Skjuvhållfasthetsguide i aluminium: legeringsvärden, testning och extruderingsdesign

Vad skjuvhållfasthet betyder i extruderade profiler

Skjuvhållfasthet är den maximala påkänning en aluminiumprofil kan motstå innan ett materialplan glider isär parallellt med den applicerade belastningen, och för strukturella aluminiumlegeringar landar det vanligtvis mellan 55 och 65 procent av den slutliga draghållfastheten.

I en extruderad ram uppträder skjuvning på tre separata platser: bultskaftet, gängingreppet inuti en T-mutter och profilens spårvägg. Varje plan har olika area och restriktioner, så var och en måste kontrolleras oberoende av varandra; det svagaste planet styr leden.

• Bultskaftets skjuvkapacitet - bestäms av fästelementets kvalitet och diameter.
• T-mutter gängremsa styrka - ställs in av ingreppslängden i muttern.
• Profilspårväggsskjuvarea - bestäms av väggtjockleken bakom spåret.

Anodisering ingår inte i beräkningen. Ett oxidskikt på 5 till 25 mikrometer förbättrar ytans slitstyrka, men bulkskjuvhållfastheten bärs helt av baslegeringen och härdningen av extruderingen.

Skjuvhållfasthet i aluminium av legering och härdning

För kommersiella aluminiumlegeringar sträcker sig skjuvhållfastheten från ungefär 40 MPa för glödgat ren metall till 330 MPa för 7075-T6, och de två legeringarna som används i de flesta T-slitsprofiler, 6063 och 6061, levererar mellan 117 och 207 MPa beroende på temperament.

Humörsvängningen spelar roll i riktiga ramar. En 6063-T6 extrudering motstår ungefär 30 procent mer skjuvbelastning per kvadratmillimeter än samma profil i 6063-T5 vid identiska väggdimensioner, så högskjuvningsfogar bör specificera härdningen och verifiera den på materialcertifikatet.

Hur skjuvhållfasthet mäts och var resultaten går fel

Aluminiumskjuvhållfasthet mäts med fixturtest av stanstyp och enkelskjuvning, och båda kräver snäv spelreglering; när inställningen är avstängd kan den rapporterade styrkan förskjutas med mer än 10 procent på samma material.

• ASTM B831 täcker skjuvprovning av stanstyp av tunna aluminiumlegeringsprodukter och är standardreferensen för plåt- och extruderingskuponger.
• ASTM F606 reglerar skjuvprovning av bultade fästelement och gäller när bulten, inte profilen, är den komponent som utvärderas.
• Interna valsprocedurer baserade på dessa standarder är vanliga för extruderingsprofiler, och resultaten skrivs ut på materialprovningscertifikatet.

Tre variabler korrumperar skjuvtestresultat mer än någon annan.

• Avstånd från stans till stans: för litet ger sekundär klippning och artificiellt höga värden; för stor skapar grader och låga, icke-repeterbara tal.
• Provets orientering: styrkan kan skilja sig med några procent mellan extruderings- och tvärriktningen på grund av kornorienteringen.
• Ytförberedelse: ojämn klämning eller anodiserade ytor förändrar friktionen vid skjuvningszonen och bör avlägsnas före testning.

För extruderade profiler kommer det mest representativa resultatet från att bearbeta en platt kupong av den faktiska profilväggen och testa det exakta materialet, inte från generiska värden för plåthandbok.

60-procentregeln: Uppskattning av skjuvhållfasthet från dragdata

När inget certifierat skjuvvärde är tillgängligt, uppskatta skjuvhållfastheten till 60 procent av den slutliga draghållfastheten; för aluminiumlegeringar förutsäger detta blankning och genomträngande skjuvhållfasthet inom cirka 5,5 procent av uppmätta värden i genomsnitt.

60-procentsregeln är ett verktyg i konceptstadiet, inte en ersättning för certifierade fabriksdata. När en skarv blir kritisk, begär certifikatet för mekaniska egenskaper för den specifika extruderingsvärmen, eller kör ett stanstest på en kupong från den levererade profilen.

Använd regeln i dessa situationer:

• Konceptdesign, när man jämför legeringar och temperament innan ramlayouten är fixerad.
• Leverantörsoffert, när ett datablad listar draghållfasthet men utelämnar skjuvhållfasthet.
• Felanalys, vid kontroll av om en sprucken fog belastades förbi en rimlig tillåten skjuvning.

Tillämpa skjuvhållfasthetsdata på T-slitsextruderingsramar

Vid ramkonstruktion med T-spår är profilmaterialets skjuvhållfasthet viktigast vid anslutningen, eftersom ramar nästan alltid går sönder vid fogen först snarare än i mitten av ett spann.

En bultad T-spårskarv begränsas av det minsta av tre värden: bults skjuvkapacitet, T-mutters gängbandstyrka eller skjuvarean på profilväggen bakom spåret. I tunnväggiga profiler är slitsläppen vanligtvis det svagaste planet, varför överbelastade fogar visar en deformerad eller sprucken slits före fästsaxen.

Väggtjocklek är spaken som höjer fogkapaciteten utan att byta legering. En 4040-profil med en 4,5 mm vägg ger ungefär dubbelt så stor skjuvarea som en tunnväggig 1,8 mm version med samma spårgeometri, medan materialets skjuvhållfasthet stannar vid 207 MPa för 6061-T6 i båda fallen.

HS-8-4040W Extra-Heavy-Duty 4040 T-spår aluminiumprofil med 4,5 mm vägg Denna 4040-profils 4,5 mm vägg fördubblar nästan skjuvarean jämfört med tunnväggiga versioner, vilket gör den till ett starkt val för fogzoner under upprepade belastningar, vilket framhålls av den omgivande diskussionen om väggtjocklek och skjuvhållfasthet. Visa produkt →

För portalfästen, fribärande armar och lyftpunkter, specificera kraftiga 6061-profiler med förtjockade väggar i fogzoner och reserv standardprofiler för kvarvarande spännvidder. Den korta versionen av våra 6061 och 6063 jämförelser: 6063-T5 passar lätt inramning, medan 6061-T6 är den tekniska standarden för fogar som bär upprepade skjuvbelastningar.

HS-10-4545 Heavy-Duty 4545 aluminiumprofil med 2,4 mm tjock vägg Idealisk för portalfästen och fribärande armar, denna 45x45-profil erbjuder en 2,4 mm vägg för ökad fogkapacitet. Dess 10,2 mm T-spår stöder tunga fästelement, passande applikationer där skjuvprestanda av 6061-grad betonas. Visa produkt →

När den tillåtna skjuvningen har ställts in, tillämpa en säkerhetsfaktor på minst 2 för statiska belastningar och 3 för dynamiska eller reverserande belastningar innan du jämför den med den applicerade fogkraften.

Aluminiumskjuvhållfasthet FAQ