CN1678436A - 切割刃带有凹槽的切割工具 - Google Patents

Abstract

一种切割工具(100)，包括一个由金属制成的基部(110)，沿基部(110)的边缘(128)具有多个切割齿(140)，其中至少一个切割齿(140)在该至少一个切割齿(140)上具有至少一个在切割刃(160)上的至少一个凹口(150)。工具(100)通过在切割齿(140)的切割刃(160)中，引入一个沿工具(100)纵行的凹口(150)而制备成。

Description

切割刃带有凹槽的切割工具

技术领域

本发明涉及一种切割工具，尤其是，可提高切割效果的具有新颖的几何尺寸的齿的锯条。

背景技术

工具制造者一直试图通过修正工具的切割刃提高工具的耐久力和功能。早期的改进包括硬化金属和给铁制工具添加钢边缘，改进一直持续到现在，其中包括了新型超硬材料的开发。通常，理想的切割工具应同时具有抗磨损性(硬度)和抗冲击性(韧度)。由于在单一材料中同时具有上述特性是困难的，现在的锯条的组成通常是将具有高抗疲劳性的相对韧性的金属基部与高速钢的切割刃带进行复合，虽然韧性不高但是具有高度抗磨损。切割刃带的宽度至少相当于锯带或锯条的切割齿的顶端，甚至是切割齿的整个部分，切割刃带可以从它上切除。

通常，较为理想的是提高切割表面的切割寿命并提升切割的质量。例如，在一些情况下，切割表面可能会粗糙或不平整，切割刃变钝或者切割齿的形状和方向会达不到最佳状态。类似的，切屑还积聚在切割表面，会阻塞切割轨迹，并使接下来的切割无法完成。

切割性能的提升是工具制造者所不断寻求的效果。

发明内容

本发明提供一种具有高级切割和抗磨损性能的切割工具。

本发明的一个方面是，一种切割工具，包括一个由金属制成的基部，沿基部的一个边缘具有多个切割齿，其中，至少一个切割齿在该至少一个切割齿的切割刃上具有至少一个凹口。

在一个或多个实施例中，基部在第一边缘上具有第一厚度，并且基部的相对的边缘上的一个锥形区域延伸进入并贯穿切割工具的切割刃部件的内部部分，并且由第二金属组成的至少一个边缘部件与基部的锥形的边缘区域的表面邻接，并与该表面形成一个冶金接合。

本发明的另一方面是，一种切割齿，用于一种切割工具，在切割齿的顶端具有至少一个凹口，以提供两个以上的切割角度。

本发明的另一方面是，提供一种切割工具，该切割工具包括一个由金属制成的基部和一个具有多个切割齿的边缘部件，所述的边缘部件沿基部的一个边缘连接到基部上。切割齿是一种包括至少第一金属和第二金属的复合材料，其中第一金属比第二金属软，在较软的第一金属侧面是较硬的第二金属，并且一个凹槽由较软的第一金属在使用中优先磨损而被引入。

本发明的另一方面是，一种制造切割工具的方法，切割工具具有一个基部和多个沿基部的一个边缘的切割齿，所述方法包括：在切割齿的切割刃上引入一个凹槽，该凹槽沿着工具的长度纵行。凹口被加工到切割刃中。凹口由位于切割刃的内部区域的较软材料在使用中优先磨损而形成。

在此处和整个说明书中，术语“大约”指规定值可以上下浮动10％。

附图说明

参考本发明的接合下列附图的下述的细节描述，本发明不同的目的、特征和优点会得到更充分地理解，附图中相似的附图标记标识相似的元件。下述诸图的目的只是为了图解，并非是对本发明加以限制，发明适用的范围在下述权利要求书中予以陈述。

图1A是本发明的一个或多个实施例的侧视图，图1B是本发明的一个或多个实施例的切割工具的局部透视图。

图2A-2D是用于本发明的一个或多个实施例的切割工具的切割齿的凹口形状的不同实施例的横断面视图。

图3A是一个普通的焊接件的剖视图；图3B是一个接合制品的剖视图，具有一个本发明的一个或多个实施例的带凹口的切割刃，示出一条接合的剪力线。

图4是本发明复合金属制品的一个或多个实施例的剖视图，其中，切割刃部件具有多个硬切割工具金属和一种较具柔韧性的支撑金属的交替层。

图5和6图示出本发明的一个或多个实施例的带凹口齿的切割工具。

图7图示出复合金属切割工具的制备并示出了两种不同金属的复合材料的组件(A)在焊接前的情况，(B)经过了至少一个合并步骤之后的情况(箭头表示施加的压力)，(C)经过了附加的合并步骤之后的情况，(D)经过切开之后的情况。

图8A到8C示出复合金属丝的制备和使用，以制备本发明的一个或多个实施例的切割工具。

具体实施方式

本发明提供一种具有新颖切割表面的改进的切割制品。图1A示出了本发明的切割工具100的侧视图。切割工具100包括基部110和沿着基部110的长度延伸的边缘部件128。本发明的成品，例如说一个锯条，包括在切割工具的边缘部件128上切出或加工出的切割齿140。图1B是切割工具100的局部透视图，切割齿140在切割刃160上包括一个凹口(或凹槽)150。在切割刃160之间有坡度区域或凹进区域，称为齿槽175。(图中的切割刃和齿槽未按照比例绘制)。切割齿在切割刃上包括有一个凹口、凹槽或者锯齿形缺口，提高了切割工具的使用寿命，减少了切割齿的折断并提高了切割性能。切割工具的寿命部分地决定于在使用过程中齿折断的程度。

切割工具的“切割表面”包括与被切割的物体啮合的表面本身、齿槽、切割刃和侧表面。在这里，“切割刃”包含凹口，是与被切割的物体啮合的切割表面的最上面部分。“切割角”形成在切割刃、具有坡度的齿槽和侧(或凹口)表面的交叉处。切割角的数目和位置对切割工具的切割性能有重要影响。

在一个或多个实施例中，基部110和边缘部件128是一个整体，例如，这个整体是一个一体件并由同一材料制成。在其它的实施例中，基部和边缘部件由不同的材料制成，例如，基部由第一韧性金属制成，边缘部件由第二硬金属制成。在一个或多个实施例中，基部是一种具有所需要的机械稳定性和热稳定性的金属，例如，可以用在一些典型的锯或切的操作下。通常，金属基部可以是较为坚韧并且具有弹性特征的任何冷轧或热轧的金属或者金属合金。金属基部呈现柔韧性，并且呈现柔韧性的金属，比如弹簧金属，可以应用于本发明中。

在本发明的一个或多个实施例中，用作切割刃的第二金属比第一金属更坚硬或更抗磨损。边缘部件是一种耐磨损金属；例如，边缘部件由一种金属制成，这种金属可以经受住切割韧在锯或切的操作中遇到的典型的磨损条件。边缘部件金属可以是一种或多种高速钢，包括粉末金属。只是举例来说，高速钢包括Matrix II，M2，M42，M51，M3类型1，M3类型2等等。

切割工具至少包括一个齿，在切割刃上具有至少一个凹口或凹进部分；然而并不需要其它的限制。切割齿可以具有任何传统的形状或几何形状，这由要做的切割操作而规定。切割齿可以按照任意想要的方式沿切割表面排列。切割工具可以包括一个或多个带有凹口的齿和/或可以包括一个带有凹口的和无凹口的齿的组合。按照特定的切割操作的需要，齿可以是在基部平面上或者离开基部平面。简而言之，切割工具可以根据具体的割操作自由定制成最适合的形式。通过合适的切割齿排列，本发明通过在切割刃上提供的一个凹口或者凹进部分，改进了切割刃。

所有类型的切割工具都可以依据本发明构想。本发明的切割工具包括复合锯(双金属锯)和那些由单一金属制成的工具。在本发明的一个或多个实施例中，本发明的切割工具包括传统的焊接双金属锯和复合金属锯。在本发明的一个或多个实施例中，锯条是带有齿的刀片，例如，一个锯条比如说手动或动力驱动的弓锯、孔锯、竖锯、往复锯和带锯条。只是举例来说，锯条可以是焊接的，比如说对接焊，以形成带锯。

在齿的切割刃上凹口沿纵向定位，也就是说沿着切割的方向定位。切割齿的凹口可以具有多种几何形状，如图2A-2D的实施例以非限制的实例示出的形状。图2A示出了切割齿200具有一个正方形或者矩形横截面的槽215。凹口由凹口宽度W2和凹口深度D1限定。凹口还被切割齿总宽度W1相对限定。在一个或多个实施例中，凹口宽度在切割刃总宽度的约5-50％的范围内。在一个或多个实施例中，凹口宽度在约0.005”-0.020”的范围内。凹口的锐角边提供了附加的切割角210，例如，现在有四个切割角而不是两个。切割角数量的增加会在明显改善切割性能中起重要作用。还可以使用两个或更多个凹口220，如图2B的切割齿225所示。该实施例显著提高了切割表面的切割角的数目。凹口可以是V形凹口230或者是圆形凹口240，分别如图2C和2D所示。

在一个或多个实施例中，凹口限制的凹处含有软金属、聚合有机物或其它减振材料。举例来说，一种软金属，诸如焊料金属或碱金属(basemetal)或其它的减振材料诸如环氧树脂，被引进在凹口中。填充材料在齿被折断前用于消除初始使用时的谐波振动。谐波振荡在具有高的高宽比即在深凹口的齿中特别常发生。在一个或多个实施例中，选择的减振材料为在锯的几个操作周期中易于磨损的材料。在一些切割工具中观察到，填充材料磨损的很慢并且与切割刃按比例磨损。本发明实施例的填充凹口的具体特征是：凹口很浅，因此能保持无凹口的齿的大部分的结构稳定；然而，当使用切割工具时，切割齿的切割动作持续磨耗或者“更新”凹口。这样，观察到在切割工具的整个工作寿命中，切割性能得到提高。

凹口能通过不同的方法引入到切割工具中。例如，凹口可被加工到传统的切割工具的切割齿中，诸如单一金属刀刃，通过传统的焊接如电子束焊接技术形成的粉末金属刀刃或者复合金属刀刃。使用传统的工具如铣刀、砂轮、金刚石锯、射流、激光等方法，将凹口引入到刀刃的切割齿中。可以理解的是，不同的切割技术提供有不同范围的切割精度和凹口特性。这样，在不同的凹口特性中，可以根据要求的凹口宽度和凹口形状来选择不同的切割技术。

本发明的带凹口的切割齿对任意切割工具都有益。在一个或多个实施例中，切割工具是一种传统的单部件锯条，并且凹口使用传统的方法被引入到切割刃中。

在一个或多个实施例中，刀具是一个复合切割工具，包括一个韧性金属基部和一个相对较硬的金属切割刃。复合锯条(即由两种或多种不同的材料制成的锯条)通过将一条切割工具钢窄条焊接到柔韧的合金钢衬垫的边缘上而制备成。普通的焊接技术是电子束焊接和激光焊接。一个按传统方法焊接的切割齿300包括如图3A所示的本发明中的凹口305。一条剪切线310表示切割刃按照传统方法焊接到基部320的位置。凹口使用传统的方法引入到切割齿中。

在本发明的一个或多个实施例中，复合金属切割工具包括由一种硬切割工具金属和一种较软的支撑金属的复合材料形成的切割齿，这样自然就提供带有凹口的切割齿。切割刃有一个待切割的表面，包括硬切割工具金属和较软的金属的交替区域。软金属能够提供在较硬切割工具金属中的金属填充的凹口。图3B图示出本发明的一个或多个实施例中的一个复合金属切割工具。基部金属在切割工具的内部位置中，从基部340向上延伸朝向切割刃。金属基部形成一个扩展的锥形345，在切割齿的两个面326和327之间，用于限定凹进部分325。这样，按照本发明的一个或多个实施例，凹口通过在切割齿的两个面之间安置较软材料而形成。在最初的几个切割周期中，区域的较软的金属(或者其它材料)优先磨耗时，凹口325可以被引入。在一个或多个实施例中，一个用冶金接合部330在复合切割工具的基部和切割齿之间形成。如图3B所示的切割工具的接合部的长度(与相关区域一起)比图3A所示切割工具的接合部的长度要大，因此具有附加的优点，比如说，复合切割工具将更为耐用、寿命长并且抗剪切破坏。

根据本发明可以想到更为复杂的带有凹口的切割刃的复合切割工具。在一个或多个实施例中，如图4所示，复合切割工具410的一个切割刃400，包括多个硬的切割工具金属420和一个较柔韧的支撑金属430的交替层。最里面的部分440显示为金属基部的窄的锥形部分。用于柔韧的支撑金属部分430的金属，可以与金属基部440的金属相同或者不同。切割刃的各金属部件在共用的表面冶金接合。柔韧的支撑金属部分430的厚度与最里面的部分440的厚度可以相同或者不同。例如，图4示出了一个复合金属制品，其具有不同厚度的柔韧的支撑金属的三个区域430、440、430’。边缘部件的不同金属区域的数量、厚度和位置可以进行选择，以便为制品提供理想的特性。

在一个或多个实施例中，切割工具是一个混合制品，包括一个复合金属切割带，在制作完成后，该复合金属切割带被焊接到金属基部上。然后在复合金属切割刃中切割形成切割齿，以便切割工具钢和软金属的交替层提供本发明的切割刃和凹口。图5示出了一个使用传统的基部550的混合锯条545。复合金属切割刃560包括硬切割工具钢565和较软的支撑金属570的交替层的固态接合的复合带。凹口575用软支撑金属形成。复合金属切割刃通过使用传统的焊接技术沿焊线580连接到基部上。

如图3B、图4、图5所示，切割刃包括彼此固态接合的硬金属和软金属的交替区域或部分。在一个或多个实施例中，材料逐渐磨损，只是到在减振材料中形成一个凹进部分的程度(因此暴露出切割工具的新切割刃)。在最初的使用中，锯条进行几个操作周期之后，软金属区域磨损并凹进，低于硬切割金属的高度，从而在切割表面形成一个浅的凹口。这为本发明中的固态接合的复合金属制品提供了附加的优点，因为软金属磨损并且切割工具表面也磨损，这样能够让凹口持续形成。

对带有凹口的切割工具的切割特性进行研究，该切割工具具有如图6中所示的矩形形状。图6示出了一个带有凹口的齿的切割工具600，通过在传统的复合锯条的切割齿上铣切出一个宽0.008”×深0.010”的矩形凹口610而制备成。(0.042”厚的)锯条的基部620由D6A制成；并且一个M42切割带630(宽0.060”)使用电子束焊接到基部的一个边上。电子束焊接640用粗略的线条表示，用来示出焊接的宽的受热区域。切割齿(该视图中不可见)在切割带中切出，在齿设定(即定向为预定的切割角)之前，凹口用一个宽0.006”的铣刀切出。

对标准的切割情况下使用的所述工具和锯条的性能与没有凹口的相似的锯条进行比较。与传统的没有凹口的锯条相比，带有凹口的切割工具显示具有延长的切割寿命。例如，切割寿命可以被提高25％或者更高，甚至很多倍，这取决于具体应用情况。带有凹口的锯条显示出切割性能的提高，直到切割齿磨损到凹口齿槽底部一下。如果没有减振材料，锯条会在起初的切断操作中剧烈振动。在凹口中添加减振材料明显减少了振动。

不受任何理论或任何特定的操作模式的约束，假定凹口提供附加的切割表面(角)，以便通过切断碎屑(chip breaking)改进切割。另外，凹口减小了被锯材料的碎屑尺寸，并提供了附加的清除区域(在凹口中)，以从切割表面清除碎屑。小的碎屑较易清除，并且较为有效地除去碎屑减少了对切割齿的磨损，提高了切割性能。

在一个或多个实施例中，本发明的复合金属切割工具的制备是通过在加压条件下对不同金属的部件加热以形成一个接合件，这个过程一般称为固相接合。复合组件包括一个诸如片或带状的金属基部，在金属基部的一侧或两侧具有至少一个纵向设置的凹进部分或凹槽，金属基部能够接收细长的金属元件或金属丝。金属丝可以具有任何形状，并且基于以下任意因素而进行选择，这些因素包括：原材料的可利用性、易制造性、与金属基部的纵向凹进部分的形状互补的要求。一个典型的复合组件700包括金属基部710和分别位于金属基部710的凹进部分7 30、735中的细长元件720、725，如图7A所示。

复合组件在加压的条件下被加热，使金属基部和细长元件紧密接触，并形成金属部分之间的冶金接合。在一个或多个实施例中，复合组件首先被加热到一个温度，该温度高于室温，并低于复合组件的任何金属的金相转化的温度(Tm)，然后复合组建经过一对辊子(轧辊)，以施加接合压力并减少制品的厚度。

图7B示出加热和轧制处理过程的中间状态的制品745。插入的金属丝720、725被压靠并进入金属基部。在一个或多个实施例中，金属基部也同时减少了厚度。金属基部的厚度减少得越多(表示为百分比的减少量)，在金属部件之间的接触面所承受的压力越大。这样，金属丝的尺寸和形状、金属片的厚度以及凹槽的尺寸和外形均与复合组件所承受的接合压力相关，并且，在插入的金属丝压入基部凹槽的位置，大量减少压力会利于更牢固的固态接合。

尽管根据材料和所使用的压入工序不同，实际的温度有所变化，温度范围可以从约800° F到约1600°F，或者在一些实施例中，从约1000°F到约1550°F，但是加热过程可以采用任何惯用的手段进行。例如，复合组件使用感应或者电阻被加热。在一个或多个实施例中，可通过一种辐射形式提供热量，例如激光辐射。

类似的，根据材料和所使用的压入工序不同，实际的压力会有所变化。压力可以通过任何惯用手段产生。例如，压力通过轧机装置或者特克头轧辊(turks head)产生。压力是许多变量的函数，这些变量包括但并不局限于：轧辊直径、材料变形阻力(硬度)、金属的厚度、轧辊和被轧制金属之间的摩擦系数、业内公知的轧制产生的力。增加硬的插入金属丝，特别是增加位于金属基部的上部和下部叠置的两条金属丝，能够在接触点处产生更高的压力，该接触点是能够获得提高接合的强压力的特殊位置。由于细长元件的存在，产生了局部的附加厚度，以在固相接合操作中提供提高接合的附加的压力。

图7C示出了一个最终的接合制品758，其中压力促使金属丝的第二金属插入金属基部，并且制品表面基本水平。在接合过程中，由于厚度减少和制品延长，金属丝和基部之间的接触面积大大增加。增大的接触面积提供了一个大的接合表面，有助于高质量地接合。在一个接合区域748中，金属基部710变得相当薄，这样，仅有一个金属基部的薄条740出现在由先前插入的金属丝形成的上和下区域750、755之间。

然后，最终的接合制品758在接合区域748中被切开，以形成本发明的复合金属切割工具。如图7D的透视图所示，金属基部710包括一个锥形部分740，窄的锥形部分740的两个相对的表面和边缘部件750、755接触，边缘部件750、755和锥形部分740锥形互补，以便制品表面是水平的。锥形可以是线性的或者是曲线的，或者是制造过程中金属流动形成的更复杂的几何形状。边缘部件750、755和基部710的窄的锥形部分740在相对的表面处形成牢固(即冶金)的接合。

这样，以几个简单(并且快速)的步骤中，本发明一个或多个实施例的方法提供了一个具有理想厚度的接合制品。初始的金属可以比那些用于传统电子束焊接过程的金属要厚，但是，最终的金属厚度在很少的步骤和极少的时间内获得，这样，大大节约了费用和材料的消耗。

对于更为复杂的切割刃(例如图4所示)，上面所描述的接合方法中使用一个复合金属丝(例如图8A所示)。金属丝800包括金属810，例如与金属基部所用的金属类似或者相同的金属，以及不同的金属820。金属820比金属810硬并位于外表面，这样，较硬的金属为复合材料提供增强的抗磨损能力。组分金属按交替区域排列并且在接触面上这些金属区域互相接合。

图8B示出了一个复合组件850，使用了复合金属丝800和一个金属基部855。理想的情况是，复合金属丝定位在一个金属基部的平面上并且在合并和接合过程中保持该定位状态。复合金属丝800重叠放置或者紧贴地放置于金属基部855的凹槽825中。在一个或多个实施例中，复合金属丝的形状，例如梯形等形状，阻挡了复合金属丝在凹槽中的转动。当复合组件的各组成部件排列完毕，复合组件在压力下加热，以形成接合制品，如上所述。

图8C示出了经过本发明的加热和压力处理后，最终形成的复合金属制品860。接合区域865包括金属810和820的交替层，该交替层设置在金属基部的接合区域865中。这样得到的复合片通过接合区域865的中部垂直切开，展现出硬金属部分(820)和柔韧的支撑金属(810、855)的交替层的边缘。一个典型的复合制品如图4所示。

关于复合制品的固态接合更进一步的细节描述，感兴趣的读者可以直接查找名称为“Composite Metal Article And Method of Making(复合金属制品及其制造方法)”，于本申请当日递交的美国专利。

尽管本发明已经在文中详细示出和描述了不同的实施例和其组合，但本领域的技术人员从本发明的教导中易于得到其它的多种实施方式。此处参引所有应用的内容。

Claims (21)

1.一种切割工具，包括：

一个由金属制成的基部，沿基部的一个边缘具有多个切割齿，其中，至少一个切割齿在该至少一个切割齿的切割刃上具有至少一个凹口。

2.如权利要求1所述的切割工具，其中，所述的至少一个切割齿含有两个或多个在切割刃上的凹口。

3.如权利要求1所述的切割工具，其中，凹口具有的几何形状从圆形、V形、正方形、矩形或者椭圆形组成的组中选择。

4.如权利要求1所述的切割工具，其中，齿由高速钢组成。

5.如权利要求1所述的切割工具，其中，切割工具由单一金属组成。

6.如权利要求1所述的切割工具，其中，凹口的宽度大约为0.004”-0.020”。

7.如权利要求1所述的切割工具，其中，凹口占切割刃宽度的约5-55％。

8.如权利要求1所述的切割工具，其中，切割工具可以从手动或动力驱动的弓锯条、带锯条、往复锯条、竖锯条以及孔锯条组成的组中选择。

9.如权利要求1所述的切割工具，其中，凹口由位于切割齿的内部区域中的软材料在使用中优先磨损而得到。

10.如权利要求1所述的切割工具，其中，切割齿是一种由至少第一和第二金属组成的复合材料，其中所述的第一金属比所述的第二金属软，在较软的第一金属侧面是较硬的第二金属，凹口由较软的第一金属在使用中优先磨损而被引入。

11.如权利要求1所述的切割工具，其中，基部在第一边缘上具有第一厚度，并且基部的相对的边缘上的一个锥形区域延伸进入并贯穿切割工具的切割刃部件的内部部分，并且由第二金属组成的至少一个边缘部件与基部的锥形的边缘区域的表面邻接，并与该表面形成一个冶金接合。

12.如权利要求1所述的切割工具，其中，凹口所限定的凹处含有一种填充材料。

13.如权利要求12所述的切割工具，其中，填充材料是一种减振材料。

14.如权利要求13所述的切割工具，其中，减振材料从环氧树脂、碱金属、软焊料和硬焊料组成的组中选择。

15.如权利要求1所述的切割工具，其中，基部包括一个焊接到基部边缘上的多齿的边缘部件。

16.如权利要求15所述的切割工具，其中，切割齿通过电子束或者激光焊接到金属基部上。

17.一种切割工具，包括：一种由金属制成的基部，沿基部的一个边缘具有多个切割齿，其中，至少一个切割齿具有含有两个以上切割角的切割刃。

18.一种切割工具，包括：

一个由金属制成的基部；和

一个具有多个切割齿的边缘部件，所述的边缘部件沿基部的一个边缘连接到基部上，其中切割齿是一种由至少第一金属和第二金属组成的复合材料，其中所述第一金属比所述第二金属软，在较软的第一金属侧面是较硬的第二金属，并且一个凹槽由较软的第一金属在使用中优先磨损而被引入。

19.一种制造切割工具的方法，切割工具具有一个基部和多个沿基部的一个边缘的切割齿，所述方法包括：在切割齿的切割刃上引入一个凹槽，该凹槽沿着工具的长度纵行。

20.如权利要求19所述的方法，其中，凹口被加工到切割刃中。

21.如权利要求19所述的方法，其中，凹口由位于切割刃的内部区域的较软材料在使用中优先磨损而形成。

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