CN107530868B - 用于增强切割性能的具有微小沟道的切割边缘 - Google Patents

用于增强切割性能的具有微小沟道的切割边缘 Download PDF

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Abstract

本发明描述用于将切割工具(100)塑形以便具有增强的切割性能的设备和方法。在一些实施例中，提供一种磨刀机(900)，所述磨刀机具有刚性主体(902)，所述刚性主体具有在其中延伸的狭槽(912)。压花辊(180)设置在所述刚性主体内的内部空腔内，并且被安装成用于在邻近于所述狭槽的位置围绕选定轴(194)旋转，以经由将所述切割工具的切割边缘(106)插入到所述狭槽中并且沿跨所述压花辊的方向拉回所述切割工具来促进对所述切割边缘的冷模锻操作。研磨部件(904)附着到所述外壳，以通过沿跨所述研磨部件的方向推进所述切割边缘来促进对所述切割边缘的锐化操作。

Description

用于增强切割性能的具有微小沟道的切割边缘
背景技术
在多种应用中使用切割工具来从工件切割、分离或以其它方式移除材料。多种切割工具在本领域中是众所周知的，包含(但不限于)刀具、剪刀、剪切机、刀片、凿子、铲子、砍刀、锯子、钻头等。
切割工具常常具有一个或多个横向延伸、笔直或曲线的切割边缘，沿着所述切割边缘施加压力以进行切割。常常沿着相对的表面的交叉点来界定切割边缘，所述相对的表面沿着顺着切割边缘定位的线而相交。
切割工具在长期使用之后会随着时间变钝。因此可能需要使钝的切割工具经受锐化操作，以使切割边缘恢复到更大的锐利水平。在本领域中已知多种锐化技术，包含使用磨轮、磨刀石、砂布等。虽然已经发现这些和其它锐化技术具有可操作性，但仍然需要通过减少频繁的再锐化操作的需要来延长切割性能的改进的刀片配置。
发明内容
本公开的各种实施例大体上针对于一种用于将切割工具塑形以便具有增强的切割性能的设备和方法。
在一些实施例中，提供一种磨刀机，所述磨刀机具有刚性主体，所述刚性主体具有在其中延伸的狭槽。压花辊设置在所述刚性主体内的内部空腔内，并且被安装成用于在邻近于所述狭槽的位置围绕选定轴旋转，以经由将切割工具的切割边缘插入到所述狭槽中并且沿跨所述压花辊的方向拉回所述切割工具来促进对所述切割边缘的冷模锻操作。研磨部件附着到所述外壳，以通过使所述切割边缘沿跨所述研磨部件的方向推进来促进对所述切割边缘的锐化操作。
在其它实施例中，一种用于锐化切割工具的方法包含以下步骤：将切割工具的切割边缘插入到磨刀机的刚性主体的狭槽中；沿跨设置在所述刚性主体的内部空腔内的可旋转压花辊的方向拉回所述切割边缘，以促进对所述切割边缘的冷模锻操作；以及随后沿着附着到外壳的研磨部件推进所述切割工具的所述切割边缘，以促进对所述切割边缘的锐化操作。
通过检视以下结合附图的详细描述，本公开的各种实施例的这些和其它方面将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本公开的各种实施例而形成的具有微小沟道的示例性切割工具。
图2A是用于说明图1的沟道中的一者的切割工具的一部分的横截面侧面正视图。
图2B是图1的沟道的等距描绘。
图2C是图1的沟道的俯视平面描绘。
图2D是图1的沟道的侧面正视描绘。
图2E是来自图1的选定沟道的详细横截面侧面正视图。
图3A至图3D说明具有与图2A至图2E中陈述的沟道类似的沟道的不同示例性切割工具的横截面轮廓。
图4A至图4C说明根据其它实施例的沟道的不同示例性配置。
图5A至图5C说明根据一些实施例的可以用于形成大体上在图2A至图4C中说明的类型的沟道的压花。
图6A至图6C描绘根据一些实施例的使用图5A至图5C的压花来形成大体上在图2A至图4C中说明的类型的沟道的冷模锻操作。
图7A至图7E示出经受根据图6A至图6C的冷模锻处理的细边缘刀片。
图8A至图8B提供根据一些实施例的在其中锻造有沟道的切割工具的区段的显微镜照片。
图9A至图9B提供根据其它实施例的在其中锻造有沟道的另一切割工具的区段的显微镜照片。
图10是具有精细(精制)锐化边缘的另一切割工具的区段的显微镜照片。
图11是具有粗糙(工厂)锐化边缘的另一切割工具的区段的显微镜照片。
图12描绘根据各种实施例的具有沟道的多用途刀。
图13A至图13B表示可能会降低图12的多用途刀的切割效率的不同钝化机制的应用。
图14是具有大体上对应于图10的精制锐化的切割边缘的切割工具的显微镜照片，工具的所述切割边缘经受钝化过程。
图15是具有大体上对应于图11的粗糙锐化的切割边缘的切割工具的显微镜照片，工具的所述切割边缘经受钝化过程。
图16是具有大体上对应于图8A至图8B的沟道的切割工具的显微镜照片，工具的所述切割边缘经受钝化过程。
图17是针对图14至图16的切割工具在钝化过程之前和之后所获得的测试结果的表格。
图18是来自图17的数据的图形表示。
图19描绘根据各种实施例的具有沟道的口袋刀。
图20是根据各种实施例的具有沟道的带圆齿厨刀。
图21是根据各种实施例的具有沟道的多用途刀。
图22是根据各种实施例的具有沟道的刨刀。
图23是根据各种实施例的具有沟道的刨削工具。
图24A至图24B描绘根据本公开的一些实施例的并入有来自图5A至图5C的压花辊以对切割工具执行锐化操作的磨具。
具体实施方式
图1示出根据一些实施例而构造的示例性切割工具100。如下文阐释，所述切割工具具有特别配置的切割边缘，所述切割边缘具有被配置成增强所述工具的切割性能的微小沟道。所述沟道通过将切割边缘维持在有效“锋利”状况来延长所述工具的操作使用期限，进而减少向所述工具应用再锐化操作的需要。
将切割工具100表征为厨刀，但这仅仅是示例性而不具限制性，因为本文公开的沟道可以应用于基本上任何类型的切割工具。小刀100包含手柄102和刀片104。手柄102的大小被设定成由用户的手在切割操作期间抓握。刀片104具有连续延伸的切割边缘106，所述切割边缘沿着刀片的长度从接近手柄102的位置延伸到小刀的远端108。手柄102和刀片104沿着小刀的中心轴109对准，所述中心轴沿着刀片的纵向方向延伸。
小刀100在切割边缘106中包含多个微小的间隔开的沟道(在本文还被称为凹部或凹槽)110。如图2A至图2E中进一步示出，沟道110提供切割边缘106的连续段112之间的相对小的不连续区域。通过从刀片的第一侧表面116到第二侧表面118延伸到刀片104的主体中的内部侧壁114而形成每个沟道110。侧壁的基底部分(在图2E中最佳观看)相对于延伸穿过切割边缘104的中间(在此情况下，垂直)平面以选定角度θ定向。
将在下文给出关于沟道110的更多细节，但此时将理解，所述沟道是相对小的，例如沿着切割边缘106的长度的宽度在0.005英寸(约125微米(um))左右。可以使用其它大小和形状。
由于它们的微观尺度，在大多数情况下，沟道110(或其方面)对于人眼将往往不可见，并且在没有光学增强视觉设备(例如，显微镜或其它放大机构)的辅助下将大体上不可察觉。然而，这不一定是限制性的；在其它实施例中，如果沟道具有足够的宽度，那么沟道110自身的存在可为可由人类观察者在视觉上检测到的，但凹口(沟道的最浅的横截面)的存在对于人类裸眼可为不可见的。
图2E提供关于示例性沟道110的几何形状的其它细节。如上文所述，内部侧壁114是大体上u形并且包含以选定角度θ从第一(上部)边缘114B延伸到第二(下部)边缘114C的最低基底部分或基底表面114A。侧表面114D从基底表面114A向上延伸(如所示)以形成由相对的边缘114E和114F限定的基本上三角形“齿”。边缘114B和114E曲线地向上延伸到段112以形成凹进的切割边缘。
出于参考目的，由凹进的切割边缘(边缘114B和114E)界定的浅开口的横截面区域在本文将被称作“凹口”或“切割凹口”。沟道110形成由边缘114C和114F限定的与所述较小的切割凹口相对的第二、更大(凹进)的凹口。沟道110的底部沿着边缘114C并且沿着边缘114B最浅。
在一个说明性实施例中，图2A至图2E中的沟道各自具有约0.004英寸(约100um)的宽度、约0.020英寸(约500um)的间距(从一个沟道的中心到下一个最接近沟道的中心的距离)、约0.002英寸(约50um)的切割凹口深度(从段112到边缘114B的垂直距离)，以及约0.004英寸(约100um)的凹进的凹口深度(从段114到边缘114C的垂直距离)。可以使用其它尺寸。在一些情况下，切割凹口深度的范围将是从约0.0003英寸(约8um)到约0.005英寸。这表示沟道的最浅深度。
在图2E中可以看到，在基底表面114A与侧表面118之间的所得的角度是锐角(例如，小于90度)，并且在基底表面114A与侧表面116之间的所得的角度是钝角(例如，在90度与180度之间)。使用基底表面114A的90度的选定角度(使得基底表面114A在图2E中是水平的)将使得这两个相对的角度相等，并且将向沟道提供恒定的凹口深度和相等大小的两个相对的切割凹口。
发明人已经发现，通过例如图2E中说明的切割凹口形成的凹进的切割边缘有助于将切割工具100维持在有效“锋利”状况，进而延长刀片的切割效率。虽然不具限制性，但相信切割边缘的凹进的性质保护边缘114B、114E以免响应于暴露于切割介质的段112的接触而钝化。
同时，已经进一步发现切割凹口和相邻沟道110之间的间距的微观尺度有助于增强刀片的切割效率，这是因为由侧表面114D以及边缘114B和114E形成的“齿”足够小，以在切割操作期间分离切割介质中的个别或少量纤维。不管角度θ如何都是如此，使得即使角度θ基本上等于90度，由其(例如，表面114B和114E)形成的切割边缘不管对段112的钝化操作如何都保持锋利。将在下文详细论述各种实施例的这些和其它方面。
虽然可以使用多种制造技术来形成沟道110，但在一些实施例中，使用冷模锻过程以使刀片的局部部分变形。在需要时，可以应用辅助珩磨操作来移除被移位的材料的一部分，并且使沟道110的远端范围与刀片104的剩余表面对准。
图3A至图3D示出可以将所述沟道应用于具有多种不同锐化几何形状的刀具和其它工具。图3A是具有对称的多级锥形几何形状的刀片104A。刀片104A包含相对的线性的第一和第二主要侧表面116A、116B，和第一和第二锥形侧表面118A、118B。第一和第二主要侧表面116A、116B相对于与工具的中心轴(例如，图1的109)正交的中间平面120A以第一选定角度延伸。第一和第二锥形侧表面118A、118B以大于所述第一选定角度的第二选定角度会聚于切割边缘106A。第一和第二中介角度可以分别在10度和25度左右，但可以使用其它值。
沟道110A是由延伸到刀片104A的主体中的内部侧壁114A形成，并且在切割边缘106A中形成局部不连续性。侧壁114A的基底部分以选定角度θ延伸(参看图2A)。所述角度可以在需要时改变；在图3A中，所述角度相对于中间平面120A是约45度。
图3B示出具有多级凸研磨几何形状的刀片104B的一部分。不具有如图3A中的线性(例如，平坦)小面，图3B中的刀片104B包含相对的曲线的第一和第二主要侧表面126A、126B和曲线的第一和第二锥形侧表面128A、128B。第一和第二主要侧表面126A、126B具有第一曲率半径，并且经由中间切线(未示出)相对于中间平面120B以第一选定角度延伸。类似地，第一和第二锥形侧表面128A、128B以大于第一选定角度的第二选定角度会聚于切割边缘106B(经由未示出的中间切线)。通过侧壁114B与从第一锥形侧表面128A延伸到第二锥形侧表面128B的基底部分形成沟道110B，所述沟道在此情况下示出为相对于中间平面120B以约70度的角度延伸。
图3C示出具有中空研磨配置的刀片104C。相对的第一和第二主要表面136A/136B以第一角度延伸，并且第一和第二锥形表面138A/138B关于中间平面120C以第二切角会聚于切割边缘106C。沟道110C的内部侧壁114C相对于平面120C以约90度延伸。
图3D示出具有单侧研磨配置的刀片104D，所述刀片具有相对的第一和第二主要表面146A/146B和相对的第一和第二锥形表面148A/148B，所述第一和第二锥形表面像之前一样关于中间平面120D锥化到切割边缘106D。在此情况下，表面146B和148B是共面的。沟道110D的内部侧壁114D相对于平面120D以约75度延伸。图4A至图4C说明可以应用于上文论述的沟道的示例性几何形状。可以使用其它几何形状。在每种情况下，向刀片供应沟道的规则(重复)图案，所述沟道沿着刀片的整个切割边缘或沿着所述切割边缘的一部分延伸。
图4A提供具有切割边缘152和间隔开的沟道154的刀片150，所述沟道各自具有基本上梯形横截面。沟道154提供沿着切割边缘152的周期性不连续性，以便在相邻对的沟道之间界定中介段156。通过内部侧壁158形成沟道154，所述内部侧壁各自具有基本上梯形形状。
每个沟道154具有沿着切割边缘152的长度(其对应于刀片150的长度)的沟道宽度D1。每个片段156具有沿着刀片150的长度的宽度(段长度)D2，其中D2大于或等于D1。在一些实施例中，D2与D1的比率将在约1∶1直到约6∶1或更多的范围内。在其它实施例中，所述范围的下端等于或小于1∶1；所述范围的下端是约3∶1；所述范围的上端是约8∶1；或所述范围的上端是约16∶1。可以使用其它比率。
已经发现在这些范围内的一个合适的比率是约3∶1，使得D2是D1的宽度的约三倍(3X)。已经发现在这些范围内的另一合适的比率是约5∶1，使得D2是D1的宽度的约五倍(5X)。所述比率将取决于多种因素，包含用于形成沟道的机制、刀片材料、沟道的宽度、深度和形状等。
虽然D1和D2的大小可以改变，但在一些实施例中，沟道宽度D1在约0.001英寸到约0.020英寸(约25微米(μm)到约500μm)的范围内，并且段长度D2在约0.010英寸到约0.060英寸(约250μm到约1500μm)的范围内。这将相应的特征维持在微观尺度，使得所述特征对于人类裸眼来说基本上不可见。以此方式，普通用户可能觉察不到刀片上的所述特征的存在。此时将注意，在视觉上检测不到沟道的存在将不是对所附权利要求书的范围的限制，而是本文公开的许多实施例的有益特征。然而，将了解，即使沟道可见，约0.0003英寸到约0.005英寸的沟道凹口深度将往往避免人类裸眼感觉到沿着切割边缘的凹口自身。
图4A中的尺寸D3A表示在沟道154的最浅(远)端处的所述沟道的切割凹口的总(最小)深度。尺寸D3B是在沟道的最深(近)端处的沟道的总深度。这些深度尺寸可以基于若干因素而改变，所述因素包含在形成沟道期间使用的力、内部基底侧壁的角度等。如上文所述，凹进的切割边缘(切割凹口)的深度尺寸D3A的范围可以从约0.0003英寸直到约0.005英寸。依据给定应用的要求，可以使用其它范围。
一般来说，沟道越深，沟道就更耐用，使得所述沟道在重复的切割和锐化/珩磨操作之后会存留下来，并且不会那么快地从刀片侵蚀掉。然而，预期沟道深度受限于相对小的范围，从而受限于刀片的切割边缘的接近度；即，沟道的侧面延伸穿过刀片的相对的锥形表面并且不穿透刀片的主要表面(例如，参看图3A中的相应的锥形表面118A、118B和相应的主要表面116A、116B)。
图4A的实施例使用均匀大小的沟道154和标称恒定的沟道间距，使得提供从一个沟道的中心到下一个沟道的中心的实质上相同的间隔(例如，相同的沟道间距)。图4B说明具有大小可变和间距可变的沟道的另一示例性刀片160。切割边缘162具有在其中形成的表示为164A和164B的v形沟道。中介段166A、166B设置在相邻对的沟道之间并且具有不同长度。沟道164A相对小于沟道164B并且是由基本上v形内部侧壁168A、168B形成。在图4B中示出的序列是沿着刀片160的长度(例如，沿着切割边缘162)重复的规则图案。
较小的沟道164A具有宽度D4和相应的凹口深度D5A和D5B，较大的沟道164B具有宽度D6和相应的凹口深度D7A和D7B，并且段166A、166B具有相应的规则重现的长度D8和D9。虽然这些相应的尺寸有变化，但在图4A中论述的以上范围和比率一般也适用于图4B中的特征。举例来说，D8＞D4、D8＞D6、D9＞D4、D9＞D6、D9＞(D4+D6+D8)等。
图4C示出具有切割边缘172、沟道174和段176的刀片170的另一配置。在此情况下，彼此紧邻地提供两个较小的沟道174以形成具有基本上w形配置和总宽度D10的较大的组合沟道。段176具有段长度D11，并且个别沟道具有相应的凹口深度D12和D13。可以通过这种方式提供任何数目的相邻沟道，只要大体上维持尺寸D10和D11的以上比率和尺寸即可。图4C中的沟道具有方向性，从而在一个方向上更有效，例如，在图中向右更有效。
图5A至图5C说明根据一些实施例可以用于形成本文论述的沟道的压花辊180。压花辊180包括由金属或其它合适的材料制成的硬圆柱形部件，在所述硬圆柱形部件的外部圆周周围具有图案化突出部，所述图案化突出部被配置成在被施加力时会转移到所述工件。在图5A至图5C的实施例中，压花辊180采取齿轮配置，所述齿轮配置具有圆柱形主体182以及径向间隔的、径向并且纵向延伸的齿(突出部)184。所述齿的形状是基本上三角形，但可以使用突出部的其它形状、间隔和图案，包含突出部的不规则图案和序列。将了解，相关联的辊上的突出部的不规则图案仍将在众多刀片中的每一者上提供沟道和段的可重复图案，所述众多刀片会各自个别地经过所述相关联的辊。
压花辊180使用冷模锻过程(还被称为滚轧成形过程)而形成沟道。如图6A中所示，以选定定向，例如沿着基本上垂直的插入平面放置具有切割边缘192的刀片190。压花辊180被适配成用于相对于刀片190以选定角度θ围绕中心轴194旋转。此时将注意，辊180的角度将标称地确立相应沟道110的基底部分114A的角度(例如，参看图2A和图2E)。
沿着垂直插入平面推进刀片190，使得切割边缘192经由接触力F接触地啮合辊180，如图6B中描绘。随后在如图6C中描绘的方向198上纵向地拖动刀片190，使得辊180沿着切割边缘的长度(或其所要部分)滚动。辊180的齿184在辊180在旋转方向196上旋转并且刀片190沿着方向198平移时与切割边缘192接触并且使所述切割边缘在局部变形。
由齿184施加的表面压力会锻造(变形或移位)刀片190的材料，从而形成沿着切割边缘192的长度方向的间隔开的突出沟道199。依据角度θ、力F的量值以及刀片和辊的相应的材料配置，移位的材料可以突出超过刀片的一侧或两侧。可以在刀片上维持此偏转的材料，或者可以应用使用合适的研磨料(例如，皮革吊带或类似物)的辅助珩磨操作来移除移位的材料，并且使沟道壁与刀片的外部锥形表面基本上对准，如在图2A中大体上表示。
使用冷模锻过程来形成沟道的优势是其中可以产生特征的快速和容易的方式。在使刀片与压花辊(或其它模锻部件)相抵地单次通过的同时向所述刀片施加适度的力在大多数情况下可以足以形成相应的沟道。虽然所施加的力较轻，但因为在任何给定时间仅单个突出部或数个突出部与刀片接触，并且突出部是那么小而使得所施加的压力较高，所以所得的表面压力是相对高的。可以应用辅助珩磨，其中应用刀片的单次或数次行程以移除移位的材料。基本上任何刀具或其它切割工具可以经受此处理。冷模锻另一优势在于，依据材料，刀片在沟道附近的金属可能往往会加工硬化，进而在材料局部变形时向材料的局部区域提供增强的硬度和耐用性。
在需要后续遍次以在后续的再锐化操作期间重新形成沟道的方面，压花辊180将倾向于与现有的沟道199对准，使得在后续的冷模锻遍次期间在相同的位置形成沟道。因为压花齿184的远端在跨辊180拖动切割边缘192时倾向于啮合现有的沟道，所以已经发现会发生此类对准。一旦啮合，辊180将以与沟道的先前浮雕图案键合的方式转动。可以同时将任何数目的辊应用于刀片以形成不同的沟道图案。在另一实施例中，可以使刀片190保持静止，并且可以沿着刀片使辊180滚动推进以形成沟道199。在需要时，可以在沟道形成过程期间将动力施加到刀片190和/或辊180。
虽然可以将在图6A至图6C中描绘的冷模锻过程表征为使用辊180的滚动动作的滚轧成形过程，但可以应用其它冷模锻过程，包含以下冷模锻过程：将非滚动的模锻部件直接压在切割边缘上以形成沟道，而不需要刀片相对于模锻部件的相对的旋转移动。熟练技术人员使用本公开作为指南将容易想到这些和其它替代性配置。
在需要时，可以使用除冷模锻之外的其它过程来形成沟道。这些过程可以包含(但不限于)冲压、研磨、激光切割、等离子体切割、蚀刻、轧花等。所采用的特定过程将取决于给定应用的要求。
图7A至图7E示出根据图6A至图6C而处理的另一刀片200的各方面。图7A示出原始刀片200的一部分，所述原始刀片200已经由于相对的锥形表面204、206和主要表面208、210的会聚而锐化至细切割边缘202。可以将此类刀片表征为具有细边缘，这是因为切割边缘202沿着其长度基本上是连续线性或曲线的，而没有显著的偏离或不连续性。
图7B示出刀片200的在已经经受图6B的冷模锻操作之后的一部分。杯形突出沟道212延伸穿过切割边缘202，并且通过经由辊180使刀片材料的局部变形而形成。图7C示出构成突出沟道212的偏转材料214。
图7D和图7E示出用于基本上移除偏转材料214的辅助锐化(珩磨)操作的结果。这提供成形的沟道216，所述成形的沟道具有与锥形表面204、206标称对准的侧壁，如图7E中最佳说明。内部侧壁218的基底部分的角度标称对应于齿182延伸的角度θ(参看图6A)。珩磨操作暴露新的切割边缘，在216A处表示。
图8A至图8B示出示例性刀片的显微镜相片(照片)，其中已经使用在图6A至图6C中论述的冷模锻过程形成沟道。图8A示出刀片的前侧，并且图8B示出刀片的背侧。出于参考目的，在本文呈现的所有照片的放大倍数是575X；即，在本申请中在每张照片中示出的刀片的部分比由人类裸眼正常观测到的部分大575倍(575X)。所述照片演示通过显微镜缩放的沟道，这是因为沟道或至少在沟道的最窄深度处的凹口的存在通常不可由人类裸眼检测到，也不可通过与切割边缘进行随意触觉接触而检测到。
出于参考目的，将刀片描述为具有“带凹口边缘”配置，其中在细边缘中形成沟道，这类似于图7A至图7E中的刀片200。在图8A至图8B中可见的交叉阴影研磨图案示出在不同方向上将多个锐化操作应用于刀片；通过施加相对细粒度的磨料以使锥形表面塑形而得到基本上垂直线，并且通过使用皮革吊带或类似的细磨料对边缘进行抛光并且移除偏转材料(参看图7C)的珩磨操作而得到对角延伸的线(参看图8B)。
图8A至图8B中的沟道的基底表面相对于刀片的中间平面以约45度的非正交角度延伸。所述沟道中的每一者采取大体上v形配置。沟道的宽度是约0.005英寸，并且深度是约0.002英寸的凹口深度(最小沟道深度)，并且中介的切割边缘分片段的长度(从一个沟道的边缘到下一个沟道的边缘的距离)是约0.015英寸。图9A至图9B提供具有带凹口边缘配置的另一细边缘刀片的另一组显微镜照片。
所述沟道采取大体上u形配置并且基本上相对于中间平面以约90度定向。因为沟道的底部是基本上水平的，所以刀片的前侧和背侧通过每个沟道暴露约相同量的材料。所述沟道具有约0.015英寸的沟道宽度和约0.005英寸的凹口深度。出于参考目的，在图9A至图9B的照片中与沟道相邻的刀片的表面是平坦的；在所述沟道下方延伸的曲线(在图9B中最佳观看)表示由于滚轧成形过程而引起的刀片的颗粒结构的变化。相信这提供这些区域的加工硬化的照相证据。应注意，图8A至图8B和图9A至图9B中的沟道是使用相同的压花辊但施加不同量的力和不同的有效辊角度(例如，45度相对于90度)而形成。
已经发现，应用本文公开的沟道会提高给定刀片的磨损特性。所述沟道显著延长了刀片的操作使用期限，使得刀片将其切割能力维持更长的时间周期，这减少了使刀片经受再锐化操作以维持刀片的切割能力的需要。已经观察了广泛多种不同类型和式样的刀具和其它切割工具的此特性。
为了说明此点，已经提供图10来示出具有与在以上图7A中表示的原始细边缘大体上类似的高度抛光的细边缘的刀片的一部分显微镜照片。通过应用多个连续的锐化过程以形成跨照片的宽度连续地延伸的良好界定的切割边缘来实现所述细的锐化边缘(还被称为精制边缘)。在此刀片中尚未形成沟道。
可以使用多种锐化技术通过多种方式来实现例如图10中的细锐化边缘。通过以下方式实现图10中的边缘：在将刀片维持在选定角度的同时使刀片的相对的侧相抵地通过相对细的研磨水平的磨料块，随后使刀片相抵地通过皮革吊带或其它珩磨磨料以对刀片的远端边缘进行抛光。通过对边缘的最终抛光而得到对角线。在多种刀具和其它工具(例如，用于切割多种基于植物和动物的食品的相对高质量的厨刀(例如，厨师刀等)上提供细锐化边缘。
图11示出具有粗糙锐化边缘(有时还被称为“工厂边缘”)的刀片的一部分的显微镜照片。粗糙锐化边缘类似于细锐化边缘，不同之处在于锐化过程提供沿着其长度稍微不连续或“呈锯齿状”的边缘，这可以通过比较图11与图10而看到。与之前一样，尚未在此边缘中形成如本文描述的沟道。
可以通过以下方式实现图11中的粗糙锐化边缘：使用相对较粗糙的磨料来应用锐化过程以锐化刀片的相对的侧和/或中断所述锐化过程，而不应用珩磨操作来使刀片材料的末端平滑以产生图10中的细边缘。换句话说，如果将额外的珩磨应用于刀片，那么可以将图11中的粗糙边缘转换为图10中的细边缘，这是因为持续地移除材料将最终将边缘精制为图10中的连续线。将了解，可以将一些珩磨应用于图11中的粗糙边缘刀片，但没有应用于图10中的精制边缘的珩磨那么多。
常常将许多市售的刀具(例如，口袋刀和其它多用途刀)制造成具有图11中的粗糙边缘；边缘的配置使得其适合于切割各种材料，例如绳索或其它坚韧和纤维材料。可以容易将例如本文公开的沟道应用于具有图11中的粗糙边缘的刀片或具有图10中的细边缘的刀片来延长刀片的操作使用期限。
使用切割工具来切割介质的过程是看似复杂的。如本文所使用，可以将切割界定为以下过程：工具的切割边缘接触地啮合介质，其中切割边缘使用足够的所施加的力，使得由所述切割边缘施加的所得的表面压力使介质机械分离。切割需要克服介质在与切割边缘的接触点处或附近的有效压缩和/或拉伸能力。
可以通过若干方式执行切割介质的实际过程。插切大体上涉及使刀片推进穿过介质，而不需要切割边缘沿着介质的长度方向的基本上任何纵向移动。相比而言，刨切(“平切”)大体上涉及在使刀片在插切方向上推进的同时切割边缘相对于介质的一些相对的纵向移动。
在图12中示出的示例性多用途刀300具有手柄302、刀片304和从邻近于手柄302的位置延伸到远端点308的切割边缘306。插切大体上涉及使刀片304在方向310上平移。平切(刨切操作)大体上涉及在使刀片在纵向方向312上推进的同时使刀片304在方向310上平移。插切可能用于切割相对软的介质，例如煮熟的鸡蛋或油灰块。刨切可能用于切割更具纤维性的介质，例如番茄或一根绳子。将注意，例如图12中的曲线延伸的刀片往往在切割介质之后诱发一定的刨切动作，即使刀片是在纯插切方向上(例如，箭头310)推进也如此，这是因为切割边缘的有效角度不平行于介质的表面。
已经发现，图8A至图11的锐化的带凹口边缘刀片、细边缘刀片和粗糙边缘刀片中的每一者展现卓越的插切和刨切性质。实际上，细边缘刀片对广泛多种介质使用插切和刨切往往在大多数情况下展现最佳(例如，最高)的切割效率。可以通过多种方式测量切割效率。如本文所使用，可以依据执行插切所需的所施加的力来表征插切的效率，使得较低的所施加的力等同于较高的效率。可以依据相对于介质使刀片行进来执行平切的总长度来表征平切的效率，使得切割边缘在刨切操作期间行进的较短的纵向距离(例如，箭头312)等同于较高的效率。
如本文使用的“钝化”的概念表示刀片的切割效率的显著降低。刀片可能会由于多种原因而变钝，例如在长期用于执行各种插切和平切操作之后。一个众所周知的钝化机制涉及切割边缘的机械变形，或所谓的“滚动”，如图13A中所表示。更具体地，图13A示出来自图12的刀片304的一部分，其中切割边缘306的局部部分已经滚动或偏转向一侧。
另一钝化机制被称作刀片材料的末端的磨损或所谓的“磨圆”，如图13B中所表示。已知其它钝化机制，包含腐蚀，这涉及倾向于更改切割边缘处的刀片材料的晶体对准的化学相互作用。
图14示出在已经经受钝化操作之后的图10的细边缘刀片，通过以下方式执行钝化操作：将切割边缘有意地与刚性金属圆柱体相抵地放置，并且在施加相对轻的切割力的同时使切割边缘沿着所述刚性金属圆柱体的长度平移。可以看到图14中的切割边缘已经以与在图13A中表示的方式类似的方式翻滚到一侧。
图15示出在已经经受与图14中相同类型的钝化操作之后的图11的粗糙边缘刀片。可以看到，由于通过所述钝化操作提供的表面不连续性，图13A的滚动操作相对于刀片的中间平面在不同方向上延伸。然而，图15中的钝化的粗糙边缘刀片展现类似的翻滚钝化。
图16示出经受与图14至图15中相同的钝化操作的图9A的带凹口边缘。虽然相邻沟道之间的锐化段展现与图14中相同种类的滚动，但沟道保持在很大程度上未受钝化操作干扰。
图17提供通过对细边缘(还称为“精制边缘”刀片)、粗糙边缘(还称为“工厂边缘”刀片)和带凹口边缘(所谓的“微锻”刀片)(如图8A至图11和图14至图16中所描绘)执行的长期切割测试而获得的列表数据。一般来说，确立测试协议，借此，可以使用对特殊配置的测试介质的插切和平切来量化切割效率。以被校准为大体上与按照流逝的月份随时间的现实世界观测到的使用对应的速率将重复钝化应用于相应的刀片。在一种情况下，通过经验确定使用对平滑的硬金属圆柱体施加约12克的钝化力的单个遍次可以对应于普通用户在一个月(30天)内在现实世界使用刀具期间可能向刀具施加的等效“钝化”。
数据经过归一化，使得100％的切割效率表示最大的实际切割能力，并且0％表示无实际切割能力。插切和刨切效率被组合为在图17中制成表的最终合成值。图18提供来自图17的列表数据的图形表示。
从图17至图18可以看到，处于原始、非钝化配置(第0个月)的相应刀片的初始测试示出所有三种类型的刀片的非常高的切割效率。细(精制)边缘刀片(例如，参看图10)具有98％的最高初始效率，随后粗糙(工厂)边缘(例如，参看图11)具有93％的最高初始效率，并且带凹口边缘(微锻)刀片(例如，参看图8A)具有91％的最高初始效率。从此可以得出结论：对于多种切割方法和介质，具有高度精制的边缘的非常锋利的刀片可以呈现最有效的切割轮廓。
然而，精制边缘还示出以最快的速率变钝。可以看到，精制边缘在第一等效“月”(第1个月)快速下降到仅约29％的效率，在三个等效月(第3个月)之后下降到仅约4％，并且之后可能根本不能实际地切割测试介质。
工厂边缘示出为持续更长时间，在第一有效月(第1个月)之后效率下降到51％，并且持续稳定地在最后一个测试结束(第12个月)降低到约13％的最终效率。
微锻(带凹口边缘)的刀片具有91％的最低初始效率，但与原始工厂边缘刀片或精制边缘刀片的效率没有显著不同。然而，如图17和图18所示，效率的衰减速率当在第一有效月(第1个月)下降到约59％之后在剩余的测试持续时间期间(到第12个月)维持在45％左右的合理高的效能。具有沟道的带凹口边缘刀片因此在测试持续时间内展现出比精制边缘刀片和工厂边缘刀片显著更好的切割性能。
本领域技术人员将认识到，来自图17至图18的数据大体上对应于现实世界性能；真正锋利的细边缘刀具往往展现超常的切割性能，但在相对短的时间之后往往快速降级，并且由于切割边缘的相对加速的钝化而变为相对难以使用的刀具。虽然不具限制性，但相信此快速钝化是由于在相对薄的精制的切割边缘遇到切割介质(和可能是支撑介质的硬切割板)时切割边缘沿着其长度滚动，例如图13A中所表示。
可以在每个切割操作之前使用珩磨钢或其它机构以将细边缘刀具维持在高效状况，并且一些有经验的厨师在每次使用刀具之前都会使用此类锐化器具。然而，更多的用户很少使用此类珩磨操作并且要忍受钝的刀具。这是为什么(例如)许多用户常常选择带锯齿刀具对相对具纤维性的介质(例如番茄)执行切割任务；针对此任务而设计的原本细边缘刀具的钝化的边缘通常无法在纤维中产生足够的张力来刺穿表层并且起始对介质的刨切。然而，带锯齿刀片往往受限于刨切操作，这是因为带锯齿刀具通常无法有效执行插切，特别是对具有小纤维的材料，例如草药、绳索等。带锯齿刀片还往往会撕碎或撕开材料(与细边缘刀具不同)并且因此不适合用于切割纤细的材料，例如鱼。
粗糙边缘刀片展现比细边缘刀片更好的长期性能，并且虽然不具限制性，但相信这部分归因于切割边缘的不连续性质。虽然经受相同的钝化特性，但相信粗糙边缘的切割轮廓方面的不规则性足以使得刀片能够保持一定程度的切割能力，这可能是因为以下事实：切割边缘的一些部分在第一方向上滚动，而切割边缘的其它部分在相反的第二方向上滚动。不同滚动方向之间的不连续性因此可以提供额外的切割表面，这增强了刀片持续以比可能施加到细边缘切割边缘的单一滚动方向更高的切割效率进行切割的能力。
相比而言，发明人已经发现，使用本文公开的沟道提供了具有优良的持久的切割能力的切割边缘。测试结果表明，具有沟道的切割边缘即使经受相邻沟道之间的锐化段的钝化也向刀片提供持续展现相对一致的切割效率水平的意外益处。在每种情况下，已经发现，现有的刀具，无论是细边缘刀具、粗糙边缘刀具、带圆齿刀具还是带锯齿刀具，在具备本文公开的沟道时会获得在很长时间周期内持续执行适合于刀片式样的切割的未曾预料的益处。从一般用户角度来看，刀具(无论什么类型)看起来更长时间保持“更锋利”。
将注意，图17至图18的微锻的刀具和精制边缘刀具标称相同；在相应刀具之间的唯一实质性差异是微小沟道(测试人员不可见)的存在或不存在。然而，精制边缘刀具快速钝化，而微锻的刀具持续提供显著的切割效率水平。
虽然在图17至图18中未示出，但发现将珩磨钢或其它再锐化操作应用于图17至图18的钝化的微锻的边缘会在不移除或以其它方式实质地影响沟道的情况下将所述边缘恢复到其初始切割效率水平(例如，第0个月)，使得刀具甚至在再锐化操作之后继续像之前一样以较高的切割效率水平操作。
如上文提及，本文公开的沟道可以应用于任何数目的不同类型和式样的切割工具，包含具有被设计成增强切割效率的现有的特征(例如，锯齿、圆齿、波浪轮廓等)的工具。
图19示出呈折叠口袋刀的形式的切割工具400。刀具400具有手柄402和刀片404，所述刀片具有延伸到点408的切割边缘406。沿着切割边缘406的第一区段形成锯齿410，并且曲线连续部分412沿着切割边缘406的第二区段延伸。已经发现，所述沟道可以应用于例如410等锯齿(包含比图19中示出的锯齿更大和更小的锯齿)以及例如412等曲线段。在此类情况下，通过添加此类沟道来增强和维持切割效率。
图20示出具有带圆齿轮廓的特殊配置的厨刀500。手柄502支撑具有延伸到远端508的切割边缘506的刀片504。切割边缘506采用所谓的波形(例如，正弦)圆齿轮廓。虽然此类轮廓意在延长刀片的切割效率，但所述轮廓降低了切割相对小的介质(例如，草药等)的能力，并且不向介质呈现线性切割线，并且因此可能不适合于广泛多种切割操作。然而，已经发现，将沟道添加到图20中的带圆齿切割边缘可以增强其切割效率。
图21示出具有手柄602、刀片604、切割边缘606和远端608的多用途刀600。刀具600被表征为刮胡刀片式样刀具(例如，“框形刀片”)。已经发现，可以向切割边缘606添加沟道并且增强刀具随时间的切割效率。
其它工具可以受益于沟道的添加。图22描绘被表征为刨刀或凿子类型工具的切割工具700。主体部分702在一端处支撑具有横向延伸的切割边缘706的刀片部分704。在切割边缘中形成的沟道也可以增强此工具的效率。
图23是用于使木材和其它材料塑形的刨削工具800。一对手柄802A、802B支撑具有切割边缘806的中间刀片804的相对的末端。在切割边缘中形成的沟道也可以增强此工具的效率。从前面的图可以看到，本文公开的沟道可以应用于基本上任何切割工具来增强其切割效率。
图24A说明根据一些实施例而构造的磨刀机900。磨刀机900，还被称为磨刀石，采取一般“锐化钢”配置。提供被适配成由用户的手抓握的手柄902。锐化研磨棒904在选定轴向方向上从手柄902延伸。棒904可以在需要时采取多种配置，包含钢棒、研磨棒等。可以沿着所述棒的一部分形成脊状物905，使得向所述棒供应不同的锐化研磨水平。在一些情况下，棒904可为相对于手柄902可旋转的。
提供导引件906、908以使得用户能够设定刀具或其它切割工具的角度，并且随后沿着研磨棒904的长度方向推进刀具，同时将所述刀具标称地维持在由相关联的导引件确立的选定角度。
如图24B中所表示，压花辊910设置在手柄902的内部空腔内。压花辊910被安装成用于以与上文在图6A至图6C中论述的压花辊180类似的方式围绕选定轴旋转。导引狭槽912形成于手柄902中并且被适配成使得用户能够跨辊910的暴露部分插入和拉回刀片以形成如本文论述的沟道(例如，图1的110)。
一旦形成沟道，可以将刀片的与研磨棒902相对的侧放置到导引件906、908中的一者上，并且可以沿着研磨棒单次或数次地拖动刀片，以移除如上文所论述的偏转材料。
通过说明的方式，为了锐化图19中的例如400等刀具，磨具900的用户可以用左手固持手柄902并且用右手固持刀具400的手柄402。用户将刀具400的刀片404插入到导引狭槽912中，使得邻近于手柄402的切割表面406的基底与压花辊910接触。
用户随后在刀具400穿过狭槽拉回时使用右手与压花辊910相抵地拖动切割边缘406。可以应用手柄402的某一向上旋转以确保压花辊910接触曲线延伸的切割边缘406的整个细长长度。在穿过狭槽912拖动刀具时仅需要对刀具400的适度量的向下力。在一些情况下，基本上刀具400的重量就可能足够，因此用户需要供应很少或更多的额外力。
一旦已经穿过狭槽912拖动刀具400单个遍次，用户使用右手平移刀具，使得让刀具的背向研磨棒904的那侧与上部导引件906相抵地接触对准。用户随后在沿着研磨棒904移动刀片404的同时横向地拉回手柄402并且以由导引件906确立的呈现角度标称地维持所述刀片，使得让切割边缘406的基本上整个长度与研磨棒相抵。此类平移可以包含手柄902的某一量的向上旋转，以确保切割边缘406的整体接触研磨棒904。可以在需要时使用多个遍次。如上文描述，与研磨棒904相抵的此辅助珩磨操作会移除偏转材料(例如，参看图2C)，以界定由辊910形成的沟道的最终几何形状。
研磨棒904适合于向刀片的一侧或两侧应用后续锐化操作，以减少中介段(例如，图1的112)在一段时间的长期使用之后的钝度。预期此类后续的锐化操作将倾向于重新对准段112，而基本上不会影响沟道110。可以执行刀具穿过狭槽912的后续通过以重新界定沟道，随后进行如上文描述的辅助珩磨。
可以使用磨具的其它配置，包含电动磨具、利用呈圆盘、块、带、吊带的形式的磨料材料的磨具等，以并入如本文描述的压花辊或其它冷模锻部件。熟练技术人员鉴于本公开将容易想到这些和其它替代方案，并且所述这些和其它替代方案涵盖在本公开的标的内。
将理解，虽然已经在前述描述中陈述了本公开的各种实施例的众多特性和优势，以及本公开的各种实施例的结构和功能的细节，但此详细描述仅是说明性的，并且可以在细节方面作出改变，尤其是与本公开的原理内的部分的结构和布置到其中表达所附权利要求书的术语的广泛一般含义所指示的整个范围相关的细节方面。

Claims (15)

1.一种磨刀机，所述磨刀机包括：
刚性主体，所述刚性主体具有在其中延伸的狭槽；
压花辊，所述压花辊设置在所述刚性主体内的内部空腔内，并且被安装成用于在邻近于所述狭槽的位置围绕选定轴旋转，以经由将切割工具的切割边缘插入到所述狭槽中并且沿跨所述压花辊的方向拉回所述切割工具来促进对所述切割边缘的冷模锻操作，以形成沿着所述切割边缘的一连串间隔开的沟道，所述切割边缘沿着所述切割工具的刀片的相对的第一侧表面及第二侧表面的交线形成，所述压花辊被设置为围绕与所述刀片的第一侧表面和第二侧表面都不平行的轴线旋转，从而为每个沟道提供具有三角形形状的侧壁；以及
研磨部件，所述研磨部件附着到刚性主体，以通过使切割边缘沿跨所述研磨部件的方向推进来促进锐化操作。
2.根据权利要求1所述的磨刀机，其中所述磨刀机的特征在于是人工手持磨具并且所述刚性主体的特征在于是具有外部握持表面的把手，所述外部握持表面被适配成可由用户的手抓握。
3.根据权利要求1所述的磨刀机，其中所述研磨部件的特征在于是研磨棒，所述研磨棒在选定轴向方向上从所述刚性主体延伸出来。
4.根据权利要求3所述的磨刀机，其中所述研磨棒是钢棒。
5.根据权利要求3所述的磨刀机，其中所述研磨棒是陶瓷棒。
6.根据权利要求1所述的磨刀机，其中所述磨刀机的特征在于是电动磨具。
7.根据权利要求1所述的磨刀机，其中所述研磨部件包括多个脊状物。
8.根据权利要求1所述的磨刀机，其中所述刚性主体包括导引表面，所述导引表面邻近于所述研磨部件而延伸，以便于用户在锐化操作期间将所述切割工具的侧面维持在相对于所述研磨部件的选定角度，所述导引表面 以第二角度延伸从而平行于所述刀片的第一侧表面或第二侧表面中选定的一个。
9.根据权利要求1所述的磨刀机，其中所述压花辊包括硬圆柱形部件，所述硬圆柱形部件具有围绕外部圆周的图案化突出部，所述图案化突出部被配置成在被施加力时将图案转移到所述切割边缘，所述压花辊采取齿轮配置，所述齿轮配置具有圆柱形主体以及径向间隔的、径向并且纵向延伸的齿。
10.根据权利要求9所述的磨刀机，其中所述研磨部件沿着第一轴延伸，并且所述压花辊围绕不与所述第一轴正交的第二轴旋转。
11.一种用于锐化切割工具的方法，所述方法包括：
将切割工具的切割边缘插入到磨刀机的刚性主体的狭槽中，所述切割边缘沿着所述切割工具的刀片的相对的第一侧表面及第二侧表面的交线形成；
沿跨设置在所述刚性主体的内部空腔内的可旋转压花辊的方向拉回所述切割边缘，以促进对所述切割边缘的冷模锻操作，从而形成沿着所述切割工具的长度方向的一连串间隔开的沟道，所述压花辊被设置为围绕与所述刀片的第一侧表面和第二侧表面都不平行的轴线旋转，从而使得所述间隔开的沟道中的每一个均具有基底表面及侧壁，所述基底表面与所述刀片的第一侧表面及第二侧表面都不平行，所述侧壁具有由所述基底表面以及所述刀片的第一侧表面和第二侧表面确定的三角形形状；以及
随后沿着附着到刚性主体的研磨部件推进所述切割工具的所述切割边缘，以促进对所述切割边缘的锐化操作。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述随后推进所述切割工具的步骤进一步包括与邻近于所述研磨部件的所述切割工具的导引表面相抵地放置所述切割工具的侧表面，以相对于所述研磨部件确立所述工具的选定角度，并且在沿跨所述研磨部件的方向推进所述切割工具的同时将所述切割工具标称地维持在所述选定角度。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述磨刀机的特征在于是人工手持磨具并且所述刚性主体的特征在于是具有外部握持表面的把手，所述外部握持表面被适配成可由用户的手抓握。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述研磨部件的特征在于是研磨棒，所述研磨棒在选定轴向方向上从所述刚性主体延伸出来。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述压花辊包括硬圆柱形部件，所述硬圆柱形部件具有围绕外部圆周的图案化突出部，所述图案化突出部被配置成在被施加力时将图案转移到所述切割边缘，所述压花辊采取齿轮配置，所述齿轮配置具有圆柱形主体以及径向间隔的、径向并且纵向延伸的齿。
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