剪切计算及常用材料强度

剪切计算及常用材料强度Revisedasof23November20232.剪切强度计算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。F FPaMPa。

A (5-6)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，所以在使用试验τ0n，得许用剪应力[τ]。[]0n (5-7)各种材料的剪切许用应力应尽量从相关标准中查取。一般来说，材料的剪切许用应力[τ]与材料的许用拉应力[σ]之间，存在如下关系：对塑性材料：对脆性材料：剪切有用计算

0.8[]1.0[]剪切计算相应地也可分为强度校核、截面设计、确定许可载荷等三类问题，这里就不开放论述几个简洁的例题来说明。5-15-12(a)20号钢，[τ]＝30MPad=20mm。挂钩及t＝8mmt1＝12mmF=15kN。试校核销钉的剪切强度。5-12电瓶车挂钩及其销钉受力分析示意图解：5-12(b)所示。依据受力状况，销钉中段相对于上、下两段沿m-m和n-n两个面对左错动。所以有两个剪切面，是一个双剪切问题。由平衡方程简洁求出：FFs 2销钉横截面上的剪应力为：sFsA故销钉满足剪切强度要求。

15103 2 (20103)24

23.9MPa<[]例5-25-13所示冲床，Fmax=400KN，冲头[σ]=400MPaτb=360MPa。试设计冲头的最小直径及钢板最大厚度。5-13冲床冲剪钢板及冲剪局部受力示意图解：(1)按冲头压缩强度计算dF= A所以

F 24

[]4F 4400103d max 0.034m3.4cm[] 400106tdt的柱外表。FF s maxFFA dt b所以F 400103dtaxdb

0.0104m1.04cm3.4102360106例5-35-14F作用，[τ]=dh的合理比值。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：NF 4FN

]A d2螺帽承受的剪应力小于等于许用剪应力值：F s FF

A dhσ、τ同时分别到达[σ]、[τ]时．材料的利用最合理，既F 4F0.6dh d2所以可得

d:h2.4------=extPart_01C9B6CD.其次节冲压常用材料的化学成分和力学性能一、黑色金属深拉深用冷轧钢板发化学成分和力学性能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。8—44深拉深冷轧薄钢板的化学成分〔GB/T5213—1985GB/T710—1991〕CSiMnPSNiCrCuAl08Al≤≤～≤≤≤≤≤～08F～≤～≤≤≤≤≤—08～～～≤≤≤≤≤—10～～～≤≤≤≤≤—15～～～≤≤≤≤≤—20～～～≤≤≤≤≤—钢板化学成分〔质量分数%〕〔2〕影响钢板冲压性能的主要因素 钢板化学成分〔质量分数%〕在上述钢号中用量最大的是08钢，并有沸腾钢与冷静钢之分，沸腾钢 08F价廉，外表质量好，但偏析比较严峻，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。08Al冷静钢板价格较高，但性能均匀，“应变时效”倾向小，适用于汽车、拖拉机掩盖件的拉深 。1〕08钢中主要元素对冲压性能的影响〔表 8—45〕8—45主要元素对08钢冲压性能的影响称CFeCFeC现于晶界时，对冲压性能的不利影响更大SiMnPS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磷显着地增加强度和脆性，并有偏析倾向，易于形成带状组织，这些都对冲压性能不利性能不利是冷静钢的最终脱氧剂，可与氮形成氮化铝，显着降低钢板的“应变时效”倾向，简洁得到“饼形”铁素体Al晶粒，改善冲压性能。钢中铝的最正确含量为其质量分数=〔～〕%深拉深冷轧薄板铁素体晶粒度的标准〔表 8—46〕8—46深拉深冷轧薄钢板铁素体晶粒级别钢板状态钢板状态ZFHFFZ08Al05F，8F，10F08b，15F，20F，08，10，15，20S05F，08F，10F，15F，20F，08b，08，10，15，20冷 6，7，8或“饼形”轧“饼形”6，7，86，7，8，95，6，7，8，9铝冷静钢按其拉深质量分为三级：ZF—拉深最简洁零件；HF—拉深很简洁零件；F—拉深简洁零件其他深冲薄钢板〔包括热轧板〕按冲压性能分级为： Z—最伸拉深件；SP—一般拉深件深拉深冷轧薄钢板的力学性能〔表8—47〕8—47深拉深冷轧薄钢板的力学性能〔GB/T5213—1985GB/T710—1991〕钢号钢号级别厚度/mm/MPa/MPa/〔%〕ZF全部260～33020044HF全部260～3402104208AlF>260～35022039—?260～35022042—<260～35024042—Z280～370—34—08FS≤4280～390—32—P280～390—30—Z280～400—32—08S≤4280～420—30—P280～420—28—Z300～420—30—10S≤4300～440—29—P300～440—28—Z340～460—27—15S≤4360～480—26—P360～480—25—Z360～500—26—20S≤4360～510—25—P360～510—24—深拉深冷轧薄钢板的杯突试验冲压深度〔表 8—48〕8—48深拉深冷轧薄钢板的杯突试验冲压深度〔GB/T5213—1985GB/T710—1991〕钢板钢板厚度ZF08A1HF钢号及级别08、08F10、15、20FZSPZSEr值〔杯突试验深度〕不小于—————————————————————————常用材料的力学性能黑色金属材料的力学性能〔表8—49〕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抗拉强度 伸长率 屈服点弹性模量/MPa/MPa/MPa/MPa电工用工业纯铁DT3D11、D12DT3D11、D12?D21、D31?电工硅钢D32、D370D310~340已退火的?19023026S41~48Q195260~320315~39028~33195Q215270~340335~41026~31215一般碳素钢Q235未经退火的310~380375~46021~26235Q255340~420410~51019~24255Q275400~500490~61015~2027508F220~310280~3903218010F260~360330~4503220019000015F220~340280~42030190碳素工具钢08已退火的260~340300~4402921019800010250~370320~46028—15270~380340~4802628020232320280~400360~510352502100025320~440400~5503428020232330360~480450~6002230020230035400~520500~6502032020230040420~540520~6701834021350045440~560550~7001636020400050440~580550~73014380220230

DT1DT2

已退火的

180? 230

26?55

670

43 390 —60已正火的550700124102080006560073010420—706007609430210000?

T7~T12T7A~T12AT8A10Mn65Mn25CrMnSiA25CrMnSi

已退火的已退火的60075060075010——600~950750~1200———320~460400~580222302110006007501240021000400~560500~70018950—30CrMnSiA440~6000550~750161450—30CrMnSi850?60Si2Mn已低温退火的7209001012002023003Cr13400~480500~60018480210000不锈钢4Cr13400~480500~600155002100001Cr18Ni19经过热处理的460~520580~640352002023002Cr18Ni19 已碾压冷作硬化的800~8801000~1100382202023001Cr18Ni9Ti热处理退软的430~550540~70040200202300优质弹簧钢60Si2MnA65SiWA冷作硬化的640~960800~120010优质弹簧钢60Si2MnA65SiWA冷作硬化的640~960800~12001014001600420450—1Cr132Cr13320~380320~400400~470400~5002120210000210000已退火的表8—50钢在加热状态的抗剪强度〔单位： MPa〕一般碳素钢冷弯试验指标〔 8-51〕表8—51一般碳素钢冷弯试验指标 〔GB700—1988〕纵0——横纵2a横a2a纵a2a横2a3a3a3a4a牌号向牌号向B=2a180°钢材厚度或直径/mm备注≤60>60～100>100～200dQ195Q215各牌号A级钢的冷弯试验，在需方有要求时才进展Q235Q255Q275冷弯试验合格时，抗拉强度上限可以不作交货条件二、有色金属有色金属的力学性能〔表8—52〕8—52有色金属的力学性能二、有色金属材料名称 牌号1070A,1050A

已退火

抗剪强度τ/MPa80

/MPa75～110

伸长率/(%)25

屈服点/MPa50～80

铝铝锰合金铝镁合金

12003A21SA02

已退火已退火130～160已退火130～160180～230 100半冷作硬化160～200230～280—21070000已退火170250——硬并经人工 —350 500 460 70000时效已退火 120～140170～1903～59843600

10070～100100～140

120～150110～145155～200

4 19 5013 130

7202371000铜合金

7A04 淬

MB1

MB8冷作硬化MB8冷作硬化190～200240～2508～1016040000已退火105～150150～21512——

170～190

220～230

12～24

140硬铝 2Al12纯铜

然时效硬化软硬软

280～310280～320160240260

400～440 400～460 200 300 3300

36834070380380

72023108000130000100000黄铜 H62 硬软黄铜 H68 硬软

300420240280400300

380420300350400350

20 10 40 25 —15 25

——11000011500093000铅黄铜 锰黄铜 锡磷青铜锡锌青铜 QSn4-3

硬 400软 340半硬 400硬 520软 260

450390450600300

5 25 15—538

105000100000硬480硬4805503～5特硬5006501～2546124000退火52060010186—不退火5606505250115000～130000铝青铜 QAl17软36045018软3604501830092023硬4806005500—软280～300350～38040～45239120230硬480～520600～6503～5540—特硬560～600700～7501～2——软240～480300～60030250～350117000硬52066021280132023～141000软24030025——硬3604503软28035035207—硬4005501486126000～140000特硬520650—软3504003570—硅锰青铜 QBi3-1铍青铜 QBe2白铜 B19镍Ni-3～Ni-5硬镍Ni-3～Ni-5硬4705502210210000～230000软30035035德银BZn15-20硬4805501——特硬5606501锌Zn-3～Zn-6—120～200140～230407580000～130000铅Pb-3～Pb-6—20～3025～4040～505～1015000～17000锡Sn1～Sn4—30～4040～50—1241500～55000TA2 360～480450～60025～30——钛合金TA3退火440～600550～75020～25TA5640～680800～85015800～900104000MB1 120～140170～1903～512040000冷态MB8150～180230～24014～1522041000MB1 预热30～5030～5050～52—40000MB8 300℃50～7050～7058～62—41000银 — ——180503081000伐合金 Ni29Co18 — 400～500 500～600 — — —软—400～600———硬—650———已退火—7200700312023未退火—14911～4800380000已退火20～30140020～25385280000未退火32～3416002～5595300000镁合金可康铜钨 —三、非金属钼 —三、非金属非金属材料的极限抗剪强度〔表8—53〕8—53非金属材料的极限抗剪强度〔单位：MPa〕材料名称材料名称极限抗剪强度τ环氧酚醛玻璃布板180～210210～240工业橡胶板1～620～80石棉橡胶40—人造橡胶，硬橡胶40～70—层压纸板100～130140～200层压布板90～100120～180绝缘纸板40～7060～100厚纸板30～4040～80软钢纸板20～4020～30有机玻璃70～8090～100聚氯乙烯60～80100～130管状凸模裁切一般凸模冲裁纸胶板布胶板玻璃布胶板金属箔的纸胶板100～13090～100120～140130～150110～130140～200120～180160～185160～220管状凸模裁切一般凸模冲裁纸胶板布胶板玻璃