剪切計算及常用材料強度..

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件的實際剪應力不超過材料的許用剪應力。(5-6)這里T為許用剪應力，單價為Pa或MPa。由于剪應力并非均勻分布，式(5-2)、(5-6)算出的只是剪切面上的平均剪應力，所以在使用實驗的方式建立強度條件時，應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t0,再除以安全系數(shù)n得許用剪應力t。(5-7)各種材料的剪切許用應力應盡量從相關規(guī)范中查取。一般來說，材料的剪切許用應力T與材料的許用拉應力G之間，存在如下關系:對塑性材料：對脆性材料：t二0.6口0.8qt二0.8口1.0615x103(2)剪切實用計算剪切計算相應地也

2、可分為強度校核、截面設計、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=30MPq,直徑d=20mm。掛鉤及被連接板件的厚度分別為t=8mm和q=12mm。牽引力F=15kN。試校核銷釘?shù)募羟袕姸取ib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：銷釘橫截面上的剪應力為：

3、F15x103r1t=r=23.9MPavtA兀A2x-(20x10-3)2故銷釘滿足剪切強度要求。例5-2如圖5-13所示沖床，F(xiàn)=400KN，沖頭o=400MPa,沖剪鋼板的極限剪應力Tb=360MPa。試設計沖頭maxb的最小直徑及鋼板最大厚度。圖5-13沖床沖剪鋼板及沖剪部分受力示意圖解：(1)按沖頭壓縮強度計算d所以(2)按鋼板剪切強度計算t鋼板的剪切面是直徑為d高為t的柱表面。FFTsmax'TA兀dtb400X103所以二0.0104m二1.04cm兀x3.4x10-2x360x106FtWmax冗dTb例5-3如圖5-14所示螺釘受軸向拉力F作用，已知t=0.6g，求其

4、d：h的合理比值。圖5-14螺釘受軸向拉力示意圖解：螺桿承受的拉應力小于等于許用應力值：F4F<QA兀d2螺帽承受的剪應力小于等于許用剪應力值：FFTs<TA兀dh當6T同時分別達到6、T時.材料的利用最合理，既F4F0.6兀dh兀d2所以可得d:h2.4-=extPart_01C9B6CD.第二節(jié)沖壓常用材料的化學成分和力學性能一、黑色金屬二、有色金屬三、非金屬1. 深拉深用冷軋鋼板發(fā)化學成分和力學性能1）深拉深鋼板的化學成分深拉深用冷軋鋼板主要有08Al、08F、08及10、15、20鋼。其化學成分如表844所示。表844深拉深冷軋薄鋼板的化學成分（GB/T52131985和G

5、B/T7101991）化學成分（質(zhì)量分數(shù)%）鋼板CSiMnPSNiCrCuAl0.35WWWww08A1W0.08W0.030.450.0200.030.010.030.150.020.070.050.25WWWww08F0.11W0.030.500.0400.050.050.170.35WWWww080.120.370.650.0350.050.070.170.35WWWww100.140.370.650.0350.05WWWww150.190.370.650.0400.0

6、5WWWww200.240.370.650.0400.05（2）影響鋼板沖壓性能的主要因素化學成分、金屬組織、力學性能和表面質(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，但偏析比較嚴重，且有“應變時效”傾向，對于沖壓性能要求高，外觀要求嚴格的零件不適合。08Al鎮(zhèn)靜鋼板價格較高，但性能均勻，“應變時效”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845）表845主要元素對08鋼沖壓性能的影響元素名稱增加FeC的數(shù)量，提高鋼板的抗拉強度和屈服強度，降低塑

7、性，使沖壓性能惡化，特別是當FeC出現(xiàn)于晶界時，對沖壓性能的不利影響更大SiMnAl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、且呈細長條狀分布的硫化物對沖壓性能不利是鎮(zhèn)靜鋼的最終脫氧劑，可與氮形成氮化鋁，顯著降低鋼板的“應變時效”傾向，容易得到“餅形”鐵素體晶粒，改善沖壓性能。鋼中鋁的最佳含量為其質(zhì)量分數(shù)=（0.030.05）%2）深拉深

8、冷軋薄板鐵素體晶粒度的標準（表846）表846深拉深冷軋薄鋼板鐵素體晶粒級別鋼號及拉深級別鋼板狀態(tài)ZFHFFZS08A105F，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拉深最復雜零件；HF拉深很復雜零件；F拉深復雜零件2）其他深沖薄鋼板（包括熱軋板）按沖壓性能分級為：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性能（表847）表847深拉深冷軋薄鋼板的力

9、學性能（GB/T52131985和GB/T7101991)鋼號厚度/mm/MPa/MPa/(%)ZFHF08A108F08101520全部全部>1.21.2<1.2W4W4W4W4W426033026034026035026035026035028037028039028039028040028042028042030042030044030044034046036048036048036050036051036051020021022022024044423942423432303230283029282726252625240.660.704）深拉深冷軋薄鋼板的杯突試驗沖壓深度

10、（表848）表848深拉深冷軋薄鋼板的杯突試驗沖壓深度（GB/T52131985和GB/T7101991）鋼號及級別鋼板厚度08A108、08F10、15、20ZFHFFZSPZSEr值（杯突試驗深度）不小于9.19.08.48.08.07.80.710.38.00.810.610.510.310.08.20.910.810.710.59.08.41.011.210.810.710.511.010.910.8

11、10.410.2一一11.510.610.4一11.711.311.311.210.810.6一11.811.411.411.311.010.8一12.011.611.511.511.211.0一一11.811.711.611.411.2一一12.011.911.811.611.4一一12.112.011.911.711.5一一11.811.7一一12.311.8一2. 常用材料的力學性能1）黑色金屬材料的力學性能（表849）表849黑色金屬材料的力學性能材料名稱材料牌

12、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C0.025DT1DT2DT3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2603203153902833195Q2152703403354102631215Q2353103803754602126235Q2553404204105101924255Q2754005004906101520275碳素工具鋼08F已退火的2203102803903218010F26036033045032200190

13、00015F2203402804203019008260340300440292101980001025037032046028一152703803404802628020200020280400360510352502100025320440400550342802020003036048045060022300201000碳素工具鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼合金結構鋼優(yōu)質(zhì)彈簧鋼不銹鋼3540455055606570T7T12T7AT12AT8A10Mn65Mn25CrMnSiA25CrMnSi30CrMnSiA30CrMnSi60Si2Mn60Si2MnA65SiWA1Cr132Cr133Cr134Cr1

14、31Cr18Ni192Cr18Ni191Cr18Ni9Ti4005204205404405604405805505006505206705507005507306702018161443320340360380390201000213500204000220000已正火的已退火的冷作硬化的已退火的已低溫退火的已低溫退火的冷作硬化的已退火的經(jīng)過熱處理的已碾壓冷作硬化的熱處理退軟的55060060060060095032046060040056044060007206409603203803204004004804004804605208008804305507007307607507501200

15、4005807505007005507509008001200400470400500500600500600580640100011005407002）鋼在加熱時的抗剪強度（表850）表850鋼在加熱狀態(tài)的抗剪強度12101022121816101021201815353840410420430230400950145085012001400160042045048050020022020020800021000021100021000200000210000210000210000210000200000200000200000單位：MPa）(3)普通碳素鋼冷彎實驗指標(8-51)表851

16、普通碳素鋼冷彎試驗指標(GB7001988)牌號Q195Q215Q235Q255Q275試樣方向冷彎試驗B=2al80°鋼材厚度或直徑/mmW6060100100200彎心直徑d備注0.5a0.5a1.5a1.5a2a2a2a2.5a2.5a2.5a3a2a3a3.5a3a4a4.5a注：B試樣寬度二、有色金屬O有色金屬的力學性能(表852)表852有色金屬的力學性能各牌號A級鋼的冷彎試驗，在需方有要求時才進行冷彎試驗合格時，抗拉強度上限可以不作交貨條件牌號材料狀態(tài)抗剪強度t/MPa抗拉強度/MPa伸長率/(%)屈服點/MPa1070A,1050A已退火807511025508012

17、00冷作硬化10012015041202403A21已退火701001101451950半冷作硬化10014015520013130材料名稱鋁錳合金彈性模量E/MPa7200071000鋁鎂銅合金半冷作硬化160200230280210鋁鎂合金已退火130160180230100SA0270000高強度鋁鎂已退火170250銅合金7A04淬硬并經(jīng)人工時效35050046070000鎂錳合金MB1MB8硬鋁2A112純銅T1、T2、T3黃銅H62黃銅H68鉛黃銅HPb59-1已退火已退火冷作硬化已退火淬硬并經(jīng)自然時效淬硬后冷作硬化半硬半硬錳黃銅HMn58-2半硬12014017019098436

18、001701901902001051502803102803201602402603004202402804003004003404005202602202302402501502154004404004602003003003804203003504003504503904506003001224810121510303520104025152525153814016036834070380380200480100250142420170140400007200010800013000010000011000011500093000105000100000錫磷青銅錫鋅青銅鋁青銅鋁錳青銅硅錳青

19、銅鈹青銅白銅QSn4-4-2.5QSn4-3QA117QA19-2QBi3-1QBe2B19480550100000特硬退火不退火特硬500520560360480280300480520560600240480520240650600650450600350380600650700750300600660300546124000101861840453025250300500239540250350128011500013000092000120000117000132000141000軟28035035207360450鋅白銅BZn15-20400550486126000140000Ni-

20、3Ni-5德銀BZn15-20Zn-3Zn-6Pb3Pb6Sn1Sn4TA2特硬520650特硬350470300480560120200203030403604804005503505506501402302540405045060035703540405021075510鈦合金TA3退火440600550750鎂合金可伐合金康銅TA5MB1MB8MB1MB8冷態(tài)預熱300°C64068080085012014015018030505070400500Ni29Co18BMn401.517019023024030505070180500600已退火未退火400600650720149

21、1已退火20301400未退火32341600210000230000800001300001500017000三、非金屬O2530202515141550525862501280090012022030415005500010400040000410004000041000810007003120008003800002025385595（1）非金屬材料的極限抗剪強度（表853）表853非金屬材料的極限抗剪強度（單位：MPa）材料名稱紙膠板布膠板玻璃布膠板管狀凸模裁切普通凸模沖裁10013014020090100120180120140160185極限抗剪強度T280000300000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162080石棉橡膠40一人造橡膠，硬橡膠4070一層壓紙板100130140200層壓布板