CN101543893A - 使用超硬微观颗粒的刀片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种使用超硬微观颗粒的刀片。该刀片包括刀片主体和边缘部。在刀片主体和边缘部中，边缘部或边缘部和刀片主体两者根据粉末冶金工艺使用粉末成分来制造，所述粉末成分包括按重量计小于粉末成分总重量的5％的、颗粒尺寸为1μm至5μm的超硬颗粒粉末，和形成基体的余量金属粉末。根据本发明的刀片具有锯状或波纹状的边缘部以提供优异的切削性能。即使因使用刀具而产生磨损，但由于锯状或波纹状的边缘部被半永久性地维持，所以切削性能不会降低。
Description
技术领域
本发明涉及一种用在厨房刀具、剪刀、刀具、方形和环形刀具等中的刀片。
背景技术
大多数用在厨房刀具、剪刀、刀具、方形刀具、环形旋转刀片等中的家用和工业用刀片是如此制造的，即，对碳钢材料等进行热处理，使得整个材料具有几乎相同的硬度而获得刀片材料，使刀片材料成形为期望的形状，并且在边缘部(刃部)的预定部分上开出刀刃。关于碳钢的热处理，可选择性地使整个刀片或边缘部进行热处理，并且硬度根据条件和材料的种类而几乎恒定。此外，由于硬度恒定，所以在恒定不变的磨损条件下显示出几乎相同的磨损结果和均匀的磨损。
对于用来控制刀片的切削性能的条件来说，已知锯(齿)状或波纹状的边缘部与平的边缘部相比具有更好的切削性能。因此，当边缘部由于磨损而丧失锯状或波纹状的形状时，容易预见切削性能会显著降低。这样，在制造切削性能和耐久性优异的刀片时，维持锯状或波纹状的边缘部非常重要。但是，尽管已作出许多努力来长时间地维持刀片的锯状或波纹状的边缘部，仍尚未提出过有效的方法。
发明内容
因此，鉴于相关技术中存在的问题而作出本发明，并且本发明的目的是提供一种具有锯状或波纹状边缘的刀片，其中由于用具有高耐磨性的超硬颗粒粉末形成锯状或波纹状突起(顶部)并且用具有较低耐磨性的金属粉末形成锯状或波纹状凹部(沟槽)，所以即使因使用刀具而产生磨损，也能半永久性地维持锯状或波纹状的边缘部，使得刀片不仅具有优异的切削性能，还由于半永久性地维持优异的切削性能而具有优异的耐久性。
本发明提供了一种包括刀片主体和边缘部的刀片。在刀片主体和边缘部中，边缘部或边缘部和刀片主体两者根据粉末冶金工艺使用粉末成分来制造，所述粉末成分包括按重量计小于粉末成分总重量的5％的、颗粒尺寸(粒径)为1μm至5μm的超硬颗粒粉末，和形成基体的余量金属粉末。
根据本发明的刀片具有锯状或波纹状的边缘以提供优异的切削性能。即使因使用刀具而产生磨损，但由于锯状或波纹状的边缘被半永久性地维持，所以切削性能不会降低，从而提供了优异的品质。
附图说明
通过参照附图详细说明本发明的优选实施例可更清楚地看到本发明的上述和其它特征及优点，在附图中：
图1是示出根据本发明的边缘的前端的放大视图(1：边缘的前端，2：边缘前端的厚度，3：超硬颗粒粉末)；
图2是示出作为根据本发明刀片的示例的厨房刀具的刀片的侧视图(刀片主体和边缘部具有相同的成分；10：厨房刀具的刀片，11：刀片主体，12：边缘部，13：超硬颗粒粉末)；
图3是示出作为根据本发明刀片的示例的厨房刀具的刀片的侧视图(刀片主体和边缘部具有不同的成分；10：厨房刀具的刀片，11：刀片主体，12：边缘部，13：超硬颗粒粉末)；
图4是示出作为根据本发明刀片的示例的切纸刀具的刀片的侧视图(20：切纸刀具的刀片，21：刀片主体，22：边缘部，23：超硬颗粒粉末)；
图5是作为根据本发明刀片的示例的刀片的剖视图；以及
图6是示出用于测量根据本发明刀片的抗弯强度的测量装置和测量方法的视图。
具体实施方式
下面对本发明进行详细说明。
本发明涉及一种包括刀片主体和边缘部的刀片。在刀片主体和边缘部中，边缘部一者或边缘部和刀片主体两者根据粉末冶金工艺使用粉末成分来制造，所述粉末成分包括按重量计小于粉末成分总重量的5％的、颗粒尺寸为1μm至5μm的超硬颗粒粉末，和形成基体的余量金属粉末。
在本发明中，所述粉末成分优选地包括按重量计占粉末成分总重量的1％至4％的、颗粒尺寸为1μm至5μm的超硬颗粒粉末和按重量计占粉末成分总重量的96％至99％的、形成基体的金属粉末。
在本发明中，所述粉末成分还可包括通常用在本领域中的、按重量计占粉末成分总重量的3％或更少的添加剂。
根据本发明的刀片不使用这样的刀片材料，所述刀片材料具有能够使用熔融轧制(melt rolling)等来获得的预定的形状和硬度，例如为碳钢和合金钢；而是使用利用粉末冶金工艺制造的刀片材料。粉末冶金工艺中所用的粉末可大致分为金属粉末和超硬颗粒粉末，并且在将由两种粉末以预定比例彼此混合而成的粉末成分填充到模具中后，挤压和烧结粉末成分而形成刀片材料。该刀片材料具有在金属结构中散布有超硬颗粒的形态。
优选地，根据本发明的超硬颗粒具有1μm至5μm的颗粒尺寸。在本发明中，边缘部成锯状或波纹状，并且超硬颗粒形成锯状或波纹状边缘部上的突起(顶部)且为刀具提供切削性能。因此，在超硬颗粒具有5μm以上的大颗粒尺寸的情况下，由于会产生钩嵌(hooking)而难以获得光滑的切削表面，或者在切削操作中会形成粗糙的表面，并且边缘部的厚度会增大(见图1)。在颗粒尺寸小于1μm的情况下，顶部(突起)的高度小于0.5μm。这样，形成锯状或波纹状边缘部的效果减弱。
优选地，本发明的刀片包括按重量计小于粉末成分总重量的5％的、颗粒尺寸为1μm至5μm的超硬颗粒粉末。在超硬颗粒粉末的含量按重量计在5％以上的情况下，由于杂质的混合增加，所以作为基体的金属结构的强度降低，由此在刀片主体或边缘部中易于产生裂纹、碎屑等。
更优选地，本发明的刀片包括按重量计占粉末成分总重量的1％至4％的、颗粒尺寸为1μm至5μm的超硬颗粒粉末。其原因在于，在按重量计以例如4％的量混合的情况下，对于边缘部的端部的1mm的长度来说，可存在最多80个颗粒尺寸为1μm的超硬颗粒(见图1)，因此，当边缘部滑动5cm以切削物体时，4,000个颗粒尺寸为1μm的颗粒提供锯片的效应，使切削表面滑动，从而获得十分有效的切削性能。但是，在含量按重量计高于4％的情况下，由于杂质的混合增加，所以作为基体的金属结构的强度降低，由此在刀片主体或边缘部中产生裂纹、碎屑等。此外，在超硬颗粒粉末的含量按重量计高于4％的情况下，由于在边缘部的前端硬颗粒之间的间隙非常小，所以难以实现锯片效应。在超硬颗粒粉末的含量按重量计小于1％的情况下，突起的颗粒的量过低，且由此切削性能降低(见图1)。
在上述说明中，详细叙述了超硬颗粒粉末的直径为1μm至5μm的原因和超硬颗粒粉末的含量按重量计低于5％或为1％至4％的原因。在此条件下，为了半永久性地维持锯状或波纹状的边缘部，优选地，超硬颗粒粉末具有比金属粉末高5倍的耐磨性。其原因在于，在使用刀具时，从切削物质施加到形成突起(顶部)的超硬颗粒上的磨损载荷比施加到作为基体的形成凹部(沟槽)的金属结构上的磨损载荷大得多。这样，需要确保耐磨性比金属结构的耐磨性高5倍，使得即使刀片使用也能半永久性地维持锯状或波纹状的边缘部，从而能维持最初的切削性能。如果超硬颗粒的耐磨性比金属结构的耐磨性高小于5倍，则在刀片长时间使用时锯状或波纹状的边缘部会磨损，结果，平的边缘部会降低切削性能。
优选地，用在本发明中的超硬颗粒粉末的HV硬度为HV2,000或更高。在HV硬度低于HV 2,000的情况下，会产生边缘部快速磨损的缺点。
用在本发明中的超硬颗粒粉末在形成刀片材料前可涂覆镍或钛。经涂覆的超硬粉末颗粒对于构成基体的金属结构如钛、钛合金等具有非常高的亲和性(affinity ability)，从而提高了刀片的强度。
根据本发明的刀片还可包括银粉末，在这种情况下，可为刀片提供抗菌功能。
用在本发明中的超硬颗粒粉末可包括从金刚石、CBN(立方氮化硼)、TIC(碳化钛)、VC(碳化钒)和GC(绿色碳化硅)等中选出的一种或多种。
此外，金属粉末可包括从Ti、Ti合金、奥氏体不锈钢和铁素体合金不锈钢等中选出的一种或多种。
对于根据本发明的刀片，根据用途，刀片主体和边缘部两者可根据粉末冶金工艺使用粉末成分来制造，所述粉末成分包括按重量计占粉末成分总重量的1％至4％的、颗粒尺寸为1μm至5μm的超硬颗粒粉末和按重量计占粉末成分总重量的96％至99％的、形成基体的金属粉末。图2和4是所述刀片的示例，并且示出厨房刀具的刀片和切纸刀具的刀片。
此外，根据用途，刀片主体可制造成获得不包括超硬颗粒粉末的形式，在这种情况下，刀片主体可由从Ti、Ti合金、奥氏体不锈钢、铁素体合金不锈钢等中选出的一种或多种金属粉末制成。在这种情况下，刀片可根据粉末冶金工艺使用包括所述金属粉末、形成边缘部的超硬颗粒粉末和形成边缘部基体的金属粉末来制造。图3是所述刀片的示例，并且示出厨房刀具的刀片。
根据本发明的刀片可应用于厨房刀具、剪刀、刀具、方形和环形刀具等。
根据本发明的刀片的制造方法如下。
根据本发明的刀片这样来制造，即，将包括按重量计小于粉末成分总重量的5％的、颗粒尺寸为1μm至5μm的超硬颗粒粉末和形成基体的余量金属粉末在内的粉末成分填充为期望的形式，压缩该粉末成分，在真空炉或惰性气体炉中烧结被压缩的粉末成分，并在经烧结的物质上开出刀刃。在这种情况下，烧结温度是避免超硬颗粒粉末和金属粉末变形所需的温度，并且优选为1300℃或更低。但是，可认为烧结温度取决于炉的结构和其它条件。
在本发明中，所述粉末成分优选包括按重量计占粉末成分总重量的1％至4％的、颗粒尺寸为1μm至5μm的超硬颗粒粉末和按重量计占粉末成分总重量的96％至99％的、形成基体的金属粉末。
此外，对于刀片主体和边缘部的成分彼此不同的刀片，将包括构成刀片主体的金属粉末以及形成边缘部的超硬颗粒和金属粉末在内的粉末填充为期望的形式并进行压缩，后续工步与上述相同。
下面将根据示例详细说明本发明。但是，本发明能以许多不同形式实施，并且不应当被解释为受限于本文所述的示例。而是，这些示例被提供成，使得本公开对于本领域技术人员而言是彻底和完整的，并且能充分传达本发明的构思。
示例1：制造刀片
将0.170g(按重量计4％)的金刚石粉末与4.075g(按重量计96％)的奥氏体不锈钢粉末彼此混合，填充在模具中，在预定压力下处理，并在惰性气体炉中在1200℃下烧结。在经烧结的结构上开出刀刃以制造出刀片。
比较示例1：制造刀片
将0.875g(按重量计21％)的金刚石粉末与3.37g(按重量计79％)的混合合金粉末(纯Ti粉末和6Al4V合金粉末以9:1的比例彼此混合而成的混合粉末)彼此混合，填充在模具中，在预定压力下处理，并在惰性气体炉中在1200℃下烧结。在经烧结的结构上开出刀刃以制造出刀片。
试验示例：测量刀片的抗弯强度
使用图5所示的装置来测量在示例1和比较示例1中制造的刀片的抗弯强度。如图5所示，将在示例1和比较示例1中制造的刀片置于支承用球体b1和b2上，使用载荷用球体在刀片上施加载荷以测量刀片弯曲时的平均载荷值P。结果，对于在示例1中制备的刀片，在刀片弯曲时的平均载荷值P约为200.0kg/mm3。但是，对于在比较示例1中制备的刀片，平均载荷值P约为4.0kg/mm3。
从试验结果可以看到，根据本发明的刀片(超硬颗粒粉末的含量按重量计为1％至4％)的抗弯强度比比较示例1中的刀片(超硬颗粒粉末的含量按重量计高于4％)高得多。该结果意味着在根据本发明的刀片(示例1)中，与在比较示例1中制造的刀片相比，在相同条件下，对刀片的损害显著降低，并且切削性能长时间地得以维持。
尽管为了例述的目的公开了本发明的优选实施例，但本领域技术人员应认识到，在不脱离如所附权利要求所公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换都是可能的。
Claims (10)
1、一种刀片，该刀片包括刀片主体和边缘部，其中在所述刀片主体和所述边缘部中，所述边缘部或所述边缘部和所述刀片主体两者根据粉末冶金工艺使用粉末成分来制造，所述粉末成分包括按重量计小于粉末成分总重量的5％的、颗粒尺寸为1μm至5μm的超硬颗粒粉末，和形成基体的余量金属粉末。
2、根据权利要求1所述的刀片，其特征在于，所述粉末成分包括按重量计占粉末成分总重量的1％至4％的、颗粒尺寸为1μm至5μm的超硬颗粒粉末和按重量计占粉末成分总重量的96％至99％的、形成基体的金属粉末。
3、根据权利要求1或2所述的刀片，其特征在于，所述超硬颗粒粉末的耐磨性比所述金属粉末的耐磨性高五倍。
4、根据权利要求1或2所述的刀片，其特征在于，所述超硬颗粒粉末具有2,000或更高的HV硬度。
5、根据权利要求1或2所述的刀片，其特征在于，所述超硬颗粒粉末覆有镍或钛。
6、根据权利要求1或2所述的刀片，其特征在于，所述粉末成分还包括银粉末。
7、根据权利要求1或2所述的刀片，其特征在于，所述超硬颗粒粉末包括从金刚石、CBN(立方氮化硼)、TIC(碳化钛)、VC(碳化钒)和GC(绿色碳化硅)中选出的一种或多种。
8、根据权利要求1或2所述的刀片，其特征在于，所述金属粉末包括从Ti、Ti合金、奥氏体不锈钢和铁素体合金不锈钢中选出的一种或多种。
9、根据权利要求2所述的刀片，其特征在于，所述刀片主体和所述边缘部两者根据粉末冶金工艺使用这样的粉末成分来制造，所述粉末成分包括按重量计占粉末成分总重量的1％至4％的、颗粒尺寸为1μm至5μm的超硬颗粒粉末和按重量计占粉末成分总重量的96％至99％的、形成基体的金属粉末。
10、根据权利要求1或2所述的刀片，其特征在于，所述刀片主体根据粉末冶金工艺使用从Ti、Ti合金、奥氏体不锈钢和铁素体合金不锈钢中选出的一种或多种金属粉末来形成。
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