剪切计算和常用材料强度

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。Fs(5-6)这里t 为许用剪应力，单价为Pa或MPat。，再除以安全系数n,由于剪应力并非均匀分布，式(5-2)、(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，以确定试样失效时的极限载荷 得许用剪应力T 。0n(5-7)各种材料的剪切许用应力应尽量从相关规中查取。一般来说，材料的剪切许用应力T 与材料的许用拉应力6 之间，存在如下关系： 对塑性材料：06忖8对脆性材料：0.8林0(2)剪切实用计算剪切计算相应地也可分为强度校核、

2、截面设计、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，在铆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，t = 30MPa直径d=20mm挂钩及被连接板件的厚度分别为t = 8mm和ti= 12mm牵引力F=15kN。试校核销钉的剪切强度。图5-12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:FsA15

3、10323.9MPa<2 -(20 10 3)2故销钉满足剪切强度要求。例5-2如图5-13所示冲床, 的最小直径及钢板最大厚度。Fma)=400KN,冲头6 =400MPa冲剪钢板的极限剪应力t b=360 MPa试设计冲头解：(1)按冲头压缩强度计算所以(2)按钢板剪切强度计算 钢板的剪切面是直径为d高为所以I T i5-13冲床冲剪钢板及冲剪部分受力示意图的柱表面。FmaxFmax4 400 103400 106F sF maxA dt0.034m 3.4cmt Fmaxd b400 1033.4 102 360 106例5-3如图5-14所示螺钉受轴向拉力F作用，已知t =0.6

4、0.0104m 1.04cmd，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:FnAFs螺帽承受的剪应力小于等于许用剪应力值:詁当d、T同时分别达到d 、 T 时材料的利用最合理，既F 0.6 笙dhd2所以可得d :h 2.4=extPart 01C9B6CD.第二节冲压常用材料的化学成分和力学性能黑色金属有色金属三、非金属黑色金属1.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08AI、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 成分（GB

5、/T5213 1985和GB/T7101991）化学成分（质量分数 %）钢板 CSiMnPSNiCrCuAl0.35 08AI< 0.08< 0.030.450.0200.030.010.030.150.02 0.070.05 0.25 08F0.11< 0.030.500.0400.040.250.100.250.05 0.17 0.35 080.120.370.650.0350.040.250.100.250.07 0.17 0.35 100.140.370.650.0350.040.250.150.250.12 0.17 0.35 150.190.370.650.040

6、0.040.250.250.250.17 0.17 0.35 200.240.370.650.0400.040.250.250.25（2）影响钢板冲压性能的主要因素化学成分、金属组织、力学性能和表面质量等均影响冲压性能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 的影响元素名称对冲压性能的影

7、响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岀现于晶界时，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锰的直接影响不大，锰和硫形成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

8、压性能。钢中铝的最佳含量为其质量分数=（0.03 0.05 ） %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ZFHFFZS08AI05F， 8F， 10F08b， 15F， 20F， 08，10， 15， 2005F，08F，10F，15F，20F，08b，08，10, 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 拉深最复杂零件；HF拉深很复杂零件；F拉深复杂零件2）其他深冲薄钢板（包括热轧板）按冲压性能

9、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260340210420.7008A1F>1.2260350220391.226035022042<1.226035024042Z2803703408FS< 428039032P28039030Z2804003208S< 428042030P28042028Z3004203010S<

10、430044029P30044028Z3404602715S< 436048026P36048025Z3605002620S< 436051025P360510244）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（GB/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0.59.59.39.19.08.48.08.07.40.69.89.69.49.48.98.58.47.80.710.310.19.99.79.28.98.

11、68.00.810.610.510.310.09.59.38.88.20.910.810.710.510.39.99.69.08.41.011.210.810.710.510.19.99.28.61.111.311.010.910.810.410.21.211.511.211.111.010.610.41.311.711.311.311.210.810.61.411.811.411.411.311.010.81.512.011.611.511.511.211.01.611.811.711.611.411.21.712.011.911.811.611.41.812.112.011.911.711

12、.51.912.212.112.011.811.72.012.312.212.111.911.82.常用材料的力学性能(1)黑色金属材料的力学性能(表8 49) 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、D370D310340S4148已退火的19023026普通碳素钢Q195未经退火的2603203153902833195Q2152703403354102631215Q23531038037

13、54602126235Q2553404204105101924255Q2754005004906101520275碳素工具钢08F已退火的2203102803903218010F2603603304503220019000015F22034028042030190082603403004402921019800010250370320460281527038034048026280202000202804003605103525021000253204404005503428020200030360480450600223002010003540052050065020320201000404

14、2054052067018340213500454405605507001636020400050已正火的44058055073014380220000555506704339060550700124102080006560073010420706007609430210000碳素工具钢T7T12T7AT12A已退火的60075010T8A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4005605007001895030CrMnSiA3

15、0CrMnSi4406000550750161450850优质弹簧钢60Si2Mn60Si2MnA65SiWA已低温退火的720900101200200000冷作硬化的64096080012001014001600不锈钢1Cr13已退火的320380400470214202100002Cr13320400400500204502100003Cr13400480500600184802100004Cr13400480500600155002100001Cr18Ni192Cr18Ni19经过热处理的46052058064035200200000已碾压冷作硬化的8008801000110038220

16、2000001Cr18Ni9Ti热处理退软的43055054070040200200000（2）钢在加热时的抗剪强度（表8 50） 普通碳素钢冷弯实验指标(8-51 )表8 51普通碳素钢 冷弯试验指标(GB700 1988 )冷弯试验B=2a180°备注牌号试样方钢材厚度或直径/mm向< 60>60100>100200弯心直径dQ195纵0横0.5a各牌号A级钢的冷弯试验， 在需方有要求时才进行Q215纵0.5a1.5a2a横a2a2.5aQ235纵a2a2.5a冷弯试验合格时，抗拉强度横1.5a2.5a3a上限可以不作交货条件Q2552a3a3.5aQ2753a

17、4a4.5a注：B试样宽度有色金属有色金属的力学性能(表8 52)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/(%)屈服点/MPa弹性模量日MPa铝1070A,1050A已退火8075 11025508072000铝1200冷作硬化1001201504120240铝锰合金3A21已退火70 100110145195071000半冷作硬化10014015520013130铝镁合金SA02已退火13016018023010070000铝镁铜合金半冷作硬化160200230280210高强度铝镁铜合金已退火1702507A04淬硬并经人工时效350

18、50046070000镁锰合金MB1已退火120140170190359843600MB8已退火17019022023012 2414040000冷作硬化190200240250810160已退火10515015021512硬铝2AI12淬硬并经自然时效280310400 4401536872000淬硬后冷作硬化280 -320400 46010340纯铜T1、T2、T3软1602003070108000硬2403003380130000软26030035380100000黄铜H62半硬30038020200硬42042010480软24030040100110000黄铜H68半硬280350

19、25硬40040015250115000铅黄铜HPb59-1软3003502514293000硬4004505420105000软34039025170锰黄铜HMn58-2半硬40045015100000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QAI17退火52060010186不退火5606505250115000130000铝锰青铜QAI9-2软3604501830092000硬4806005500软280 -30035038040 45239120000硅锰青铜QBi

20、3-1硬480 -520600 65035540特硬560 -60070075012铍青铜QBe2软24048030060030250350117000硬52066021280132000141000白铜B19软24030025硬3604503软28035035207锌白铜BZn15-20硬4005501486126000140000特硬520650镍Ni-3 Ni-5软3504003570硬4705502210210000230000德银BZn15-20软30035035硬4805501特硬5606501锌Zn-3 Zn-6120200140230407580000130000铅Pb-3 P

21、b-620 3025 4040 505101500017000锡Sn1Sn430 4040 50124150055000钛合金TA2退火360480450 60025 30TA344060055075020 25TA564068080085015800900104000镁合金MB1冷态1201401701903512040000MB815018023024014 1522041000MB1预热300 C30 5030 5050 5240000MB850 7050 7058 6241000银180503081000可伐合金Ni29C600康铜BMn40-1.5软400

22、600硬650钨已退火7200700312000未退火149114800380000钼已退火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8 53 非金属材料的极限抗剪强度（单位：MPa）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90 100120180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1620 80石棉橡胶40人造橡胶，硬橡胶40 70层压纸板1001301402