CN106736892B - 一种陶瓷电工刀片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷电工刀片的制备方法，属于特殊刀片制备方法的领域。本发明的加工方法包括：(1)陶瓷坯料烧结；(2)磨刀身两面；(3)切削折断凹槽；(4)加工大刀口；(5)加工小刀口；(6)精磨小刀口；(7)检查刀片和(8)包装等步骤。本发明对原料进行烧结时采用了高温等静压法，根据材料的组成选择了最佳的烧结工艺，在1400℃的条件下能使粘结剂中的部分物质充分碳化，碳化后的成分能促进氧化铝的晶须增韧，提高了坯料的韧性。本发明对刀片进行加工时，根据刀片的长度、宽度和厚度，严格控制折断凹槽的加工深度，降低产品的次品率。

Description

一种陶瓷电工刀片的制备方法
技术领域
本发明属于特殊刀片制备方法的技术领域，更具体地说，涉及一种陶瓷电工刀片的制备方法。
背景技术
陶瓷刀片是采用高科技纳米技术制作的新型刀片，锋利度是钢刀的十倍以上，目前市面上的陶瓷刀大多是用一种纳米材料“氧化锆”加工而成。用氧化锆+氧化铝粉末在2000度高温下用300吨的重压配上模具压制成刀坯，然后用金刚石打磨之后配上刀柄就做成了成品陶瓷刀。虽然陶瓷刀具有传统金属刀具所无法比拟的优点，但是其缺点也是目前领域内一直无法攻克的难题，因陶瓷刀都是由氧化锆烧结而成，由其产品原材料的性质决定了它的硬度是9，但比较脆，韧度低不能砍硬物，高处摔落易崩口、缺角或断裂，所以陶瓷刀不能砍、砸、撬、剔等；虽然这几年由于产品技术不断提高，在这一方面都有所改善，这都不能根本解决这一产品本来的性质，加上陶瓷刀在加工时用大型号的金刚石砂轮磨成刀后，厚度变薄，就更脆了，再又装了刀柄，重量增加，防摔能力也就减弱。
目前关于陶瓷刀的研究报道有很多，例如，中国专利申请号为201510101624.7，申请公开日为2015年5月27日的专利申请文件公开了一种新型陶瓷刀具，包括刀身和设置于刀身上的刀柄，所述刀身由刀体和设置于刀体端部的刀体连接件构成，所述刀体连接件固定设置于刀柄内部，所述刀身为陶瓷材料制成，所述刀身的下端部靠近刀刃处设有凸块，所述凸块为下端向上倾斜凸起的滑块设置，所述刀身上还设有一凹槽，该专利通过在刀身上设置凹槽减少刀具非功能区的制造材料，降低陶瓷刀具的制造成本，这个效果是非常不显著的，而且该专利中没有涉及到陶瓷刀易断裂的改进。目前针对陶瓷刀硬度高、韧度低的难题，普遍采用的改进手段是从原材料入手，在氧化锆的粉末中掺杂其他的氧化物成分，以达到提高韧度的目的，例如，中国专利申请号为201410580896.5，申请公布日为2015年2月25日的专利申请文件公开了一种氧化锆基陶瓷刀具材料，由下列重量份的原料制成：氧化锆50-60、氧化铝30-35、硼砂1-2、碳酸钡4-5、腐植酸钠1-2、羧甲基纤维素2-4、羰基镍粉2-3、LiSbO3 3-5、铌酸钾钠4-6、氧化铈2-3、硝酸镧1-1.5、去离子水适量、聚丙烯酸1-1.4、聚乙二醇0.7-1.2、乙二醇适量、耐磨助剂3-4；该发明的陶瓷通过添加羰基镍粉，增加了陶瓷的导热性，防止刀具过热，该陶瓷具有很高的硬度和耐磨性，适用于高硬度材料的切割、切削，不易老化折断。还有专利(申请号为201410622053.7)公开了通过添加硼酸铝晶须，增加了陶瓷的韧性和耐磨性。这些方法都一定程度上改进了陶瓷刀的性能，但在实际生产过程中，陶瓷刀的刀口在打磨过程中非常容易出现崩口、缺角或断裂，次品率非常高；虽然材料本身的性能是一方面的原因，但是加工过程及打磨方法也具有至关重要的作用。按照传统的合金刀的加工方法来制备陶瓷刀显然是不适用的，但是针对陶瓷本身的特性，如何高效的加工陶瓷刀具是一条漫长的研究道路。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有的陶瓷刀存在韧性低、加工过程中易崩口、缺角或断裂等问题，本发明提供一种陶瓷电工刀片的制备方法，本发明一方面改进了陶瓷坯料的组成，调整了坯料的烧结方法，从本质上改进刀片的性能，另一方面，在加工刀片时，采用了新的工艺，降低了次品率。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种陶瓷电工刀片的制备方法，包括以下步骤：
(1)陶瓷坯料烧结：将氧化锆粉末、氧化铝粉末和粘结剂混合均匀，采用高温等静压法对其进行烧结，控制烧结温度为1400℃，压力为300～380Mpa；
(2)磨刀身两面；将烧结的坯料加工成电工刀片的形状，采用金刚石砂轮对刀身的两面进行打磨，刀身表面粗糙度低于0.1μm；
(3)切削折断凹槽：在刀身的一面至少切削一条折断凹槽；折断凹槽的深度s与刀身的厚度H、刀身的长度L和刀身的宽度B呈如下关系：
(4)加工大刀口：采用金刚石砂轮进行初磨至刀口角度3～5°，刀口宽度2～2.5mm；粗糙度至少为0.1μm；
(5)加工小刀口：采用金刚石砂轮进行初磨至刀口角度30～35°，刀口宽度2～3mm；粗糙度至少为0.1μm；
(6)精磨小刀口：对小刀口进行精磨，粗糙度至少为0.05μm；
对小刀口精磨之前需要对刀片进行热处理，在240～300℃的条件下保温2h，然后冷却至室温；申请人发现在对小刀口进行精磨前对刀片适当进行热处理，可以降低次品率，有利于降低粗糙度，这可能是因为适当的热处理使刀片的内部应力得到释放，刀片性能得到提高。
(7)检查刀片：采用100倍显微镜对刀片进行检查，剔除次品；
(8)包装：对合格刀片进行包装。
更进一步地，所述的粘结剂的成分及各成分的质量分数为：50～60％聚硼硅氧烷、10～20％硼砂、10～15％氯化钠、余量为聚乙烯醇。
更进一步地，所述的氧化锆粉末、氧化铝粉末经200目筛筛选后使用。
更进一步地，氧化锆粉末、氧化铝粉末和粘结剂的混合比例为10:(2～2.5):0.5。
更进一步地，所述的电工刀片包括刀身和安装孔，所述的刀身呈平行四边形，所述的安装孔位于刀身的一端，所述的刀身的一面设有折断凹槽。
更进一步地，所述的刀身的前沿与刀口所在直线的夹角α为28～40°。
更进一步地，所述的步骤(3)中切削折断凹槽时，下刀的角度为80～85°，折断凹槽的截面为V型。
更进一步地，加工大刀口和加工小刀口时，采用的均是300#金刚石砂轮；精磨小刀口时采用的是3000#金刚石砂轮。
更进一步地，加工小刀口时，刀片相对砂轮的直线速度低于10m/min。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的陶瓷电工刀加工方法，对原料进行烧结时采用了高温等静压法，根据材料的组成选择了最佳的烧结工艺，在800-900℃的条件下能使粘结剂中的部分物质充分碳化，碳化后的成分能促进氧化铝的晶须增韧，提高了坯料的韧性；
(2)本发明的刀片制造方法，适用于特定形状的电工刀片，特别是在切削折断凹槽时，要严格控制折断凹槽的深度和下刀角度，折断凹槽的深度和下刀角度如果不正确的话，会直接导致刀片报废；现有的合金刀片在加工时，对折断凹槽和下刀角度这些方面的要求比较随意，因为合金的韧性高，加工精度要求低，但是在采用现有的合金刀加工工艺对本发明的陶瓷刀进行加工时，次品率高达50％，给企业带来了巨大的经济损失，申请人在实际加工过程中发现陶瓷刀片的折断凹槽深度和刀片本身的厚度、长度以及宽度有着密切的关系，折断凹槽过深会直接影响刀片的使用寿命，甚至在打磨刀口的时候即会断裂，折断凹槽过浅会导致折断时刀尖崩口，所以如何控制折断凹槽的深度非常重要，按照本发明中提供的方法控制折断凹槽可以显著降低陶瓷电工刀的次品率；
(3)本发明中提供的陶瓷电工刀片制备方法，不仅折断凹槽的深度控制非常重要，切削折断凹槽时的下刀角度也有重要的影响，下刀角度控制在80～85°，比垂直下刀时对刀身的损伤小；
(4)本发明的电工陶瓷刀的刀口中心向折断凹槽的一面偏移0.05mm，这种偏心设计一方面在根据需要沿折断凹槽折断时可以保证断面整齐，另一方面，在平时使用时，使用者会习惯性的改变刀身的受力面，降低了非正常情况下的折断风险；
(5)本发明的陶瓷电工刀具有绝缘性好，耐磨性好等优点，极高的防磨损、抗氧化，永不生锈、永不变色，绝不会造成皮肤过敏。
附图说明
图1为本发明中的陶瓷电工刀的结构示意图。
图中：1、刀身；2、安装孔；3、折断凹槽。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
如图1所示，一种陶瓷电工刀片，包括刀身1和安装孔2，刀身1呈平行四边形，该四边形的锐角α为30°(即刀身1的前沿与刀口所在直线的夹角)，刀身长为105mm，宽为18mm，厚度为0.5±0.03mm；安装孔2位于刀身1的一端，安装孔2的直径为5.5mm；刀身1的一面至少设有一条折断凹槽3，折断凹槽3的截面呈V字形，折断凹槽3与刀片的前沿平行，当刀片的刀尖钝化或崩口时，可以沿着其中的一条折断凹槽将刀片折断，重新生成新的刀片刀尖。
本实施例中的陶瓷电工刀片的加工方法为：
(1)陶瓷坯料烧结：将氧化锆粉末、氧化铝粉末分别过200目筛，然后将氧化锆粉末、氧化铝粉末和粘结剂按质量比10:2:0.5的比例混合研磨均匀，采用高温等静压法对其进行烧结，控制烧结温度为1400℃，压力为350Mpa，(氩气)条件下烧结，保温3h；粘结剂由50％聚硼硅氧烷、15％硼砂、10％氯化钠和25％聚乙烯醇组成。
(2)磨刀身两面；将烧结的坯料加工成上述的电工刀片的形状，采用金刚石砂轮对刀身的两面进行打磨，刀身表面粗糙度低于0.1μm，刀身的厚度为0.5±0.03mm；
(3)切削折断凹槽：在刀身的一面至少切削一条折断凹槽；折断凹槽的深度s与刀身的厚度H、刀身的长度L和刀身的宽度B呈如下关系：
(4)加工大刀口：采用300#金刚石砂轮进行初磨至刀口角度3°，刀口宽度2mm；粗糙度为0.1μm；
(5)加工小刀口：采用300#金刚石砂轮进行初磨至刀口角度30°，刀口宽度3mm；粗糙度为0.1μm，加工小刀口时，刀片相对砂轮的直线速度为8m/min，砂轮的转速为2000转/min；
(6)精磨小刀口：对初磨小刀口后的刀片进行热处理，在265℃的条件下保温2h，然后冷却至室温，再对小刀口进行精磨(采用3000#金刚石砂轮)，粗糙度为0.05μm；
(7)检查刀片：采用100倍显微镜对刀片进行检查，剔除次品；
(8)包装：对合格刀片进行包装。
本发明的陶瓷电工刀片加工方法，综合考虑了原材料、烧结温度、折断凹槽的切削等因素。本发明中的粘结剂，不仅可以起到粘结的作用，而且在高温等静压过程中可以促进晶须增韧，粘结剂中的聚硼硅氧烷在高温等静压过程中会部分炭化，炭化后的硅和碳会促进氧化铝晶须的增长，少量的氯化钠可以协助物料颗粒的运输速度，不会影响晶须生长的速度，还能抑制基本晶粒的长大和团聚，确保陶瓷刀片的韧性。本发明中的电工陶瓷刀片制备方法可以降低次品率至2～3％左右。本发明中的折断凹槽深度对刀片的使用寿命具有重要作用，折断凹槽的加工方法可以减少加工过程中出现的崩口和断裂。大刀口和小刀口的尺寸之间也有定量的关系要求，一般合金刀片的大刀口角度在0.5～2度左右，对小刀口的影响不是很大，但是本发明中的陶瓷刀片，对大刀口和小刀口的角度以及宽度有比较高的要求，大刀口的角度是小刀口角度的十分之一，可以有效分散小刀口的受力，防止小刀口崩口。
实施例2
如图1所示，一种陶瓷电工刀片，包括刀身1和安装孔2，刀身1呈平行四边形，该四边形的锐角α为28°(即刀身1的前沿与刀口所在直线的夹角)，刀身长为105mm，宽为12mm，厚度为0.5±0.03mm；安装孔2位于刀身1的一端，安装孔2的直径为5.5mm；刀身1的一面设有折断凹槽3，折断凹槽3的截面呈V字形。
本实施例中的陶瓷电工刀片的加工方法为：
(1)陶瓷坯料烧结：将氧化锆粉末、氧化铝粉末分别过200目筛，然后将氧化锆粉末、氧化铝粉末和粘结剂按质量比10:2.5:0.5的比例混合研磨均匀，采用高温等静压法对其进行烧结，控制烧结温度为1400℃，压力为380Mpa(氩气)条件下烧结，保温2h；粘结剂由60％聚硼硅氧烷、10％硼砂、15％氯化钠和15％聚乙烯醇组成。
(2)磨刀身两面；将烧结的坯料加工成上述的电工刀片的形状，采用金刚石砂轮对刀身的两面进行打磨，刀身表面粗糙度低于0.1μm，刀身的厚度为0.5±0.03mm；
(3)切削折断凹槽：在刀身的一面至少切削一条折断凹槽；折断凹槽的深度s与刀身的厚度H和刀身的宽度L呈如下关系：
(4)加工大刀口：采用300#金刚石砂轮进行初磨至刀口角度3.5°，刀口宽度2.5mm；粗糙度为0.05μm；
(5)加工小刀口：采用300#金刚石砂轮进行初磨至刀口角度35°，刀口宽度2.5mm；粗糙度为0.05μm，加工小刀口时，刀片相对砂轮的直线速度为10m/min，砂轮的转速为2000转/min；
(6)精磨小刀口：对初磨小刀口后的刀片进行热处理，在240℃的条件下保温2h，然后冷却至室温，再对小刀口进行精磨(采用3000#金刚石砂轮)，粗糙度为0.025μm；
(7)检查刀片：采用100倍显微镜对刀片进行检查，剔除次品；
(8)包装：对合格刀片进行包装。
实施例3
一种陶瓷电工刀片，包括刀身1和安装孔2，刀身1呈平行四边形，该四边形的锐角α为40°(即刀身1的前沿与刀口所在直线的夹角)，刀身长为105mm，宽为18mm，厚度为0.6±0.03mm；安装孔2位于刀身1的一端，安装孔2的直径为5.5mm；刀身1的一面设有折断凹槽3，折断凹槽3的截面呈V字形。
本实施例中的陶瓷电工刀片的加工方法为：
(1)陶瓷坯料烧结：将氧化锆粉末、氧化铝粉末分别过200目筛，然后将氧化锆粉末、氧化铝粉末和粘结剂按质量比10:2.15:0.5的比例混合研磨均匀，采用高温等静压法对其进行烧结，控制烧结温度为1400℃，压力为300Mpa(氩气)条件下烧结，保温1h；粘结剂由56％聚硼硅氧烷、13％硼砂、12％氯化钠和19％聚乙烯醇组成。
(2)磨刀身两面；将烧结的坯料加工成上述的电工刀片的形状，采用金刚石砂轮对刀身的两面进行打磨，刀身表面粗糙度低于0.1μm，刀身的厚度为0.6±0.03mm；
(3)切削折断凹槽：在刀身的一面至少切削一条折断凹槽；折断凹槽的深度s与刀身的厚度H和刀身的宽度L呈如下关系：
(4)加工大刀口：采用300#金刚石砂轮进行初磨至刀口角度5°，刀口宽度2.5mm；粗糙度为0.05μm；
(5)加工小刀口：采用300#金刚石砂轮进行初磨至刀口角度35°，刀口宽度3mm；粗糙度为0.05μm，加工小刀口时，刀片相对砂轮的直线速度为9m/min，砂轮的转速为2500转/min；
(6)精磨小刀口：对初磨小刀口后的刀片进行热处理，在300℃的条件下保温2h，然后冷却至室温，再对小刀口进行精磨(采用3000#金刚石砂轮)，粗糙度为0.025μm；
(7)检查刀片：采用100倍显微镜对刀片进行检查，剔除次品；
(8)包装：对合格刀片进行包装。
本实施例中的陶瓷电工刀片加工方法，次品率在3～4％左右，因为大刀口的角度略大，所以在加工小刀口时次品率略高于实施例1。但是本实施例中的电工刀片整体性能比现有技术提高了30％左右。现有的专利中虽然报道了很多关于陶瓷材料的改进，但是添加的组分过于复杂，而且不能满足陶瓷电工刀的绝缘性要求，所以不适合采用本发明中的加工方法。

Claims (9)

1.一种陶瓷电工刀片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)陶瓷坯料烧结：将氧化锆粉末、氧化铝粉末和粘结剂混合均匀，采用高温等静压法对其进行烧结，控制烧结温度为1400℃，压力为300～380Mpa；
(2)磨刀身两面；将烧结的坯料加工成电工刀片的形状，采用金刚石砂轮对刀身的两面进行打磨，刀身表面粗糙度低于0.1μm；
(3)切削折断凹槽：在刀身的一面至少切削一条折断凹槽；折断凹槽的深度s与刀身的厚度H、刀身的长度L和刀身的宽度B呈如下关系：
(4)加工大刀口：采用金刚石砂轮进行初磨至刀口角度3～5°，刀口宽度2～2.5mm；粗糙度至少为0.1μm；
(5)加工小刀口：采用金刚石砂轮进行初磨至刀口角度30～35°，刀口宽度2～3mm；粗糙度至少为0.1μm；
(6)精磨小刀口：对小刀口进行精磨，粗糙度至少为0.05μm；
(7)检查刀片：采用100倍显微镜对刀片进行检查，剔除次品；
(8)包装：对合格刀片进行包装。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷电工刀片的制备方法，其特征在于：所述的粘结剂的成分及各成分的质量分数为：50～60％聚硼硅氧烷、10～20％硼砂、10～15％氯化钠、余量为聚乙烯醇。
3.根据权利要求1所述的一种陶瓷电工刀片的制备方法，其特征在于：所述的氧化锆粉末、氧化铝粉末经200目筛筛选后使用。
4.根据权利要求1或2所述的一种陶瓷电工刀片的制备方法，其特征在于：氧化锆粉末、氧化铝粉末和粘结剂的混合比例为10:(2～2.5):0.5。
5.根据权利要求4所述的一种陶瓷电工刀片的制备方法，其特征在于：所述的电工刀片包括刀身(1)和安装孔(2)，所述的刀身(1)呈平行四边形，所述的安装孔(2)位于刀身(1)的一端，所述的刀身(1)的一面设有折断凹槽(3)。
6.根据权利要求5所述的一种陶瓷电工刀片的制备方法，其特征在于：所述的刀身(1)的前沿与刀口所在直线的夹角α为28～40°。
7.根据权利要求1所述的一种陶瓷电工刀片的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中切削折断凹槽时，下刀的角度为80～85°，折断凹槽的截面为V型。
8.根据权利要求1所述的一种陶瓷电工刀片的制备方法，其特征在于：加工大刀口和加工小刀口时，采用的均是300#金刚石砂轮；精磨小刀口时采用的是3000#金刚石砂轮。
9.根据权利要求1或8所述的一种陶瓷电工刀片的制备方法，其特征在于：加工小刀口时，刀片相对砂轮的直线移动速度低于10m/min。
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