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。Fs(5-6)这里通许用剪应力，单价为Pa或MPa。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叫再除以安全系数n,得许用剪应力T-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的材料的许用拉应力拉间，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、截面设计、

2、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，H30MPa,直径d=20mm。挂钩及被连接板件的厚度分别为t=8mm和t=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-nf口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:销钉横截面上的剪应力为:F223.9MPa<FsF

3、 15 103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。A 2 (20 10 3)2 4Fmax=400KN ,冲头(T =400MPa冲剪钢板的极限剪应力u=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高为所以图5-13冲床冲剪钢板及冲剪部分受力示意图dt的柱表面。t Fmaxd bFmaxFmax4 400 103400 106FsF max400 1033.4 102 360 1060.034m 3.4cm0.0104m 1.04cm例5-3如图5-14所示螺钉受轴向拉力 F作用，已知t

4、=。爪其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:旦工Adh当休°同时分别达到川°时.材料的利用最合理，既F dhcc4F0.62d2所以可得d:h2.4=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？分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08Al、08F、08、及10、15、20钢。其化学成分如表844所示。表844?深拉深冷轧薄钢板的化学成分(GB/T52131985和GB/T710

5、1991)钢板化学成分(质量分数)CSiMnPSNiCrCuAl08A1<<<08F<<<一08<<<一10<<<一15<<<一20<<<一(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）

6、08钢中主要元素对冲压性能的影响（表845）表845?主要元素对08钢冲压性能的影响元素名称增加FeC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FeC出现于晶界时，对冲压性能的不利影响更大SiMn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S性能不利是镇静钢的最终脱氧剂，可与氮形

7、成氮化铝，显着降低钢板的“应变时效”倾向，容易得到“饼形”铁Al素体晶粒，改善冲压性能。钢中铝的最佳含量为其质量分数=（）2）深拉深冷轧薄板铁素体晶粒度的标准（表846）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ZF?HFFZS08Al05F,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

8、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847）表847?深拉深冷轧薄钢板的力学性能（GB/T52131985和GB/T7101991）钢号级别厚度/mm/MPa/MPa/(%)不小于08AlZF全部26033020044HF全部26034021042F>26035022039一?26035022042一?<26035024042一Z280370一34一08FS<4280390一32一P280390一30一Z280400一32一08S<4280420一30一P280420一28一Z300420一30一1

9、0S<4300440一29一P300440一28一Z340460一27一15S<4360480一26一P360480一25一Z360500一26一20S<4360510一25一P360510一24一4）深拉深冷轧薄钢板的杯突试验冲压深度（表848）表848?深拉深冷轧薄钢板的杯突试验冲压深度（GB/T52131985和GB/T7101991）钢板厚度钢号及级别08A108、08F10、15、20ZFHFFZSPZSEr值（杯突试验深度）不小于一一一一一一一一一一一一一一一一一一一2.常用材料的力学性能(1)黑色金属材料的力学性能(表849)表849?黑色金属材料的力学性能材料

10、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工用工业纯铁DT1DT2DT3已退火的180?23026?电工硅钢D11、D12D21、D31D32、D370D310340S4148?已退火的?19023026普通碳素钢Q195未经退火的2603203153902833195Q2152703403354102631215Q2353103803754602126235Q2553404204105101924255Q2754005004906101520275碳素工具钢08F已退火的22031028039032180?10F26036033045032200

11、19000015F22034028042030190?08260340300440292101980001025037032046028一?15270380340480262802020002028040036051035250210002532044040055034280202000303604804506002230020100035400520500650203202010004042054052067018340213500454405605507001636020400050已正火的4405805507301438022000055550?67043390一60550?700124

12、1020800065600?73010420一70600?7609430210000?碳素工具钢?T7T12T7AT12A已退火的60075010一一T8A冷作硬化的6009507501200一一一优质碳素钢10Mn已退火的3204604005802223021100065Mn6007501240021000合金结构钢25CrMnSiA25CrMnSi已低温退火的40056050070018950一30CrMnSiA30CrMnSi4406000550750161450850一?优质弹簧钢?60Si2Mn60Si2MnA65SiWA已低温退火的720900101200200000冷作硬化的64

13、096080012001014001600一不锈钢1Cr13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850?钢在加热状态的抗剪强度？（单位

14、：MPaj）普通碳素钢冷弯实验指标（8-51）表851?普通碳素钢冷弯试验指标?（GB7001988）牌号试样方冷弯试验B=2a180°备注向钢材厚度或直径/mm<60>60100>100200?弯心直径d?Q195纵0一一?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Q215纵2a横a2aQ235纵a2a横3aQ255?2a3aQ275?3a4a注：B一试样宽度二、有色金属？O有色金属的力学性能(表852)表852?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

15、弹性模量日MPa铝1070A,1050A1200已退火807511025508072000冷作硬化1001201504120240铝镒合金3A21已退火70100110145195071000半冷作硬化10014015520013130铝镁合金铝镁铜合金SA02已退火130160180230一10070000半冷作硬化160200230280210高强度铝镁铜合金7A04已退火170250一一一淬硬并经人工时效35050046070000镁镒合金MB1MB8已退火120140170190359843600已退火170190220230122414040000冷作硬化19020024025081

16、0160硬铝2A112已退火10515015021512一一淬硬并经自然时效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30038020200一硬42042010480一黄铜H68软24030040100110000半硬28035025一硬40040015250115000铅黄铜HPb59-1软3003502514293000硬4004505420105000镒黄铜HMn58-2软340390251701000

17、00半硬40045015一硬5206005锡磷青铜锡锌青铜QSn4-3软26030038140100000硬48055035?特硬50065012546124000铝青铜QA117退火52060010186一不退火5606505250115000130000铝镒青铜QA19-2软3604501830092000硬4806005500一硅镒青铜QBi3-1软2803003503804045239120000硬48052060065035540一特硬56060070075012一一钺青铜QBe2软24048030060030250350117000硬52066021280132000141000白

18、铜B19软24030025一硬3604503锌白铜BZn15-20软28035035207一硬4005501486126000140000特硬520650一?银Ni-3Ni-5软3504003570一硬4705502210210000230000德银BZn15-20软30035035一一硬4805501特硬5606501锌Zn-3Zn-6一120200140230407580000130000铅Pb-3Pb-6一2030254040505101500017000锡Sn1Sn4一30404050一124150055000钛合金TA2退火3604804506002530一一TA3440600550

19、7502025TA564068080085015800900104000镁合金MB1冷态1201401701903512040000MB8150180230240141522041000MB1预热300c305030505052一40000MB8507050705862一41000银一一一180503081000可伐合金Ni29Co18一400500500600一一一康铜软一400600一一一硬一650一一一鸨一已退火一7200700312000未退火一149114800380000铝已退火203014002025385280000未退火3234160025595300000三、非金属？（1）非金属材料的极限抗剪强度（表853）表853?非金属材料的极限抗剪强度？?？（单位：MPea）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40一人造橡胶，硬橡胶4070一层压纸板100130140200层压布板901001