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低熔陶瓷结合剂金刚石和CBN磨具节块的成型裂纹
李印江
摘要：
陶瓷结合剂金刚石和CBN磨具成型时毛坯节块容易出现裂纹，其主要原因是节块材料的剪切强度低造成的，此外也和型料性能、模具结构和材质以及成型工艺有关。
关键词：
陶瓷结合剂 金刚石和CBN磨具 节块 裂纹

1，概述
陶瓷结合剂金刚石和CBN磨具通常没有粗粒度的制品，由于粒度细成型压力比较大，所以成型时毛坯容易出现裂纹（图1）。

图1 节块裂纹
由图1可见节块裂纹明显带有对角裂纹的特点。关于普通磨具的对角裂纹本人早年曾做过叙述，这里不妨重述一下。
2，从节块受力上分析
陶瓷结合剂金刚石和CBN磨具节块在很大程度上带有脆性材料的性质，脆性材料的剪切强度远低于抗压强度，一般脆性材料的剪切强度是抗压强度的1 / 5 左右，所以受压破坏时容易沿45°斜截面产生剪切裂纹。
例如，某物体受作用力P ，横截面A （KA）, 斜截面Aα (KK)（图1），（图2），（图3）

图1

（图2） （图3）
A=Aα ·cosα , Aα = A/cosα
σ = p/A Sα = σ ·cosα
σα = Sα ·cosα （1）
τα = Sα ·sinα （2）
由式（1），（2）
σα = σ·cos 2 α （3）
τα = (σ/2) ·sin(2α) （4）
由式3；式4可知横截面A上的正应力为已知时，斜截面Aα上的正应力σα和剪应力 τα随斜截面Aα的方位角 α 而变化。
α = 0°， 则cos(0°)=1， ∴ σα = σmax = σ (5)
α = 45°, 则sin(2×45°)=1 ∴ τα = τ max= σ/2 (6)
设:毛坯的抗压强度为500g/cm2, 即： σ压=500g/cm2
毛坯的抗剪强度为100g/cm2, 即： σ剪=100g/cm2
当毛坯受压为400g/cm2, 即：σ=400g/cm2
这时最大正应力 σα = σ = 400g/cm2 < σ压=500g/cm2 ,
所以毛坯不会被压坏；
毛坯最大剪应力 τα = σ/2=400g/cm2 /2=200g /cm2> σ剪=100g/cm2
所以毛坯受剪切应力沿45°斜截面破坏，见 图4，图5

图4 图5
图5是磨具样块受压破坏时的实物拓片，对角损坏明显可见！实验结果证明以上的分析是正确的。
3，工艺问题
陶瓷结合剂金刚石和CBN磨具节块的成型裂纹也与生产工艺有关，由于粉状物料传播压力的不均匀性，成型料混合的不均匀、型料风乾的太厉害，都在成型时容易产生裂纹。在加压过程压力过大、有冲击力、没有重复加压和保压过程，各部分料松紧不一，节块也容易出现裂纹。成型时选择合适的垫铁可减少节块的不均匀性，适当厚度的垫铁可按式7计算
h = 2√¯H (7)
h－垫铁厚度（mm） H－节块厚度（∽10 mm）
4，模具问题
节块的裂纹也与模具的质量有关，螺栓紧固的磨具 （图 6）容易松动，而使用框架结构的模具（图7）、（图8）则可以在一定程度上减少节块成型裂纹的产生。

图6

图7 图8
5，结论
（1）从配方到工艺都要保证型料有较好的成型性能，特别是型料的塑性要好，避免成型时使用过大的压力,产生节块裂纹。
（2）成型时避免冲击加压，或采用重复加压、保压等措施。
（3）选用结构合理的模具，如图7、图8，模具材质也应用9CrSi、
CoCr15 等优质钢材。