Guía de resistencia al corte de aluminio: valores de aleación, pruebas y diseño de extrusión

Qué significa la resistencia al corte en perfiles extruidos

La resistencia al corte es la tensión máxima que un perfil de aluminio puede resistir antes de que un plano de material se deslice paralelo a la carga aplicada, y para las aleaciones estructurales de aluminio generalmente alcanza entre el 55 y el 65 por ciento de la resistencia máxima a la tracción.

En un marco extruido, el corte aparece en tres lugares separados: el vástago del perno, la rosca dentro de una tuerca en T y la pared de la ranura del perfil. Cada plano tiene un área y una condición de restricción diferentes, por lo que cada uno debe comprobarse de forma independiente; el plano más débil gobierna la articulación.

• Capacidad de corte del vástago del perno: decidida por el grado y el diámetro del sujetador.
• Fuerza del tirahilos de la tuerca en T: se establece según la longitud de enganche en la tuerca.
• Área de corte de la pared de la ranura del perfil: determinada por el espesor de la pared detrás de la ranura.

El anodizado no entra en el cálculo. Una capa de óxido de 5 a 25 micrómetros mejora la resistencia al desgaste de la superficie, pero la resistencia al corte en masa depende enteramente de la aleación base y el temple de la extrusión.

Resistencia al corte del aluminio por aleación y temple

En todas las aleaciones de aluminio comerciales, la resistencia al corte varía desde aproximadamente 40 MPa para metal puro recocido hasta 330 MPa para 7075-T6, y las dos aleaciones utilizadas en la mayoría de las extrusiones con ranura en T, 6063 y 6061, entregan entre 117 y 207 MPa dependiendo del temperamento.

El cambio de humor es importante en fotogramas reales. Una extrusión 6063-T6 resiste aproximadamente un 30 por ciento más de carga de corte por milímetro cuadrado que el mismo perfil en 6063-T5 en dimensiones de pared idénticas, por lo que las juntas de alto corte deben especificar el temple y verificarlo en el certificado de material.

Cómo se mide la resistencia al corte y dónde fallan los resultados

La resistencia al corte del aluminio se mide con pruebas de fijación de tipo punzón y de corte simple, y ambas requieren un control estricto del espacio libre; cuando la configuración no es correcta, la resistencia informada puede variar en más del 10 por ciento en el mismo material.

• ASTM B831 cubre las pruebas de corte tipo punzón de productos delgados de aleación de aluminio y es la referencia estándar para láminas y cupones de extrusión.
• ASTM F606 regula las pruebas de corte de sujetadores atornillados y se aplica cuando el perno, no el perfil, es el componente bajo evaluación.
• Los procedimientos internos de la fábrica basados ​​en estos estándares son comunes para los perfiles de extrusión y los resultados se imprimen en el certificado de prueba del material.

Tres variables corrompen los resultados de las pruebas de corte más que cualquier otra.

• Espacio libre entre el punzón y la matriz: demasiado pequeño produce un corte secundario y valores artificialmente altos; demasiado grande crea rebabas y números bajos y no repetibles.
• Orientación de la muestra: la resistencia puede diferir en un pequeño porcentaje entre las direcciones de extrusión y transversal debido a la orientación del grano.
• Preparación de la superficie: la sujeción desigual o las superficies anodizadas cambian la fricción en la zona de corte y deben eliminarse antes de realizar la prueba.

Para los perfiles extruidos, el resultado más representativo proviene de mecanizar una muestra plana a partir de la pared del perfil real y probar ese material exacto, no de los valores genéricos del manual de láminas.

La regla del 60 por ciento: estimación de la resistencia al corte a partir de datos de tracción

Cuando no se dispone de un valor de corte certificado, se estima la resistencia al corte como 60 por ciento de la resistencia máxima a la tracción; para las aleaciones de aluminio, esto predice la resistencia al cizallamiento y al corte perforante dentro de aproximadamente el 5,5 por ciento de los valores medidos en promedio.

La regla del 60 por ciento es una herramienta de etapa conceptual, no un sustituto de los datos certificados de las fábricas. Una vez que una unión se vuelve crítica, solicite el certificado de propiedades mecánicas para el calor de extrusión específico o realice una prueba de punzonado con un cupón del perfil entregado.

Utilice la regla en estas situaciones:

• Diseño conceptual, al comparar aleaciones y templados antes de fijar el diseño del marco.
• Cotización del proveedor, cuando una hoja de datos enumera la resistencia a la tracción pero omite la resistencia al corte.
• Análisis de falla, al verificar si una junta agrietada fue cargada más allá de un corte razonable permisible.

Aplicación de datos de resistencia al corte a marcos de extrusión con ranura en T

En el diseño de marcos con ranura en T, la resistencia al corte del material del perfil es más importante en la conexión, porque los marcos casi siempre fallan primero en la unión y no en la mitad del tramo.

Una junta atornillada con ranura en T está limitada por el menor de tres valores: capacidad de corte del perno, resistencia al desforre de la rosca de la tuerca en T o el área de corte de la pared del perfil detrás de la ranura. En perfiles de pared delgada, el labio de la ranura suele ser el plano más débil, por lo que las juntas sobrecargadas muestran una ranura deformada o agrietada antes de que el sujetador se corte.

El espesor de la pared es la palanca que aumenta la capacidad de la unión sin cambiar la aleación. Un perfil 4040 con una pared de 4,5 mm proporciona aproximadamente el doble de área de corte que una versión de pared delgada de 1,8 mm con la misma geometría de ranura, mientras que la resistencia al corte del material se mantiene en 207 MPa para 6061-T6 en ambos casos.

HS-8-4040W Perfil de aluminio con ranura en T 4040 de alta resistencia y pared de 4,5 mm La pared de 4,5 mm de este perfil 4040 casi duplica el área de corte en comparación con las versiones de paredes delgadas, lo que lo convierte en una excelente opción para zonas de juntas sometidas a cargas repetidas, como lo resalta la discusión circundante sobre el espesor de la pared y la resistencia al corte. Ver producto →

Para soportes de pórtico, brazos en voladizo y puntos de elevación, especifique perfiles 6061 de alta resistencia con paredes engrosadas en las zonas de unión y reserva de perfiles estándar para el resto de vanos. La versión corta de nuestra comparación 6061 y 6063: 6063-T5 se adapta a estructuras livianas, mientras que 6061-T6 es el valor predeterminado de ingeniería para juntas que soportan cargas de corte repetidas.

HS-10-4545 Extrusión de aluminio 4545 de alta resistencia con pared de 2,4 mm de espesor Ideal para soportes de pórtico y brazos en voladizo, este perfil de 45x45 ofrece una pared de 2,4 mm para mayor capacidad de unión. Su ranura en T de 10,2 mm admite sujetadores pesados ​​y se adapta a aplicaciones donde se enfatiza el rendimiento de corte de grado 6061. Ver producto →

Una vez establecido el corte permitido, aplique un factor de seguridad de al menos 2 para cargas estáticas y 3 para cargas dinámicas o inversas antes de compararlo con la fuerza conjunta aplicada.

Preguntas frecuentes sobre la resistencia al corte del aluminio