剪切計(jì)算與常用材料強(qiáng)度

1、 . . 13/132.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)力不超過材料的許用剪應(yīng)力。 (5-6)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0，再除以安全系數(shù)n，得許用剪應(yīng)力。 (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)力與材料的許用拉應(yīng)力之間，存在如下關(guān)系：對塑性材料：對脆性材料：(2) 剪切實(shí)用計(jì)算剪切計(jì)算相應(yīng)地也可分為強(qiáng)度校核、截面設(shè)計(jì)、確定許可

2、載荷等三類問題，這里就不展開論述了。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。下面通過幾個(gè)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，30MPa，直徑d=20mm。掛鉤與被連接板件的厚度分別為t8mm和t112mm。牽引力F=15kN。試校核銷釘?shù)募羟袕?qiáng)度。圖5-12 電瓶車掛鉤與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(gè)面向左錯(cuò)動(dòng)。所以有兩個(gè)剪切面，是一個(gè)雙剪切問題。由平衡方程容易求出：銷釘橫截面上的剪應(yīng)力為：故銷釘滿足剪切強(qiáng)度要求。例5-2如圖5-1

3、3所示沖床，F(xiàn)max=400KN，沖頭=400MPa，沖剪鋼板的極限剪應(yīng)力b=360 MPa。試設(shè)計(jì)沖頭的最小直徑與鋼板最大厚度。圖5-13 沖床沖剪鋼板與沖剪部分受力示意圖解：(1) 按沖頭壓縮強(qiáng)度計(jì)算d所以(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。所以例5-3 如圖5-14所示螺釘受軸向拉力F作用，已知=0.6，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：螺帽承受的剪應(yīng)力小于等于許用剪應(yīng)力值：當(dāng)、同時(shí)分別達(dá)到、時(shí)材料的利用最合理，既所以可得=extPart_01C9B6CD.第二節(jié) 沖壓常用材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能

4、HYPERLINK :/ l 1#1 一、黑色金屬 HYPERLINK :/ l 1#1 二、有色金屬 HYPERLINK :/ l 1#1 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 深拉深用冷軋鋼板主要有08Al、08F、08、與10、15、20鋼。其化學(xué)成分如表844所示。表844 深拉深冷軋薄鋼板的化學(xué)成分（GB/T52131985和GB/T7101991）鋼板化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù) %）CSiMnPSNiCrCuAl08Al0.080.030.350.450.0200.030.010.030.150.020.0708F0.050.110.030

5、.250.500.0400.040.250.100.25080.050.120.170.370.350.650.0350.040.250.100.25100.070.140.170.370.350.650.0350.040.250.150.25150.120.190.170.370.350.650.0400.040.250.250.25200.170.240.170.370.350.650.0400.040.250.250.25（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(jià)廉，表面質(zhì)

6、量好，但偏析比較嚴(yán)重，且有“應(yīng)變時(shí)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。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對 沖 壓 性 能 的 影 響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)FeC出現(xiàn)于晶界時(shí)，對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)對沖壓

7、性能有影響P磷顯著地增加強(qiáng)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(shí)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?jǐn)?shù)=（0.030.05）%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別鋼板狀態(tài)鋼 號 與 拉 深 級 別ZF HFFZS08Al05F，8F，10F08b，15F，20F，08，10，15，2005F，08F，10F，15F

8、，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08Al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847）表847 深拉深冷軋薄鋼板的力學(xué)性能（GB/T52131985和GB/T7101991）鋼號級別厚度/mm/MPa/MPa/（%）不 小 于08AlZFHFF全部全部1.21.20.025DT1DT2DT3已退火的18023026電工硅鋼D11

9、、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2203102803903218010F2603603304503220019000015F22034028042030190082603403004402921019800010250370320460281527038034048026

10、2802020002028040036051035250210002532044040055034280202000303604804506002230020100035400520500650203202010004042054052067018340213500454405605507001636020400050已正火的44058055073014380220000555506704339060550700124102080006560073010420706007609430210000碳素工具鋼T7T12T7AT12A已退火的60075010T8A冷作硬化的6009507501200

11、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4005605007001895030CrMnSiA30CrMnSi4406000550750161450850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320380400470214202100002Cr13320400400500204502100003Cr1340048050060018

12、4802100004Cr13400480500600155002100001Cr18Ni192Cr18Ni19經(jīng)過熱處理的46052058064035200200000已碾壓冷作硬化的80088010001100382202000001Cr18Ni9Ti熱處理退軟的43055054070040200200000（2）鋼在加熱時(shí)的抗剪強(qiáng)度（表850）表850 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851 普通碳素鋼冷彎試驗(yàn)指標(biāo) （GB7001988）牌號試樣方向冷彎試驗(yàn)B=2a180備注鋼材厚度或直徑/mm6060100100200彎心直徑dQ195縱

13、0 各牌號A級鋼的冷彎試驗(yàn)，在需方有要求時(shí)才進(jìn)行 冷彎試驗(yàn)合格時(shí)，抗拉強(qiáng)度上限可以不作交貨條件橫0.5aQ215縱0.5a1.5a2a橫a2a2.5aQ235縱a2a2.5a橫1.5a2.5a3aQ2552a3a3.5aQ2753a4a4.5a注：B試樣寬度二、有色金屬有色金屬的力學(xué)性能（表852）表852 有色金屬的力學(xué)性能材料名稱牌 號材料狀態(tài)抗剪強(qiáng)度/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa伸長率/(%)屈服點(diǎn)/MPa彈性模量E/MPa鋁1070A,1050A1200已退火807511025508072000冷作硬化1001201504120240鋁錳合金3A21已退火701001101451950710

14、00半冷作硬化10014015520013130鋁鎂合金鋁鎂銅合金SA02已退火13016018023010070000半冷作硬化160200230280210高強(qiáng)度鋁鎂銅合金7A04已退火170250淬硬并經(jīng)人工時(shí)效35050046070000鎂錳合金MB1MB8已退火120140170190359843600已退火170190220230122414040000冷作硬化190200240250810160硬鋁2Al12已退火10515015021512淬硬并經(jīng)自然時(shí)效2803104004401536872000淬硬后冷作硬化28032040046010340純銅T1、T2、T3軟16020

15、03070108000硬2403003380130000黃銅H62軟26030035380100000半硬30038020200硬42042010480黃銅H68軟24030040100110000半硬28035025硬40040015250115000鉛黃銅HPb59-1軟3003502514293000硬4004505420105000錳黃銅HMn58-2軟34039025170100000半硬40045015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QAl17退火520

16、60010186不退火5606505250115000130000鋁錳青銅QAl9-2軟3604501830092000硬4806005500硅錳青銅QBi3-1軟2803003503804045239120000硬48052060065035540特硬56060070075012鈹青銅QBe2軟24048030060030250350117000硬52066021280132000141000白銅B19軟24030025硬3604503鋅白銅BZn15-20軟28035035207硬4005501486126000140000特硬520650鎳Ni-3Ni-5軟3504003570硬4705

17、502210210000230000德銀BZn15-20軟30035035硬4805501特硬5606501鋅Zn-3Zn-6120200140230407580000130000鉛Pb-3Pb-62030254040505101500017000錫Sn1Sn430404050124150055000鈦合金TA2退火3604804506002530TA34406005507502025TA564068080085015800900104000鎂合金MB1冷態(tài)1201401701903512040000MB8150180230240141522041000MB1預(yù)熱300305030505052

18、40000MB850705070586241000銀180503081000可伐合金Ni29Co18400500500600康銅BMn40-1.5軟400600硬650鎢已退火7200700312000未退火149114800380000鉬已退火203014002025385280000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853 非金屬材料的極限抗剪強(qiáng)度（單位：MPa）材 料 名 稱極限抗剪強(qiáng)度管狀凸模裁切普通凸模沖裁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)用皮革工業(yè)用毛氈樺木膠合板漆布、絕緣漆布云母人造云母硬鋼紙板100130901001201401301501101301802101640407010013090100407030402040708060803040406068451030605080120150305014020012018016018