剪切计算和常用材料强度.docx

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剪切计算和常用材料强度

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。

（5-6）

这里[τ]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τ0，再除以安全系数n，得许用剪应力[τ]。

（5-7）

各种材料的剪切许用应力应尽量从相关规中查取。

一般来说，材料的剪切许用应力[τ]与材料的许用拉应力[σ]之间，存在如下关系：

对塑性材料：

对脆性材料：

（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，[τ]＝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m-m和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：

故销钉满足剪切强度要求。

例5-2如图5-13所示冲床，Fmax=400KN，冲头[σ]=400MPa，冲剪钢板的极限剪应力τb=360MPa。

试设计冲头的最小直径及钢板最大厚度。

图5-13冲床冲剪钢板及冲剪部分受力示意图

解：

（1）按冲头压缩强度计算d

所以

（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。

所以

例5-3如图5-14所示螺钉受轴向拉力F作用，已知[τ]=0.6[σ]，求其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：

螺帽承受的剪应力小于等于许用剪应力值：

当σ、τ同时分别达到[σ]、[τ]时．材料的利用最合理，既

所以可得

------=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

二、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/T710—1991）

钢板

化学成分（质量分数%）

C

Si

Mn

P

S

Ni

Cr

Cu

Al

08Al

≤0.08

≤0.03

0.35～0.45

≤0.020

≤0.03

≤0.01

≤0.03

≤0.15

0.02～0.07

08F

0.05～0.11

≤0.03

0.25～0.50

≤0.040

≤0.04

≤0.25

≤0.10

≤0.25

—

08

0.05～0.12

0.17～0.37

0.35～0.65

≤0.

≤0.04

≤0.25

≤0.10

≤0.25

—

10

0.07～0.14

0.17～0.37

0.35～0.65

≤0.

≤0.04

≤0.25

≤0.15

≤0.25

—

15

0.12～0.19

0.17～0.37

0.35～0.65

≤0.040

≤0.04

≤0.25

≤0.25

≤0.25

—

20

0.17～0.24

0.17～0.37

0.35～0.65

≤0.040

≤0.04

≤0.25

≤0.25

≤0.25

—

（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。

08Al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

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=（0.03～0.05）%

2）深拉深冷轧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

ZF      HF

F

Z

S

08Al

05F，8F，10F

08b，15F，20F，08，10，15，20

05F，08F，10F，15F，20F，08b，08，10，15，20

冷轧

6，7，8或“饼形”

6，7，8，9或“饼形”

6，7，8

6，7，8，9

5，6，7，8，9

1）铝镇静钢08Al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/T710—1991）

钢号

级别

厚度/mm

/MPa

/MPa

/（%）

不小于

08Al

ZF

HF

F

全部

全部

>1.2

1.2

<1.2

260～330

260～340

260～350

260～350

260～350

200

210

220

220

240

44

42

39

42

42

0.66

0.70

—

—

—

08F

Z

S

P

≤4

280～370

280～390

280～390

—

—

—

34

32

30

—

—

—

08

Z

S

P

≤4

280～400

280～420

280～420

—

—

—

32

30

28

—

—

—

10

Z

S

P

≤4

300～420

300～440

300～440

—

—

—

30

29

28

—

—

—

15

Z

S

P

≤4

340～460

360～480

360～480

—

—

—

27

26

25

—

—

—

20

Z

S

P

≤4

360～500

360～510

360～510

—

—

—

26

25

24

—

—

—

4）深拉深冷轧薄钢板的杯突试验冲压深度（表8—48）

表8—48 深拉深冷轧薄钢板的杯突试验冲压深度

（GB/T5213—1985和GB/T710—1991）

钢板厚度

钢号及级别

08A1

08、08F

10、15、20

ZF

HF

F

Z

S

P

Z

S

Er值（杯突试验深度）不小于

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

9.5

9.8

10.3

10.6

10.8

11.2

11.3

11.5

11.7

11.8

12.0

—

—

—

—

—

9.3

9.6

10.1

10.5

10.7

10.8

11.0

11.2

11.3

11.4

11.6

11.8

12.0

12.1

12.2

12.3

9.1

9.4

9.9

10.3

10.5

10.7

10.9

11.1

11.3

11.4

11.5

11.7

11.9

12.0

12.1

12.2

9.0

9.4

9.7

10.0

10.3

10.5

10.8

11.0

11.2

11.3

11.5

11.6

11.8

11.9

12.0

12.1

8.4

8.9

9.2

9.5

9.9

10.1

10.4

10.6

10.8

11.0

11.2

11.4

11.6

11.7

11.8

11.9

8.0

8.5

8.9

9.3

9.6

9.9

10.2

10.4

10.6

10.8

11.0

11.2

11.4

11.5

11.7

11.8

8.0

8.4

8.6

8.8

9.0

9.2

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

7.4

7.8

8.0

8.2

8.4

8.6

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

2.常用材料的力学性能

（1）黑色金属材料的力学性能（表8—49）

表8—49 黑色金属材料的力学性能

材料名称

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

电工用工业纯铁C>0.025

DT1

DT2

DT3

已退火的

180 

230

26 

电工硅钢

D11、D12

D21、D31

D32、D370

D310~340

S41~48

已退火的

190

230

26

普通碳素钢

Q195

未经退火的

260~320

315~390

28~33

Q215

270~340

335~410

26~31

215

Q235

310~380

375~460

21~26

235

Q255

340~420

410~510

19~24

255

Q275

400~500

490~610

15~20

275

碳素工具钢

08F

已退火的

220~310

280~390

32

180

10F

260~360

330~450

32

200

190000

15F

220~340

280~420

30

190

08

260~340

300~440

29

210

198000

10

250~370

320~460

28

—

15

270~380

340~480

26

280

202000

20