1. Įvadas
Aliuminis dėl didelio stiprumo ir svorio santykio yra viena iš plačiausiai naudojamų inžinerinių medžiagų pasaulyje, atsparumas korozijai, ir formavimas.
Dar, net ir nedidelės svorio įvertinimo klaidos gali išmušti iš bėgių gamybos grafiką, padidinti siuntimo išlaidas, ir sukompromituoti konstrukcinius skaičiavimus.
Šiame vadove, išnagrinėsime aliuminio tankio pagrindus, standartinės skaičiavimo formulės, praktiniais pavyzdžiais, ir dažni spąstai, suteiktų žinių, kaip patikimai įvertinti aliuminio svorį.
2. Aliuminio pagrindai ir jo tankis
Svorio skaičiavimo pagrindas yra pagrindinės aliuminio fizinės savybės:
- Tankis (r): Standartas 2.70 g/cm³ (arba 2,700 kg/m³).
- Lydymosi taškas: ~660 °C – nesvarbu svoriui, bet svarbi perdirbimui.
- Įprasti lydiniai: 6061-T6, 7075-T6 (nedidelis tankio pokytis ±1–2 %).
Legiravimo elementai (Pvz., magnis, Silicis) o poringumas dėl liejimo ar ekstruzijos gali pakeisti tankį iki ±0,05 g/cm³, todėl visada patvirtinkite konkretaus lydinio duomenų lapą.
3. Standartinė aliuminio svorio skaičiavimo formulė
Tikslus aliuminio komponentų svorio apskaičiavimas prasideda nuo pagrindinių matematinių principų supratimo.
Nesvarbu, ar dėl dizaino optimizavimo, pirkimų planavimas, arba struktūrinė analizė, nuosekli ir patikima formulė užtikrina, kad bus naudojamas tinkamas medžiagos kiekis, sumažinant atliekų kiekį ir išlaidas.
Bendroji formulė
Jo esmė, bet kurio aliuminio objekto svoris nustatomas naudojant pagrindinę masės formulę:
Svoris (kg)=Tūris (m³)× Tankis (kg/m³)
- Aliuminio tankis paprastai yra 2,700 kg/m³ (arba 2.70 g/cm³) grynoms klasėms, nors jis gali šiek tiek skirtis priklausomai nuo lydinio.
- Apimtis apskaičiuojamas pagal komponento formą ir matmenis.
Vieneto nuoseklumas yra labai svarbus:
Dažnas klaidų šaltinis yra nenuoseklūs vienetai.
Pavyzdžiui, tūrio skaičiavime naudojant milimetrus, o ne metrus, bus klaidų 1,000,000. Skaičiuodami SI vienetais, matmenis visada konvertuokite į metrus.
| Ilgio vienetas | Konvertavimas į metrus |
|---|---|
| mm | ÷ 1,000 |
| cm | ÷ 100 |
| coliai | × 0.0254 |
Įprasta aliuminio svorio apskaičiavimo formulė
Supaprastinti bendrų formų skaičiavimus, inžinieriai dažnai naudoja iš anksto sukurtas formules, kurios integruoja tūrį ir tankį.
Žemiau pateikiamos standartinės formulės, plačiai naudojamos pramonėje, kiekvienas pagrįstas vidutiniu aliuminio tankiu 2,700 kg/m³.
| Forma | Formulė | Vienetai |
|---|---|---|
| Aliuminio juosta / Plokštelė | P = 0,00271 × T × P × L | mm × mm × mm |
| Aliuminio strypas (Apvalus Kietas) | P = 0,00220 × D^ 2 × L | mm × mm × mm |
| Kvadratinis aliuminio strypas | W = 0,00280 × a^ 2 × L | mm × mm × mm |
| Aliuminio vamzdis (Tuščiaviduriai) | W = 0,00879 × t ×(D−t)×L | mm × mm × mm |
| Raštuota lėkštė | Wperm² = 2,96 × t | mm (storio) |
Raktas:
- T = Storis, W = Plotis, L = Ilgis
- D = Išorinis skersmuo, t = Sienelės storis
- a = Kvadratinių sekcijų šono plotis
Kiekvienas koeficientas (Pvz., 0.00271, 0.00220) gaunami pavertus mm³ į m³ ir padauginus iš medžiagos tankio (2,700 kg/m³), nurodant tikslų svorį kilogramais.
Žingsnis po žingsnio skaičiavimo pavyzdžiai
Pavyzdys 1: Plokščia aliuminio plokštė
Matuoja lėkštė 4 mm stori, 1,000 mm pločio, ir 2,000 mm ilgio:
W = 0,00271 × 4 × 1000 × 2000 = 21,68 kg
Pavyzdys 2: Tvirtas apvalus strypas
Skersmuo = 50 mm, Ilgis = 1,000 mm:
W = 0,00220 × 50^ 2 × 1000 = 5 500 g = 5,5 kg
Pavyzdys 3: Tuščiaviduris aliuminio vamzdis
Išorinis skersmuo = 60 mm, Sienelės storis = 5 mm, Ilgis = 1,200 mm:
W = 0,00879 × 5 ×(60−5)×1200= 2926,2g≈2,93kg
Šie pavyzdžiai ne tik supaprastina įvertinimą, bet ir yra patikimi citavimo etalonai, siuntimas, ir apdirbimo procesus.
4. Tolerancijos, Laužo faktoriai, ir realaus pasaulio koregavimai
Gamybos nustatymuose, sąskaita:
- Medžiagos tolerancija: ±0,2 mm storio svyravimai sudaro iki ±2 % svorio paklaidą.
- Laužo faktorius: Įtraukite 5–10 % papildomos medžiagos apdirbimo ir tvarkymo nuostoliams.
- Poringumas & Dangos: Lietos dalys gali prarasti ~1% tankį iki tuštumų; anodavimas prideda ~0,02 kg/m².
Todėl, pridėti saugos ribą – dažnai +7%- atlikti neapdorotus skaičiavimus prieš užsakant.
5. Dažnos klaidos ir kaip jų išvengti
- Vienetų neatitikimas: Neteisingai konvertuojant mm³ į m³, paklaidos padauginamos iš 1 000³.
- Tuščiavidurių pjūvių ignoravimas: Nepavykus atimti vidinio skersmens, pervertinama 30–50%..
- Su vaizdu į Alloy Variance: Darant prielaidą 2.70 g/cm³ visiems lydiniams gali iškreipti rezultatus 1–2 %.
- Praleidžiant laužo faktorių: Neatsižvelgiant į apdirbimo nuostolius, medžiagų užsakymai neįvertinami 5–10 %.
Visada dar kartą patikrinkite vienetus, atimti tuščius tūrius, ir suapvalinti iki kito standartinio strypo ilgio.
6. Aliuminio lydinių klasifikacija
Aliuminio lydiniai yra nepaprastai universalūs, o jų klasifikacija atspindi įvairų kompozicijų spektrą, Apdorojimo metodai, ir jų palaikomas programas.
Norint pasirinkti tinkamą medžiagą konkrečiai inžinerijai, būtina suprasti šias klasifikacijas, Gamyba, ir struktūriniai reikalavimai.
Žemiau pateikiami plačiausiai pripažinti klasifikavimo metodai:
Remiantis apdorojimo metodu
Deformuoti aliuminio lydiniai
Šie lydiniai yra skirti plastinei deformacijai ir dažniausiai formuojami į lakštus, lėkštės, ekstruzijos, vamzdžiai, ir kaltinius procesus, tokius kaip valcavimas, ekstruzija, arba kalimo.
Deformuoti aliuminio lydiniai skirstomi į:
- Termiškai neapdorojami lydiniai: Sustiprinta visų pirma dirbant šaltai (Pvz., tempimo grūdinimas). Pavyzdys: 3XXX ir 5XXX serijos.
- Termiškai apdorojami lydiniai: Įgykite jėgų termiškai apdorojant tirpalu ir senstant. Pavyzdys: 2XXX, 6XXX, ir 7XXX serijos.
Lieti aliuminio lydiniai
Lietas aliuminis lydiniai pirmiausia naudojami gaminant sudėtingos geometrijos komponentus, kuriuos sunku pasiekti formuojant.
Šie lydiniai paprastai turi mažesnį mechaninį stiprumą, palyginti su kaltiniais lydiniais, tačiau yra optimizuoti liejamumui. Jie apima:
- Al-Taip (Aliuminis-Silicis): Puikus liejimo efektyvumas ir atsparumas dilimui.
- Al-Cu (Aliuminis-Varis): Didelis stiprumas, bet vidutinis atsparumas korozijai.
- Al-Mg (Aliuminis-magnis): Geras atsparumas korozijai.
- Al-Zn (Aliuminis-cinkas): Didelis stiprumas, bet mažiau atsparus korozijai.
Remiantis serija „Kompozicija ir atlikimas“.
Aliuminio asociacija sukūrė keturių skaitmenų žymėjimo sistemą kaltiniams lydiniams ir trijų skaitmenų sistemą liejiniams lydiniams.
1XXX–7XXX serijos yra labiausiai paplitusios kaltinių lydinių grupės:
| Serija | Legiravimo elementas | Pagrindinės charakteristikos | Bendros programos |
|---|---|---|---|
| 1XXX | ≥99% gryno aliuminio | Puikus laidumas, mažas stiprumas | Elektros laidininkai, Šilumokaičiai |
| 2XXX | Vario | Didelė jėga, prastas atsparumas korozijai | Aviacijos ir kosmoso, Automobiliai |
| 3XXX | Manganas | Geras atsparumas korozijai, vidutinio stiprumo | Stogo dengimas, dailylentės, virtuvės reikmenys |
| 4XXX | Silicis | Geras atsparumas dilimui, naudojami liejiniams ir suvirinimui | Variklio komponentai, karščiui atsparios dalys |
| 5XXX | Magnis | Puikus atsparumas korozijai, Didelė jėga | Jūrų, Automobiliai, struktūrinės |
| 6XXX | Magnis & Silicis | Universalus, geras formavimas ir suvirinamumas | Statyba, transportavimas |
| 7XXX | Cinkas | Itin didelio stiprumo, mažesnis atsparumas korozijai | Aviacijos ir kosmoso, sporto įranga |
Specialūs lydiniai
Be standartinių serijų, pažangūs lydiniai, pvz Aliuminis-Litis (Al-Li) yra sukurti aviacijos ir kosmoso reikmėms, siūlo puikų stiprumo ir svorio santykį bei padidintą atsparumą nuovargiui.
Remiantis galutinio naudojimo programomis
Aliuminio lydiniai taip pat gali būti klasifikuojami pagal pramonę arba pritaikymą, kuriuo jie naudojami, atspindi didėjančią specializaciją įvairiuose sektoriuose:
- Statyba: Langų rėmai, užuolaidų sienos, stogų sistemos.
- Transportas: Automobilio kėbulo plokštės, traukinių vagonai, orlaivių fiuzeliažai.
- Elektros & Elektronika: Radiatoriai, kabelių apvalkalai, šilumos kriauklės.
- Pakuotė: Gėrimų skardinės, folijos, maisto konteineriai.
- Aviacijos ir kosmoso & Gynyba: Lėktuvo konstrukcijos komponentai, raketų korpusai, radarų gaubtai.
Daugiamatė klasifikacija praktikoje
Svarbu pažymėti, kad šios klasifikavimo sistemos nėra tarpusavyje nesuderinamos. Pavyzdžiui, lydinys kaip 6061-T6 patenka po:
- 6XXX serija remiantis jo sudėtimi (Al-Mg-Si),
- Deformuotas aliuminio lydinys remiantis apdorojimu,
- Ir taip pat gali būti suskirstyti į kategorijas transporto programos dėl plačiai paplitusio naudojimo transporto priemonių rėmuose.
Ši daugiamatė klasifikacija suteikia lankstumo ir tikslumo pasirenkant tinkamą aliuminio lydinį bet kokiai inžinerinei užduočiai..
7. Išvada
Tikslus aliuminio svorio apskaičiavimas leidžia kontroliuoti išlaidas, Struktūrinis vientisumas, ir tiekimo grandinės efektyvumą.
Naudojant svertą standartizuotos formulės, apskaitą realaus pasaulio veiksniai, ir integruojantis skaitmeniniai įrankiai, inžinieriai ir pirkimų komandos gali optimizuoti medžiagų naudojimą, sumažinti atliekų kiekį, ir atitinka griežtas dizaino specifikacijas.
8. DUK
- Koks yra standartinis aliuminio tankis?
Paprastai 2.70 g/cm³, tačiau konkrečių lydinių duomenų lapuose gali būti nurodyta 2,68–2,80 g/cm³. - Kaip apskaičiuoti aliuminio apvalaus strypo svorį?
Naudokite W=0,00220×D2×LW = 0.00220 \kartus D^2 kartai LW=0,00220×D2×L (D ir L mm). - Ar skirtingi aliuminio lydiniai turi įtakos svorio skaičiavimams?
Taip – tankis skiriasi ±1–2 %; visada patvirtinkite lydinio techninių duomenų lape. - Ar yra internetinių aliuminio svorio skaičiuoklių??
Yra daug – ieškokite skaičiuoklių, leidžiančių nurodyti formą, matmenys, ir tankis. - Kiek tikslūs yra CAD pagrįstos svorio prognozės?
CAD įrankiai naudoja tas pačias geometrines formules, ±1 % tikslumas, jei įvesite teisingą tankį ir matmenis.
