알루미늄 전단 강도 가이드: 합금 값, 테스트 및 압출 설계

압출 프로파일에서 전단 강도의 의미

전단 강도는 재료의 한 평면이 적용된 하중에 평행하게 미끄러지기 전에 알루미늄 프로파일이 견딜 수 있는 최대 응력이며, 구조용 알루미늄 합금의 경우 일반적으로 최대 인장 강도의 55~65%에 도달합니다.

압출 프레임에서 전단은 볼트 생크, T 너트 내부의 나사산 맞물림, 프로파일의 슬롯 벽 등 세 가지 개별 위치에 나타납니다. 각 평면은 서로 다른 면적과 제약 조건을 가지므로 각각을 독립적으로 확인해야 합니다. 가장 약한 평면이 관절을 지배합니다.

• 볼트 생크 전단 용량 - 패스너 등급 및 직경에 따라 결정됩니다.
• T-너트 스레드 스트립 강도 - 너트의 맞물림 길이에 따라 설정됩니다.
• 프로파일 슬롯 벽 전단 영역 - 슬롯 뒤의 벽 두께에 따라 결정됩니다.

아노다이징은 계산에 포함되지 않습니다. 5~25마이크로미터의 산화물 층은 표면 내마모성을 향상시키지만 벌크 전단 강도는 전적으로 기본 합금과 압출의 템퍼에 의해 결정됩니다.

합금과 템퍼에 따른 알루미늄 전단강도

상업용 알루미늄 합금 전반에 걸쳐 전단 강도는 어닐링된 순수 금속의 경우 약 40MPa에서 7075-T6의 경우 330MPa에 이르며, 대부분의 T-슬롯 압출에 사용되는 두 합금인 6063 및 6061은 성질에 따라 117~207MPa를 제공합니다.

실제 프레임에서는 성격 변화가 중요합니다. 6063-T6 압출은 동일한 벽 치수에서 6063-T5의 동일한 프로파일보다 평방밀리미터당 약 30% 더 많은 전단 하중에 저항하므로 고전단 조인트는 템퍼를 지정하고 재료 인증서에서 이를 확인해야 합니다.

전단 강도 측정 방법 및 결과가 잘못된 부분

알루미늄 전단 강도는 펀치형 및 단일 전단 고정 장치 테스트로 측정되며 둘 다 엄격한 간격 제어가 필요합니다. 설정이 꺼지면 동일한 재료에서 보고된 강도가 10% 이상 바뀔 수 있습니다.

• ASTM B831은 얇은 알루미늄 합금 제품의 펀치형 전단 시험을 다루며 시트 및 압출 쿠폰에 대한 표준 참조입니다.
• ASTM F606은 볼트 체결 패스너의 전단 테스트를 관리하며 프로파일이 아닌 볼트가 평가 대상 구성 요소인 경우에 적용됩니다.
• 이러한 표준을 기반으로 한 내부 밀링 절차는 압출 프로파일에 일반적이며 결과는 재료 테스트 인증서에 인쇄됩니다.

세 가지 변수는 다른 변수보다 전단 시험 결과를 더 손상시킵니다.

• 펀치-다이 클리어런스: 너무 작으면 2차 전단이 발생하고 인위적으로 높은 값이 생성됩니다. 너무 크면 버가 생기고 반복할 수 없는 낮은 숫자가 생성됩니다.
• 시편 방향: 입자 방향으로 인해 압출 방향과 가로 방향 간에 강도가 몇 퍼센트씩 다를 수 있습니다.
• 표면 준비: 고르지 않은 클램핑 또는 양극 처리된 표면은 전단 영역에서 마찰을 변경하므로 테스트 전에 제거해야 합니다.

압출 프로파일의 경우 가장 대표적인 결과는 일반적인 시트 스톡 핸드북 값이 아닌 실제 프로파일 벽에서 평평한 쿠폰을 가공하고 정확한 재료를 테스트한 결과입니다.

60% 규칙: 인장 데이터에서 전단 강도 추정

인증된 전단 값을 사용할 수 없는 경우 전단 강도를 극한 인장 강도의 60%로 추정합니다. 알루미늄 합금의 경우 이는 평균 측정값의 약 5.5% 내에서 블랭킹 및 피어싱 전단 강도를 예측합니다.

60% 규칙은 개념 단계 도구이지 인증된 공장 데이터를 대체할 수는 없습니다. 조인트가 중요해지면 특정 압출 열에 대한 기계적 특성 인증서를 요청하거나 제공된 프로파일의 쿠폰에 대해 펀치 테스트를 실행하십시오.

다음 상황에서는 규칙을 사용하세요.

• 프레임 레이아웃이 고정되기 전 합금과 템퍼를 비교할 때 개념 설계.
• 데이터 시트에 인장 강도가 기재되어 있지만 전단 강도가 생략된 공급업체 견적.
• 균열된 접합부에 합리적인 허용 전단력을 초과하여 하중이 가해졌는지 여부를 확인할 때 파손 분석.

T-슬롯 압출 프레임에 전단 강도 데이터 적용

T-슬롯 프레임 설계에서 프로파일 재료의 전단 강도는 연결부에서 가장 중요합니다. 왜냐하면 프레임은 거의 항상 스팬 중간이 아닌 연결부에서 먼저 파손되기 때문입니다.

볼트 체결식 T-슬롯 조인트는 볼트 전단 용량, T-너트 스레드 스트립 강도 또는 슬롯 뒤 프로파일 벽의 전단 면적 등 세 가지 값 중 가장 작은 값으로 제한됩니다. 벽이 얇은 프로파일에서 슬롯 립은 일반적으로 가장 약한 평면이므로 과부하된 조인트가 패스너가 절단되기 전에 슬롯이 변형되거나 균열된 것으로 나타납니다.

벽 두께는 합금을 바꾸지 않고도 접합 능력을 높이는 레버입니다. 벽이 4.5mm인 4040 프로파일은 동일한 슬롯 형상에서 벽이 얇은 1.8mm 버전의 전단 면적의 대략 두 배를 제공하는 반면, 두 경우 모두 재료 전단 강도는 6061-T6의 경우 207MPa로 유지됩니다.

HS-8-4040W 초경량 4040 T-슬롯 알루미늄 프로파일(벽 4.5mm 포함) 이 4040 프로파일의 4.5mm 벽은 벽이 얇은 버전에 비해 전단 면적이 거의 두 배이므로 벽 두께와 전단 강도에 대한 주변 논의에서 강조된 바와 같이 반복 하중을 받는 접합 영역에 대한 강력한 선택이 됩니다. 제품보기 →

갠트리 브래킷, 캔틸레버 암 및 리프팅 지점의 경우 다음을 지정하십시오. 견고한 6061 프로파일 조인트 영역의 벽이 두꺼워지고 나머지 스팬에 대한 표준 프로파일이 보존됩니다. 6061과 6063 비교의 짧은 버전: 6063-T5는 가벼운 프레임에 적합한 반면, 6061-T6은 반복 전단 하중을 받는 조인트의 엔지니어링 기본값입니다.

HS-10-4545 2.4mm 두께의 벽을 갖춘 견고한 4545 알루미늄 압출 갠트리 브래킷과 캔틸레버 암에 이상적인 이 45x45 프로파일은 추가 조인트 용량을 위해 2.4mm 벽을 제공합니다. 10.2mm T 슬롯은 무거운 패스너, 6061 등급 전단 성능이 강조되는 피팅 응용 분야를 지원합니다. 제품보기 →

전단 허용치가 설정되면 적용된 접합력과 비교하기 전에 정적 하중에 대해 최소 2, 동적 또는 역방향 하중에 대해 3의 안전계수를 적용합니다.

알루미늄 전단 강도 FAQ