hsau hsau hsau hsau hsau
hsau hsau hsau hsau
Inżynier utrzymania ruchu w integratorze linii akumulatorów samochodowych musi wymienić spawaną stalową ramę maszyny, która waży 186 kg. Aluminiowa rama z rowkiem T, zaprojektowana do tej samej powłoki zewnętrznej, przed obróbką waży około 64 kg. Właśnie ta różnica 122 kg jest powodem gęstość aluminium w porównaniu ze stalą (2,70 g/cm2 3 w porównaniu z około 7,85 g/cm 3 ) to jedna z pierwszych liczb podawanych w każdym porównaniu materiałów konstrukcyjnych.
Ale sama gęstość o niczym nie decyduje; otwiera jedynie analizę. Rzeczywisty wynik zależy od tego, jak gęstość oddziałuje z granicą plastyczności, modułem Younga, geometrią przekroju i metodą montażu. W tym artykule podano wartości referencyjne, wyjaśniono obliczenia wytrzymałości do masy i sztywności oraz przedstawiono praktyczne ramy wyboru profili aluminiowych wytłaczanych w porównaniu z profilami stalowymi.
Stal jest około 2,9 razy gęstsza niż aluminium, a stosunek ten pozostaje prawie stały w przypadku popularnych gatunków konstrukcyjnych. Aluminium 6061-T6 ma gramaturę 2,70 g/cm 3 , stal węglowa A36 ma gramaturę 7,85 g/cm 3 i stal nierdzewna 304 ma gramaturę około 8,00 g/cm 3 .
Gęstość popularnych metali konstrukcyjnych w g/cm 3 . Stal ma około trzy razy większą gęstość niż aluminium.
W jednostkach imperialnych aluminium 6061 wynosi 0,098 funta/cal 3 i stal przy 0,284 funta/cal 3 , zachowując ten sam współczynnik 2,9x. Dodawanie stopów zmienia wartości tylko nieznacznie: 7075-T6 osiąga 2,81 g/cm 3 , podczas gdy stale o wysokiej wytrzymałości i stale nierdzewne mieszczą się w przedziale od 7,75 do 8,10 g/cm 3 zasięg.
Poniższa tabela podaje granicę plastyczności, moduł sprężystości i wytrzymałość właściwą dla pięciu metali, które regularnie konkurują w ramach przemysłowych.
| Materiał | Gęstość g/cm 3 | Wydajność MPa | E GPa | Wytrzymałość właściwa kN-m/kg |
| Aluminium 6061-T6 | 2.70 | 276 | 68.9 | 102 |
| Aluminium 7075-T6 | 2.81 | 503 | 71.7 | 179 |
| Stal A36 | 7.85 | 250 | 200 | 32 |
| Stal A572 klasa 50 | 7.85 | 345 | 200 | 44 |
| Stal nierdzewna 304 | 8.00 | 205 | 193 | 26 |
W przypadku konstrukcji o ograniczonej plastyczności aluminium 6061-T6 zapewnia około trzykrotnie większą nośność niż stal A36 przy tej samej wadze.
Wytrzymałość właściwa jest równa granicy plastyczności podzielonej przez gęstość. Wyraża, jakie obciążenie może udźwignąć kilogram materiału, zanim ustąpi.
Przeliczenie liczb na pięciu klasach konstrukcyjnych sprawia, że wzór jest wyraźny.
Dostawcy technologii wytłaczania przekładają to na praktyczną geometrię: profil 3030 o wysokiej wytrzymałości ze ścianką o grubości 2,0 mm przenosi zauważalnie większe obciążenie niż standardowy profil 3030 przy jedynie niewielkim wzroście masy na metr. Określenie grubości ścianki jest często szybszą drogą do uzyskania nośności niż przejście do większej serii.
HS-8-3030A Profil aluminiowy 3030 z rowkiem T o wysokiej wytrzymałości ze ścianką 2,0 mm Ten profil 30x30 mm z pogrubioną ścianką o grubości 2,0 mm i masą 0,85 kg/m zwiększa nośność w porównaniu ze standardowymi sekcjami 3030, co czyni go praktycznym wyborem w przypadku ram o ograniczonym zmęczeniu i ugięciu, gdzie liczy się sztywność. Zobacz produkt → Zmęczenie zmienia obraz. Stal ma granicę wytrzymałości zmęczeniowej wynoszącą około 40 do 50 procent swojej wytrzymałości ostatecznej, co oznacza, że może pracować w nieskończoność poniżej tego naprężenia. Aluminium nie ma prawdziwego limitu wytrzymałości, dlatego zastosowania wysoce cykliczne często uzasadniają użycie stali nawet przy obniżonej masie.
W przypadku belki o kontrolowanej sztywności nie porównuje się samej gęstości; porównujesz sztywność zginania, która jest iloczynem modułu Younga (E) i momentu bezwładności (I) przekroju. 2,9-krotnie wyższy moduł belki stalowej jest równoważony przez zdolność sekcji aluminiowej do przenoszenia większej ilości materiału dalej od osi neutralnej.
Kwadratowa rura stalowa o wymiarach 100 x 100 x 3 mm ma moment bezwładności 1,83 x 10 6 mm 4 i waży 9,1 kg/m. Kwadratowa rura aluminiowa o wymiarach 120 x 120 x 5 mm ma moment bezwładności 5,08 x 10 6 mm 4 .
Stosunek sztywności zginania: (68,9 GPa x 5,08) / (200 GPa x 1,83) = 0,96, w granicach 4 procent sztywności elementu stalowego. Waga: 6,2 kg/m w porównaniu z 9,1 kg/m, co oznacza oszczędność 32%.
Jeśli przeskalujesz sekcję aluminiową tak, aby odpowiadała masie stali, rura o wymiarach 170 x 170 x 5 mm zapewnia w przybliżeniu 2,8 razy większą sztywność zginania stali.
Profile aluminiowe z rowkami T ułatwiają wykorzystanie efektu geometrii. Puste profile ze wzmocnionymi ściankami, głębokimi szczelinami i szerokimi kołnierzami zapewniają wysoki moment bezwładności na kilogram, czyli dokładnie to, czego potrzebują ramy o ograniczonym ugięciu.
HS-8-4040D Profil aluminiowy o wysokiej wytrzymałości 4040 z rowkiem T i ścianką o grubości 3,2 mm Ten profil o wymiarach 40 x 40 mm, posiadający ściankę pogrubioną o 3,2 mm i brak wstępnie nawierconych otworów, zapewnia wysoką sztywność na kilogram. Pasuje do ciężkich ram, w których wyboczenie i ugięcie kolumny są krytycznymi czynnikami projektowymi. Zobacz produkt → Wyboczenie dodaje kolejną warstwę. Obciążenie wyboczeniowe słupa zależy od EI podzielonego przez kwadrat długości niepodpartej, zatem noga ramy zbudowana z głębszego profilu aluminiowego ma tę samą zaletę w zakresie stabilności. W przypadku ram z wysokimi pionowymi słupkami ma to większe znaczenie niż granica plastyczności.
Zasada wyboru jest prosta: używaj aluminium, gdy liczy się masa, korozja, modułowość lub koszt obróbki; stosować stal, gdy dominuje sztywność na jednostkę objętości w stałej powłoce, odporność na temperaturę lub koszt surowca.
Powszechnie stosowane rozwiązanie hybrydowe polega na umieszczeniu stalowych płyt podstawy i wytrzymałych nóg pod aluminiową górną konstrukcją z rowkiem T. Stal przenosi skoncentrowane obciążenia kotwowe, podczas gdy aluminiowa rama utrzymuje niski ciężar nad głową.
W przypadku wymagających ram maszyn producenci tacy jak Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd. łączą siły wytrzymałe profile 6061 z niestandardowymi formami, obróbką CNC i anodowanym wykończeniem powierzchni. Serie do dużych obciążeń od 40 mm do 120 mm pozwalają inżynierom dopasować grubość ścianki i geometrię szczeliny do docelowej sztywności.
HS-10-4545 Wytrzymały profil aluminiowy 4545 z rowkiem T ze ścianką 2,4 mm W tym wytrzymałym profilu o wymiarach 45 x 45 mm zastosowano stop 6063-T5 o wysokiej wytrzymałości i szczelinę 10,2 mm do połączeń o wysokim momencie obrotowym. Idealny do dużych podstaw maszyn i konstrukcji obciążonych punktowo, które wymagają maksymalnej stabilności. Zobacz produkt → Jeżeli projekt musi przenosić skoncentrowane obciążenia punktowe, należy sprawdzić ugięcie niepodpartego przęsła, zamiast polegać wyłącznie na współczynnikach gęstości. Seria 30, 40 i 45 obejmuje profile o pogrubionych ściankach o wysokiej wytrzymałości, które wytrzymują średnie i duże obciążenia.
Aluminium 6061-T6 ma gramaturę 2,70 g/cm2 3 (2700 kg/m 3 , 0,098 funta/cal 3 ). Stal węglowa A36 ma gramaturę 7,85 g/cm 3 (7850 kg/m 3 , 0,284 funta/cal 3 ). Stal nierdzewna 304 ma gramaturę około 8,00 g/cm 3 . Stal jest zatem około 2,9 razy gęstsza niż aluminium.
Zwykle tak. Aluminium 6061-T6 ma wytrzymałość właściwą około 102 kN-m/kg, podczas gdy stal A36 ma wytrzymałość 32 kN-m/kg, a A572 klasa 50 - 44 kN-m/kg. Tylko stale o bardzo wysokiej wytrzymałości, o wydajności około 690 MPa, zaczynają zbliżać się do wydajności wagowej 6061-T6.
Konstrukcje o krytycznym znaczeniu dla sztywności, bez miejsca na pogłębienie przekroju, ciągła praca w temperaturze powyżej 150°C, zmęczenie wysokocyklowe i projekty oparte wyłącznie na kosztach materiałów. W takich przypadkach wygrywa wyższy moduł stali, użyteczna granica wytrzymałości i niższa cena.
Ponieważ całkowity koszt instalacji jest niższy w przypadku wielu wersji maszyn. Wytłaczanie w kształcie litery T eliminuje spawanie i wyrównywanie, akceptuje standardowe złącza, po anodowaniu wytrzymuje środowisko mycia i można je rekonfigurować pod kątem przyszłych zmian układu.
Telefon
+86-021-5788 5585
+86-133 8191 2789
Adres
Nr 218, Zhongde Road, miasto Xiaokunshan, dystrykt Songjiang, Szanghaj, Chiny
Media
