剪切計算和常用材料強度

1、2.剪切強度計算(1)剪切強度條件剪切強度條件就是使構(gòu)件的實際剪應(yīng)力不超過材料的許用剪應(yīng)力。Fs(5-6)這里t 為許用剪應(yīng)力，單價為Pa或MPat。，再除以安全系數(shù)n,由于剪應(yīng)力并非均勻分布，式(5-2)、(5-6)算出的只是剪切面上的平均剪應(yīng)力，所以在使用實驗的方式建立強度條件時，應(yīng)使試件受力盡可能地接近實際聯(lián)接件的情況，以確定試樣失效時的極限載荷 得許用剪應(yīng)力T 。0n(5-7)各種材料的剪切許用應(yīng)力應(yīng)盡量從相關(guān)規(guī)中查取。一般來說，材料的剪切許用應(yīng)力T 與材料的許用拉應(yīng)力6 之間，存在如下關(guān)系： 對塑性材料：06忖8對脆性材料：0.8林0(2)剪切實用計算剪切計算相應(yīng)地也可分為強度校核、

2、截面設(shè)計、確定許可載荷等三類問題，這里就不展開論述了。但在剪切計算中要正確判斷剪切面積，在鉚釘聯(lián)接中還要正確判斷單剪切和雙剪切。下面通過幾個簡單的例題來說明。例5-1圖5-12(a)所示電瓶車掛鉤中的銷釘材料為20號鋼，t = 30MPa直徑d=20mm掛鉤及被連接板件的厚度分別為t = 8mm和ti= 12mm牽引力F=15kN。試校核銷釘?shù)募羟袕姸?。圖5-12電瓶車掛鉤及其銷釘受力分析示意圖解：銷釘受力如圖5-12(b)所示。根據(jù)受力情況，銷釘中段相對于上、下兩段沿m-m和n-n兩個面向左錯動。所以有兩個剪切面，是一個雙剪切問題。由平衡方程容易求出：Fs銷釘橫截面上的剪應(yīng)力為:FsA15

3、10323.9MPa<2 -(20 10 3)2故銷釘滿足剪切強度要求。例5-2如圖5-13所示沖床, 的最小直徑及鋼板最大厚度。Fma)=400KN,沖頭6 =400MPa沖剪鋼板的極限剪應(yīng)力t b=360 MPa試設(shè)計沖頭解：(1)按沖頭壓縮強度計算所以(2)按鋼板剪切強度計算 鋼板的剪切面是直徑為d高為所以I T i5-13沖床沖剪鋼板及沖剪部分受力示意圖的柱表面。FmaxFmax4 400 103400 106F sF maxA dt0.034m 3.4cmt Fmaxd b400 1033.4 102 360 106例5-3如圖5-14所示螺釘受軸向拉力F作用，已知t =0.6

4、0.0104m 1.04cmd，求其 d: h的合理比值。圖 5-14螺釘受軸向拉力示意圖解：螺桿承受的拉應(yīng)力小于等于許用應(yīng)力值:FnAFs螺帽承受的剪應(yīng)力小于等于許用剪應(yīng)力值:詁當(dāng)d、T同時分別達(dá)到d 、 T 時材料的利用最合理，既F 0.6 笙dhd2所以可得d :h 2.4=extPart 01C9B6CD.第二節(jié)沖壓常用材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能黑色金屬有色金屬三、非金屬黑色金屬1.深拉深用冷軋鋼板發(fā)化學(xué)成分和力學(xué)性能1）深拉深鋼板的化學(xué)成分深拉深用冷軋鋼板主要有08AI、08F、08、及10、15、20鋼。其化學(xué)成分如表8 44所示。表8 44深拉深 冷軋 薄鋼 板的 化學(xué) 成分（GB

5、/T5213 1985和GB/T7101991）化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù) %）鋼板 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）影響鋼板沖壓性能的主要因素化學(xué)成分、金屬組織、力學(xué)性能和表面質(zhì)量等均影響沖壓性能在上述鋼號中用量最大的是08鋼，并有沸騰鋼與鎮(zhèn)靜鋼之分，沸騰鋼08F價廉，表面質(zhì)量好，但偏析比較嚴(yán)重，且有“應(yīng)變時效”傾向，對于 沖 壓性能要求高，外觀要求嚴(yán)格的零件不適合。08A1鎮(zhèn)靜鋼板價格較高，但 性能均勻，“應(yīng)變時效”傾向小，適用于汽車、拖拉機覆蓋件的拉深。1）08鋼中主要元素對沖壓性能的影響（表8 45）表8 45 主要元素對08鋼沖壓性能 的影響元素名稱對沖壓性能的影

7、響C增加Fe C的數(shù)量，提高鋼板的抗拉強度和屈服強度，降低塑性，使沖壓性能惡化，特別是當(dāng)Fe C岀現(xiàn)于晶界時，對沖壓性能的不利影響更大Si硅溶于鐵素體中，強化鐵素體的作用很大，增加強度，降低塑性，含硅量越低越好，深沖壓鋼板不能用 硅脫氧Mn錳的直接影響不大，錳和硫形成MnS夾雜物，其數(shù)量和形態(tài)對沖壓性能有影響P磷顯著地增加強度和脆性，并有偏析傾向，易于形成帶狀組織，這些都對沖壓性能不利S形成硫化物，其數(shù)量、形狀和分布對沖壓性能有很大影響，數(shù)量多、且呈細(xì)長條狀分布的硫化物對沖壓 性能不利Al是鎮(zhèn)靜鋼的最終脫氧劑，可與氮形成氮化鋁，顯著降低鋼板的“應(yīng)變時效”傾向，容易得到“餅形”鐵素體晶粒，改善沖

8、壓性能。鋼中鋁的最佳含量為其質(zhì)量分?jǐn)?shù)=（0.03 0.05 ） %2）深拉深冷軋薄板鐵素體晶粒度的標(biāo)準(zhǔn)（表8 46）表8 46深拉深冷軋薄鋼板鐵素體晶粒級別鋼板狀態(tài)鋼號及拉深級別ZFHFFZS08AI05F， 8F， 10F08b， 15F， 20F， 08，10， 15， 2005F，08F，10F，15F，20F，08b，08，10, 15，20冷軋6，7, 8或“餅形”6，7，8，9 或“餅形”6，7, 86, 7，8, 95, 6, 7, 8, 91）鋁鎮(zhèn)靜鋼08A1按其拉深質(zhì)量分為三級：ZF 拉深最復(fù)雜零件；HF拉深很復(fù)雜零件；F拉深復(fù)雜零件2）其他深沖薄鋼板（包括熱軋板）按沖壓性能

9、分級為：Z最伸拉深件；S深拉深件；P普通拉深件3）深拉深冷軋薄鋼板的力學(xué)性能（表8 47）表8 47深拉深 冷軋 薄鋼 板的 力學(xué) 性能（GB/T5213 1985和GB/T7101991）鋼號級別厚度/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）深拉深冷軋薄鋼板的杯突試驗沖壓深度（表8 48） 表8 48深拉深冷軋薄鋼板的杯突試驗沖壓深度（GB/T5213 1985 和 GB/T710 1991）鋼板厚度鋼號及級別08A108、 08F10、 15、 20ZFHFFZSPZSEr值（杯突試驗深度）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.常用材料的力學(xué)性能(1)黑色金屬材料的力學(xué)性能(表8 49) 表8 49 黑色金屬材料的力學(xué)性能材料名稱材料牌號材料狀態(tài)抗剪強度/MPa抗拉強度/MPa伸長率屈服點/MPa彈性模量/MPa電工用工業(yè)純鐵C>0.025DT1DT2DT3已退火的18023026電工硅鋼D11、D12D21、D31D32、D370D310340S4148已退火的19023026普通碳素鋼Q195未經(jīng)退火的2603203153902833195Q2152703403354102631215Q23531038037

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

14、2054052067018340213500454405605507001636020400050已正火的44058055073014380220000555506704339060550700124102080006560073010420706007609430210000碳素工具鋼T7T12T7AT12A已退火的60075010T8A冷作硬化的6009507501200優(yōu)質(zhì)碳素鋼10Mn已退火的3204604005802223021100065Mn6007501240021000合金結(jié)構(gòu)鋼25CrMnSiA25CrMnSi已低溫退火的4005605007001895030CrMnSiA3

15、0CrMnSi4406000550750161450850優(yōu)質(zhì)彈簧鋼60Si2Mn60Si2MnA65SiWA已低溫退火的720900101200200000冷作硬化的64096080012001014001600不銹鋼1Cr13已退火的320380400470214202100002Cr13320400400500204502100003Cr13400480500600184802100004Cr13400480500600155002100001Cr18Ni192Cr18Ni19經(jīng)過熱處理的46052058064035200200000已碾壓冷作硬化的8008801000110038220

16、2000001Cr18Ni9Ti熱處理退軟的43055054070040200200000（2）鋼在加熱時的抗剪強度（表8 50） 普通碳素鋼冷彎實驗指標(biāo)(8-51 )表8 51普通碳素鋼 冷彎試驗指標(biāo)(GB700 1988 )冷彎試驗B=2a180°備注牌號試樣方鋼材厚度或直徑/mm向< 60>60100>100200彎心直徑dQ195縱0橫0.5a各牌號A級鋼的冷彎試驗， 在需方有要求時才進(jìn)行Q215縱0.5a1.5a2a橫a2a2.5aQ235縱a2a2.5a冷彎試驗合格時，抗拉強度橫1.5a2.5a3a上限可以不作交貨條件Q2552a3a3.5aQ2753a

17、4a4.5a注：B試樣寬度有色金屬有色金屬的力學(xué)性能(表8 52)表8 52 有色金屬的力學(xué)性能材料名稱牌 號材料狀態(tài)抗剪強度t /MPa抗拉強度/MPa伸長率/(%)屈服點/MPa彈性模量日MPa鋁1070A,1050A已退火8075 11025508072000鋁1200冷作硬化1001201504120240鋁錳合金3A21已退火70 100110145195071000半冷作硬化10014015520013130鋁鎂合金SA02已退火13016018023010070000鋁鎂銅合金半冷作硬化160200230280210高強度鋁鎂銅合金已退火1702507A04淬硬并經(jīng)人工時效350

18、50046070000鎂錳合金MB1已退火120140170190359843600MB8已退火17019022023012 2414040000冷作硬化190200240250810160已退火10515015021512硬鋁2AI12淬硬并經(jīng)自然時效280310400 4401536872000淬硬后冷作硬化280 -320400 46010340純銅T1、T2、T3軟1602003070108000硬2403003380130000軟26030035380100000黃銅H62半硬30038020200硬42042010480軟24030040100110000黃銅H68半硬280350

19、25硬40040015250115000鉛黃銅HPb59-1軟3003502514293000硬4004505420105000軟34039025170錳黃銅HMn58-2半硬40045015100000硬5206005錫磷青銅錫鋅青銅QSn4-4-2.5QSn4-3軟26030038140100000硬48055035特硬50065012546124000鋁青銅QAI17退火52060010186不退火5606505250115000130000鋁錳青銅QAI9-2軟3604501830092000硬4806005500軟280 -30035038040 45239120000硅錳青銅QBi

20、3-1硬480 -520600 65035540特硬560 -60070075012鈹青銅QBe2軟24048030060030250350117000硬52066021280132000141000白銅B19軟24030025硬3604503軟28035035207鋅白銅BZn15-20硬4005501486126000140000特硬520650鎳Ni-3 Ni-5軟3504003570硬4705502210210000230000德銀BZn15-20軟30035035硬4805501特硬5606501鋅Zn-3 Zn-6120200140230407580000130000鉛Pb-3 P

21、b-620 3025 4040 505101500017000錫Sn1Sn430 4040 50124150055000鈦合金TA2退火360480450 60025 30TA344060055075020 25TA564068080085015800900104000鎂合金MB1冷態(tài)1201401701903512040000MB815018023024014 1522041000MB1預(yù)熱300 C30 5030 5050 5240000MB850 7050 7058 6241000銀180503081000可伐合金Ni29C600康銅BMn40-1.5軟400

22、600硬650鎢已退火7200700312000未退火149114800380000鉬已退火20 30140020 25385280000未退火32 34160025595300000三、非金屬（1）非金屬材料的極限抗剪強度（表8 53）表8 53 非金屬材料的極限抗剪強度（單位：MPa）材料名稱極限抗剪強度T管狀凸模裁切普通凸模沖裁紙膠板100130140200布膠板90 100120180玻璃布膠板120140160185金屬箔的玻璃布膠板130150160220金屬箔的紙膠板110130140200環(huán)氧酚醛玻璃布板180210210240工業(yè)橡膠板1620 80石棉橡膠40人造橡膠，硬橡膠40 70層壓紙板1001301402