¿Cuánto Peso Pueden Soportar las Extrusiones de Aluminio?

¿Sabías que el aluminio puede soportar su propio peso – literalmente – comparado con el acero? ¿Y sabías que las piezas extruidas a menudo son más fuertes y ligeras que las piezas formadas de chapa?

La extrusión de aluminio es una forma modular y ligera de crear perfiles intrincados y sistemas sin costuras sin tener que involucrar a un soldador.

Sin embargo, para el armazón estructural y de alta resistencia, algunos ingenieros siguen siendo escépticos: ¿cuánto peso pueden soportar realmente las extrusiones de aluminio?

¡Esperamos que esta guía abra los ojos a lo que es posible con el aluminio estructural – perfiles extruidos y soportes!

Table of Contents

• Lo Básico: ¿Cuánto Peso Pueden Soportar las Extrusiones de Aluminio?
• Valores Comunes de Resistencia en Grados Populares de Aluminio
• 3 Factores que Impactan la Resistencia al Construir con Extrusión de Aluminio
• Ingeniería y Diseño en Armazón Estructural
• Grado del Perfil
• Grados de los Soportes de Aluminio
• Uso Final
• Donde Entra tu Soporte de Diseño e Ingeniería

Lo Básico: ¿Cuánto Peso Pueden Soportar las Extrusiones de Aluminio?

Comencemos con lo básico e indiscutible de las extrusiones de aluminio, independientemente del producto o proveedor.

La pregunta “¿Qué tan fuerte es el aluminio extruido?” no tiene una respuesta 100% firme. Una mejor pregunta sería, “¿Cuánta fuerza quiero obtener de mi sistema de aluminio extruido?”

Los componentes del armazón de extrusión de aluminio son capaces de soportar aplicaciones de alta carga:

- Bases de máquinas

- Transportadores

- Plataformas de trabajo

- Otros proyectos estructurales de fabricación

Eso puede sonar extraño, ya que el aluminio es un metal blando. De hecho, añade fuerza al depender de elementos de aleación como:

- Silicio

- Magnesio

- Manganeso

Con los perfiles adecuados, un ingeniero puede lograr un equilibrio entre fuerza y peso que supera otros procesos – incluso aquellos que utilizan acero.

Los dos números principales que los ingenieros utilizan para comparar los tipos de aluminio son la resistencia a la tracción y la resistencia al rendimiento.

- La resistencia a la tracción de las aleaciones estándar varía de 10,000 a 70,000 psi.

- La resistencia al rendimiento a menudo cae entre 20,000 y 35,000 psi.

La composición del material y el tratamiento térmico son los factores que influyen en la resistencia inicial de un perfil.

Valores Comunes de Resistencia en Grados Populares de Aluminio

No hay mucha diferencia en la calidad de las materias primas de un fabricante a otro. En cambio, concéntrate en cómo tú y el fabricante utilizan el material.

3 Factores que Impactan la Resistencia al Construir con Extrusión de Aluminio

En cada aplicación estructural única, la capacidad de peso de la extrusión de aluminio depende de:

- Ingeniería y diseño – la conexión

- Grado de aluminio

- Anodizado

- Uso final

¡El no entender el 1 puede literalmente hacer o deshacer tu ensamblaje!

Ingeniería y Diseño

¿Sorprendido de ver esto antes que el grado?

Si es así, piensa en la naturaleza de las formas estructurales de aluminio.

Una pata de banco de trabajo podría soportar 75,000 lbs de fuerza compresiva. Eso significaría 300,000 lbs en total a través de cuatro patas.

No lograrás ni cerca de esa fuerza si utilizas los materiales de manera incorrecta. Las decisiones de diseño que impactan la resistencia incluyen tamaño, forma, espesor de pared y – sobre todo en el armazón estructural – conexión.

- Tamaño – Las dimensiones generales afectan en gran medida la resistencia y rigidez de un perfil. Un miembro estructural alto y delgado tendrá alta resistencia y rigidez en una dirección, pero mucho menos en la otra dirección.

- Forma – La carga de flexión y torsión (pero no axial) puede causar más daño a una forma única que a una forma tradicional. Cuanto más asimétrica o desequilibrada sea una forma, menos probable es que mantenga sus dimensiones bajo estrés. Considera cuidadosamente las formas de los componentes en cualquier proyecto de extrusión estructural – incluso las secciones transversales cuadradas y circulares simples difieren en resistencia a la flexión.

- Espesor de la pared – Alta variación en el espesor a lo largo de los componentes puede causar distorsión. La regla de oro es que el espesor mínimo de una pared de un perfil debe ser al menos el 50% del área más gruesa. Los perfiles con espesores de pared variables también pueden distorsionarse durante el tratamiento térmico ya que las áreas de diferente tamaño se enfrían a diferentes velocidades.

En cuanto a la conexión...

Ingeniería y Diseño en Armazón Estructural

En el armazón estructural de aluminio, la conexión siempre ha sido el punto débil.

Los perfiles extruidos en T son un componente común de los sistemas de armazón modular. La ranura en forma de “T” permite que las piezas se bloqueen juntas sin necesidad de soldadura u otros métodos para agregar juntas.

Sin embargo, algunos perfiles en T están sobrediseñados (debido a la desconfianza en la integridad estructural del aluminio) y parecen más fuertes de lo que son en la práctica. Incluso con un producto inicial fuerte, los sistemas de armazón basados en perfiles en T se aflojan y se desalinean con el tiempo.

Afortunadamente, para los diseños estructurales de aluminio, hay alternativas emergentes a los perfiles en T. Estas soluciones modernizadas utilizan soportes autoalineables para mantener las conexiones precisas, brindando un soporte impresionante a una estructura portante de peso.

La resistencia de los perfiles tradicionales en T tiene poca relevancia, ya que todavía están limitados por su sistema de conexión deficiente. Con las alternativas más recientes, es la situación opuesta: los perfiles son el único factor limitante en la resistencia de un ensamblaje gracias a una conexión excelente.

Consulta con tu socio de diseño de extrusión de aluminio sobre sujetadores mecánicamente bloqueantes que optimicen la resistencia de tu ensamblaje. Estos sistemas modulares eliminan el constante desplazamiento de las juntas de los perfiles en T y son capaces de aprovechar todo el potencial de la resistencia del perfil.

Grado del Perfil

Sí, la elección del grado impactará la resistencia de tu aluminio extruido, pero no tanto como la ingeniería. Ten en cuenta que el grado que usan tus perfiles puede no ser el mismo que deberían usar tus soportes (y viceversa).

Las aleaciones de aluminio comunes en los propios perfiles de extrusión incluyen:

6063-T6

- Resistencia a la Tracción: 35,000 psi

- Resistencia al Rendimiento: 31,000 psi

Esta aleación común de magnesio-silicio sobresale con características que normalmente son difíciles de extruir, como paredes delgadas y detalles intrincados. Fácil de anodizar (más sobre eso a continuación), el 6063 resiste la corrosión mejor que el grado promedio.

La versión 6063-T6 (tratada térmicamente) es uno de los grados más populares para los sistemas de armazón estructural de aluminio.

6005-T5

- Resistencia a la Tracción: 37,700 psi

- Resistencia al Rendimiento: 34,800 psi

Esta aleación de resistencia media está un escalón por encima del 6063 en robustez y a veces se utiliza de manera intercambiable con el 6061. También ofrece una gran protección contra la corrosión.

La variación templada T6 es popular en el diseño de plataformas.

6061

- Resistencia a la Tracción: 18,000 psi

- Resistencia al Rendimiento: 8,000 psi

Este es el estándar antiguo para componentes estructurales.

La aleación 6061 combina alta resistencia a la fatiga y tenacidad a la fractura en un solo perfil capaz de reemplazar el acero soldado.

1100

- Resistencia a la Tracción: 13,100 psi

- Resistencia al Rendimiento: 4,930 psi

Debido a que contiene menos aditivos, esta “aleación” (que sigue siendo 99% aluminio) sigue siendo bastante blanda. Aunque no se puede tratar térmicamente, se puede extruir aluminio 1100 en formas complejas que superan los niveles mínimos de resistencia a pesar de su suavidad.

Este grado es uno de los mejores para evitar la corrosión en trabajos orientados a la estética.

3003

- Resistencia a la Tracción: 16,000 psi

- Resistencia al Rendimiento: 5,950 psi

Probablemente la aleación de aluminio más popular en todas las aplicaciones, el aluminio 3003 añade manganeso para hacerlo más fuerte que el 1100. Este material de resistencia media añade una resistencia a la corrosión decente, aunque no tanto como el 1100.

7004

- Resistencia a la Tracción: más de 50,000 psi

- Resistencia al Rendimiento: más de 40,000 psi

Si estás dispuesto a pagar un poco más que por el 6061, esta aleación de aluminio-zinc puede ser para ti. Es tratable térmicamente a presión, ayudándola a manejar mejor el estrés que el 6061.

Grados de los Soportes de Aluminio

En los sistemas de armazón estructural extruido, no toda la resistencia tiene que provenir del perfil. De hecho, la resistencia de tu estructura está dictada completamente por la resistencia del soporte (la conexión) en los sistemas de perfiles en T. La conexión de tu soporte también impacta cuánto peso pueden soportar tus perfiles de extrusión de aluminio.

Los grados comunes para soportes estructurales de aluminio incluyen:

6061-T6

- Resistencia a la Tracción: 45,000 psi

- Resistencia al Rendimiento: 40,000 psi

Esta variante del 6061 se somete a un templado para aumentar la resistencia al rendimiento. Llamado aluminio de grado aeronáutico, en realidad es más fuerte que algunos aceros inoxidables.

7075-T6

- Resistencia a la Tracción: Hasta 83,000 psi

- Resistencia al Rendimiento: Hasta 73,000 psi

Solo ciertos componentes exclusivos de la línea AngleLock – como remaches, insertos roscados y tornillos personalizados – usan este grado en soportes ajustables de armazón. Está reservado para los componentes más exigentes en un sistema de armazón modular.

Debido a que el 7075-T6 no puede producir formas intrincadas, no es adecuado para el armazón en sí en algunas aplicaciones. Pero en ensamblajes estructurales de alta tensión y casos especiales, merece más atención.

No olvides: puedes presumir de tener el perfil más fuerte del mundo en tu ensamblaje de armazón, pero no alcanzará su potencial de fuerza si los soportes son débiles.

Hay dos formas en que el uso final afecta el éxito de un proyecto estructural.

Uso Final

Todos conocen el primer factor – el entorno. El segundo – la aplicación dinámica – es menos entendido.

Situaciones Dinámicas

En una aplicación estática, cualquier dos soluciones estructurales de aluminio pueden proporcionar resultados similares. Pero un uso final dinámico – que implica fuerza y vibración – puede alterar totalmente los resultados de tu proyecto de carga.

Aquí es donde la resistencia del soporte y tu solución de ingeniería preferida entrarán en juego. Un soporte tradicional en T que depende de un pivote y la fricción se afloja durante el movimiento y no logra mantener la resistencia a largo plazo. Sin embargo, un soporte mecánicamente bloqueante con un perno angulado se aprieta con el tiempo, manteniendo tus especificaciones originales a pesar de la vibración u otro movimiento.

Condiciones Ambientales

Si bien son menos predecibles, el entorno es bastante simple de planificar al trabajar con aluminio estructural.

Considera tus planes para tu producto. ¿Estará en una fábrica o en una playa? ¿Tendrá una vida fácil o estará rodeado de productos químicos agresivos?

Tu proyecto, por supuesto, apoyará mejor las cargas con el tiempo si no está expuesto a agua salada u otros corrosivos.

Lo que es menos obvio es que la resistencia del aluminio puede aumentar ligeramente a temperaturas bajo cero (incluso varios cientos de grados bajo cero). Si tu producto residirá en un entorno frío, hay valor en elegir aluminio sobre acero, que se vuelve quebradizo en aplicaciones frías.

En aplicaciones de alta temperatura, los grados típicos de aluminio comienzan a perder resistencia alrededor de los 300°F, con una degradación más severa a aproximadamente 400°F y más.

Donde Entra tu Soporte de Diseño e Ingeniería

Entonces, ¿cuánto peso puede soportar una extrusión de aluminio? Contrariamente a la creencia desactualizada, los sistemas de armazón de extrusión de aluminio son lo suficientemente fuertes como para sobresalir en la mayoría de los proyectos de fabricación, automatización y aeroespacial/defensa.

Asegúrate de ponderar (juego de palabras no intencionado) tus necesidades de resistencia contra otros factores específicos del proyecto:

- Forma

- Soldabilidad

- Rigidez

- Corrosión

- Costo

Tu proveedor de extrusión de aluminio puede ofrecer soporte de diseño e ingeniería. Apóyate en ello para equilibrar mejor esos factores.