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。这里T为许用剪应力，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 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T与材料的许用拉应力6之间，存在如下关系：对塑性材料：0钟0.8对脆性材料：0.1.0(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、确定许可载荷等三类问题，这里就不

2、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t1=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 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:Fs(5-6)T。，再除以安全系数n,m-m和n-n两个面向左错动。所以dl44 400

3、1060.034m 3.4cmY Y 400 10(2)按钢板剪切强度计算t钢板的剪切面是直径为d高为t的柱表面。FsA所以例5-3如图5-14所示螺钉受轴向拉力F作用，已知T=d，求其d:h的合理比值。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。Fs15 103鼻2Er23.9MPa=400KN冲头d=400MPa冲剪钢板的极限剪应力Tb=360 MPa试设计冲头解：(1)按冲头压缩强度计算dFmaxAFmax4maxdtFmax400 1033.4 102360 1060.0104m 1.04cm df 图5-14螺钉受轴向拉力示意图解：螺杆承受的拉应力

4、小于等于许用应力值:螺帽承受的剪应力小于等于许用剪应力值:Fs同时分别达到(T、T时材料的利用最合理，既F0.6芒dhd2=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、非金属一、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 08Al、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/T5213 1985 和 GB/T7101991)钢板化学成分(质量分数 %)CSiMnPSNiCrCuAlFNA所以可得d :h

5、2.4当T、T08AI08F08101520(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

6、，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，改善冲压性能。钢中铝的最佳含量为其质量分数=() %2）深拉深冷轧

7、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 08AI 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）按冲压性能分级为：Z最伸拉深件；S深拉深件；P普通拉深件3）深拉深

8、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）钢号级厚度/mm/MPa/MPa/ (%别不小于ZF全部26033020044HF全部2603402104208AIF26035022039260350220422603502404208FZ 428037034SP2803902803903230Z2804003208S 428042030P28042028Z3004203010S 430044029P30044028Z3404602715S 436048026P36048025Z3605002620S

9、DT1DT2DT3已退火的18023026D11、D12D21、D31电工硅钢D32、D370已退火的19023026D310340S4148普通碳素钢Q195未经退火的2603203153902833195Q2152703403354102631215Q2353103803754602126235Q2553404204105101924255Q2754005004906101520275碳素工具钢08F已退火的2203102803903218010F2603603304503220019000015F2203402804203019008260340300440292101980001025

10、03703204602815270380340480262802020002028040036051035250210002532044040055034280202000303604804506002230020100035400520500650203202010004042054052067018340213500454405605507001636020400050已正火的44058055073014380220000555506704339060550700124102080006560073010420706007609430210000碳素工具钢T7T12T7AT12A已退火的6

11、0075010T8A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4005605007001895030CrMnSiA30CrMnSi4406000550750161450850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320380400470214202100002Cr1332040040050020

12、4502100003Cr13400480500600184802100004Cr13400480500600155002100001Cr18Ni192Cr18Ni19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 8 50）表 8 50钢在加热状 态的抗剪强度 （单位：MPa普通碳素钢冷弯实验指标（8-51 ）冷弯试验B=2a180备注牌号试样方钢材厚度或直径/mm向60100100200弯心直径dQ195纵0

13、横Q215纵2a各牌号 A 级钢的冷弯试验，横a2a在需方有要求时才进行Q235纵a2a冷弯试验合格时，抗拉强度横3a上限可以不作交货条件Q2552a3aQ2753a4a注：B试样宽度二、有色金属0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E/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表 8

14、51普通碳素钢冷弯试验指标(GB700 1988 )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7A04已退火170250淬硬并经人工时效35050046070000镁锰合金MB1MB8已退火120140170190359843600已退火17019022023012 2414040000冷作硬化190200240250810160硬铝2AI12已退火10515015021512淬硬并经自然时效280310400 4401536872000淬硬后冷作硬化280320400 46010340纯铜T1、T2、T3软

15、1602003070108000硬2403003380130000黄铜H62软26030035380100000半硬30038020200硬42042010480黄铜H68软24030040100110000半硬28035025硬40040015250115000铅黄铜HPb59-1软3003502514293000硬4004505420105000锰黄铜HMn58-2软34039025170100000半硬40045015硬5206005锡磷青铜软26030038140100000锡锌青铜QSn4-3硬48055035特硬50065012546124000铝青铜QAI17退火52060010

16、186不退火5606505250115000130000铝锰青铜QAI9-2软3604501830092000硬4806005500硅锰青铜QBi3-1软28030035038040 45239120000硬480520600 65035540特硬56060070075012铍青铜QBe2软24048030060030250350117000硬52066021280132000141000白铜B19软24030025硬3604503锌白铜BZn15-20软28035035207硬4005501486126000140000特硬520650镍Ni-3 Ni-5软3504003570硬470550

17、2210210000230000德银BZn15-20软30035035硬4805501特硬5606501锌Zn-3Zn-6120200140230407580000130000铅Pb-3 Pb-620 3025 4040 505101500017000锡Sn1Sn430 4040 50124150055000钛合金TA2退火360480450 60025 30TA344060055075020 25TA564068080085015800900104000MB1冷态1201401701903512040000镁合金MB815018023024014 1522041000MB1预热30 5030

18、 5050 5240000MB8300C50 7050 7058 6241000银180503081000可伐合金Ni29C600康铜软400 600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 舍（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100130140200层压布板90 100120180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 80100130氯乙烯30 4050赛璐咯