Panduan Kekuatan Geser Aluminium: Nilai Paduan, Pengujian & Desain Ekstrusi

Di Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd., tim teknik kami baru-baru ini menjawab pertanyaan dari pembuat mesin yang merancang sambungan rangka gantri dari aluminium slot T seri 40: apakah desain harus menargetkan 207 MPa yang diterbitkan untuk 6061-T6, 152 MPa tipikal 6063-T6, atau 117 MPa yang terdaftar untuk 6063-T5. Pilihannya mengubah ukuran baut, geometri braket, dan ketebalan dinding profil. Kekuatan geser aluminium bukan merupakan nomor buku pegangan tunggal; itu tergantung pada paduan, temper, metode pengujian, dan di mana bidang geser berada pada rakitan sebenarnya. Panduan ini mencakup nilai-nilai yang penting untuk rangka ekstrusi T-slot industri dan cara menerapkannya tanpa merekayasa berlebihan pada setiap sambungan.

Paduan ekstrusi 6061-T6 memiliki kekuatan geser 207 MPa; 6063-T5 membawa 117 MPa; 7075-T6 mencapai 330MPa. Gunakan 60 persen kekuatan tarik utama sebagai perkiraan lintasan pertama.

Apa Arti Kekuatan Geser pada Profil Ekstrusi

Kekuatan geser adalah tegangan maksimum yang dapat ditahan oleh profil aluminium sebelum satu bidang material terlepas sejajar dengan beban yang diterapkan, dan untuk paduan aluminium struktural, kekuatan tarik ultimat biasanya mencapai antara 55 dan 65 persen.

Definisi inti: tegangan geser sama dengan gaya yang diterapkan dibagi luas bidang penahan, ditulis sebagai F / A. Bila tegangan geser yang dihitung melebihi kuat geser paduan, maka bagian tersebut akan runtuh karena tergelincir atau robek sepanjang bidang tersebut, bukannya tertekuk.

Dalam rangka yang diekstrusi, geser muncul di tiga lokasi terpisah: betis baut, pengikatan ulir di dalam mur-T, dan dinding slot profil. Setiap bidang mempunyai luas dan kondisi kendala yang berbeda-beda, sehingga harus dilakukan pengecekan secara mandiri; bidang terlemah mengatur sambungan.

Kapasitas geser betis baut - ditentukan berdasarkan tingkat dan diameter pengikat.
Kekuatan strip ulir mur-T - ditentukan oleh panjang pengikatan mur.
Area geser dinding slot profil - ditentukan oleh ketebalan dinding di belakang slot.

Anodisasi tidak masuk perhitungan. Lapisan oksida berukuran 5 hingga 25 mikrometer meningkatkan ketahanan aus permukaan, namun kekuatan geser sebagian besar ditanggung seluruhnya oleh paduan dasar dan temper ekstrusi.

Kekuatan Geser Aluminium berdasarkan Paduan dan Temper

Di seluruh paduan aluminium komersial, kekuatan geser berkisar dari sekitar 40 MPa untuk logam murni anil hingga 330 MPa untuk 7075-T6, dan dua paduan yang digunakan di sebagian besar ekstrusi slot-T, 6063 dan 6061, menghasilkan antara 117 dan 207 MPa tergantung pada temper.

Kekuatan geser paduan aluminium biasa, MPa

1100-O 45 6063-T5 117 5052-H32 138 6063-T6 152 6061-T6 207 2024-T3 283 7075-T6 330

207 MPa kekuatan geser 6061-T6

117 MPa kekuatan geser 6063-T5

330 MPa Referensi puncak 7075-T6

0,6x UTS Estimasi geser lintas pertama

Nilai kekuatan geser yang dipublikasikan untuk paduan dan temper aluminium umum yang digunakan dalam aplikasi struktural dan industri.
Paduan dan temperamen	Kekuatan geser (MPa)	Kekuatan geser (psi)	Aplikasi khas
1100-O	40-62	5.800-9.000	Aluminium murni, komponen kimia dan tugas ringan
6063-T5	117	17.000	Profil ekstrusi T-slot standar
5052-H32	138	20.000	Pekerjaan lembaran laut dan panel bentukan
6063-T6	152	22.000	Profil ekstrusi T-slot struktural
6061-T6	207	30.000	Profil ekstrusi tugas berat dan rangka mesin
2024-T3	283	41.000	Lembar struktur luar angkasa
7075-T6	330	48.000	Perlengkapan ruang angkasa dan tegangan tinggi

Perubahan emosi penting dalam bingkai nyata. Ekstrusi 6063-T6 menahan beban geser sekitar 30 persen lebih banyak per milimeter persegi dibandingkan profil yang sama pada 6063-T5 pada dimensi dinding yang sama, sehingga sambungan geser tinggi harus menentukan temper dan memverifikasinya pada sertifikat material.

Bagaimana Kekuatan Geser Diukur dan Dimana Kesalahan Hasilnya

Kekuatan geser aluminium diukur dengan uji perlengkapan tipe pukulan dan geser tunggal, dan keduanya memerlukan kontrol jarak bebas yang ketat; jika pengaturannya tidak aktif, kekuatan yang dilaporkan dapat bergeser lebih dari 10 persen pada material yang sama.

ASTM B831 mencakup pengujian geser tipe pukulan pada produk paduan aluminium tipis dan merupakan referensi standar untuk kupon lembaran dan ekstrusi.
ASTM F606 mengatur pengujian geser pada pengencang yang dibaut dan berlaku jika komponen yang dievaluasi adalah baut, bukan profil.
Prosedur pabrik internal berdasarkan standar ini umum dilakukan pada profil ekstrusi, dan hasilnya dicetak pada sertifikat uji material.

Aturan pengaturan pengujian

Pertahankan jarak bebas punch-to-die antara 5 dan 12 persen dari ketebalan spesimen dan hilangkan permukaan yang dianodisasi atau dicat sebelum pengujian, atau kekuatan geser yang dilaporkan dapat menyimpang lebih dari 10 persen.

Tiga variabel menghasilkan hasil uji geser yang lebih korup dibandingkan variabel lainnya.

Jarak bebas punch-to-die: terlalu kecil menghasilkan geseran sekunder dan nilai artifisial yang tinggi; terlalu besar akan menimbulkan gerinda dan angka yang rendah dan tidak dapat diulang.
Orientasi spesimen: kekuatan dapat berbeda beberapa persen antara arah ekstrusi dan melintang karena orientasi butir.
Persiapan permukaan: permukaan penjepitan atau anodisasi yang tidak rata mengubah gesekan pada zona geser dan harus dihilangkan sebelum pengujian.

Untuk profil yang diekstrusi, hasil yang paling representatif berasal dari pemesinan kupon datar dari dinding profil sebenarnya dan pengujian bahan yang tepat tersebut, bukan dari nilai buku pegangan stok lembaran yang umum.

Aturan 60 Persen: Memperkirakan Kekuatan Geser dari Data Tarik

Jika nilai geser bersertifikat tidak tersedia, perkirakan kekuatan geser sebesar 60 persen dari kekuatan tarik ultimat; untuk paduan aluminium, hal ini memperkirakan kekuatan geser blanking dan penembusan rata-rata sekitar 5,5 persen dari nilai terukur.

Estimasi geser lintas pertama

Perkiraan geser sama dengan 0,6 x kuat tarik ultimat. Contoh: 6061-T6 pada 310 MPa UTS menghasilkan sekitar 186 MPa; 6063-T5 pada 190 MPa UTS menghasilkan sekitar 114 MPa.

Aturan 60 persen merupakan alat tahap konsep, bukan pengganti data pabrik bersertifikat. Setelah sambungan menjadi kritis, mintalah sertifikat properti mekanik untuk panas ekstrusi spesifik, atau jalankan uji pukulan pada kupon dari profil yang dikirimkan.

Gunakan aturan ini dalam situasi berikut:

Desain konsep, saat membandingkan paduan dan temper sebelum tata letak rangka diperbaiki.
Kutipan pemasok, ketika lembar data mencantumkan kekuatan tarik tetapi menghilangkan kekuatan geser.
Analisis kegagalan, ketika memeriksa apakah sambungan retak dibebani melewati batas geser wajar yang diijinkan.

Menerapkan Data Kekuatan Geser pada Rangka Ekstrusi T-Slot

Dalam desain rangka T-slot, kekuatan geser material profil paling penting pada sambungan, karena rangka hampir selalu mengalami keruntuhan pada titik sambungan terlebih dahulu, bukan pada bagian tengah bentang.

Sambungan slot-T yang dibaut dibatasi oleh nilai terkecil dari tiga nilai: kapasitas geser baut, kekuatan strip ulir mur-T, atau luas geser dinding profil di belakang slot. Pada profil berdinding tipis, bibir slot biasanya merupakan bidang terlemah, itulah sebabnya sambungan yang kelebihan beban menunjukkan slot yang berubah bentuk atau retak sebelum pengikatnya terlepas.

Ketebalan dinding adalah faktor yang meningkatkan kapasitas sambungan tanpa mengubah paduan. Profil 4040 dengan dinding 4,5 mm memberikan luas geser sekitar dua kali lipat dibandingkan versi berdinding tipis 1,8 mm pada geometri slot yang sama, sedangkan kekuatan geser material tetap pada 207 MPa untuk 6061-T6 dalam kedua kasus.

Profil Aluminium T-Slot 4040 Tugas Berat Ekstra HS-8-4040W dengan Dinding 4,5mm Dinding 4,5 mm pada profil 4040 ini menggandakan luas geser hampir dua kali lipat dibandingkan versi berdinding tipis, menjadikannya pilihan yang tepat untuk zona sambungan di bawah beban berulang, seperti yang disoroti oleh diskusi seputar ketebalan dinding dan kekuatan geser. Lihat Produk →

Untuk braket gantri, lengan kantilever, dan titik angkat, tentukan profil 6061 tugas berat dengan dinding yang menebal di zona sambungan dan cadangan profil standar untuk bentang yang tersisa. Versi singkat dari perbandingan 6061 dan 6063 kami: 6063-T5 cocok untuk rangka ringan, sedangkan 6061-T6 adalah standar teknik untuk sambungan yang memikul beban geser berulang.

HS-10-4545 Heavy-Duty 4545 Aluminum Extrusion with 2.4mm Thick Wall

HS-10-4545 Ekstrusi Aluminium Tugas Berat 4545 dengan Dinding Tebal 2,4mm Ideal untuk braket gantry dan lengan kantilever, profil 45x45 ini menawarkan dinding 2,4 mm untuk menambah kapasitas sambungan. Slot T 10,2 mm mendukung pengencang berat, aplikasi pas yang mengutamakan kinerja geser tingkat 6061. Lihat Produk →

Setelah izin geser ditetapkan, terapkan faktor keamanan minimal 2 untuk beban statis dan 3 untuk beban dinamis atau beban balik sebelum membandingkannya dengan gaya sambungan yang diterapkan.

Pemeriksaan desain sambungan

Rancang kapasitas baut dan mur T minimal 20 persen di atas kapasitas geser dinding profil. Kelebihan beban yang tidak terduga kemudian mengubah bentuk slot secara nyata sebelum ada yang patah, mengubah kegagalan mendadak menjadi sinyal pemeliharaan yang terlihat.

FAQ Kekuatan Geser Aluminium

Berapa kekuatan geser aluminium 6061-T6?

Aluminium 6061-T6 memiliki kekuatan geser sebesar 207 MPa (30.000 psi). Untuk pekerjaan desain, terapkan aturan 60 persen terhadap kekuatan tarik ultimatnya sebesar 310 MPa, yang menghasilkan sekitar 186 MPa, lalu tambahkan faktor keamanan berdasarkan jenis pembebanan.

Berapakah kekuatan geser aluminium slot T 6063-T5?

Aluminium 6063-T5 memiliki kekuatan geser sekitar 117 MPa (17.000 psi). Temperatur T6 menaikkannya menjadi sekitar 152 MPa (22.000 psi). Periksa temper pada sertifikat material profil sebelum menghitung kapasitas sambungan, karena banyak profil slot T standar yang dipasok pada 6063-T5.

Apakah anodisasi mengubah kekuatan geser aluminium?

Tidak. Anodisasi membentuk lapisan oksida tipis, biasanya setebal 5 hingga 25 mikrometer, yang meningkatkan ketahanan aus dan korosi namun tidak mengubah kekuatan geser massal ekstrusi. Perhitungan struktur sebaiknya mengabaikan pelapisan dan menggunakan nilai paduan dasar.

Bagaimana kekuatan geser aluminium dibandingkan dengan baja?

Baja struktural A36 memiliki kekuatan geser mendekati 250 MPa, mendekati aluminium 6061-T6 pada 207 MPa. Karena berat aluminium sekitar sepertiganya, kekuatan geser spesifik 6061-T6 kira-kira dua kali lipat dari A36, sehingga rangka aluminium dapat memikul beban sambungan serupa dengan bobot yang lebih ringan.