Хсау Хсау Хсау Хсау Хсау
Хсау Хсау Хсау Хсау
Инженеру по техническому обслуживанию интегратора автомобильных аккумуляторных батарей приходится заменить сварную стальную раму машины весом 186 кг. Алюминиевая рама с Т-образным пазом, спроектированная по той же внешней оболочке, до механической обработки весит около 64 кг. Разница в 122 кг – вот почему плотность алюминия по сравнению со сталью (2,70 г/см 3 против примерно 7,85 г/см 3 ) — одно из первых чисел, указываемых при сравнении конструкционных материалов.
Но сама по себе плотность ничего не решает; это только открывает анализ. Реальный результат зависит от того, как плотность взаимодействует с пределом текучести, модулем Юнга, геометрией поперечного сечения и методом сборки. В этой статье приводятся справочные значения, объясняются математические расчеты соотношения прочности к весу и жесткости, а также излагаются практические основы выбора алюминиевого экструзии по сравнению со стальными профилями.
Сталь примерно в 2,9 раза плотнее алюминия, и это соотношение остается почти постоянным для обычных конструкционных марок. Алюминий 6061-T6 имеет плотность 2,70 г/см. 3 , Углеродистая сталь А36 имеет плотность 7,85 г/см. 3 , а нержавеющая сталь 304 имеет плотность примерно 8,00 г/см. 3 .
Плотность обычных конструкционных металлов в г/см 3 . Сталь примерно в три раза плотнее алюминия.
В британских единицах измерения алюминий 6061 имеет плотность 0,098 фунта/дюйм. 3 и сталь при 0,284 фунта/дюйм 3 , сохраняя то же соотношение 2,9x. Легирование меняет значения незначительно: 7075-T6 достигает 2,81 г/см. 3 , в то время как высокопрочные и нержавеющие стали остаются в пределах от 7,75 до 8,10 г/см. 3 диапазон.
В таблице ниже указаны предел текучести, модуль упругости и удельная прочность для пяти металлов, которые регулярно конкурируют в промышленных конструкциях.
| Материал | Плотность г/см 3 | Выход МПа | Е ГПа | Удельная прочность, кН-м/кг |
| Алюминий 6061-T6 | 2.70 | 276 | 68.9 | 102 |
| Алюминий 7075-T6 | 2.81 | 503 | 71.7 | 179 |
| Сталь А36 | 7.85 | 250 | 200 | 32 |
| Сталь А572 Марка 50 | 7.85 | 345 | 200 | 44 |
| Нержавеющая сталь 304 | 8.00 | 205 | 193 | 26 |
В конструкции с ограниченным пределом текучести алюминий 6061-T6 обеспечивает примерно в три раза большую грузоподъемность, чем сталь A36 при том же весе.
Удельная прочность равна пределу текучести, деленному на плотность. Он показывает, какую нагрузку может выдержать килограмм материала, прежде чем он уступит.
Подсчет цифр по пяти структурным классам проясняет закономерность.
Поставщики экструзии воплощают это в практической геометрии: высокопрочный профиль 3030 со стенкой 2,0 мм выдерживает заметно большую нагрузку, чем стандартный профиль 3030, при лишь небольшом увеличении массы на метр. Указание толщины стенок зачастую является более быстрым способом достижения грузоподъемности, чем переход к более крупной серии.
HS-8-3030A Высокопрочный алюминиевый профиль 3030 с Т-образным пазом и стенкой 2,0 мм Этот профиль 30x30 мм с утолщенной стенкой толщиной 2,0 мм и весом 0,85 кг/м повышает грузоподъемность по сравнению со стандартными секциями 3030, что делает его практичным выбором для рам с ограниченной усталостью и прогибами, где жесткость имеет значение. Посмотреть продукт → Усталость меняет картину. Предел усталостной выносливости стали составляет от 40 до 50 процентов от ее предельной прочности, что означает, что она может работать бесконечно ниже этого напряжения. Алюминий не имеет настоящего предела выносливости, поэтому высокоцикличные применения часто оправдывают использование стали даже с учетом снижения веса.
Для балки с контролируемой жесткостью вы не сравниваете только плотность; вы сравниваете жесткость на изгиб, которая является произведением модуля Юнга (E) и момента инерции (I) поперечного сечения. Более высокий модуль стальной балки в 2,9 раза компенсируется способностью алюминиевого профиля нести больше материала дальше от нейтральной оси.
Стальная квадратная труба размером 100 х 100 х 3 мм имеет момент инерции 1,83 х 10. 6 мм 4 и весит 9,1 кг/м. Алюминиевая квадратная труба 120 х 120 х 5 мм имеет момент инерции 5,08 х 10. 6 мм 4 .
Коэффициент жесткости на изгиб: (68,9 ГПа x 5,08) / (200 ГПа x 1,83) = 0,96, в пределах 4 процентов жесткости стального элемента. Вес: 6,2 кг/м против 9,1 кг/м, экономия 32 процента.
Если вы масштабируете алюминиевую секцию до тех пор, пока она не будет соответствовать весу стали, трубка размером 170 x 170 x 5 мм обеспечит примерно в 2,8 раза большую жесткость на изгиб стали.
Алюминиевые профили с Т-образными пазами позволяют легко использовать этот эффект геометрии. Полые профили с усиленными стенками, глубокими пазами и широкими фланцами обеспечивают высокие моменты инерции на килограмм, а это именно то, что нужно рамам с ограниченным прогибом.
HS-8-4040D Высокопрочный алюминиевый профиль 4040 с Т-образным пазом и стенкой 3,2 мм Этот профиль размером 40x40 мм с утолщенной стенкой толщиной 3,2 мм и отсутствием предварительно просверленных отверстий обеспечивает высокую жесткость на килограмм. Он подходит для тяжелых рам, где коробление и прогиб колонны являются критически важными факторами при проектировании. Посмотреть продукт → Выпучивание добавляет еще один слой. Нагрузка на продольный изгиб колонны зависит от EI, деленного на квадрат длины без опоры, поэтому опора рамы, изготовленная из более глубокой алюминиевой секции, наследует то же преимущество устойчивости. Для рам с высокими вертикальными стойками это имеет большее значение, чем предел текучести.
Правило выбора простое: используйте алюминий, когда важны масса, коррозия, модульность или стоимость обработки; используйте сталь, когда преобладают жесткость на единицу объема в фиксированной оболочке, термостойкость или стоимость сырья.
В обычном гибридном решении стальные опорные плиты и прочные ножки размещаются под алюминиевой верхней конструкцией с Т-образными пазами. Сталь выдерживает концентрированные нагрузки на анкеры, а алюминиевая рама снижает вес над головой.
Для изготовления сложных корпусов машин такие производители, как Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd., объединяют сверхпрочные профили 6061 с изготовлением пресс-форм на заказ, обработкой на станке с ЧПУ и анодированной поверхностью. Серия для тяжелых нагрузок от 40 до 120 мм позволяет инженерам подобрать толщину стенок и геометрию пазов в соответствии с заданной жесткостью.
HS-10-4545 Сверхмощный алюминиевый профиль 4545 с Т-образным пазом и стенкой 2,4 мм В этом прочном профиле размером 45x45 мм используется высокопрочный сплав 6063-T5 и имеется паз 10,2 мм для соединений с высоким крутящим моментом. Идеально подходит для больших машинных баз и конструкций с точечной нагрузкой, требующих максимальной устойчивости. Посмотреть продукт → Если конструкция должна выдерживать сосредоточенные точечные нагрузки, проверяйте прогиб неподдерживаемого пролета, а не полагайтесь только на коэффициенты плотности. Серии 30, 40 и 45 включают утолщенные высокопрочные профили, выдерживающие средние и тяжелые нагрузки.
Алюминий 6061-T6 составляет 2,70 г/см. 3 (2700 кг/м 3 , 0,098 фунта/дюйм 3 ). Углеродистая сталь А36 — 7,85 г/см. 3 (7850 кг/м 3 , 0,284 фунта/дюйм 3 ). Нержавеющая сталь 304 составляет около 8,00 г/см. 3 . Таким образом, сталь примерно в 2,9 раза плотнее алюминия.
Обычно да. Алюминий 6061-T6 имеет удельную прочность около 102 кН-м/кг, сталь A36 — 32 кН-м/кг, а марка A572 50 — 44 кН-м/кг. Только очень высокопрочные стали с пределом текучести около 690 МПа начинают приближаться к весовой эффективности 6061-Т6.
Конструкции, критичные к жесткости, без места для углубления секции, непрерывная работа при температуре выше 150°C, многоцикловая усталость и проекты, ориентированные исключительно на материальные затраты. В таких случаях выигрывают более высокий модуль стали, полезный предел выносливости и более низкая цена.
Потому что общая стоимость установки во многих моделях машин ниже. Экструзия с Т-образным пазом исключает сварку и выравнивание, позволяет использовать стандартные разъемы, выдерживает воздействие окружающей среды при анодировании и может быть переконфигурирована для будущих изменений компоновки.
Телефон
+86-021-5788 5585
+86-133 8191 2789
электронная почта
Адрес
№ 218, Zhongde Road, город Сяокуньшань, район Сунцзян, Шанхай, Китай
СМИ
