剪切计算及常用材料强度

1、2.剪切强度计算(1 )剪切强度条件剪切强度条件就是使构件的实际剪应力不超过材料的许用剪应力(5 6)这里3为许用剪应力，单价为Pa或MPa。由于剪应力并非均匀分布，式(52)、(5-6)算出的只是剪切面上的平均剪应力，所以在使用实验的方式建立强度条件时，应使试件受力尽可能地接近实际联接件的情况, 得许用剪应力引以确定试样失效时的极限载荷q再除以安全系数n,(5-7)各种材料的剪切许用应力应尽量从相关规范中查取。一般来说，材料的剪切许用应力田与材料的许用拉应力 田之间，存在如下关系： 对塑性材料：0.6 0.8对脆性材料：0.8 1.0(2 )剪切实用计算剪切计算相应地也可分为强度校核、截面设

2、计、确定许可载荷等三类问题，这里就不展开论述了。但在剪切计 算中要正确判断剪切面积，在挪钉联接中还要正确判断单剪切和双剪切.下面通过几个简单的例题来说明。例5-1图5-12 (a)所示电瓶车挂钩中的销钉材料为20号钢，向=30MPa,直径d=20mm。挂钩及被连接板件的厚度分别为t=8mm和ti = i2mm.牵引力F=15kN。试校核销钉的剪切强度。图512电瓶车挂钩及其销钉受力分析示意图解：销钉受力如图5-12(b )所示。根据受力情况，销钉中段相对于上、下两段沿m m和n-n两个面向左错动。所以有两个剪切面，是一个双剪切问题。由平衡方程容易求出:Fs销钉横截面上的剪应力为:315 10_

3、3 22 -(20 10 )23.9MPa<Fmax=400KN,冲头用=400MPa,冲剪钢板的极限剪应力力=360 MPa。试设计冲故销钉满足剪切强度要求.例5-2如图513所示冲床, 头的最小直径及钢板最大厚度。图5-13冲床冲剪钢板及冲剪部分受力示意图解：(1)按冲头压缩强度计算d所以FmaxFmaxd24 400 103400 1060.034m 3.4cm(2)按钢板剪切弓II度计算 t钢板的剪切面是直径为 d高为t的柱表面。FsAF maxdt所以t -Fmax- 400 2106 0.0104m 1.04cmd b 3.4 10360 10例53如图514所示螺钉受轴向拉

4、力 F作用，已知向=0.6 T 求其d: h的合理比值。图5 14螺钉受轴向拉力示意图解：螺杆承受的拉应力小于等于许用应力值:FnA螺帽承受的剪应力小于等于许用剪应力值:FsAdh当便。同时分别达到(T1 P时.材料的利用最合理，既F V 4F0.62dh d2所以可得-=extPart_01C9B6CD.第二节冲压常用材料的化学成分和力学性能一、黑色金属有色金属三、非金属黑色金属 Q1。深拉深用冷轧钢板发化学成分和力学性能1)深拉深钢板的化学成分 深拉深用冷轧钢板主要有08Al、08F、08、 及10、15、20钢。其化学成分如表8-44所示.表8-44 深拉 深冷 轧薄 钢板 的化 学成

5、分(GB/T5213 1985和GB/T7101991)(2)影响钢板冲压性能的主要因素 表面质量等均影响冲压性能化学成分、金属组织、力学性能和化学成分(质量分数 %)钢板CSiMnPSNiCrCuAl08Al< 0.08<0.030。35 0.450.0200.03£ 0 O010.03< 0。150 o 02-0o 0708F0.05 0.11< 0o 030。25-0050£ 0 O040£ 0O04£ 0 O25£ 0 o10< 0。25080。05-0o120。17 0.370.35 0.65£

6、 0 O0350.040.25£ 0 o100.25100。07-0o140。170.370。35 0.65£ 0 O035£ 0O04£ 0 O250.15< 0。25150.12 0.190.170 o370.350。65£ 0 O040£ 0o04£ 0 O250.250.25200。17-0o240。17 0.370.350.65£ 0 O0400.040.25£ 0 o250.25在上述钢号中用量最大的是08钢，并有沸腾钢与镇静钢之分，沸腾钢08F价廉，表面质量好，但偏析比较严重，且有“应

7、变时效”倾向，对于冲 压性能要求高，外观要求严格的零件不适合.08A1镇静钢板价格较高，但性 能均匀，“应变时效”倾向小，适用于汽车、拖拉机覆盖件的拉深。1） 08钢中 主要 元素 对冲 压性 能的影响（表8 45）表8 45主要元 素对08钢冲压 性能 的影 响元素名称C增加Fe C的数量，提高钢板的抗拉强度和屈服强度，降低塑性，使冲压性能恶化，特别是当Fe C出现于晶界时，对冲压性能的不利影响更大Si硅溶于铁素体中，强化铁素体的作用很大，增加强度，降低塑性，含硅量越低越好，深冲压钢板不能用硅脱氧Mn镒的直接影响不大，镒和硫形成MnS夹杂物，其数量和形态对冲压性能有影响P磷显著地增加强度和脆

8、性，并有偏析倾向，易于形成带状组织，这些都对冲压性能不利S形成硫化物，其数量、形状和分布对冲压性能有很大影响，数量多、且呈细长条状分布的硫化物对冲压 性能不利Al是镇静钢的最终脱氧剂，可与氮形成氮化铝，显著降低钢板的“应变时效”倾向，容易得到“饼形”铁素体晶粒，改善冲压性能。钢中铝的最佳含量为其质量分数=（0。030.05） %2）深拉深冷轧薄板铁素体晶粒度的标准（表8 46）表8-46深拉深冷轧薄钢板铁素体晶粒级别钢板状态钢号及拉深级别ZFHFFZS08Al05F, 8F,10F08b, 15F, 20F, 08,10, 15, 2005F, 08F, 10F, 15F,20F,08b, 0

9、8, 10, 15,20冷轧6, 7, 8或“饼形"6, 7, 8, 9 或“饼形"6, 7, 86, 7, 8, 95, 6, 7, 8,91）铝镇静钢08A1按其拉深质量分为三级：ZF一拉深最复杂零件；HF一拉深很复杂零件；F一拉深复杂零件2）其他深冲薄钢板（包括热轧板）按冲压性能分级为：Z最伸拉深件； S深拉深件；P普通拉深件3）深拉深冷轧薄钢板的力学性能（表8 47）表8 47深拉深 冷轧 薄钢 板的 力学 性 能（GB/T5213 1985和GB/T7101991)钢号级别厚度/mm/MPa/MPa/ (%)不小于ZF全部260330200440.66HF全部26

10、0340210420。7008A1F>1.226035022039-1。226035022042-<1.226035024042-Z2803703408FS<4280390-32P28039030-Z2804003208S<428042030P28042028-Z30042030-10S<4300440-29P30044028Z3404602715S<436048026P36048025-Z3605002620S<4360510-25P360510-244）深拉深冷轧薄钢板的杯突试验冲压深度（表8-48）表8-48深拉深冷轧薄钢板的杯突试验冲压深度（G

11、B/T5213 1985 和 GB/T710-1991 ）钢板厚度钢号及级别08A108、 08F10、 15、 20ZFHFFZSPZSEr值（杯突试验深度）不小于0.59。 59.39.19.08.48.08 o07。40.69.89。 69.49.48.98。 58.47.80。710。310.19.99.79.28。 98。68.00.810.610.510o 310o09.59.38。88。20。910。810。710o 510。39。99.69 o08。41.011.210。810.710.510.19.99.28.61。111.311。010o 910.810。410.21.21

12、1。511.211。111。010。610.4-1.311。711。311。311.210.810.6-1。411.811.411。411.311.010.81.512.011.611.511。511。211.01.611.811.711。611.411.2-1。7-12 o011.911.811。611 o 4-1。812。112.011.911。711.51。9-12.212。112.011.811 o 7-2。012。312。212.111。911.82。常用材料的力学性能(1)黑色金属材料的力学性能(表849)表8- 49 黑色金属材料的力学性能材料名称材料牌号材料状态抗剪强度/MPa

13、抗拉强度/MPa伸长率屈服点/MPa弹性模量/MPa电工用工业纯铁C>0.025DT1DT2DT3已退火的18023026电工硅钢D11、D12D21、D31D32、D370D310340S41 48已退火的19023026普通碳素钢Q195未经退火的2603203153902833195Q21527034033541026 31215Q2353103803754602126235Q2553404204105101924255Q2754005004906101520275碳素工具钢08F已退火的2203102803903218010F2603603304503220019000015F2

14、20340280420301900826034030044029210198000102503703204602815270380340480262802020002028040036051035250210002532044040055034280202000303604804506002230020100035400520500650203202010004042054052067018340213500454405605507001636020400050已正火的440580550730143802200005555067043390605507001241020800065600730

15、10420706007609430210000碳素工具钢T7T12T7A-T12A已退火的60075010-T8A冷作硬化的6009507501200-优质碳素钢10Mn已退火的3204604005802223021100065Mn6007501240021000合金结构钢25CrMnSiA25CrMnSi已低温退火的4005605007001895030CrMnSiA30CrMnSi4406000550750161450850优质弹簧钢60Si2Mn60Si2MnA65SiWA已低温退火的720900101200200000冷作硬化的64096080012001014001600不锈钢1Cr

16、13已退火的320380400470214202100002Cr13320400400500204502100003Cr13400480500600184802100004Cr13400480500600155002100001Cr18Ni192Cr18Ni19经过热处理的46052058064035200200000已碾压冷作硬化的80088010001100382202000001Cr18Ni9Ti热处理退软的43055054070040200200000（2）钢在加热时的抗剪强度（表850）表8- 50 钢在加热状态的抗剪强 度（单位：MPaj）(3) 普通碳素钢冷弯实验指标(851)表

17、8-51普通碳素钢冷弯试验指标(GB700 1988)牌号试样方向冷弯试验 B=2a180°备注钢材厚度或直径/mm< 6060100>100200弯心直径dQ195纵0-各牌号A级钢的冷弯试验， 在需方有要求时才进行冷弯试验合格时，抗拉强度 上限可以不作交货条件横0。5aQ215纵0。5a1。5a2a横a2a2。5aQ235纵a2a2.5a横1 o 5a2.5a3aQ2552a3a3.5aQ2753a4a4.5a注：B一试样宽度有色金属 口有色金属的力学性能(表852)表8- 52 有色金属的力学性能材料名称牌 号材料状态抗剪强度t /MPa抗拉强度/MPa伸长率/ (

18、%)屈服点/MPa弹性模量日MPa铝1070A,1050A1200已退火8075 11025508072000冷作硬化1001201504120240铝镒合金3A21已退火70 100110145195071000半冷作硬化10014015520013130铝镁合金铝镁铜合金SA02已退火130160180230-10070000半冷作硬化160200230280210高强度铝镁 铜合金7A04已退火170250淬硬并经人工时效35050046070000镁镒合金MB1MB8已退火120140170190359843600已退火17019022023012 2414040000冷作硬化1902

19、00240250810160硬铝2A112已退火10515015021512淬硬并经自 然时效2803104004401536872000淬硬后冷作硬化28032040046010340纯铜T1、T2、T3软1602003070108000硬2403003380130000黄铜H62软26030035380100000半硬30038020200硬42042010480黄铜H68软24030040100110000半硬28035025-硬40040015250115000铅黄铜HPb59-1软3003502514293000硬4004505420105000镒黄铜HMn58-2软34039025

20、170100000半硬40045015硬5206005锡磷青铜锡锌青铜QSn4-4-2.5QSn4-3软26030038140100000硬48055035特硬50065012546124000铝青铜QAl17退火52060010186不退火5606505250115000130000铝镒青铜QAl9 2软3604501830092000硬4806005500硅镒青铜QBi3-1软28030035038040 45239120000硬48052060065035540特硬56060070075012钺青铜QBe2软24048030060030250350117000硬5206602128013

21、2000141000白铜B19软24030025-硬3604503锌白铜BZn15 20软28035035207硬4005501486126000140000特硬520650银Ni-3 Ni 5软3504003570硬4705502210210000230000德银BZn15 20软30035035-硬4805501特硬5606501锌Zn 3Zn-6-120200140230407580000130000铅Pb 3Pb-6-20 30254040 505101500017000锡Sn1-Sn430404050124150055000钛合金TA2退火36048045060025 30TA344

22、06005507502025TA564068080085015800900104000镁合金MB1冷态1201401701903512040000MB8150180230240141522041000MB1预热300 c3050305050 52-40000MB850 70507058 6241000银180503081000可伐合金Ni29Co18400500500600-康铜BMn40-1o 5软400600硬650鸨已退火7200700312000未退火149114800380000铝已退火20 30140020 25385280000未退火32 34160025595300000三、非金属 。（1）非金属材料的极限抗剪强度（表8- 53）表853非金属材料的极限抗剪强度（单位：MPaj）材料名称极限抗剪强度T管状凸模裁切普通凸模冲裁纸胶板100130140200布胶板90100120180玻璃布胶板120140160185金属箔的玻璃布胶板130150160220金属箔的纸胶板110130140200环氧酚醛玻璃布板180210210240工业橡胶板162080石棉橡胶4