剪切計(jì)算和常用材料強(qiáng)度

1、2.剪切強(qiáng)度計(jì)算(1) 剪切強(qiáng)度條件剪切強(qiáng)度條件就是使構(gòu)件的實(shí)際剪應(yīng)力不超過(guò)材料的許用剪應(yīng)力。Fs A這里 為許用剪應(yīng)力，單價(jià)為Pa 或 MPa。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(shí)驗(yàn)的方式建立強(qiáng)度條件時(shí)，應(yīng)使試件受力盡可能地接近實(shí)際聯(lián)接件的情況，以確定試樣失效時(shí)的極限載荷，再除以安全系數(shù)0許用剪應(yīng)力 。(5-6)n，得0 n(5-7)各種材料的剪切許用應(yīng)力應(yīng)盡量從相關(guān)規(guī)范中查取。一般來(lái)說(shuō)，材料的剪切許用應(yīng)力 與材料的許用拉應(yīng)力 之間，存在如下關(guān)系：對(duì)塑性材料： 0.6: 0.8對(duì)脆性材料： 0.8: 1.0(2) 剪切實(shí)用計(jì)算剪切計(jì)算

2、相應(yīng)地也可分為強(qiáng)度校核、截面設(shè)計(jì)、確定許可載荷等三類問(wèn)題，這里就不展開(kāi)論述了。但在剪切計(jì)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(guò)幾個(gè)簡(jiǎn)單的例題來(lái)說(shuō)明。例 5-1 圖 5-12(a)所示電瓶車掛鉤中的銷釘材料為 20 號(hào)鋼， 30MPa，直徑 d=20mm 。掛鉤及被連接板件的厚度分別為 t 8mm 和 t 1 12mm 。牽引力 F=15kN。試校核銷釘?shù)募羟袕?qiáng)度。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(duì)于上、下兩段沿m-m 和 n-n 兩個(gè)面向左錯(cuò)動(dòng)。所以有兩個(gè)剪切面，是一個(gè)雙剪切問(wèn)題。由

3、平衡方程容易求出：FsF2銷釘橫截面上的剪應(yīng)力為：Fs15 10323.9MPa< A 2(20 10 3)24故銷釘滿足剪切強(qiáng)度要求。例 5-2 如圖 5-13 所示沖床， Fmax=400KN，沖頭 =400MPa，沖剪鋼板的極限剪應(yīng)力b=360 MPa。試設(shè)計(jì)沖頭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(qiáng)度計(jì)算 d= FmaxFmax Ad 24所以d4Fmax4 4001030.034m 3.4cm 400106(2) 按鋼板剪切強(qiáng)度計(jì)算 t鋼板的剪切面是直徑為d 高為 t 的柱表面。FsFmaxbAdt所以Fmax400 1

4、030.0104m 1.04cmt3.4 10 2360 106d b例 5-3如圖 5-14 所示螺釘受軸向拉力F 作用，已知 = ，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：FN4FAd 2螺帽承受的剪應(yīng)力小于等于許用剪應(yīng)力值：FsFAdh當(dāng) 、 同時(shí)分別達(dá)到 、 時(shí)材料的利用最合理，既F0.6 4Fdhd 2所以可得d : h2.4-=extPart_01C9B6CD.第二節(jié)沖壓常用材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能一、黑色金屬二、有色金屬三、非金屬一、 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

5、 深拉 深用 冷 軋鋼 板主 要有 08Al 、 08F、 08 、及 10、15、20 鋼。其化學(xué)成分如表 844 所示 。表 8 44 深拉 深冷 軋薄 鋼板 的化 學(xué)成 分（ GB/T5213 1985 和 GB/T710 1991 ）鋼板化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）CSiMnPSNiCrCuAl08Al08F08101520（2）影響鋼板沖壓性能的主要因素表面質(zhì)量等均影響沖壓性能化學(xué)成 分、金屬組織 、力學(xué) 性能和在上述鋼號(hào)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(jià)廉 ，表 面質(zhì) 量好，但 偏析 比較 嚴(yán)重 ，且有“應(yīng) 變時(shí) 效”傾向，對(duì)于 沖壓性 能要 求高 ，外

6、觀要求 嚴(yán)格 的零 件不 適 合。 08Al 鎮(zhèn)靜 鋼板 價(jià)格 較高 ，但性能均勻，“ 應(yīng)變時(shí)效”傾向小，適用于汽車、拖拉機(jī)覆蓋件的拉深 。1）08 鋼中主要元素對(duì)沖壓性能的影響（表 845）表 845主要元素對(duì) 08鋼沖壓性能的影響元素名對(duì)沖壓性能的影響稱C增加 FeC 的數(shù)量，提高鋼板的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，降低塑性，使沖壓性能惡化，特別是當(dāng)Fe C 出現(xiàn)于晶界時(shí)，對(duì)沖壓性能的不利影響更大Si硅溶于鐵素體中，強(qiáng)化鐵素體的作用很大，增加強(qiáng)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(duì)沖壓性能有影響P磷顯著地增加強(qiáng)度和脆性，并有

7、偏析傾向，易于形成帶狀組織，這些都對(duì)沖壓性能不利形成硫化物，其數(shù)量、形狀和分布對(duì)沖壓性能有很大影響，數(shù)量多、且呈細(xì)長(zhǎng)條狀分布的硫化物對(duì)沖壓S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(yīng)變時(shí)效”傾向，容易得到“餅形”鐵Al素體晶粒，改善沖壓性能。鋼中鋁的最佳含量為其質(zhì)量分?jǐn)?shù)=（） %2）深拉 深冷軋薄板鐵素體晶粒度的標(biāo)準(zhǔn)（表 846）表 846深拉深冷軋薄鋼板鐵素體晶粒級(jí)別鋼號(hào)及拉深級(jí)別鋼ZFHFFZS板狀08b， 15F，20F， 08，05F，08F，10F，15F，20F，態(tài)08Al05F，8F， 10F10， 15，2008b ，08，10，15 ， 20冷6， 7

8、，8 或“餅形”6，7， 8，9 或6，7，8， 95， 6，7，8， 9軋6，7， 8“餅形”1) 鋁鎮(zhèn) 靜 鋼 08Al 按其 拉 深 質(zhì) 量分 為 三級(jí) ： 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）按沖壓性能分級(jí)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/T710 1991 ）級(jí)厚度/MPa/（%）鋼號(hào)/MPa/mm別不 小 于08AlZF全部260 33020044HF全

9、部260 34021042F>260 35022039260 35022042<260 35024042Z280 3703408FS4280 39032P280 39030Z280 4003208S4280 42030P280 42028Z300 4203010S4300 44029P300 44028Z340 4602715S4360 48026P360 48025Z360 5002620S4360 51025P360 510244)深 拉深 冷軋 薄鋼 板的杯 突試 驗(yàn)沖 壓深 度（表8 48）表 848深拉深冷軋薄鋼板的杯突試驗(yàn)沖壓深度（ GB/T5213 1985 和 GB

10、/T710 1991 ）鋼號(hào)及級(jí)別鋼板08A108 、 08F10、15、20厚度ZFHFFZSPZSEr 值（杯突試驗(yàn)深度）不小于2.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 849 黑色金屬材料的力學(xué)性能材料名稱材料牌號(hào)DT1電工用工業(yè)純鐵DT2C>DT3D11、D12D21、D31電工硅鋼D32、 D370 D310340S4148Q195Q215普通碳素鋼Q235Q255Q27508F10F15F碳素工具鋼081015202530354045505560材料狀態(tài)已退火的已退火的未經(jīng)退火的已退火的已正火的伸長(zhǎng)率抗剪強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度屈服點(diǎn)彈性模量/M

11、Pa/MPa/MPa/MPa1802302619023026260320315390283319527034033541026312153103803754602126235340420410510192425540050049061015202752203102803903218026036033045032200190000220340280420301902603403004402921019800025037032046028270380340480262802020002804003605103525021000320440400550342802020003604804506002

12、23002010004005205006502032020100042054052067018340213500440560550700163602040004405805507301438022000055067043390550700124102080006570T7T12碳素工具鋼T7AT12A T8A10Mn優(yōu)質(zhì)碳素鋼65Mn25CrMnSiA25CrMnSi合金結(jié)構(gòu)鋼30CrMnSiA30CrMnSi60Si2Mn優(yōu)質(zhì)彈簧鋼60Si2MnA 65SiWA1Cr132Cr133Cr13不銹鋼4Cr131Cr18Ni192Cr18Ni191Cr18Ni9Ti600730104206007

13、609430210000已退火的60075010冷作硬化的6009507501200已退火的32046040058022230211000600750124002100040056050070018950已低溫退火的4406000550750161450850已低溫退火的720900101200200000冷作硬化的6409608001200101400160032038040047021420210000已退火的320400400500204502100004004805006001848021000040048050060015500210000經(jīng)過(guò)熱處理的4605205806403520

14、0200000已碾壓冷作硬化的8008801000110038220200000熱處理退軟的43055054070040200200000（2）鋼在加熱時(shí)的抗剪強(qiáng)度（表 850）表 8 50鋼在 加熱 狀態(tài) 的抗 剪強(qiáng) 度（單位 ： MPa）(3) 普通碳素鋼冷彎實(shí)驗(yàn)指標(biāo)（8-51 ）表 8 51普通 碳素 鋼冷 彎試 驗(yàn)指 標(biāo)（ GB700 1988 ）牌號(hào)試樣方冷彎試驗(yàn) B=2a180°備注向鋼材厚度或直徑 /mm 60>60100>100 200彎心直徑 d縱0Q195橫縱2a各牌號(hào) A 級(jí)鋼的冷彎試驗(yàn)， 在需Q215a2a方有要求時(shí)才進(jìn)行橫縱a2a冷彎試驗(yàn)合格時(shí)，

15、 抗拉強(qiáng)度上限Q2353a橫可以不作交貨條件Q2552a3aQ2753a4a注：B試樣寬度二、 有色 金屬有色 金屬 的力 學(xué)性 能（表 8 52）表 852有色金屬的力學(xué)性能材料名稱牌號(hào)1070A,1050A鋁1200鋁錳合金3A21鋁鎂合金SA02鋁鎂銅合金高強(qiáng)度鋁鎂7A04銅合金MB1鎂錳合金MB8硬鋁2Al12純銅T1、 T2、 T3抗剪強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度伸長(zhǎng)率屈服點(diǎn)材料狀態(tài)彈性模量 E/MPa /MPa/MPa/(%)/MPa已退火80751102550 8072000冷作硬化100120 1504120 240已退火70 100110 145195071000半冷作硬化100140155

16、 20013130已退火130160180 23010070000半冷作硬化160200230 280210已退火170250淬硬并經(jīng)人工35050046070000時(shí)效已退火120140170 190359843600已退火170190220 230122414040000冷作硬化190200240 2508 10160已退火105150150 21512淬硬并經(jīng)自280310400 44015368然時(shí)效淬硬后冷作72000280320400 46010340硬化軟1602003070108000硬2403003380130000軟26030035380100000黃銅H62半硬30038

17、020200硬42042010480軟24030040100黃銅H68半硬28035025110000硬40040015250115000HPb59-1軟3003502514293000鉛黃銅4004505420105000硬軟34039025170錳黃銅HMn58-2半硬400450151000005206005硬軟26030038140錫磷青銅硬48055035100000錫鋅青銅QSn4-350065012546124000特硬鋁青銅QAl17退火520600101865606505250115000 130000不退火QAl9-2軟3604501830092000鋁錳青銅4806005

18、500硬軟280300350 3804045239120000硅錳青銅QBi3-1硬480520600 65035540特硬560600700 75012QBe2軟240480300 60030250 350117000鈹青銅52066021280132000 141000硬B19軟24030025白銅3604503硬軟28035035207鋅白銅BZn15-20硬4005501486126000 140000特硬520650Ni-3Ni-5軟3504003570鎳4705502210210000 230000硬軟30035035德銀BZn15-20硬4805501特硬5606501鋅Zn-3

19、Zn-6120200140 230407580000 130000鉛Pb-3Pb-6203025 40405051015000 17000錫Sn1Sn4304040 501241500 55000TA2360480450 6002530鈦合金TA3退火440600550 7502025TA5640680800 85015800 900104000MB1冷態(tài)120140170 1903512040000鎂合金MB8150180230 240141522041000MB1預(yù)熱305030 50505240000MB8300507050 70586241000銀180503081000可伐合金Ni2

20、9C600軟400 600康銅650硬已退火7200700312000鎢149114800380000未退火已退火203014002025385280000鉬未退火3234160025595300000三、非金屬（1）非金屬材料的極限抗剪強(qiáng)度（表853）表 8 53非金 屬材 料的 極限 抗剪 強(qiáng)度（單 位： MPa ）材料名稱紙膠板布膠板玻璃布膠板金屬箔的玻璃布膠板金屬箔的紙膠板環(huán)氧酚醛玻璃布板工業(yè)橡膠板石棉橡膠人造橡膠，硬橡膠層壓紙板層壓布板絕緣紙板厚紙板軟鋼紙板有機(jī)玻璃聚氯乙烯氯乙烯賽璐咯皮革工業(yè)用皮革極限抗剪強(qiáng)度管狀凸模裁切普通凸模沖裁10013014020090100120180120140160185130150160220110130140200180210210240162080