Hướng dẫn về độ bền cắt nhôm: Giá trị hợp kim, thiết kế thử nghiệm và ép đùn

Sức mạnh cắt có nghĩa là gì trong hồ sơ ép đùn

Độ bền cắt là ứng suất tối đa mà cấu hình nhôm có thể chống lại trước khi một mặt phẳng vật liệu trượt song song với tải trọng tác dụng và đối với hợp kim nhôm kết cấu, nó thường đạt từ 55 đến 65% độ bền kéo cuối cùng.

Trong khung ép đùn, lực cắt xuất hiện ở ba vị trí riêng biệt: thân bu lông, mối ren bên trong đai ốc chữ T và thành rãnh của biên dạng. Mỗi mặt phẳng có diện tích và điều kiện ràng buộc khác nhau nên mỗi mặt phẳng phải được kiểm tra độc lập; mặt phẳng yếu nhất chi phối khớp.

• Khả năng cắt thân bu lông - được quyết định bởi cấp độ và đường kính của bu lông.
• Độ bền dải ren chữ T - được đặt theo chiều dài tiếp xúc trong đai ốc.
• Diện tích cắt thành khe biên dạng - được xác định bởi độ dày thành phía sau khe.

Anodizing không vào tính toán. Lớp oxit 5 đến 25 micromet cải thiện khả năng chống mài mòn bề mặt, nhưng độ bền cắt lớn được đảm bảo hoàn toàn bởi hợp kim cơ bản và nhiệt độ của quá trình ép đùn.

Độ bền cắt nhôm bằng hợp kim và nhiệt độ

Trên các hợp kim nhôm thương mại, độ bền cắt trải dài từ khoảng 40 MPa đối với kim loại nguyên chất được ủ đến 330 MPa đối với 7075-T6 và hai hợp kim được sử dụng trong hầu hết các ép đùn khe chữ T, 6063 và 6061, cung cấp từ 117 đến 207 MPa tùy theo nhiệt độ.

Sự thay đổi tính khí rất quan trọng trong khung hình thực. Vật liệu ép đùn 6063-T6 chịu được tải trọng cắt trên mỗi milimet vuông cao hơn khoảng 30 phần trăm so với cùng một cấu hình trong 6063-T5 ở các kích thước thành giống hệt nhau, do đó, các mối nối có độ cắt cao phải chỉ định nhiệt độ và xác minh nó trên chứng chỉ vật liệu.

Cách đo cường độ cắt và kết quả sai ở đâu

Độ bền cắt của nhôm được đo bằng các thử nghiệm cố định kiểu đục lỗ và cắt đơn, và cả hai đều yêu cầu kiểm soát khe hở chặt chẽ; khi tắt thiết lập, cường độ được báo cáo có thể thay đổi hơn 10 phần trăm trên cùng một vật liệu.

• ASTM B831 bao gồm thử nghiệm cắt dạng đục lỗ của các sản phẩm hợp kim nhôm mỏng và là tài liệu tham khảo tiêu chuẩn cho phiếu giảm giá tấm và ép đùn.
• ASTM F606 quản lý việc thử nghiệm lực cắt của các ốc vít bắt vít và áp dụng khi bu lông, không phải hình dạng, là thành phần được đánh giá.
• Các quy trình nội bộ của nhà máy dựa trên các tiêu chuẩn này là phổ biến đối với các biên dạng ép đùn và kết quả được in trên chứng chỉ kiểm tra vật liệu.

Ba biến làm hỏng kết quả thử nghiệm cắt nhiều hơn bất kỳ biến nào khác.

• Khe hở đột lỗ: quá nhỏ tạo ra lực cắt thứ cấp và giá trị cao giả tạo; quá lớn sẽ tạo ra các vệt và số lượng thấp, không thể lặp lại.
• Hướng mẫu: độ bền có thể khác nhau một vài phần trăm giữa hướng đùn và hướng ngang do hướng hạt.
• Chuẩn bị bề mặt: bề mặt kẹp không đều hoặc bề mặt anod hóa làm thay đổi ma sát tại vùng cắt và cần được loại bỏ trước khi thử nghiệm.

Đối với các biên dạng ép đùn, kết quả tiêu biểu nhất đến từ việc gia công một phiếu giảm giá phẳng từ thành biên dạng thực tế và thử nghiệm vật liệu chính xác đó chứ không phải từ các giá trị sổ tay sổ tay chung chung.

Quy tắc 60 phần trăm: Ước tính độ bền cắt từ dữ liệu kéo

Khi không có sẵn giá trị cắt được chứng nhận, hãy ước tính cường độ cắt bằng 60% cường độ kéo cuối cùng; đối với hợp kim nhôm, điều này dự đoán độ bền cắt và độ bền cắt trung bình trong khoảng 5,5 phần trăm giá trị đo được.

Quy tắc 60 phần trăm là một công cụ ở giai đoạn ý tưởng, không thể thay thế cho dữ liệu đã được chứng nhận của nhà máy. Sau khi mối nối trở nên quan trọng, hãy yêu cầu chứng nhận đặc tính cơ học cho nhiệt ép đùn cụ thể hoặc chạy thử nghiệm đột dập trên phiếu giảm giá từ biên dạng được giao.

Sử dụng quy tắc trong các tình huống sau:

• Thiết kế ý tưởng, khi so sánh hợp kim và nhiệt độ trước khi bố trí khung cố định.
• Báo giá của nhà cung cấp, khi bảng dữ liệu liệt kê độ bền kéo nhưng bỏ qua độ bền cắt.
• Phân tích lỗi, khi kiểm tra xem mối nối bị nứt có chịu tải vượt quá mức cắt cho phép hợp lý hay không.

Áp dụng dữ liệu cường độ cắt cho khung đùn T-Slot

Trong thiết kế khung khe chữ T, độ bền cắt của vật liệu định hình quan trọng nhất ở mối nối, bởi vì các khung hầu như luôn bị hỏng ở mối nối đầu tiên thay vì ở giữa nhịp.

Mối nối rãnh chữ T được bắt vít được giới hạn bởi giá trị nhỏ nhất trong ba giá trị: khả năng cắt bu lông, cường độ dải ren đai ốc chữ T hoặc diện tích cắt của thành biên dạng phía sau khe. Trong các biên dạng thành mỏng, mép rãnh thường là mặt phẳng yếu nhất, đó là lý do tại sao các mối nối chịu tải quá tải sẽ có rãnh bị biến dạng hoặc nứt trước khi dây buộc bị cắt.

Độ dày của thành là đòn bẩy giúp tăng khả năng chịu lực của mối nối mà không cần thay đổi hợp kim. Cấu hình 4040 với thành 4,5 mm cung cấp diện tích cắt gần gấp đôi so với phiên bản thành mỏng 1,8 mm ở cùng hình dạng khe, trong khi cường độ cắt vật liệu duy trì ở mức 207 MPa cho 6061-T6 trong cả hai trường hợp.

HS-8-4040W Cấu hình nhôm T-Slot 4040 siêu nặng với tường 4,5mm Thành 4,5mm của cấu hình 4040 này gần như tăng gấp đôi diện tích cắt so với các phiên bản có thành mỏng, khiến nó trở thành lựa chọn mạnh mẽ cho các vùng khớp chịu tải trọng lặp đi lặp lại, như được nhấn mạnh trong cuộc thảo luận xung quanh về độ dày của thành và độ bền cắt. Xem sản phẩm →

Đối với giá đỡ giàn, tay đòn côngxon và điểm nâng, hãy chỉ định hồ sơ 6061 hạng nặng với tường dày ở các vùng khe nối và dự trữ biên dạng tiêu chuẩn cho các nhịp còn lại. Phiên bản ngắn của so sánh 6061 và 6063 của chúng tôi: 6063-T5 phù hợp với khung nhẹ, trong khi 6061-T6 là mặc định kỹ thuật cho các mối nối chịu tải cắt lặp đi lặp lại.

HS-10-4545 Đùn nhôm 4545 hạng nặng với tường dày 2,4mm Lý tưởng cho các giá đỡ giàn và tay đòn đúc hẫng, cấu hình 45x45 này có thành 2,4mm để tăng thêm khả năng chịu lực của khớp nối. Khe chữ T 10,2mm của nó hỗ trợ các ốc vít nặng, lắp các ứng dụng trong đó nhấn mạnh hiệu suất cắt cấp 6061. Xem sản phẩm →

Sau khi thiết lập giới hạn cắt cho phép, hãy áp dụng hệ số an toàn ít nhất là 2 đối với tải trọng tĩnh và 3 đối với tải trọng động hoặc tải trọng đảo chiều trước khi so sánh nó với lực liên kết tác dụng.

Câu hỏi thường gặp về độ bền cắt nhôm