¿Cómo endurecer las extrusiones de aluminio?

¿Alguna vez ha visto cómo se dobla una extrusión de aluminio cuando esperaba que se mantuviera firme? Ese es el problema. Entonces, busca formas de reforzarla: la agitación. Y ahora busca formas prácticas de resolverlo con el diseño y el procesamiento.

Sí, se puede reforzar considerablemente las extrusiones de aluminio aplicando refuerzos, aumentando el grosor de las paredes, apuntalando correctamente los tramos largos y utilizando insertos internos.

Repasemos cada método paso a paso. Analizaremos cómo funciona cada enfoque, cuándo aplicarlo y cuáles son las ventajas y desventajas.

¿Qué refuerzos aumentan la rigidez?

Cuando una extrusión de aluminio se flexiona más de lo deseado, el refuerzo actúa como un andamio, sosteniendo y endureciendo la estructura.

Añadir nervaduras, rebordes o elementos de soporte externos a la extrusión aumenta la rigidez al incrementar el módulo de sección y el momento de inercia.

En mi trabajo con perfiles de aluminio extruido, he descubierto que no siempre basta con seleccionar un perfil más grande. Es necesario reforzar el perfil. Por ejemplo: diseñar nervaduras o bridas en la extrusión puede ser de ayuda. Una fuente afirma: “la adición de nervaduras o bridas de refuerzo a la extrusión contribuye a la rigidez”.”

¿Qué tipos de refuerzos podemos añadir?

• Costillas: salientes horizontales o verticales en la pared del perfil que aumentan la resistencia a la flexión.
• Bridas: extender partes del perfil hacia afuera, aumentando efectivamente el tamaño de la sección transversal y el momento de inercia.
• Elementos de soporte externos: inserciones de acero u otro material más duro adyacentes al perfil de aluminio o unidas a él.

¿Por qué funcionan?

Debido a que la rigidez (en flexión) está directamente relacionada con la momento de inercia (I) de la sección transversal. Al aumentar el tamaño de la sección, añadir material más alejado del eje neutro o añadir elementos que resistan la deformación, se incrementará el momento de inercia I y, por lo tanto, se reducirá la flexión.

A qué hay que prestar atención:

• Añadir nervaduras o rebordes añade material, coste y, posiblemente, peso.
• El refuerzo debe estar bien integrado.
• La compatibilidad de los materiales es importante.

Consejo práctico:

Si está especificando extrusiones para aplicaciones de alta rigidez, consulte a su fabricante o proveedor sobre perfiles con nervaduras/bridas integradas, o prevea refuerzos externos.

¿Por qué las paredes más gruesas mejoran la rigidez?

Las extrusiones de paredes delgadas pueden parecer elegantes, pero bajo carga pueden flexionarse o deformarse, y ese es el punto débil. Si se desea mayor rigidez, la solución es utilizar paredes más gruesas o secciones transversales más robustas.

Las paredes más gruesas (o con una sección transversal mayor) aumentan la rigidez a la flexión y disminuyen la deflexión, ya que el material más alejado del eje neutro soporta más carga.

Una de las formas más sencillas de aumentar la rigidez de una extrusión de aluminio es simplemente hacer las paredes más gruesas o utilizar una sección transversal más grande. Esto puede parecer obvio, pero vale la pena repetir los principios mecánicos que lo sustentan.

Aspectos clave:

1. Espesor de la pared:

Las paredes más gruesas reducen el riesgo de pandeo local y aumentan el momento de inercia de la sección transversal, ya que se coloca más material más lejos del centro.

2. Geometría del perfil:

No solo importa el grosor, sino también la configuración de la forma. Los perfiles huecos, los diseños multicámara o las extrusiones tipo viga en I resisten mejor la flexión y la torsión.

3. Elección de materiales y aleaciones:

Suponemos que se trata de aluminio, pero la aleación y el temple son importantes. Por ejemplo, los perfiles 6061-T6 o 6063 tratados electrolíticamente tienen buenas propiedades mecánicas.

Ventajas e inconvenientes:

• El peso aumenta con el grosor de la pared.
• Aumento de los costes: más material, posiblemente más mecanizado o acabado.
• Si solo aumenta el grosor pero mantiene la misma luz sin apoyo, la deflexión puede seguir siendo demasiado alta.

Cuándo aplicar:

• Utilice paredes más gruesas o secciones transversales más grandes cuando la carga sea elevada, los vanos sean largos o la tolerancia a la deflexión sea baja.
• Especificar en una fase temprana del diseño.

¿Cómo reforzar eficazmente las luces largas?

Tienes un marco de aluminio largo y se está comiendo o tambaleando, eso es lo preocupante. Necesitas refuerzos, esa es la clave.

Un arriostramiento eficaz (soportes diagonales, travesaños, puntos de apoyo intermedios) reduce la longitud del vano sin apoyo y aumenta la rigidez general de la estructura.

Las luces largas suponen un gran reto, ya que incluso una extrusión rígida se combará o se desviará si la luz es lo suficientemente grande. Por lo tanto, la mejor estrategia es reducir la luz efectiva mediante el uso de arriostramientos.

Métodos de refuerzo:

• Soportes intermedios: colocar postes o soportes adicionales a lo largo del tramo para dividirlo en tramos más cortos.
• Contrafuertes o miembros diagonales: estos convierten lo que serían cargas de flexión en cargas de tracción/compresión.
• Placas de refuerzo/uniones en puntos clave: por ejemplo, en las juntas o esquinas, utilice soportes de esquina de tres vías o conexiones rígidas.
• Estructura cerrada o de sección cuadrada: al hacer que la parte del tramo forme parte de una caja o marco cerrado, se aumenta la rigidez torsional y lateral.

Por qué es importante:

Si deja un tramo largo sin soporte, se acumulará la deflexión. Incluso si su extrusión es gruesa y resistente, el tramo actúa como una viga, y está sujeto a flexión y comba.

Consejos prácticos:

• Mida el tramo sin soporte más largo y calcule la deflexión bajo carga.
• Inserte soportes o travesaños a intervalos regulares.
• En las juntas, utilice soportes rígidos.
• Convierta los elementos horizontales en secciones en forma de caja o añada diagonales para que actúen como vigas.

¿Los insertos internos pueden añadir resistencia?

Te preguntas: ¿puedo rellenar o insertar algo dentro del perfil hueco de aluminio para hacerlo más rígido? Esa es la pregunta que muchos nos hemos hecho.

Sí, los insertos internos (varillas de acero, núcleos de aluminio, materiales de relleno) pueden aumentar la rigidez, especialmente la rigidez torsional y la resistencia al pandeo local, pero deben diseñarse cuidadosamente para obtener beneficios.

Los insertos internos son una forma interesante de aumentar la rigidez de las extrusiones sin aumentar las dimensiones externas. Se puede insertar una varilla de acero o aluminio, un núcleo compuesto o rellenar la sección hueca con material.

Cómo y cuándo funciona:

• Inserción del núcleo: aumenta el momento de inercia y reduce el pandeo local.
• Relleno: aumenta la masa, puede reducir la vibración, pero no necesariamente aumenta mucho la rigidez.
• Insertos compuestos: ofrecen un rendimiento avanzado, pero aumentan el coste y la complejidad.

Consideraciones:

• La inserción debe estar pegada o fijada mecánicamente.
• La inserción de acero podría reducir la ventaja del aluminio en cuanto al peso.
• La complejidad de la fabricación y la tolerancia son importantes.
• Considere la relación entre el coste y el rendimiento.

Consejos prácticos:

• Diseñe la extrusión con un canal o cavidad para el inserto.
• Elija el material y el diámetro de la inserción que contribuyan estructuralmente.
• Asegurar la unión o fijación para una acción combinada.
• Validar con pruebas de deflexión o simulación.

Conclusión

Si desea reforzar las extrusiones de aluminio, dispone de cuatro elementos clave: añadir refuerzos (nervaduras/bridas), aumentar el grosor de la pared o el tamaño de la sección, reforzar eficazmente los tramos largos y utilizar insertos internos cuando sea necesario. Utilícelos conjuntamente, adáptelos a su carga y tramo, y obtendrá una estructura resistente y rígida.