geeft ongeveer 186 MPa; 6063-T5 bij 190 MPa UTS geeft ongeveer 114 MPa.
De 60 procent-regel is een conceptinstrument en geen vervanging voor gecertificeerde fabrieksgegevens. Zodra een verbinding kritisch wordt, vraagt u het mechanische eigendomscertificaat aan voor de specifieke extrusiewarmte, of voert u een punchtest uit op een coupon uit het geleverde profiel.
Gebruik de regel in deze situaties:
- Conceptontwerp, bij het vergelijken van legeringen en temperaturen voordat de frame-indeling is vastgesteld.
- Citaat van leveranciers, wanneer een gegevensblad de treksterkte vermeldt, maar de schuifsterkte weglaat.
- Bezwijkanalyse, waarbij wordt gecontroleerd of een gescheurde verbinding voorbij een redelijk toegestane afschuiving is belast.
Gegevens over schuifsterkte toepassen op extrusieframes met T-sleuf
Bij het ontwerpen van T-gleufframes is de schuifsterkte van het profielmateriaal het belangrijkst bij de verbinding, omdat frames bijna altijd eerst bij de verbinding bezwijken en niet in het midden van een overspanning.
Een geboute T-gleufverbinding wordt beperkt door de kleinste van drie waarden: de afschuifcapaciteit van de bout, de sterkte van de draadstrip van de T-moer of het afschuifgebied van de profielwand achter de gleuf. Bij dunwandige profielen is de sleuflip meestal het zwakste vlak. Daarom vertonen overbelaste verbindingen een vervormde of gescheurde sleuf voordat de bevestiger afbreekt.
Wanddikte is de hefboom die de gewrichtscapaciteit verhoogt zonder de legering te veranderen. Een 4040-profiel met een wand van 4,5 mm biedt ruwweg het dubbele afschuifoppervlak van een dunwandige versie van 1,8 mm bij dezelfde sleufgeometrie, terwijl de materiaalafschuifsterkte in beide gevallen op 207 MPa blijft voor 6061-T6.
HS-8-4040W Extra zwaar 4040 T-sleuf aluminium profiel met 4,5 mm wand De wand van 4,5 mm van dit 4040-profiel verdubbelt bijna het afschuifoppervlak vergeleken met dunwandige versies, waardoor het een goede keuze is voor verbindingszones onder herhaalde belastingen, zoals benadrukt door de omringende discussie over wanddikte en schuifsterkte. Bekijk Product → Specificeer voor portaalbeugels, vrijdragende armen en hijspunten zware 6061 profielen met verdikte wanden in voegzones en reserveer standaardprofielen voor de resterende overspanningen. De korte versie van onze 6061- en 6063-vergelijking: 6063-T5 past bij lichte kozijnen, terwijl 6061-T6 de technische standaard is voor verbindingen die herhaalde schuifbelastingen dragen.
HS-10-4545 Robuuste 4545 aluminium extrusie met 2,4 mm dikke wand Dit profiel van 45x45 is ideaal voor portaalbeugels en vrijdragende armen en biedt een wand van 2,4 mm voor extra voegcapaciteit. De T-gleuf van 10,2 mm ondersteunt zware bevestigingsmiddelen en past bij toepassingen waarbij de afschuifprestaties van 6061-kwaliteit worden benadrukt. Bekijk Product → Zodra de toegestane afschuiving is ingesteld, past u een veiligheidsfactor van minimaal 2 toe voor statische belastingen en 3 voor dynamische of omkerende belastingen voordat u deze vergelijkt met de uitgeoefende gewrichtskracht.
Gezamenlijke ontwerpcontrole
Ontwerp de capaciteit van de bout en T-moer ten minste 20 procent boven de afschuifcapaciteit van de profielwand. Een onverwachte overbelasting vervormt de sleuf vervolgens zichtbaar voordat er iets breekt, waardoor een plotselinge storing wordt omgezet in een zichtbaar onderhoudssignaal.
Veelgestelde vragen over schuifsterkte van aluminium
Wat is de schuifsterkte van 6061-T6 aluminium?
6061-T6 aluminium heeft een gepubliceerde schuifsterkte van 207 MPa (30.000 psi). Pas voor ontwerpwerkzaamheden de regel van 60 procent toe tegen de ultieme treksterkte van 310 MPa, wat ongeveer 186 MPa oplevert, en voeg vervolgens een veiligheidsfactor toe op basis van het belastingstype.
Wat is de schuifsterkte van 6063-T5 T-slot aluminium?
6063-T5 aluminium heeft een schuifsterkte van ongeveer 117 MPa (17.000 psi). De temperatuur van de T6 verhoogt dat tot ongeveer 152 MPa (22.000 psi). Controleer de temperatuur op het profielmateriaalcertificaat voordat u de voegcapaciteit berekent, omdat veel standaard T-sleufprofielen worden geleverd in 6063-T5.
Verandert anodiseren de schuifsterkte van aluminium?
Nee. Bij anodiseren ontstaat een dunne oxidelaag, doorgaans 5 tot 25 micrometer dik, die de slijtvastheid en corrosieweerstand verbetert, maar de schuifsterkte van de extrusie niet verandert. Structurele berekeningen moeten de coating negeren en de waarde van de basislegering gebruiken.
Hoe verhoudt de schuifsterkte van aluminium zich tot staal?
A36 constructiestaal heeft een schuifsterkte van bijna 250 MPa, bijna 6061-T6 aluminium van 207 MPa. Omdat aluminium ongeveer een derde zoveel weegt, is de specifieke schuifsterkte van 6061-T6 grofweg het dubbele van die van A36, zodat aluminium frames vergelijkbare gewrichtsbelastingen kunnen dragen tegen een fractie van het gewicht.
