ES2251351T3 - Materiales de hoja que contienen particulas de diamante o de nitruro de boro cubico para herramientas de bordes afilados tales como un cuchillo de cocina. - Google Patents
Materiales de hoja que contienen particulas de diamante o de nitruro de boro cubico para herramientas de bordes afilados tales como un cuchillo de cocina.Info
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Abstract
Hoja que incorpora un material que contiene partículas de diamante o de nitruro de boro cúbico, presentando cada una un tamaño inferior a 100 ìm en una fase matricial que contiene Ti, caracterizada porque dicho material está constituido por partículas de diamante o de nitruro de boro cúbico formadas compresivamente en el interior de partículas de titanio puro o de partículas de aleación de titanio, que contienen titanio puro de porcentaje en peso de un 50% o más, que sirven como matriz para formar un material sinterizado, obteniéndose dicho material sinterizado con un procedimiento de acoplamiento a la hoja para formar un extremo de hoja recto que presenta unas partículas de diamante o partículas de nitruro de boro cúbico dispuestas en una línea aproximadamente recta a lo largo de dicho extremo de hoja.
Description
Materiales de hoja que contienen partículas de
diamante o de nitruro de boro cúbico para herramientas de bordes
afilados tales como un cuchillo de co-
cina.
cina.
La presente invención se refiere en primer lugar
a un campo técnico con respecto a varias herramientas de bordes
afilados y a los materiales de hoja de las mismas para la vida
doméstica tales como cuchillos de cocina, tijeras, afeitadoras y
similares. La presente invención se refiere en segundo lugar a un
campo técnico con respecto a la cuchillería y a los materiales de
hoja de la misma fabricados por pulvimetalurgia. La presente
invención se refiere en tercer lugar a un campo técnico con
respecto a la cuchillería y a los materiales de hoja de la misma
que utilizan titanio o una aleación de titanio como uno de los
materiales principales. La presente invención se refiere en cuarto
lugar a herramientas de bordes afilados y a los materiales de hoja
de las mismas que utilizan partículas de diamante o partículas de
nitruro de boro cúbico (CBN) como materiales cortante de tejidos y
células de organismos.
El acero al carbono se ha empleado para varias de
las herramientas de bordes afilados mencionadas anteriormente.
Recientemente, se han utilizado como materiales de hoja materiales
de acero inoxidable y los denominados materiales especiales de
acero inoxidable aleados con un metal especial tal como el
molibdeno, el vanadio o similares. Además, según una mejora de las
técnicas pulvimetalúrgicas, ha aparecido un cuchillo de cocina que
emplea una cerámica de circonio o una aleación de titanio
(US-A-5 864 955) como materiales de
hoja. En el campo de las herramientas de corte
(JP-A-55 018 508) u hojas
(SU-A-1 422 512) pesadas resulta
habitual, entre otras cosas, introducir CBN en una fase matricial
que contiene Ti. Similarmente, los documentos
JP-A-58 061 255,
JP-A-55 062 860 o
RU-A-2 070 599 dan a conocer
herramientas de corte en las que participan tanto el CBN como el Ti
(como elementos de la matriz). Además, normalmente se adhieren por
sinterización partículas finas de diamante a una matriz
metálica
(JP-A-60 128 231).
(JP-A-60 128 231).
Por tanto, una característica específica
requerida en primer lugar de cuchillería varia es una buena
propiedad de corte. Al mismo tiempo, también se requiere que la
propiedad de corte dure tanto tiempo como sea posible. Desde hace
mucho se ha considerado como conocimiento común en el campo relativo
de la cuchillería que cuanto mayor es la dureza que presenta un
material, durante más tiempo se mantiene la propiedad de corte del
mismo, de manera que se ha estudiado concentradamente una mejora de
mayor dureza de los materiales de hoja.
Sin embargo, las investigaciones realizadas en la
presente invención han demostrado que aunque la excelencia de la
propiedad de corte de la cuchillería mantiene una relación estrecha
con la dureza de los materiales de hoja, especialmente en el
extremo de hoja, la durabilidad de la propiedad de corte no tiene
nada que ver directamente con la dureza de los materiales de hoja.
En otras palabras, a título de ejemplo, aunque los materiales de
hoja de cerámica de circonio presentan una dureza HV superior a
1200, que es una dureza mucho mayor que una dureza HV de 700, la
dureza máxima del acero aleado especial que incluye el acero SUS,
no resulta razonable esperar una gran durabilidad de la propiedad
de corte porque la hoja tiende a romperse o picarse fácilmente. Aún
peor, los materiales basados en el acero inoxidable que presenta una
dureza HV de más de 700 por medio de un tratamiento térmico
presentan el mismo problema de fácil quebrantamiento en la hoja que
en el caso de la cerámica. En otras palabras, la durabilidad de la
propiedad de corte mantiene una relación estrecha con la
resistencia o la elasticidad de los materiales de hoja en vez de con
la dureza de los materiales de hoja.
Por tanto, el objetivo de la presente invención
es un medio en el que la excelencia y la durabilidad de la
propiedad de corte de la cuchillería puedan coexistir en
consideración de los problemas anteriormente mencionados con
respecto a las características de las herramientas de bordes
afilados tales como un cuchillo de cocina, permitiendo así obtener
un buen resultado.
La presente invención, tal como se da a conocer
en la reivindicación 1, resuelve los problemas anteriormente
mencionados, y un objetivo de la presente invención es proporcionar
una hoja, tal como se define en la reivindicación 1, que contenga
partículas de diamante o de nitruro de boro cúbico para herramientas
de bordes afilados tales como un cuchillo de cocina, un cuchillo
portátil, tijeras, afeitadoras y similares, en la que los
materiales de hoja consisten en una cantidad predeterminada de
partículas de diamante o de partículas de CBN como materiales
cortantes para células o tejidos de animales y plantas y
similares.
Cada una de las partículas de diamante o de las
partículas de CBN no sobrepasará en tamaño de partícula de la misma
los 100 \mum. Los materiales de hoja se mezclan con partículas de
titanio puro o partículas de aleación de titanio, que contienen
titanio puro que presenta al mismo tiempo un porcentaje en peso de
un 50% o más. El titanio puro o la aleación de titanio sirven para
funcionar como matriz (medio) de las partículas de diamante o de
las partículas de CBN.
Además, los materiales de hoja se mezclan con las
partículas de diamante o las partículas de CBN junto con las
partículas de titanio puro o las partículas de aleación de titanio
para formarse compresivamente en una forma correspondiente a al
menos una parte intencional de extremo de hoja de la cuchillería. El
material se sinteriza luego bajo una temperatura predeterminada y
el sinterizado obtenido se elimina a través de un procedimiento de
acoplamiento a la hoja en una parte correspondiente a la parte de
extremo de hoja.
No se ha mezclado componente alguno de los
materiales de hoja con diamante o CBN de herramientas de bordes
afilados tales como un cuchillo de cocina o un cuchillo común, lo
cual no es debido a que el diamante o el CBN sean caros, sino a que
estos materiales dificultan el afilado de la hoja debido a su dureza
excesivamente alta, lo que hace que los fabricantes o vendedores de
las herramientas de bordes afilados sientan indiferencia hacia los
mismos.
Sin embargo, hay casos en los que se emplean con
los mismos materiales abrasivos tales como el corindón o similares
en la hoja de corte de muela utilizada para cortar piedra, hormigón
o similares. En este caso, no se usa el poder de corte del diamante
o del CBN, sino que se emplea el intenso poder de pulido del
diamante o del CBN en relación con un cuerpo inorgánico
endurecido.
El pulido de una sustancia endurecida y el corte
o rotura de un tejido o célula vivos no tiene nada que ver con lo
mismo en términos de la finalidad de uso y de la forma física de
uso.
Para una mejor compresión de la naturaleza y de
los objetivos de la presente invención, debería hacerse referencia
a la siguiente descripción detallada, tomada en conjunto con los
dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 es un diagrama esquemático para
ilustrar una vista frontal que amplia el extremo de hoja de
materiales de hoja según la presente invención;
la figura 2 es una vista en sección ampliada de
materiales de hoja según un ejemplo aplicado según la presente
invención;
la figura 3 es un diagrama esquemático para
ilustrar una vista en sección de un espécimen y un dispositivo de
medición de la resistencia a la flexión de materiales de hoja;
la figura 4 es una vista en sección ampliada de
una hoja de corte de cuchillo para ilustrar un ejemplo empleado de
materiales de hoja según la presente invención; y
la figura 5 es una vista en sección ampliada de
una hoja de un cuchillo de cocina según otro ejemplo aplicado de la
presente invención.
Tal como se ilustra en la figura 1, cada
partícula (D) de diamante o partícula de CBN mezclada en los
materiales de hoja presenta un tamaño de partícula inferior a 100
\mum. El motivo es que una partícula grande o pequeña de diamante
o de CBN que presenta un tamaño de partícula de la misma inferior a
100 \mum está dispuesta aproximadamente en una línea recta
aproximada en una estrecha zona de una parte de extremo de hoja
tras el procedimiento de acoplamiento a la hoja, de manera que
estas partículas (D) determinan un espesor (T) del extremo (M) de
hoja, y si el tamaño de partícula de cada partícula (D) sobrepasa
los
100 \mum, se reduce la propiedad de corte en relación con un producto alimenticio blando.
100 \mum, se reduce la propiedad de corte en relación con un producto alimenticio blando.
La relación de mezcla de las partículas de
diamante o las partículas de CBN en los materiales de hoja difiere
según los tipos de productos alimenticios cortados por el extremo
de hoja de cuchillería, pero en general se prefiere que presente un
porcentaje en peso de un 5 a un 50% frente al peso total de los
materiales de hoja. En caso de que la relación de mezcla sea
inferior a un porcentaje en peso del 5%, el extremo de hoja tendrá
una propiedad de corte insuficiente, mientras que en caso de que la
relación sobrepase un porcentaje en peso del 50% o más, el poder de
agarre de la matriz de titanio puro o de aleación de titanio en
relación con las partículas de diamante o las partículas de CBN se
volverá insuficiente.
Según la presente invención, en los materiales de
hoja se incluyen partículas de titanio puro o una aleación de
titanio que contiene titanio puro de un porcentaje en peso de un
50% o más como matriz para las partículas de diamante o las
partículas de CBN. Como unos primer y segundo ejemplos de aleación
de titanio pueden citarse el polvo de aleación 6A1 4V, un polvo de
titanio puro de porcentaje en peso de un 50,1%, un polvo de aleación
de polvo de Ni de un 49,9% y similares.
En particular, un polvo de aleación de Ti que
contiene polvo de Ni es la matriz para las partículas de diamante o
las partículas de CBN para ejercer una gran atracción química hacia
las partículas de diamante o las partículas de CBN. Además, el
polvo de aleación de Ti presenta una gran afinidad por las
partículas de diamante o las partículas de CBN recubiertas
previamente de níquel.
Como uno de los asuntos que debe resolver la
presente invención, se ha mencionado la mejora de la durabilidad de
la propiedad de corte, pero la causa que contribuye a deteriorar la
durabilidad de la propiedad de corte de cuchillería varia
mencionada es el quebrantamiento diminuto o fino, y en particular,
el quebrantamiento es generalmente visible en los materiales de hoja
fabricados por el método pulvimetalúrgico. La razón por la que se
genera un quebrantamiento fino puede derivarse de una fragilidad
relativa en la tenacidad en la parte de extremo de hoja acoplada a
los materiales de hoja sinterizados.
La tenacidad puede medirse cuantitativamente
según un valor grande o pequeño del poder de resistencia a la
flexión en una sustancia, de manera que la presente invención ha
medido un valor medio de una carga (P) cuando un espécimen (A) es
doblado por un dispositivo ilustrado en la figura 3, para así
romperse, donde el valor obtenido es de aproximadamente
4,0 kg/mm^{3}.
4,0 kg/mm^{3}.
Además, se ha aplicado un método idéntico a un
espécimen calentado y forjado, donde el valor medio se ha incluido
como aproximadamente 6,0 kg/mm^{3} y donde en el ejemplo 1 se
muestra un polvo de aleación de titanio en el espécimen (A) para
indicar la composición de los materiales de hoja.
Mientras tanto, la fuerza de resistencia a la
flexión de un cuchillo de cocina de cerámica de circonio
comercializado actualmente es de aproximadamente
3,0 kg/mm^{3}, de manera que la fuerza de resistencia a la flexión de la presente invención es 1,3 a 2 veces superior a la de los materiales de hoja en el cuchillo de cocina de cerámica de circonio. Por tanto, puede comprenderse que incluso si se utilizan materiales de hoja bajo el mismo estado, el quebrantamiento de la hoja se reduce extraordinariamente para ayudar a prolongar la propiedad de corte mucho más que la del cuchillo de cocina de cerámica de circonio.
3,0 kg/mm^{3}, de manera que la fuerza de resistencia a la flexión de la presente invención es 1,3 a 2 veces superior a la de los materiales de hoja en el cuchillo de cocina de cerámica de circonio. Por tanto, puede comprenderse que incluso si se utilizan materiales de hoja bajo el mismo estado, el quebrantamiento de la hoja se reduce extraordinariamente para ayudar a prolongar la propiedad de corte mucho más que la del cuchillo de cocina de cerámica de circonio.
Según la presente invención así descrita, se
mezclan partículas de titanio puro o partículas de aleación de
titanio que contienen titanio puro de porcentaje en peso de un 50%
o más como medio (matriz) para mantener las partículas de diamante
o las partículas de CBN como materiales cortantes. La composición en
los ejemplos primero y segundo de materiales de hoja empleados en
el ensayo de poder de resistencia a la flexión así mencionado según
la presente invención se da a continuación como:
A partir de 4,245 g (porcentaje en peso de un
100%, relación volumétrica de un 100%) de materiales de hoja, 0,875
g de partículas de diamante (porcentaje en peso de un 21%, relación
volumétrica de un 25%) y 3,37 g de polvo de aleación mezclado
(polvo de titanio puro: polvo de aleación 6A1 4V = polvo mezclado de
proporción 9: 1) (porcentaje en peso de un 79%, relación
volumétrica de un 75%).
La relación de peso de la composición del polvo
de aleación mezclado en el ejemplo 1 se cambia a:
Polvo de Ti puro: polvo de Ni = 50,1: 49,9,
donde la relación volumétrica del polvo de
aleación mezclado en relación con el peso total de los materiales
de hoja es de un 75%.
Hasta ahora, se ha proporcionado una descripción
de los tipos de composición y de relación mezclada contenidas en
los materiales de hoja según la presente invención citando algunos
ejemplos. Según la presente invención, la composición se consolida
como se desee, se forma compresivamente y se sinteriza en un horno
de vacío o en un horno de gases inertes, donde se realiza un
procedimiento de acoplamiento a la hoja sobre los materiales
sinterizados para producir el producto.
En este caso, se prefiere generalmente que una
temperatura de sinterización, que es una temperatura necesaria para
evitar un cambio de propiedades del diamante, el CBN o la aleación
de titanio mezclado, sea inferior a 1300ºC, pero debería notarse
que la temperatura puede variar ligeramente según la estructura del
cuerpo del horno u otras condiciones.
La figura 4 ilustra una vista en sección de un
cortapapeles como un ejemplo aplicado de materiales de hoja según
la presente invención, en la que una altura (t1) de hoja de unos
materiales (K1) de hoja, en los que se inserta diamante, en
relación con una parte (B1) de lámina de hoja, que presenta un
espesor (d1) de 1,5 mm, es de 10 mm. La composición de la parte
(B1) de lámina de hoja es de titanio puro o de la anteriormente
mencionada aleación de titanio. La parte (B1) de lámina de hoja se
moldea y sinteriza simultáneamente con los materiales (K1) de hoja,
donde el procedimiento de acoplamiento a la hoja se realiza sobre la
parte de extremo de hoja de los materiales (K1) de hoja para un
ángulo de extremo de hoja de 15º.
La figura 5 es otro ejemplo aplicado de la
presente invención, en la que se ilustra una superficie en sección
de un cuchillo de cocina que presenta una hoja gruesa y una altura
(t2) de hoja de unos materiales (K2) de hoja es aquí de 10 mm en
relación con una parte (B2) de lámina de hoja que presenta un
espesor (d2) de 3 mm.
El espesor de los materiales (K2) de hoja es de
0,3 mm, lo cual es muy fino. Una sección de los materiales (K2) de
hoja se forma aproximadamente en forma de escalón tras realizarse
el procedimiento de acoplamiento a la hoja sobre la parte de
extremo de hoja, tal como ilustra en la figura 5.
El ángulo inclinado de la superficie de sección
decreciente es de 6º, mientras que el ángulo del extremo de hoja es
de 15º, el cual es igual que en el ejemplo anterior.
En la fabricación de un cuchillo de cocina que
presenta una hoja gruesa, tal como se ha ilustrado, los materiales
(K2) de hoja, que contienen el diamante anterior y que presentan
una sección rectangular de tamaño de 10 mm x 0,3 mm, se insertan
cargados de polvo de titanio puro o polvo de aleación de titanio que
son composiciones de la parte (B2) de lámina de hoja, se moldean y
se sinterizan. Se realiza un procedimiento de acoplamiento a la
hoja sobre una parte correspondiente a un extremo de hoja.
Tal como se ha mencionado anteriormente, en la
fabricación de materiales de hoja según la presente invención, se
moldean partículas de diamante o partículas de CBN, que presentan
cada una un tamaño de partícula inferior a 100 \mum, junto con
partículas de titanio puro o partículas de aleación de titanio que
contienen partículas de titanio puro de un porcentaje en peso de un
50% o más, y se sinterizan. Los materiales sinterizados se obtienen
con un procedimiento de acoplamiento a la hoja. El titanio puro o
la aleación de titanio funcionan como matriz (medio) para fijar
fuertemente las partículas de diamante o las partículas de CBN
durante el procedimiento de sinte-
rización.
rización.
Para afilar los materiales sinterizados para
realizar hojas, debería utilizarse un material corriente de
humectación, empleado para afilar hojas metálicas comunes, a fin de
perder tan pocas partículas de diamante o partículas de CBN sujetas
por la matriz como sea posible. Mediante esto, tras el
procedimiento de acoplamiento a la hoja, las partículas de diamante
o de CBN se disponen en el extremo de hoja en una línea recta
dentro de una zona de anchura máxima aproximada de 100 \mum. Las
partículas de diamante o las partículas de CBN sirven como agente
de corte para cortar tejidos o células de organismos, de manera que
puede obtenerse una cuchillería mucho más cortante que la de acero o
cerámica especiales.
Además, según la presente invención, entre las
partículas de diamante o las partículas de CBN existen materiales
sinterizados de aleación de titanio o de titanio puro como matriz
de las mismas, de manera que hay poca probabilidad de rotura de la
hoja tal como el quebrantamiento o similar debido a una resistencia
a la flexión extraordinariamente mayor de los materiales
sinterizados que la de la cerámica. La durabilidad de la cualidad de
corte es mucho más larga en comparación con la de otra cuchillería,
tal como los productos de acero sinterizado, los productos de
aleaciones especiales o los productos cerá-
micos.
micos.
Tal como se pone de manifiesto a partir de lo
expuesto anteriormente, existe una ventaja en los materiales de
hoja según la invención así descrita porque los materiales son
totalmente inoxidables, ligeros, buenos para cortar y más duraderos
que cualquier otro material de hoja actual.
Existe otra ventaja porque los materiales de hoja
según la presente invención contienen una cantidad considerable de
titanio puro o aleación de titanio, y la parte de lámina de hoja de
un cuchillo de cocina o similar se forma con titanio puro o
aleación de titanio, que son los mismos materiales que los
materiales de hoja según la presente invención de acuerdo con los
ejemplos aplicados, y simultáneamente, sólo se guarnece la parte de
extremo de hoja con materiales de hoja de dimensión más pequeña
según la presente invención, de manera que puede obtenerse a un
coste más bajo una cuchillería que presenta una excelente propiedad
de corte y una buena durabilidad de la propiedad de corte.
Claims (3)
1. Hoja que incorpora un material que contiene
partículas de diamante o de nitruro de boro cúbico, presentando
cada una un tamaño inferior a 100 \mum en una fase matricial que
contiene Ti, caracterizada porque dicho material está
constituido por partículas de diamante o de nitruro de boro cúbico
formadas compresivamente en el interior de partículas de titanio
puro o de partículas de aleación de titanio, que contienen titanio
puro de porcentaje en peso de un 50% o más, que sirven como matriz
para formar un material sinterizado, obteniéndose dicho material
sinterizado con un procedimiento de acoplamiento a la hoja para
formar un extremo de hoja recto que presenta unas partículas de
diamante o partículas de nitruro de boro cúbico dispuestas en una
línea aproximadamente recta a lo largo de dicho extremo de hoja.
2. Hoja según la reivindicación 1,
caracterizada porque el material sinterizado se obtiene con
un procedimiento de acoplamiento a la hoja a una temperatura de
sinterización que se prefiere que sea inferior a 1300ºC.
3. Hoja según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizada porque la relación de mezcla de las partículas
de diamante o de las partículas de CBN presenta un porcentaje en
peso comprendido de entre 5% y 50% frente al peso total de la
hoja.
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