Mendesain dengan Ekstrusi Aluminium T-Slot

Mendesain dengan Ekstrusi Aluminium T-Slot

Ekstrusi aluminium T-slot umumnya memungkinkan desain dan pembuatan rangka struktural yang cepat, namun desainnya dapat berdampak besar pada integritas struktural secara keseluruhan. Berikut adalah tiga tips desain teratas kami untuk menciptakan struktur ekstrusi aluminium T-slot yang andal, kaku, dan kelas industri.

1. Memilih Profil Ekstrusi yang Tepat

Tidak semua profil ekstrusi diciptakan sama. Dua profil mungkin memiliki dimensi luar yang sama—misalnya 45 x 45 mm—tetapi kekakuannya sangat berbeda, tergantung pada momen inersia luasnya.

Aspek penting lainnya yang perlu dipertimbangkan adalah luas penampang, yang mempengaruhi berat keseluruhan rakitan. Karena profil terbaik sangat kaku dan ringan, indikator kinerja terbaik adalah rasio momen inersia luas terhadap luas permukaan. Tabel di bawah mencantumkan beberapa parameter utama untuk lima model ekstrusi yang terkenal.

Tersedia enam ukuran ekstrusi. Seri ekstrusi 45 mm cocok untuk banyak aplikasi, mulai dari furnitur industri hingga perpanjangan jangkauan robot. Ada tiga ukuran ekstrusi yang menggunakan kelipatan 45 mm—45 x 45 mm, 45 x 90 mm, 90 x 90 mm, dan 180 x 22,5 mm—semuanya menggunakan perangkat keras pemasangan yang sama.

Profil ekstrusi tugas ringan, 22,5 x 22,5 mm, berguna untuk aplikasi dengan beban rendah dan batas berat rendah. Lihat tabel berikut untuk rincian lebih lanjut tentang properti setiap profil.

Ekstrusi Tugas Ringan 45 x 45 mm

Ekstrusi tugas ringan 45 x 45 mm yang baru (ST-EXT-101-XXXX) adalah profil ekstrusi terbaru, menyediakan alternatif profil 45 x 45 yang sempurna untuk aplikasi dengan beban dan batas berat yang lebih rendah. Dengan pengurangan luas profil, dan penurunan berat per panjang 45 mm sebesar 31%, ekstrusi tugas ringan 45 x 45 menawarkan keseimbangan terbaik di kelasnya antara sifat ringan profil dan kekakuan struktural berdasarkan berat. Ekstrusi tugas ringan 45 x 45 diidentifikasi dengan label informatif Tugas Ringan.

Ekstrusi Meja

Ekstrusi aluminium meja 22,5 x 180 mm sangat cocok untuk bagian atas meja kerja, permukaan kerja CNC, stasiun kerja mesin, dan lainnya. Ini menyediakan permukaan pemasangan yang besar dengan T-slot yang berjarak merata, yang ideal untuk jig dan perlengkapan modular.

Profil T-nut ekstrusi meja, alur-V, dan jarak mengikuti standar yang ada, membuatnya kompatibel dengan semua gusset, plat perakitan, dan aksesori rangka.

Meskipun hanya setebal 22,5 mm, ekstrusi ini masih mampu mendukung robot yang menghasilkan torsi e-stop 1800 Nm (misalnya Yaskawa HC10). Artinya, selama ekstrusi pendukung dipasang tegak lurus terhadap bagian atas meja. Untuk kekuatan maksimum, balok penyangga ini harus ditempatkan dengan jarak maksimal 315 mm (jarak L) dan dipasang dengan kuat ke rangka mesin.

Ketika ditopang sederhana, ekstrusi meja dengan panjang 1530 mm dapat menahan beban 100 kg. Untuk kapasitas beban yang lebih besar, tambahkan penyangga pada interval yang konsisten.

Untuk memasang ekstrusi meja rata dengan ekstrusi 45 mm, gunakan gusset 67,5 mm (ST-HP-003-0007). Untuk mencapai jarak yang tepat, diperlukan ekstrusi 45 x 90 mm atau 90 x 90 mm.

Ekstrusi meja memiliki total sembilan T-slot, yang memungkinkan banyak opsi pemasangan berbeda.

Menghitung Faktor Keamanan

Faktor keamanan yang memadai harus selalu ditambahkan. Misalnya, jika sebuah struktur secara teoritis akan gagal pada gaya 1000 N, faktor keamanan dua akan menetapkan batas beban yang diizinkan sebesar 500 N. Faktor keamanan adalah ukuran seberapa yakin Anda terhadap perhitungan Anda.

Faktor keamanan harus didasarkan pada (namun tidak terbatas pada) variabel-variabel berikut:

• Akurasi dan ketelitian perhitungan.
• Kondisi lingkungan.
• Konsekuensi kegagalan.
• Biaya pembangunan yang berlebihan.

Penting: Tentukan faktor keamanan sesuai dengan standar industri Anda. Selalu tingkatkan faktor keamanan jika ada risiko cedera akibat kegagalan sistem.

Menghitung Tegangan Lentur

Untuk mengevaluasi apakah suatu profil memenuhi persyaratan desain, gunakan diagram benda bebas dan perhitungan statis dasar untuk memperkirakan beban yang diterapkan pada struktur. Lakukan hal yang sama untuk setiap ekstrusi individu.

Setelah ditentukan, gunakan rumus di bawah ini untuk menghitung lendutan maksimum dan tegangan lentur untuk setiap ekstrusi yang penting bagi aplikasi Anda.

Di mana:

Bandingkan tegangan lentur maksimum dengan kekuatan luluh material untuk memperkirakan kapasitas ekstrusi dalam menahan beban yang diperlukan.

Ingatlah bahwa ini hanya perkiraan, karena tidak memperhitungkan faktor penting lainnya seperti berat ekstrusi itu sendiri dan tegangan geser.

Menghitung Kekuatan Tekuk

Saat menghitung kekuatan struktur, penting untuk mempertimbangkan tekuk. Tekuk terjadi ketika balok vertikal panjang ditekan oleh suatu gaya. Balok cenderung melengkung ke luar, yang selanjutnya mengurangi integritas strukturalnya, menyebabkan kegagalan mendadak. Kegagalan ini paling mungkin terjadi pada balok vertikal, karena beban akibat gravitasi lebih besar daripada gaya lain yang bekerja pada struktur.

Hitung beban tekuk maksimum yang diizinkan menggunakan rumus beban kritis Euler. Pertama, tentukan kondisi ujung mana yang sesuai dengan skenario Anda berdasarkan jenis sambungan. Kemudian gunakan faktor panjang kolom dan momen inersia luas dari profil ekstrusi yang Anda pilih untuk menghitung kapasitas beban maksimum.

Ketiga, bandingkan kapasitas beban maksimum dengan gaya yang diharapkan dari diagram benda bebas, dan tentukan faktor keamanannya. Faktor keamanan harus melebihi standar untuk industri Anda.

2. Pilih Konfigurasi Sambungan yang Tepat

Memilih profil ekstrusi yang tepat hanyalah sebagian dari struktur yang efektif. Konfigurasi sambungan rakitan juga dapat secara substansial mengubah kekakuan dan integritas struktural suatu desain.

Hindari mengandalkan sambungan berbasis gesekan untuk menopang beban. Sebaliknya, posisikan satu ekstrusi di atas yang lain. Gaya ditransmisikan langsung dari ekstrusi horizontal ke ekstrusi vertikal, meningkatkan kekuatan.

Sambungan gesekan (tidak direkomendasikan): Kekuatan lebih rendah; gaya ditransmisikan melalui gesekan antara pelat dan ekstrusi.

Sambungan berbasis gaya reaksi (direkomendasikan): Kekuatan tinggi; gaya ditransmisikan langsung ke rangka melalui kontak dengan ekstrusi vertikal.

Ketika sambungan gesekan saja tidak dapat dihindari, kekuatan sambungan tergantung pada jumlah pengikat dikalikan dengan gaya gesek masing-masing pengikat. Setiap pengikat M8 dapat mendukung 2100 N dalam gesekan.

Dalam contoh sambungan gesekan, setiap pengikat dapat menghasilkan 2.100 N gesekan bila dikencangkan hingga 13 Nm, balok horizontal dapat menahan beban maksimum 12.600 N (yaitu, 2.100 N per pengikat x 6 pengikat). Pertimbangkan jumlah total gaya yang diperlukan untuk menopang beban yang diinginkan, dan bagilah dengan 2100 N untuk menemukan jumlah pengikat yang Anda butuhkan. Angka ini akan memberi tahu Anda ukuran plat perakitan yang harus dipilih, mulai dari plat satu pengikat hingga plat delapan pengikat.

Menghitung ukuran plat perakitan yang diperlukan adalah cara yang bagus untuk mengoptimalkan biaya desain Anda. Anda mungkin tergoda untuk memilih plat perakitan terkuat yang tersedia, tetapi Anda dapat menghemat biaya dengan memilih plat yang hanya memuat jumlah pengikat yang Anda butuhkan. Insinyur aplikasi kami secara rutin mengurangi biaya hingga 15% hanya dengan mengganti plat perakitan enam, tujuh, atau delapan pengikat dengan plat yang memiliki lebih sedikit pengikat.

Jika memungkinkan, ubah sambungan gesekan saja menjadi sambungan tiga arah yang lebih kuat dengan memasang salah satu pengikat langsung ke ujung ekstrusi. Dengan menyatukan tiga ekstrusi yang berbeda dalam konfigurasi seperti itu (yaitu, satu vertikal dan dua horizontal), tidak ada plat yang hanya bergantung pada gesekan.

Sambungan tiga arah yang kuat: satu baut dipasang langsung ke ujung ekstrusi.

Sambungan gesekan saja yang lemah, baut tidak dipasang ke ujung ekstrusi. (Ini terkadang tidak dapat dihindari.)

Dalam beberapa kasus, sambungan mungkin mengalami gaya yang menarik baut dan T-nut keluar dari ekstrusi. Ketahanan ekstrusi terhadap gaya inilah yang kami sebut "kekuatan tarik keluar". "Kekuatan pamungkas" ini—titik di mana kegagalan total terjadi—diberikan per pengikat.

Untuk ekstrusi V2, kekuatan pamungkasnya adalah 16,7 kN. Namun, desain tidak boleh didasarkan pada nilai ini, karena nilai yang jauh lebih rendah pun dapat merusak ekstrusi secara permanen.

Catatan: Ekstrusi Aluminium Ringan, ST-EXT-101-XXXX, memiliki kekuatan tarik keluar yang berkurang yaitu 7kN dan tidak boleh digunakan dalam aplikasi struktural yang kritis.

Nilai desain yang direkomendasikan adalah 7,2 kN per pengikat untuk ekstrusi standar dan 3,5 kN untuk Ekstrusi Aluminium Ringan. Nilai ini lebih rendah dari titik luluh material, sehingga tidak akan terjadi deformasi permanen. Seperti semua nilai desain, ingatlah untuk menerapkan faktor keamanan.

Kekuatan pamungkas juga dipengaruhi oleh arah beban. Sedangkan sambungan baut di bawah tegangan akan gagal ketika kekuatan tarik keluar terlampaui, sambungan tekan dapat menahan beban yang jauh lebih tinggi, karena gaya langsung didukung oleh ekstrusi. Menempatkan plat perakitan dengan benar sehubungan dengan beban akan memaksimalkan kekuatan.

Beban maks adalah 2 x 7,2 kN, karena dua baut berbagi beban tarik.

Beban maks hanya 1 x 7,2 kN, karena satu baut menopang seluruh beban tarik.

3. Gunakan Sistem Ekstrusi Kekuatan Tinggi untuk Aplikasi yang Menuntut

Menggabungkan sambungan rakitan yang efektif dengan profil ekstrusi yang tepat dapat meningkatkan integritas struktural rakitan. Untuk aplikasi tugas berat atau presisi, plat perakitan presisi tinggi (nomor bagian ST-HP-XXX-XXXX) memiliki tonjolan berbentuk V yang dipatenkan di bagian bawah plat.

• Menghilangkan ketidaksejajaran sudut.
• Meningkatkan ketahanan selip, dengan mengubah sambungan yang diikat dengan gesekan menjadi sambungan yang diikat secara struktural.

Banyak plat tersedia dalam varian GP (tujuan umum) dan HP (presisi tinggi). Pilihan Anda tergantung pada apakah Anda ingin mengoptimalkan harga yang lebih rendah (GP) atau kekuatan dan presisi yang lebih tinggi (HP).

Contoh koneksi GP.

Contoh koneksi HP.

4. Panduan Desain Sambungan Struktural

Gunakan tabel berikut untuk menentukan kekuatan sambungan satu sisi ketika terkena momen, torsi, dan gaya gesekan. Nilai-nilai tersebut valid untuk asumsi-asumsi berikut:

1. Untuk pembebanan momen, beban diciptakan oleh gaya vertikal yang diterapkan pada balok sejauh 1000 mm dari sambungan.
2. Semua baut diasumsikan dikencangkan hingga 10-13 Nm.
3. Untuk pembebanan gesekan, beban diciptakan oleh gaya vertikal langsung pada sambungan, dengan torsi atau momen yang dapat diabaikan.
4. Nilai yang diberikan berlaku untuk ekstrusi struktural: ST-EXT-001-XXXX, ST-EXT-002-XXXX, dan ST-EXT-005-XXXX.
5. Nilai menunjukkan kapan selip permanen atau deformasi plastis mulai terjadi. Ini adalah titik di mana kerusakan permanen mulai terjadi, dan harus dihindari dengan menggunakan faktor keamanan.

Penting: Tentukan faktor keamanan sesuai dengan standar industri Anda. Selalu tingkatkan faktor keamanan jika ada risiko cedera akibat kegagalan sistem. Faktor keamanan 4-5 disarankan.

Kesimpulan

Ekstrusi aluminium T-slot telah menjadi alternatif yang menarik untuk baja las untuk banyak aplikasi, tetapi memerlukan beberapa pertimbangan desain. Jika Anda membutuhkan bantuan dengan proyek Anda, atau hanya ingin mengkonfirmasi beberapa parameter desain, Anda dapat bertanya kepada tim insinyur aplikasi kami.

Properti Ekstrusi V1

Momen inersia luas (atau momen kedua luas) menggambarkan ketahanan suatu profil terhadap lentur balok. Nilai yang lebih tinggi menunjukkan lendutan yang lebih sedikit.

Catatan: Momen inersia ekstrusi 45 x 90 mm dan 22,5 x 180 mm tergantung pada orientasi ekstrusi.