CN106001559A - 刀具及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刀具及其制备方法，该刀具包括刀身，所述刀身由第一刀体部和第二刀体部组成，所述第二刀体部由所述第一刀体部的端缘熔覆成型而成；所述第二刀体部由硬质合金制成，且所述第二刀体部远离所述第一刀体部的切边设有刃口。所述方法包括如下步骤：冲压成型第一刀体部；由所述第一刀体部的端缘熔覆成型第二刀体部，且所述第二刀体部远离所述第一刀体部的切边开刃形成刃口，由此制成所需的不具备涂层的刀具。本发明可有效改善刃口硬度、刃口韧性、提高刃口耐磨性，具有成形工艺简单，加工成本低，易于批量化生产等优点。

Description

刀具及其制备方法

技术领域

本发明属于刀具成形领域，更具体地，涉及一种刀具及其制备方法。

背景技术

刀具是各行各业及人民生活中不可缺少的工具，如美工刀、厨刀、餐刀、军用刀、砍刀、水果刀、剪刀等各种各样的刀具，刀具可谓品种繁多，用途广泛，需求量大，但市场上供应的刀具普遍存在刃口硬度不高、不耐用的问题，需经常进行磨刀。尤其是，对于餐刀、水果刀、剪刀之类的厨房用刀而言，刀具的持久锋利性问题正成为相关领域重点关注的技术难题。

为解决上述问题，现有技术中已经提出了一些解决方案。例如：1)采用不锈钢材料和淬火热处理的方式制作；2)用高硬度的碳化物(WC、TiC)合金粉末或者陶瓷粉末(ZrO₂)等烧结制作刀具，如专利CN200610147488.6公开了一种用氧化锆(ZrO₂)烧结制作的刀具，此种刀具虽然硬度高，但是后期使用过程中无法磨刃，并且持久锋利度不好，加工难度大、成本高；3)使用普通膜层类双面镀膜改性刀体基材，如专利CN200610118336.3公开了一种通过真空镀膜的方法将硬质涂层镀在刀具表面的方法，此方法改善了刀具锋利度，但无法解决后期无法磨刀的问题，磨刀会破坏涂层；4)使用离子注入技术制作刀具，如专利CN201310544089.3公开了一种通过离子注入技术制作刀具的方法，一定程度上改善了刀的锋利度，但是离子注入层都很薄，后期无法磨刀，并且此种工艺不成熟，工业生产难度大。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种刀具及其制备方法，其中采用熔覆3D打印方法，直接熔覆成型具有三维立体结构的一部分刀身及刃口，避免了在基底上需专门成形镍合金层所带来的成形工艺复杂、制作时间长、生产成本高的问题，并且可有效改善刃口硬度、刃口韧性、提高刃口耐磨性，解决现有技术提高锋利度但后期无法磨刀的问题，具有成形工艺简单，加工成本低，易于批量化生产的优点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种刀具，该刀具包括刀身，所述刀身由第一刀体部和第二刀体部组成，所述第二刀体部由所述第一刀体部的端缘熔覆成型而成；所述第二刀体部由硬质合金制成，且所述第二刀体部远离所述第一刀体部的切边设有刃口。

作为进一步优选的，所述第一刀体部由3Cr13、5Cr15MoV、5Cr15Mo或9Cr18MoV制成。

作为进一步优选的，所述第二刀体部由WC、TiC、CrC、钛合金粉末、不锈钢粉末中的任意一种或一种以上制成。

按照本发明的另一方面，提供了一种用于制备所述刀具的方法，该方法包括下列步骤：

(a)冲压成型第一刀体部；

(b)由所述第一刀体部的端缘熔覆成型第二刀体部，且所述第二刀体部远离所述第一刀体部的切边开刃形成刃口。

作为进一步优选的，所述第二刀体部通过激光熔覆成型。

作为进一步优选的，所述激光熔覆成型工艺为：采用连续型激光光源、同步送粉的方式进行，所述激光光源选用CO₂激光或半导体激光，激光光源的功率为1000-5000W，扫描速度为600-800mm/min，送粉量为8-22g/min。

作为进一步优选的，采用半导体激光光源、且同步送粉的方式进行，激光光源的功率为1000W，扫描速度为640mm/min，送粉量为15g/min。

作为进一步优选的，所述熔覆成型使用的熔覆材料为WC、TiC、CrC、钛合金粉末、不锈钢粉末中的任意一种或一种以上的混合。

作为进一步优选的，所述熔覆成型使用的熔覆材料为WC和不锈钢粉末的混合体，且所述WC和不锈钢粉末的质量配比为5％-20％。

作为进一步优选的，所述WC和不锈钢粉末的质量配比为8％或15％。

作为进一步优选的，所述熔覆成型使用的熔覆材料为TiC和不锈钢粉末的混合体，且所述TiC和不锈钢粉末的质量配比为8％-25％。

作为进一步优选的，所述TiC和不锈钢粉末的质量配比为10％或20％。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明采用熔覆3D打印方法直接熔覆成型具有三维立体结构的刀身，然后在该刀身上开设刃口，该刃口与刀身一体成型，可以有效解决熔覆容易导致刀身基材变形的局限性，具有高硬度、高耐磨，有更好的持久锋利性，解决现有技术提高锋利度但后期无法磨刀的问题，并且不用在基底上专门成形镍合金层的方式实现刀刃层与基底层的连接，可有效改善刃口硬度、刃口韧性、提高刃口耐磨性，解决需要专门成形辅助层以提高结合力的问题，成形工艺简单，加工成本低，易于批量化生产。

2.本发明利用熔覆3D打印方法逐层打印获得刀身的一部分，刃口直接成形在刀身上，而不是采用涂覆的方式获得刃口涂层，因此，本发明制得的无刃口涂层的刀具，其刃口与刀身结合力好，韧性好，耐磨而不会崩刃；并且本发明还对熔覆工艺进行了研究和设计，获得最佳熔覆工艺，以制备获得表面质量好，刀身几乎无变形，表面粗糙度小，内部无缺陷孔隙的熔覆刀具。

3.本发明制得的刃口为一个整体性的高性能材料，是三维立体结构，因此后期可以多次磨刀而不会改变持久锋利度；本发明通过激光熔覆成型技术，在基材上3D打印出足够厚的前端部分并开刃口，更厚的刃口可以保证刀具有更长的使用寿命；本发明采用连续光源、大功率、高走速的成型技术，成型过程中刀身几乎无变形，后续生产工艺简单，节省工艺成本；本发明采用的熔覆粉末为高硬度高耐磨的硬质合金粉末，硬度高，耐磨性好，通过食品卫生认证。

附图说明

图1是本发明实施例提供的刀具的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明的基本原理是将高硬度高耐磨的硬质合金粉末通过熔覆的方式熔覆在刀身上以形成一种全新的刃口，高硬度高耐磨熔覆层能大大提高刀刃的硬度和耐磨性能，使刀具持久锋利耐用，刀具通过激光熔覆形成一个全新的刀身及刃口，刃口耐磨性和硬度均高于基材，解决了后期磨刀的问题，并且刃口与刀身融为一体，其无需在基底上专门成形镍合金层以通过辅助层实现刀刃层与基底层的连接。本发明可以有效改善刃口硬度、刃口韧性、提高刃口耐磨性，解决了现有技术提高锋利度但后期无法磨刀的问题，以及需要专门成形辅助层以提高结合力的问题，成形工艺简单，加工成本低，易于批量化生产。

如图1所示，本发明实施例提供的一种刀具，例如厨刀、餐刀、水果刀、剪刀等厨房用刀，该刀具包括刀身，所述刀身包括第一刀体部1和第二刀体部2，其中，第一刀体部1作为刀身的一部分，直接采用冲压的方式成型，采用冲压成型具有工艺简单的优点，便于批量化生产，该第一刀体部1可选用例如3Cr13，5Cr15MoV，5Cr15Mo，9Cr18MoV等材料制成。为了便于刀具的使用与操作，刀具还包括刀柄，刀柄与刀身固定连接，具体与第一刀体部1的连接部相连，该连接部位于第一刀体部的后端处(即刀身的刀背处)，该连接部与第一刀体部1一体成型，均采用冲压的方式成型。刀柄可采用例如木材、ABS塑料、不锈钢等材料制成，并采用例如焊接、铆接、注塑等方式与第一刀体部连接。

第二刀体部2为硬质合金，且以熔覆的方式直接从所述第一刀体部1前端的端缘处成形，第二刀体部2与第一刀体部1相结合的一端的尺寸与第一刀体部1的尺寸相同。以熔覆方式成形第二刀体部2之后，在第二刀体部2上直接执行开刃处理获得具有三维立体结构的刃口4，如此使得刃口4与第二刀体部2融为一体。具体的，第二刀体部2由第一刀体部1的前端的端缘熔覆成型而成，本实施例中，为激光熔覆成型而成。第一刀体部2与第一刀体部1位于同一个平面内，共同形成上述刀身。第二刀体部2远离第一刀体部1的切边开刃以形成刃口4；第二刀体部2与第一刀体部1的熔接处，由于原子运动的原因，形成有一段金属结合层3。第一刀体部1与第二刀体部2通过由原子运动形成的金属结合层3固定连接，其结合力好，不易脱离。并且刃口4直接在硬质合金制成的第二刀体部2上开刃而成，而不是通过表面处理形成硬质金属膜层来提高刃口的硬度，因此，本发明制备的刀也就不怕在磨刀的过程中损坏硬质金属膜层而降低刀具的锋利性，可有效提高刀具的耐磨性和持久锋利性。

研究发现，第二刀体部2高度h小于2mm时，会因为过低的厚度导致后期加工没有余量，容易彻底磨掉，并且后期使用过程中很容易磨掉，当高度h大于20mm时，不利于刀身的成型，会在堆叠过程中发生熔塌现象，不能得到规则的第二刀体部2，且高度过高影响成本，增加投入，因此，本实施例中第二刀体部2的高度h设定为2mm-20mm，进一步优选为3mm-10mm、3mm、5mm、10mm。具体的，第二刀体部2可选用例如WC、TiC、钛合金粉末、CrC、不锈钢粉末、多元混合粉末(以上几种的混合体)等材料制成，虽然第二刀体部2和第一刀体部1制备的材料不同，但由于本发明采用激光熔覆的方式直接在第一刀体部1上成形第二刀体部2，第二刀体部2与第一刀体部1为冶金结合(即结合面的两种材料熔化后再次冷却形成冶金结构)，因此第二刀体部2与第一刀体部1具有较高的结合力，不会出现脱落、断裂的风险。

下面对本发明刀具的制备方法进行详细说明。

制备本发明的刀具主要包括如下步骤：

1)冲压成型第一刀体部1，并热处理：

采用常规冲压工艺冲压成形第一刀体部1。然后，对所述第一刀体部1进行热处理，所述热处理工艺为：首先，在淬火温度1050℃-1080℃下，加热50-60分钟，然后冷却70分钟，再在回火温度150℃-220℃下，保温2-3小时，进行热处理后可有效提高第一刀体部的硬度和耐磨性，使其硬度达到52-55HRC。

2)激光熔覆成型第二刀体部2：

采用激光熔覆方式从所述第一刀体部1的端缘处直接成形具有三维立体结构的第二刀体部2，所述激光熔覆成型的工艺为：采用连续型激光光源，例如CO₂光源和半导体光源，同步送粉的方式进行；激光光源的扫描速度为600-800mm/min，送粉量为8-22g/min，激光光源功率为1000-5000W。

上述熔覆成型工艺在实际操作过程中综合设定，本实施例中，优选采用半导体光源，扫描速度为640mm/min，送粉量为15g/min，光源功率为1000W，当选用CO₂光源时，光源的最佳功率为3000W。在此参数下可以得到表面效果最好的产品，成型的第二刀体部2几乎无变形，表面粗糙度小，内部无缺陷孔隙。

3)对所述第二刀体部2进行开刃处理，制得所需刀具：

直接对第二刀体部2的末端部分执行开刃处理，并且形成呈三维立体结构的刃口4。所述开刃处理具体包括斜磨、镭射光、开刃和齐口处理。具体的，斜磨采用磨床进行处理，开刃采用砂轮或者砂带开刃的方式进行，齐口处理为牛皮带轮抛刃口。

具体的，本发明激光熔覆成型采用的熔覆材料为高硬度高耐磨的合金粉末，以有效提高刀具的硬度及耐磨性，并且作为厨刀、餐刀、水果刀、剪刀等厨房用刀的熔覆材料时，通过食品卫生认证。本发明中，具体选用WC、TiC、CrC、钛合金粉末、不锈钢粉末或上述几种粉末的混合体等。

下面结合具体实施例来进一步说明本发明的有益效果。

实施例1-3的刀具通过本发明的制备工艺制得，对比例1-4的刀具通过其他激光处理或者其他方式处理的刀具，制得的刀具按照以下加速模拟测试方法进行测试，实施例、对比例及测试性能结果见表1。

表1

测试方法是通过实际消费者使用过程中，刀具刃口容易破坏的机理，增加机械模拟强化测试，对刀具持久锋利度进行评价，使用测试的测试循环次数作为评价标准。

持久锋利度测试方法、锋利度等级评价方法如下：

1)持久锋利度测试方法

采用专用的试验机，在15N压力作用下，使实验刀对试验纸张进行往复切割，切割长度5㎝，实验纸张规格为120g黄色牛皮纸，循环切割一次以及一次锋利度等级评价，标志一个循环结束。

2)锋利度等级评价方法

每做完一个循环模拟测试后，将样品进行切割胶条测试，若无法切断评价物，则即为不合格，停止实验，记录循环模拟测试的循环次数，循环次数多表示持久锋利度好。由上述表1可以看出来，进行熔覆成型的实施例1至实施例3的刀具，不管是初次切割试验还是磨刀后再进行的切割试验，进行熔覆成型的实施例1至实施例3的刀具循环次数明显高于薄层熔覆、激光合金化及常规的刀具。采用本发明的实施例1-3的技术方案得到的刀具的持久锋利度大大优于采用对比例的技术方案得到的刀具，而且解决了现有方法处理的刀具前期锋利，但是后续无法磨刀的问题，证明本发明的刀具具有持久锋利及可磨刀功能。

进一步地，本发明的上述实施例2和实施例3制成的刀具性能最佳。具体地，实施例2采用WC和不锈钢粉末制成，其中WC和不锈钢粉末的质量配比为5％-20％，优选为8％、15％。实施例2采用TiC和不锈钢粉末制成，其中TiC和不锈钢粉末的质量配比为8％-25％，优选为10％、20％。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种刀具，该刀具包括刀身，其特征在于：所述刀身由第一刀体部(1)和第二刀体部(2)组成，所述第二刀体部(2)由所述第一刀体部的端缘熔覆成型而成；所述第二刀体部(2)由硬质合金制成，且所述第二刀体部(2)远离所述第一刀体部(1)的切边设有刃口。

2.如权利要求1所述的刀具，所述第一刀体部(1)由3Cr13、5Cr15MoV、5Cr15Mo或9Cr18MoV制成。

3.如权利要求1-2任一项所述的刀具，所述第二刀体部(2)由WC、TiC、CrC、钛合金粉末、不锈钢粉末中的任意一种或一种以上制成。

4.一种用于制备如权利要求1-3任意一项所述刀具的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)冲压成型第一刀体部(1)；

(b)由所述第一刀体部(1)的端缘熔覆成型第二刀体部(2)，且所述第二刀体部(2)远离所述第一刀体部的切边开刃形成刃口。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二刀体部(2)通过激光熔覆成型。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述激光熔覆成型工艺为：采用连续型激光光源、同步送粉的方式进行，所述激光光源选用CO₂激光或半导体激光，激光光源的功率为1000-5000W，扫描速度为600-800mm/min，送粉量为8-22g/min。

7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，采用半导体激光光源、且同步送粉的方式进行，激光光源的功率为1000W，扫描速度为640mm/min，送粉量为15g/min。

8.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述熔覆成型使用的熔覆材料为WC、TiC、CrC、钛合金粉末、不锈钢粉末中的任意一种或一种以上的混合。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述熔覆成型使用的熔覆材料为WC和不锈钢粉末的混合体，且所述WC和不锈钢粉末的质量配比为5％-20％。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述WC和不锈钢粉末的质量配比为8％或15％。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述熔覆成型使用的熔覆材料为TiC和不锈钢粉末的混合体，且所述TiC和不锈钢粉末的质量配比为8％-25％。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述TiC和不锈钢粉末的质量配比为10％或20％。