CN206105287U - 切割部件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种切割部件，该切割部件具有用于支撑的第一部分和用于形成切割刃的第二部分，连接上述两部分的第三部分；用于形成第一部分的第一金属材料为硬化的不锈钢，用于形成第二部分的第二金属材料为工具钢；第一金属材料和第二金属材料通过高能束流焊接形成第三部分；在焊接后，第三部分及附近的金相结构基本不含孔洞。本实用新型的切割部件兼具刀身韧性好，切割刃硬度高，刀身和刀刃不容易断开的特点，使用寿命长。

Description

切割部件

技术领域

本实用新型涉及一种切割部件，尤其涉及一种通过金属材料焊接形成的切割部件，其支撑部分具有高韧性且刃口部分具有高硬度和高耐磨性。

背景技术

切割部件用于对物体进行切割，通常可以包括刀片和锯片等多种形式，一般包括支撑部分和刃口部分，支撑部分起到支撑刃口部分的作用，刃口部分可用于进行切割。以刀片为例，其支撑部分为刀身，其刃口部分为刃口。常规的刀片一般采用单一的材料制成，如通过多整体材料进行下料及磨削形成成品刀片。这样的刀片其刀身和刃口具有统一的韧性和硬度或耐磨度。如果为了提高刀片刃口的硬度，使刃口的使用寿命更长，则需要使用硬度高的材料。但使用硬度高的材料制成的刀身，其韧性变差，在刀片使用过程中容易折断。如果为了提高刀身的韧性而采用韧性较好的材料时，由此材料制成的刃口的硬度就会变差，使得刃口的耐磨性降低、使用寿命缩短。若选用的制作材料介于高硬度和高韧性之间，也只能获得刀身韧性和刃口硬度之间的平衡，但是两者都没有达到最好的效果。其他的切割部件也存在与刀片类似的缺陷。

因此，本领域的技术人员致力于开发兼具支撑部分的高韧性和刃口部分的高硬度/高耐磨性，并且使用寿命长的切割部件。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种兼具支撑部分的高韧性和刃口部分的高硬度/高耐磨性，并且使用寿命长的切割部件。

本实用新型的提供一种切割部件，在一个具体实施方式中，该切割部件具有用于支撑的第一部分和用于形成切割刃的第二部分，连接第一部分和第二部分的第三部分；

第一部分由第一金属材料组成，第一金属材料为硬化的不锈钢，并具有第一侧面；

第二部分由第二金属材料组成，第二金属材料为工具钢，并具有第二侧面；

第三部分由第一金属材料的第一侧面和第二金属材料的第二侧面通过高能束流焊接时形成；

在焊接后，第一部分在靠近第三部分处的金相结构、第三部分的金相结构和 第二部分在靠近第三部分处的金相结构都基本不含孔洞。

进一步地，第一部分在靠近第三部分处的金相结构含马氏体、铁素体和碳化物组织，第二部分在靠近第三部分处的金相结构含隐针马氏体和部分碳化物组织。

进一步地，第一部分在靠近第三部分处的金相结构使得该处的抗拉强度不低于第一金属材料的抗拉强度；第二部分在靠近第三部分处的金相结构使得该处的抗拉强度不低于第二金属材料的抗拉强度。

进一步地，该切割部件经过热处理提升硬度，经过热处理后的第一部分的硬度在36-54HRC之间，第二部分的硬度在58-72HRC之间。

进一步地，第二部分具有用于切割的第一边缘，第一边缘是平滑的或锯齿形的。

进一步地，切割部件具有多边形的形状。

进一步地，切割部件为三角形的形状，具有与第一边缘的两端分别相交的第二边缘和第三边缘，第二边缘和第三边缘也相交；第一部分和第二部分从第二边缘延伸至所述第三边缘。

进一步地，第二边缘由至少两条线段组成，其中至少包括一段连续曲线。

进一步地，上述至少两条线段是数学上连续可导的。

优选地，第二部分的最大宽度与第一部分的最大宽度的比值为1:15～1:3。

进一步地，第一金属材料为碳含量在0.1～0.7％之间的马氏体不锈钢；第二金属材料为碳含量不低于0.7％的高速工具钢或碳含量不低于0.8％的合金工具钢。

本实用新型的另一方面提供了一种切割工具，其包括如上所述的切割部件。

进一步地，上述切割工具为水果刀、菜刀、实用刀、折叠刀、美工刀、单开刀、手板锯、墙板锯或曲线锯等。

本实用新型的切割部件，通过如下方法制造：第一金属材料的第一侧面和第二金属材料的第二侧面通过高能束流焊接，焊接处形成上述第三部分；焊接后获得切割部件毛坯，将所述切割部件毛坯进行热处理。

进一步地，上述高能束流焊接为激光、电子束或离子束焊接。

进一步地，高能束流焊接为脉冲激光焊接，激光的波长为1064nm。

可选地，高能束流焊接为连续激光焊接，该连续激光由稀土掺杂的激光器产生，激光的波长为1070nm±10nm。

进一步地，激光的运动速度为5～50mm/s。

进一步地，第一金属材料为硬化的不锈钢；第二金属材料为工具钢。

进一步地，第一金属材料为碳含量在0.1～0.7％之间的马氏体不锈钢；第二金属材料为碳含量不低于0.7％的高速工具钢或碳含量不低于0.8％的合金工具钢。

优选地，碳含量不低于0.7％的高速工具钢或碳含量不低于0.8％的合金工具钢至少含有W、Cr、Mo、V、Co等合金元素中的一种或多种。

进一步地，上述制备方法在焊接前还包括如下步骤：将第一金属材料和第二金属材料进行切割，第二金属材料垂直于所述第一侧面的最小宽度为0.3mm。

优选地，上述切割采用线切割或高速冲床进行。

优选地，上述制造方法在对切割部件毛坯进行热处理之后还包括如下步骤：对热处理后的切割部件毛坯的所述第一部分和所述第二部分进行磨削，以形成成品切割部件的形状。

进一步地，热处理包括：使上述切割部件毛坯分段升温及保温；使升温后的切割部件毛坯淬火；对淬火后的切割部件进行多次回火。

进一步地，上述热处理在淬火之前均在真空下进行，真空加热室内的真空度不大于200Pa。

进一步地，上述分段升温及保温步骤包括：

使切割部件毛坯以第一速度升温到第一温度并进行第一保温；

使切割部件毛坯以低于第一速度的第二速度从第一温度升温到第二温度并进行第二次保温；

使切割部件毛坯以不高于第二速度的第三速度从第二温度升温到第三温度并进行第三次保温。

进一步地，第一速度为9.5±1℃/min，第一温度为620～680℃，第一保温为保温60～90min；第二速度为7±0.5℃/min，第二温度为800～850℃，第二保温为保温60～90min；第三速度为6±0.5℃/min，第三温度为1100～1250℃，第三保温为保温60～120min。

优选地，第一速度为9.5℃/min，第一温度为650℃，第一保温为保温90min；第二速度为7℃/min，第二温度为800～850℃，第二保温为保温60～90min；第三速度为6℃/min，第三温度为1100～1250℃，第三保温为保温60～120min。

进一步地，淬火为真空气淬，加热室内惰性气体压力至少为0.5bar，使加热室内的温度降到100℃以下。

可选地，淬火为真空油淬，使用的真空淬火油温度范围在50～80℃之间。

进一步地，第二金属材料采用碳含量不低于0.7％的高速工具钢，回火步骤包括：

将淬火后的所述切割部件毛坯升温至第四温度并进行第四保温。

优选地，第四温度为500～560℃，第四保温为保温2小时，回火进行3次，每次回火前将切割部件毛坯空冷却到室温后再升温到第四温度。

可选地，第二金属材料采用碳含量不低于0.8％的合金工具钢，回火步骤包括：

将淬火后的切割部件毛坯升温至第五温度并进行第五保温。

进一步可选地，第五温度为180～260℃，第五保温为保温2小时，回火进行2次，每次回火前将切割部件毛坯空冷却到室温后再升温到第五温度。

本实用新型的切割部件兼具支撑部分(第一部分)韧性好，刃口部分(第二部分)硬度高的特点。采用本实用新型中的两种金属材料以及焊接方法，获得的第三部分即焊缝处的金相组织基本没有孔洞，这表明焊接连接效果良好，并且焊缝处强度较高，不容易折断。焊缝两边的支撑部分和刃口部分的金相结构也基本没有孔洞，并且支撑部分在焊接后靠近焊缝处的金相结构含马氏体、铁素体和碳化物组织，该结构提升了该部分的抗拉强度，使之至少不低于支撑部分所使用的第一金属材料原本的抗拉强度。刃口部分在焊接后靠近焊缝处的金相结构含隐针马氏体和部分碳化物组织，该结构提升了该部分的抗拉强度，使之至少不低于刃口部分所使用的第二金属材料原本的抗拉强度。

因此，本实用新型使用的金属材料以及焊接工艺产生的焊缝及焊缝附近的结构，克服了常规金属材料使用常规焊接工艺参数时产生焊缝的薄弱特性，使得整个刃口部分与支撑部分的连接良好，并且该连接不再是整个切割部件的薄弱部分，从而使该切割部件具有更好的使用寿命。

热处理时的升温过程，采用分阶段的升温和保温方式，温度越高时升温速度越慢，结合本实用新型的具体工艺参数，可以有效防止切割部件在此处理过程中的开裂。

本实用新型的一个具体实施方式中的三角形的构造以及切割刃曲线(即第一边缘)在数学上的连续可导性，使得该切割部件的切削效果更好。

本实用新型的切割部件的最终成品，其刀身硬度在36-54HRC，切割刃硬度在58-72HRC，兼具支撑部分的高韧性和刃口部分的高硬度/高耐磨性，其耐久度在300mm以上，大大提高了切割部件的使用寿命。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本实用新型的切割部件的一个较佳实施例的示意图，其具体为刀片。

图2和图3是本实用新型切割部件的一个实施例的示意图，其具体为实用刀刀片。

图4是本实用新型的切割部件的另一个实施例的示意图，其具体为美工刀刀片。

图5和图6是本实用新型的切割部件的再一实施例的示意图，其具体为砍刀。

图7和图8是本实用新型的切割部件的又一实施例的示意图，其具体为手板锯和墙板锯锯片。

具体实施方式

本实用新型所指的切割部件，用于对物体进行切割，包括支撑部分、刃口部分和焊缝，支撑部分起到支撑刃口部分的作用，刃口部分可用于进行切割，经过焊接形成焊缝用以连接支撑部分和刃口部分。

图1显示了本实用新型的一个实施例的切割部件，是一种刀片。该刀片限定了第一边缘1、第二边缘2和第三边缘3，其中，第一边缘1和第二边缘2具有第一交点11，第一边缘1和第三边缘3具有第二交点12，第二边缘2和第三边缘3具有第三交点13。该具体实施方式中，刀片呈现一种三角的构造。

该刀片具有用于支撑的第一部分4，以及用于形成切割刃的第二部分5。第一部分4沿着第二边缘2朝向第三边缘3延伸，第二部分5在第一边缘1和第一部分4之间朝向第三边缘3延伸。第一部分4和第二部分5之间还有焊接形成的第三部分6，即焊缝，第三部分6连接第一部分4和第二部分5。

第一部分4由第一金属材料制成，第一金属材料具有较高的韧性，选用马氏体不锈钢。在一个优选的实施例中，该马氏体不锈钢的碳含量在0.1～0.7％之间，可以选自于以下牌号(中国牌号/美国牌号)的标准化的马氏体不锈钢，包括但不限于2Cr13/420、3Cr13/420、4Cr13和7Cr17/440等。

第二部分5由第二金属材料制成，第二金属材料具有较高的硬度/耐磨性，选用高速工具钢或合金工具钢。在一个优选的实施例中，该高速工具钢的碳含量不低于0.7％，并且至少含有W、Cr、Mo、V和Co等合金元素中的一种或多种，可以选自于以下牌号(中国牌号/美国牌号)的标准化的高速工具钢，包括但不限于W18Cr4V/T1、W18Cr4V2Co8/T5、W12Cr4V5Co5/T15、W6Mo5Cr4V2/M2、W2Mo9Cr4V2/M7和W2Mo9Cr4VCo8/M42。在又一个优选的实施例中，该合金工具钢的碳含量不低于0.8％，可以选自于以下牌号(中国牌号/美国牌号)的标准化的合金工具钢，包括但不限于Cr12Mo1V1/D2、Cr12/D3和Cr5Mo1V/A2。

在第一金属材料和第二金属材料进行焊接连接时，形成刀片的第三部分6。该第三部分6为介于第一部分和第二部分之间的焊缝。观察该焊缝的金相结构，基本没有孔洞的形成，这表明焊缝的焊接效果好。在靠近第三部分6的第一部分4处，焊接后其金相结构含马氏体、铁素体和碳化物组织。在靠近第三部分6的第二部分5处，焊接后其金相结构含隐针马氏体和部分碳化物组织。上述金相组织保证了靠近第三部分6的第一部分4和第二部分5的抗拉强度至少和母材相当。第三部分6、第一部分4在靠近第三部分6处、及第二部分5在靠近第三部分6处的金相结构基本上都没有孔洞，这表明焊接处的结构强度较高，不容易断裂，因此，不容易出现第一部分和第二部分在使用过程中断开的情况，延长了刀片的使用寿命。

在一个优选的实施例中，第二部分5的宽度与第一部分4的最大宽度的数值比例在1:15～1:3之间，比如为1:15、1:10、1:5或1:3。在该范围中的比例设置，即保证了第二部分4能焊接到第一部分5上，又保证了第二部分4的不至于太宽，削 弱了第一部分5的韧性，从而导致整个刀片容易折断。这保证了第二部分形成的切割刃的硬度和耐磨性，也保证了第一部分的较高韧性。

在又一个实施例中，刀片的第一边缘1由至少两条线段组成，其中包括一段连续曲线。所有组成线段形成的曲线在数学上是连续可导的。这样的切割刃曲线形式配合三角形的刀片结构，能产生良好的切削效果。

本领域技术人员可知，本实用新型的切割部件还可以有多种形状与构造，例如，如图2和图3所示的实用刀刀片，其具有梯形的外观，包括用于支撑的第一部分21、31，用于形成切割刃的第二部分22、32，以及第一部分和第二部分之间通过焊接形成的第三部分23、33，其中第一部分21或31上具有用于与实用刀的其它部分配合的凹槽或孔洞。切割部件还可以如图4所示，是一种美工刀刀片，其具有平行四边形的形状，包括用于支撑的第一部分41，用于形成切割刃的第二部分42，以及第一部分和第二部分之间通过焊接形成的第三部分43。切割部件还可以如图5和6所示，是砍刀，在其第一部分51或61上具有延伸突出的手柄连接部分511和611，该手柄连接部分可以与第一部分的材料相同，也可以不同。切割部件还可以如图7和8所示，是手板锯或墙板锯的锯片，其形成切割刃的第二部分通过磨削等方式，产生锯齿状的边缘。该锯齿状可以为双重磨齿或三重磨齿等本领域常用的锯齿形状。这些不同的实施例中，即第一部分的材料、即第二部分的材料、焊接后第三部分及其附近的金相结构均如前述实施例所述，在此不再赘述。

本领域技术人员可知，本实用新型的切割部件还可以具有除了上述描述之外的其它多种形状与构造。

在一个具体实施方式中，本实用新型的切割部件的制造方法包括以下步骤：1)对第一金属材料和第二金属材料下料，2)利用高能束流焊接，如激光、电子束或离子束焊接，3)对焊接后的切割部件毛坯进行热处理，4)对热处理后的切割部件进行磨削以形成最终产品。

在制造方法的一个实施例中，第一金属材料采用碳含量在0.1～0.7％之间的马氏体不锈钢，第二金属材料选用碳含量不低于0.7％的高速工具钢。

首先，将第一金属材料和第二金属材料分别下料，切割成大致对应于成品切割部件的第一部分和第二部分的形状。该切割可以采用线切割或高速冲床进行，也可以采用本领域中常规使用的其他切割方式进行。切割后的第一金属材料具有较为平坦的第一侧面，切割后的第二金属材料具有较为平坦的第二侧面。

然后，采用波长1064nm、移动速度在5～50mm/s的脉冲激光，对切割后的第一金属材料的第一侧面和第二金属材料的第二侧面进行进行焊接。在另一个实施例中，还可以采用波长1070nm±10nm、移动速度在5～50mm/s的连续激光进行焊接，该连续激光由稀土掺杂的激光器产生。另外，还可以采用电子束、离子束进行焊接。

之后，对焊接后的切割部件毛坯进行热处理。该热处理包括1)升温及保温；2)淬火；3)回火。其中，升温及保温和淬火在真空炉中进行，在淬火之前，真空加热室内的真空度不大于200Pa。

热处理具体为：

1)升温及保温：以9.5±1℃/min的速度升温到620～680℃，保温60～90min；再以7±0.5℃/min的速度升温到800～850℃，保温60～90min；再以6±0.5℃/min的速度升温到1100～1250℃，保温60～120min。在一个优选的实施例中，以9.5℃/min的速度升温到650℃，保温90min；再以7℃/min的速度升温到800～850℃，保温60～90min；再以6℃/min的速度升温到1100～1250℃，保温60～120min；

2)淬火：采用真空气淬，将惰性气体充入加热室中，使加热室内的惰性气体压力至少为0.5bar，冷却到100℃以下(指真空炉显示温度为100℃以下)。在另一实施例中，淬火采用真空油淬，使用的真空淬火油温度范围在50～80℃之间。

3)回火：将淬火后的切割部件毛坯空冷到室温，然后升温到500～560℃之间，保温2小时，再将该步骤重复两次，即回火一共进行三次。

最后，对热处理后的切割部件毛坯进行尺寸和形状的磨削。磨削可以采用本领域常规使用的方法进行，比如利用磨床进行。

在制造方法的另一个实施例中，第一金属材料采用碳含量在0.1～0.7％之间的马氏体不锈钢，第二金属材料选用碳含量不低于0.8％的合金工具钢。

其中，下料、焊接、热处理中的升温和淬火步骤以及最后的磨削步骤如同制造方法的前一个具体实施方式中描述的，在此不再进行赘述。

热处理过程中的回火步骤具体为：将淬火后的切割部件毛坯空冷到室温，然后升温到180～260℃之间，保温2小时，再将该步骤重复一次，即回火一共进行两次。

此外，在制造方法的再一个实施例中，对焊接后的切割部件毛坯的热处理过程也可以不在真空下进行。

通过上述具体实施方式或实施例的制造方法，在焊接后获得第三部分，其金相结构中基本不存在孔洞，这表明具体实施方式中的焊接方式，焊接连接效果好，焊接形成的第三部分处不容易折断。第一部分靠近第三部分处在焊接后会形成含马氏体、铁素体和碳化物组织的金相结构，该结构提升了该部分的抗拉强度，使之至少不低于第一部分所使用的第一金属材料原本的抗拉强度。第二部分靠近第三部分处在焊接后会形成含隐针马氏体和部分碳化物组织的进项结构，该结构提升了该部分的抗拉强度，使之至少不低于第二部分所使用的第二金属材料原本的抗拉强度。

在进行热处理后，第一部分的硬度在36-54HRC，这样的硬度赋予了第一部分较好的韧性，使得切割部件不容易折断。第二部分的硬度在58-72HRC，其赋予了第二部分很好的耐磨性，使得切割刃的使用寿命更长。

本实用新型的再一方面提供了一种切割工具，其包括上文所述的切割部件。该切割工具可以是水果刀、实用刀、折叠刀、美工刀、单开刀、手板锯、墙板锯或曲线锯等。

使用本实用新型的方法制造的刀片形成的单开刀，与现有的单开刀相比，其锋利度和耐久度如下所示：

由此可见，具有本实用新型实施例的切割部件其耐久度相对于现有的单开刀刀片提高了多倍。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (13)

1.一种切割部件，其特征在于：

所述切割部件具有用于支撑的第一部分和用于形成切割刃的第二部分，连接所述第一部分和所述第二部分的第三部分；

所述第一部分由第一金属材料组成，所述第一金属材料为硬化的不锈钢，并具有第一侧面；

所述第二部分由第二金属材料组成，所述第二金属材料为工具钢，并具有第二侧面；

所述第三部分由所述第一金属材料的第一侧面和所述第二金属材料的第二侧面通过高能束流焊接时形成；

在焊接后，所述第一部分在靠近所述第三部分处的金相结构、所述第三部分的金相结构和所述第二部分在靠近所述第三部分处的金相结构都基本不含孔洞。

2.如权利要求1所述的切割部件，其特征在于，在焊接后，所述第一部分在靠近所述第三部分处的金相结构含马氏体、铁素体和碳化物组织，所述第二部分在靠近所述第三部分处的金相结构含隐针马氏体和部分碳化物组织。

3.如权利要求2所述的切割部件，其特征在于，所述第一部分在靠近所述第三部分处的金相结构使得该处的抗拉强度不低于所述第一金属材料的抗拉强度；所述第二部分在靠近所述第三部分处的金相结构使得该处的抗拉强度不低于所述第二金属材料的抗拉强度。

4.如权利要求3所述的切割部件，其特征在于，所述切割部件经过热处理提升硬度，经过热处理后的所述第一部分的硬度在36-54HRC之间，所述第二部分的硬度在58-72HRC之间。

5.如权利要求4所述的切割部件，其特征在于，所述第二部分具有用于切割的第一边缘，所述第一边缘是平滑的或锯齿形的。

6.如权利要求5所述的切割部件，其特征在于，所述切割部件具有多边形的形状。

7.如权利要求6所述的切割部件，其特征在于，所述切割部件为三角形的形状，具有与所述第一边缘的两端分别相交的第二边缘和第三边缘，所述第二边缘和所述第三边缘也相交；所述第一部分和所述第二部分从所述第二边缘延伸至所述第三边缘。

8.如权利要求7所述的切割部件，其特征在于，所述第二边缘由至少两条线段组成，其中至少包括一段连续曲线。

9.如权利要求8所述的切割部件，其特征在于，所述至少两条线段是数学上连续可导的。

10.如权利要求7所述的切割部件，其特征在于，所述第二部分的最大宽度与所述第一部分的最大宽度的比值为1:15～1:3。

11.如权利要求1所述的切割部件，其特征在于，所述第一金属材料为碳含量在0.1～0.7％之间的马氏体不锈钢；所述第二金属材料为碳含量不低于0.7％的高速工具钢或碳含量不低于0.8％的合金工具钢。

12.一种切割工具，其特征在于，所述切割工具包括如权利要求1-10所述的切割部件。

13.如权利要求12所述的切割工具，其特征在于，所述切割工具为水果刀、菜刀、实用刀、折叠刀、美工刀、单开刀、手板锯、墙板锯或曲线锯。