V spoločnosti Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd. náš inžiniersky tím nedávno položil otázku od strojára, ktorý navrhol spoj portálového rámu z hliníka s drážkou T série 40: či by sa mal dizajn zamerať na 207 MPa publikovaných pre 6061-T6, 152 MPa typické pre 6063-T15 alebo 6063-T16. Voľba zmení veľkosť skrutiek, geometriu konzoly a hrúbku steny profilu.
Pevnosť hliníka v šmyku nie je jedným číslom príručky; závisí to od zliatiny, tvrdosti, skúšobnej metódy a miesta, kde je rovina šmyku v skutočnej zostave. Táto príručka obsahuje hodnoty, ktoré sú dôležité pre priemyselné rámy na vytláčanie s T-drážkou, a ako ich aplikovať bez nadmerného inžinierstva každého pripojenia.
Extrúzna zliatina 6061-T6 má pevnosť v šmyku 207 MPa; 6063-T5 prenáša 117 MPa; 7075-T6 dosahuje 330 MPa. Ako odhad prvého prechodu použite 60 percent konečnej pevnosti v ťahu.
Čo znamená pevnosť v šmyku pri vytláčaných profiloch
Pevnosť v šmyku je maximálne napätie, ktorému môže hliníkový profil odolať predtým, ako sa jedna rovina materiálu oddelí od seba rovnobežne s aplikovaným zaťažením, a pre konštrukčné hliníkové zliatiny zvyčajne pristane medzi 55 a 65 percentami konečnej pevnosti v ťahu.
Základná definícia: šmykové napätie sa rovná použitej sile vydelenej plochou odporovej roviny, zapísanej ako F/A. Keď vypočítané šmykové napätie presiahne pevnosť zliatiny v šmyku, časť zlyhá skĺznutím alebo roztrhnutím pozdĺž tejto roviny, a nie ohnutím z tvaru.
V extrudovanom ráme sa šmyk objaví na troch samostatných miestach: driek skrutky, závitový záber vo vnútri T-matice a stena drážky profilu. Každá rovina má inú oblasť a podmienky obmedzenia, takže každá musí byť kontrolovaná nezávisle; najslabšia rovina riadi kĺb.
- Nosnosť drieku skrutky v šmyku – rozhoduje trieda a priemer upevňovacieho prvku.
- Pevnosť pásu závitu T-matice - nastavená dĺžkou záberu v matici.
- Šmyková plocha steny profilovej štrbiny - určená hrúbkou steny za štrbinou.
Eloxovanie nevstupuje do výpočtu. Vrstva oxidu s hrúbkou 5 až 25 mikrometrov zlepšuje odolnosť proti opotrebeniu povrchu, ale pevnosť v šmyku v objeme je výlučne prenášaná základnou zliatinou a temperovaním výlisku.
Pevnosť hliníka v šmyku podľa zliatiny a temperovania
Naprieč komerčnými hliníkovými zliatinami sa pevnosť v šmyku pohybuje od zhruba 40 MPa pre žíhaný čistý kov do 330 MPa pre 7075-T6 a dve zliatiny používané vo väčšine výliskov s T-drážkou, 6063 a 6061, dodávajú medzi 117 a 207 MPa v závislosti od teploty.
Pevnosť v šmyku bežných hliníkových zliatin, 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 pevnosť v šmyku
117 MPa 6063-T5 pevnosť v šmyku
330 MPa Referenčný vrchol 7075-T6
0,6 x UTS Odhad šmyku pri prvom prechode
Publikované hodnoty pevnosti v šmyku pre bežné hliníkové zliatiny a temperovania používané v konštrukčných a priemyselných aplikáciách. | Zliatina a tempera | Pevnosť v šmyku (MPa) | Pevnosť v šmyku (psi) | Typická aplikácia |
| 1100-O | 40-62 | 5 800-9 000 | Čistý hliník, chemické a ľahké diely |
| 6063-T5 | 117 | 17 000 | Štandardné profily extrúzie s T-drážkou |
| 5052-H32 | 138 | 20 000 | Námorné plechové práce a tvarované panely |
| 6063-T6 | 152 | 22 000 | Konštrukčné profily na vytláčanie T-drážok |
| 6061-T6 | 207 | 30 000 | Ťažké extrúzne profily a rámy strojov |
| 2024-T3 | 283 | 41 000 | Letecké konštrukčné listy |
| 7075-T6 | 330 | 48 000 | Letecké a vysoko namáhané armatúry |
V skutočných snímkach na nálade záleží. Extrúzia 6063-T6 odoláva zhruba o 30 percent väčšiemu šmykovému zaťaženiu na štvorcový milimeter ako rovnaký profil v 6063-T5 pri rovnakých rozmeroch steny, takže spoje s vysokým šmykom by mali špecifikovať tvrdosť a overiť ju na materiálovom certifikáte.
Ako sa meria pevnosť v šmyku a kde sú výsledky nesprávne
Pevnosť hliníka v šmyku sa meria pomocou raziacich a jednostrihových skúšok upevnenia, pričom obe vyžadujú tesnú kontrolu vôle; keď je nastavenie vypnuté, hlásená pevnosť sa môže posunúť o viac ako 10 percent na rovnakom materiáli.
- ASTM B831 sa vzťahuje na strihové testovanie tenkých hliníkových zliatin razením a je štandardnou referenciou pre plechové a vytláčané kupóny.
- ASTM F606 upravuje testovanie skrutkových spojovacích prvkov v šmyku a uplatňuje sa, keď hodnoteným komponentom je skrutka, nie profil.
- Vnútorné frézovacie postupy založené na týchto normách sú bežné pre extrúzne profily a výsledky sú vytlačené na certifikáte o skúške materiálu.
Otestujte pravidlo nastavenia
Udržujte vôľu medzi dierovačom a matricou medzi 5 a 12 percentami hrúbky vzorky a pred testovaním odstráňte eloxované alebo natreté povrchy, inak sa uvádzaná pevnosť v šmyku môže líšiť o viac ako 10 percent.
Tri premenné poškodzujú výsledky šmykového testu viac ako ktorékoľvek iné.
- Vôľa od razníka po matricu: príliš malá spôsobuje sekundárne strihanie a umelo vysoké hodnoty; príliš veľké vytvára otrepy a nízke, neopakovateľné čísla.
- Orientácia vzorky: pevnosť sa môže líšiť o niekoľko percent medzi extrúziou a priečnym smerom kvôli orientácii zŕn.
- Príprava povrchu: nerovnomerné upínacie alebo eloxované povrchy menia trenie v šmykovej zóne a mali by byť pred testovaním odstránené.
Pre extrudované profily najreprezentatívnejší výsledok pochádza z opracovania plochého kupónu zo skutočnej steny profilu a testovania tohto presného materiálu, nie z generických hodnôt príručky listového materiálu.
Pravidlo 60 percent: Odhad pevnosti v šmyku z údajov o ťahu
Ak nie je k dispozícii žiadna certifikovaná hodnota šmyku, odhadnite pevnosť v šmyku ako 60 percent konečnej pevnosti v ťahu; pre hliníkové zliatiny to predpovedá pevnosť v šmyku pri zaslepení a prerazení v priemere do 5,5 percent nameraných hodnôt.
Odhad šmyku pri prvom prechode
Odhad šmyku sa rovná 0,6 x medza pevnosti v ťahu. Príklad: 6061-T6 pri 310 MPa UTS dáva zhruba 186 MPa; 6063-T5 pri 190 MPa UTS dáva zhruba 114 MPa.
Pravidlo 60 percent je nástrojom v štádiu konceptu, nie náhradou za certifikované údaje o mlyne. Keď sa spoj stane kritickým, vyžiadajte si certifikát mechanických vlastností pre špecifické vytláčacie teplo alebo vykonajte skúšku razenia na kupóne z dodaného profilu.
Pravidlo použite v týchto situáciách:
- Koncepčný dizajn pri porovnávaní zliatin a temperovania pred pevným rozložením rámu.
- Citácia dodávateľa, keď údajový list uvádza pevnosť v ťahu, ale vynecháva pevnosť v šmyku.
- Analýza porúch pri kontrole, či prasknutý spoj bol zaťažený nad rámec prípustného šmyku.
Aplikácia údajov o pevnosti v šmyku na vytláčané rámy s T-drážkou
Pri konštrukcii rámu s T-drážkou najviac záleží na pevnosti profilového materiálu v šmyku pri spoji, pretože rámy takmer vždy zlyhávajú najskôr v spoji a nie v strede rozpätia.
Skrutkový T-drážkový spoj je obmedzený najmenšou z troch hodnôt: únosnosť skrutky v šmyku, pevnosť pásu závitu T-matice alebo šmyková plocha steny profilu za drážkou. V tenkostenných profiloch je okraj štrbiny zvyčajne najslabšou rovinou, a preto preťažené spoje vykazujú deformovanú alebo prasknutú štrbinu skôr, ako sa spojovací prvok pretrhne.
Hrúbka steny je páka, ktorá zvyšuje kapacitu spoja bez zmeny zliatiny. Profil 4040 so 4,5 mm stenou poskytuje zhruba dvojnásobnú šmykovú plochu v porovnaní s tenkostennou 1,8 mm verziou pri rovnakej geometrii drážky, pričom pevnosť materiálu v šmyku zostáva v oboch prípadoch 207 MPa pre 6061-T6.
HS-8-4040W Extra-Heavy-Duty 4040 hliníkový profil s drážkou v tvare T so 4,5 mm stenou 4,5 mm stena tohto profilu 4040 takmer zdvojnásobuje šmykovú plochu v porovnaní s tenkostennými verziami, čo z neho robí silnú voľbu pre oblasti spojov pri opakovanom zaťažení, ako to zdôraznila okolitá diskusia o hrúbke steny a pevnosti v šmyku. Zobraziť produkt → Pre konzoly portálov, konzolové ramená a zdvíhacie body špecifikujte vysokovýkonné profily 6061 so zhrubnutými stenami v zónach spojov a rezervnými štandardnými profilmi pre zostávajúce rozpätia. Krátka verzia nášho porovnania 6061 a 6063: 6063-T5 vyhovuje ľahkému rámovaniu, zatiaľ čo 6061-T6 je konštrukčne predvolená pre spoje prenášajúce opakované šmykové zaťaženie.
HS-10-4545 Heavy-Duty 4545 hliníkový výlisok s 2,4 mm hrubou stenou Tento profil 45 x 45, ktorý je ideálny pre portálové konzoly a konzolové ramená, ponúka 2,4 mm stenu pre väčšiu kapacitu spojov. Jeho 10,2 mm T-drážka podporuje ťažké spojovacie prvky, montážne aplikácie, kde sa kladie dôraz na šmykový výkon 6061. Zobraziť produkt → Po nastavení prípustného šmyku použite bezpečnostný faktor aspoň 2 pre statické zaťaženie a 3 pre dynamické alebo reverzné zaťaženie pred jeho porovnaním s aplikovanou silou spoja.
Kontrola návrhu spoja
Navrhnite nosnosť skrutiek a T-matice aspoň o 20 percent nad nosnosťou steny profilu v šmyku. Neočakávané preťaženie potom viditeľne deformuje slot skôr, ako sa čokoľvek zlomí, čím sa náhle zlyhanie zmení na viditeľný signál údržby.
Často kladené otázky o pevnosti v šmyku hliníka
Aká je pevnosť v šmyku hliníka 6061-T6?
Hliník 6061-T6 má publikovanú pevnosť v šmyku 207 MPa (30 000 psi). Pri projektových prácach použite pravidlo 60 percent oproti jeho medznej pevnosti v ťahu 310 MPa, čo dáva približne 186 MPa, potom pridajte bezpečnostný faktor na základe typu zaťaženia.
Aká je pevnosť v šmyku hliníka s drážkou T 6063-T5?
Hliník 6063-T5 má pevnosť v šmyku približne 117 MPa (17 000 psi). Teplota T6 to zvyšuje na približne 152 MPa (22 000 psi). Pred výpočtom kapacity spoja skontrolujte teplotu na certifikáte materiálu profilu, pretože mnoho štandardných profilov s drážkou T sa dodáva v 6063-T5.
Zmení eloxovanie pevnosť hliníka v šmyku?
Nie. Eloxovanie vytvára tenkú oxidovú vrstvu, typicky hrubú 5 až 25 mikrometrov, ktorá zlepšuje odolnosť proti opotrebovaniu a korózii, ale nemení objemovú pevnosť výlisku v šmyku. Štrukturálne výpočty by mali ignorovať povlak a použiť hodnotu základnej zliatiny.
Aká je pevnosť hliníka v šmyku v porovnaní s oceľou?
Konštrukčná oceľ A36 má pevnosť v šmyku blízko 250 MPa, blízku hliníku 6061-T6 pri 207 MPa. Pretože hliník váži približne jednu tretinu, špecifická pevnosť v šmyku 6061-T6 je zhruba dvojnásobná v porovnaní s A36, takže hliníkové rámy dokážu uniesť podobné zaťaženie kĺbov pri zlomku hmotnosti.
