專利名稱：由高碳鋼的整體帶形成的刀片的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種由高碳鋼的整體帶形成的刀片。
背景技術：
刀片的制造涉及一系列制造工序，各個制造工序用來獲得一定的刀片特征。在刀片的制造中，通常的做法是采用一個制造許多刀片的鋼帶刀片原材料。刀片材料帶可設置成卷材型式。將條帶形的刀片原材料輸送到壓力機，在壓力機上將所述帶沖壓出多個開口， 從而形成連接點(attach point)，以部分地成形刀片、去除多余材料并且也可選擇地在其上壓印商標名、標志或其他標示，其中，所述連接點用來將刀片保持在支架或刀子/剃刀柄上。然后將所述條帶刻痕，從而形成多條軸向間隔開的刻線，其中，各條刻線與相應刀片的側邊緣相應，并形成了截斷線，所述截斷線用于在之后將刻痕的條帶折斷或切割成多個刀片。然后通常將刀片原料條帶送入熱處理爐，以硬化該條帶材料并使其回火。熱處理的條帶通常被研磨、珩磨和/或用皮帶磨(stropped)，以形成沿著條帶的一側限定直的切削刃的小平面。所述條帶隨后沿著條帶的長度在各個刻線處彎折，從而沿著刻線折斷條帶，以生產出多個刀片。
發明內容
本發明的一個方面是提供一種制造刀片的方法。該方法包括加熱并淬火一卷鋼帶材料以將其硬化、加熱所述鋼帶材料以使其回火、沿著所述材料的一個邊緣研磨出第一角度并隨后研磨、再硬化該材料的邊緣。本發明公開了一種由高碳鋼的整體帶形成的刀片，所述刀片包括本體；以及沿所述本體的邊緣形成的切削刃，其中，所述刀片的鋼結構是在刀片的本體上是回火馬氏體， 在刀片的切削刃上是精細的未回火的馬氏體，使得所述刀片的切削刃處鋼的硬度大于刀片的本體的硬度。本發明公開了一種制造刀片的方法，包括加熱并淬火鋼帶材料卷，以硬化鋼帶材料；通過再加熱硬化的鋼帶材料，來對硬化的鋼帶材料回火；在對硬化的鋼帶材料回火后， 沿著所述鋼帶材料的一個邊緣研磨第一角度，從而形成切削刃；以及在所述研磨之后，通過在所述切削刃處對該鋼帶材料的局部感應加熱然后以高于臨界速率的速率快速冷卻，在所述切削刃處對該鋼帶材料的局部進行再次硬化，使得所述切削刃通過感應加熱和快速冷卻被再次硬化到其硬度高于鋼帶材料本體的硬度。
圖1是依照本發明的一個實施例的制造刀片的方法的流程圖2是示出依照本發明的一個實施例的刀片示例；圖3是示出依照本發明的一個實施例的鋼帶的研磨邊緣的示例的橫截面；圖4是依照本發明的另一個實施例，示出帶有雙角邊緣的鋼帶的研磨邊緣的示例的橫截面；以及圖5示出依照本發明的一個實施例的刀片的橫截面。
具體實施例方式圖1是依照本發明的一個實施例的制造刀片的方法的流程圖。在制造刀片的工序 10中，在步驟20提供鋼帶刀片原材料條帶，多個刀片用該原材料制出。在一個實施例中，例如，以卷材型式提供鋼，從而使鋼帶更加緊湊，以便于操作。在本發明的一個實施例中，鋼材是高碳鋼，如鋼種C1095。卷材型式的鋼帶長度可達Ikm或更長。鋼帶也可以設置成多個卷材結構，所述多個卷材可首尾相連地焊接在一起。鋼帶的大小可根據刀片的所需大小來選擇。例如，鋼帶的寬度為19mm，厚度為0.6mm。然而，鋼帶也根據由其所制成的刀片的用途具有其他尺寸。在本發明的一個實施例中，鋼帶的最大硬度為大約300HV。在步驟30，鋼帶材料輸送至壓力機，在壓力機上將鋼帶沖制出多個開口，以形成了連接點，該連接點用來將刀片保持在支架中或者實用刀的刀架上。另外，商標名、標志或其他標記也可印制到其上。例如，圖2示出依照本發明的一個實施例的具有各種幾何尺寸的刮刀片(knife blade)的示例。刮刀片21包括開口 22，其用來將刀片21固實用刀架上。刮刀片21也示出在刮刀片21的表面上印制有“STANLEY”商標名23。然后在步驟4將鋼帶刻痕，以形成多個軸向間隔開的刻線，其中，各個刻線與各個刀片的側邊緣M (圖2中示出)相應，并形成了截斷線，所述截斷線用于在之后將刻痕的鋼帶折斷或切斷成多個刀片。在圖2中，刀片的側邊緣對構造形成為梯形刀片。也可通過選擇適當地刻線結構來獲得其他形式和形狀的刀片，如平行四邊形刀片、鉤形刀片等。然后在步驟50，將一沖壓過的刀片原料鋼帶卷材送入熱處理作業線，以硬化鋼帶材料。在這個工序中，鋼從線圈中放出，并經過硬化爐，所述硬化爐將鋼加熱至高于轉變溫度的溫度。所述轉變溫度是鋼的結構從體心立方結構轉變成面心立方結構的溫度，其中，所述體心立方結構在常溫下穩定，所述面心立方結構通常稱作奧氏體(奧氏體結構)，在高溫下(即高于轉變溫度的溫度下)穩定。轉變溫度根據使用的鋼材而不同。在本發明的一個實施例中，在大約800°C到900°C之間的溫度下對鋼帶進行加熱硬化操作。例如，對于鋼種為C1095的鋼來說，轉變溫度大約是820°C (約1508° F)。在這個示例中，在高于大約 820°C的溫度下對鋼帶進行加熱硬化操作。在本發明的一個實施例中，硬化/加熱爐的長度為大約沈英尺(大約8米)。鋼帶以大約每分鐘16到22英尺(約每分鐘5到7米)的速度運行。在爐內提供例如“裂化氨”的控制環境，以防止鋼帶氧化和變色，其中，所述“裂化氨”內基本含有氮和氫。盡管裂化氨可用于防止氧化和變色，也可使用其他氣體，如“精制吸熱氣”，但并不限于此。在本發明的一個實施例中，在大約75到105秒之間的時間周期內對鋼帶進行加熱硬化操作。在離開加熱(硬化)爐之后，在步驟60，將加熱硬化的鋼帶淬火。在本發明的一個實施例中，硬化的鋼帶穿過置于鋼帶之上和之下的液冷式傳導塊，以對鋼帶淬火。在本發明的一個實施例中，加熱硬化的鋼帶穿過水冷黃銅塊，所述水冷黃銅塊帶有與鋼帶接觸的碳
4化物磨損帶，從而對鋼淬火。黃銅塊以高于冷卻臨界速率的速度將鋼帶從硬化溫度(例如大約820°C )冷卻到環境溫度(大約25°C )。冷卻臨界速率是鋼的冷卻速率，以便確保奧氏體結構轉變成馬氏體結構。馬氏體結構是體心四角結構。在馬氏體結構中，鋼內部被高度加壓。內應力是形成稱作鋼硬化的現象的原因。在硬化之后，鋼硬度從開始時的小于大約 300HV(在熱處理之前)變成大約850HV (大約63HRC)。在本發明的一個實施例中，鋼帶的淬火進行大約2到4秒。在本發明的另一個實施例中，利用氣體或液體來對鋼帶淬火。然后在步驟70將鋼帶送入回火爐，該回火爐降低鋼的內應力水平。結果，鋼帶發生了一些軟化，同時延展性產生相關的增加。例如，對于鋼號為C1095的鋼來說，回火溫度大約是200°C (大約392° F)。這個回火過程將鋼的硬度降低至750到820HV的規定范圍內。在本發明的一個實施例中，回火爐的長度是大約沈英尺(大約8米)。鋼帶以每分鐘 16到22英尺(大約每分鐘5到7米)的速度在回火爐內運行。在爐內提供例如“裂化氨” 和/或其它氣體如“精制吸熱氣”的控制環境，以防止鋼帶氧化和變色，其中，所述“裂化氨” 內主要含有氮和氫。在對鋼帶回火之后，在步驟75，可以選擇性地在可控環境下再對鋼帶進行淬火，以防止鋼帶通過氧化而變色。在本發明的一個實施例中，對鋼帶淬火大約2到4 秒。利用硬度值為大約750到820HV的鋼，可以生產出相對鋒利并具有相對較長的服務年限的刀片。然而，所述硬度值是一個折衷。一方面，硬度值越高，致使刀片越鋒利的磨削性能越好，刀片的壽命越長。然而，硬度值越高，刀片就越脆。如果易脆的刀片受到非軸向負載(例如，作用于刀片平面上的壓力)，其就可能易于斷裂。另一方面，刀片越軟，延展性越高，但是由于切削刃很快變鈍，不能進行很好的切削操作。因此，本發明提供一種刀片，其中，刀片本體足夠軟，以提供足夠的延展性，同時， 刀片的邊緣的硬度值相對較高，以使得邊緣的磨削性能更好。提供硬度值相對較高的邊緣， 使得磨削出較鋒利的邊緣，壽命得到增加。依照本發明，在回火之后，在步驟80，鋼帶縮回，并轉移到磨削出鋼帶邊緣的磨床。 在鋼帶的邊緣上磨削出相對較小的角度，如10到32度之間。在刀片的兩面都磨削出這一角度，這樣，刀片通常相對于分開邊緣的刀片縱軸對稱，這可從圖3中看出。另外，相對于縱軸測量出磨削角，這也可從圖3中看出。角度選擇得較小，從而降低推動刀片經過切削的材料所需的力。圖3示出依照本發明的一個實施例的鋼帶的研磨邊緣的一個示例的橫截面。 在這個示例中，鋼帶31的研磨邊緣32的角度是22° 士2°。在步驟90，在磨削之后，將鋼帶的邊緣珩磨。珩磨過程在研磨邊緣的端部產生第二個小于銳角的角度，如在26到36度之間。珩磨角較深的邊緣比研磨角較淺的邊緣更加堅固，并延長了切削刃的使用壽命。結果，鋼帶具有雙角邊緣。圖4示出依照本發明的另一個實施例的橫截面。在這個實施例中，鋼帶的研磨邊緣被磨削，以便設有雙角邊緣。在這個示例中，如圖4所示，鋼帶33的研磨邊緣34的第一較小角度是14° 士2°，鋼帶的邊緣33的第二較高的珩磨角是32° 士2°。在圖4中用特征標記“T”標記出第一角度和第二角度之間的轉變。在步驟100，可在刀刃生產系列中有選擇地增加對鋼帶的邊緣用皮帶磨。在本發明的實施例中，皮革或合成復合物的柔輪用來除去任何毛刺，所述毛刺在珩磨過程中產生。鋼越軟，就越可能產生毛刺。
5
在本發明的一個實施例中，鋼帶以每分鐘32英尺(大約每分鐘10米)的速度通過研磨、珩磨和皮帶磨操作。在另一個實施例中，鋼帶以每分鐘82英尺(大約每分鐘25米) 的速度通過研磨、珩磨和皮帶磨操作。在本發明的一個實施例中，除了生產具有雙角邊緣的鋼帶之外，可將鋼帶的邊緣研磨出10到32度之間的一個角度(如圖3中示出的鋼帶的邊緣)。在這種情況下，不用對鋼帶的邊緣進行皮帶磨。如上所述，皮帶磨過程用來去除珩磨過程中產生的任何毛刺。在這種情況下，因為對鋼帶的邊緣進行研磨而沒有珩磨，因此不需用皮帶磨。為了提高鋼帶的邊緣硬度，在步驟110，可對鋼帶的邊緣進行再硬化處理。在本發明的一個實施例中，對鋼帶的邊緣進行感應淬火處理。在感應淬火處理過程中，發生器在高壓和低電流下產生高頻交流電。高頻交流電經過置于鋼帶附近的感應器。高頻交流電在鋼帶內產生熱。可通過選擇電流頻率、選擇電流強度值、選擇感應器的幾何形狀、改變鋼帶相對于感應器的運行速度和/或選擇感應器相對于工件(即鋼帶)的位置來控制溫度。在本發明的一個實施例中，選擇的感應器為大約8mmX 8mmX 8mm，鋼帶以每分鐘25米的研磨速度運動。在本發明的一個實施例中，通過應用大約沈到30MHZ之間的感應頻率來進行感應加熱。感應淬火處理在切削刃處對鋼帶進行局部再加熱，將其再加熱到大約800°C和 900°C之間的轉變溫度之上。在本發明的一個實施例中，感應淬火處理在切削刃處將鋼帶局部再加熱到大約820°C (大約1508° F)的轉變溫度之上。通過對切削刃進行感應加熱，之后以高于臨界速率的速率快速冷卻，從而沿著切削刃產生硬的完全馬氏體結構，因此，就完成了切削刃的再硬化。可以通過以下方式中的任一個或其組合，可以實現切削刃以高于臨界速率的速率進行快速冷卻向刀片本體的傳導、向環境的傳送、和/或鼓風或液體冷卻進行人工加速冷卻。通過快速冷卻鋼帶的切削刃，在鋼帶上生產出相對較硬的切削刃(例如， 從切削刃的尖端到鋼帶本體大約0. 1到1.0mm深)，其本體或芯部相對較軟。因此，鋼帶的切削刃比鋼帶的本體硬。在研磨(步驟80)、珩磨(步驟90)或用皮帶磨(步驟100)操作中或之后，或者通常在形成單個刀片之前，可在任一點對鋼帶的邊緣進行感應淬火，從而生產出邊緣硬度較高而刀片芯部或本體維持相對較軟的刀片。可在回火階段(步驟70)，通過采用不同的硬化溫度來調節刀片本體的硬度，以生產出較軟、更延展和更安全的刀片，且使邊緣的硬度相對較高(例如，可以得到高于850HV或66HRC的硬度)，以便于更加平穩地磨削和延長刀片的服務壽命。最后，在步驟120，沿著鋼帶的長度在各個刻線處彎折被處理的鋼帶，從而沿著刻線將鋼帶折斷，以生產出多個刀片。在圖2中示出依照本發明的制造方法得到的各種尺寸的刀片的實施例的一個示例。為了比較此處所述的工藝所制造的刀片的結構和依照傳統工藝制造的刀片結構， 進行一個對比研究。圖5示出依照本發明的一個實施例的刀片的橫截面。為了比較目的， 開始從相同大小經硬化的散裝的鋼帶材料來制造依照傳統工藝制造的傳統刀片和依照本發明的工藝制造的刀片51。所述散裝鋼帶材料的硬度在鋼帶的整個橫截面為大約62HRC到 64HRC。在傳統制造工藝中，在研磨和珩磨之后，由于在研磨過程中加熱，切削刃處的鋼刀硬度(整個刀片橫截面的硬度為62HRC到64HRC)通常降低了 0. 5HRC到1. 0HRC。結果，依照傳統工藝制造的刀片硬度在切削刃處為62HRC到63HRC之間，在離開切削刃的地方(即朝向刀片本體或芯部)為62HRC到64HRC之間。刀片的鋼結構在整個刀片上是回火馬氏體。對于刀片51 (其依照此處所述的工藝制造)來說，在刀片51的邊緣52進行研磨之后進行刀片51的邊緣52的再硬化(如感應淬火)。感應淬火過程使得邊緣52硬化， 以便抵消在研磨邊緣52的過程中發生的硬度損失。結果，刀片在切削刃52處的硬度大于 64HRC (例如在64HRC和65HRC之間)，即大于刀片芯部的硬度(在62HRC和64HRC之間)。 刀片的鋼結構在刀片53的本體內為回火馬氏體結構，在感應淬火的邊緣52處為精細的未回火馬氏體結構。在本發明的一個實施例中，刀片51的邊緣52的感應淬火產生了再硬化邊緣部分52，其從邊緣52的尖端開始朝向刀片53的芯部的深度D為大約0. 5mm。邊緣部分52的深度D可在珩磨之后降低至0. 3mm。這一邊緣部分52是馬氏體，更具體地說是精細的馬氏體。在感應淬火部分52之后，是熱影響區(HAZ) M，與感應硬化部分52或刀片51 的芯部53相比，其結構相對較軟。HAZ M延伸的距離L為大約0.4mm。在HAZ中，鋼硬度可降低至50HRC。由于這個區域M既沒有被再加熱到高于轉變溫度，也沒有以高于臨界速率的速率冷卻，因此，在HAZ M中的鋼結構較軟。在HAZ M之后是刀片(刀片芯部)53的其余部分。硬度值在HAZ M處到達最小值之后再次增加，直到到達距切削刃52大約0.5mm 的初始散裝鋼材料的硬度(即，62HRC到63HRC)時為止。由于對于本領域技術人員來說，易于作出各種修改和改變，因此，不希望將本發明限制成此處所述的確切結構和操作。例如，盡管此處所述制造的刀片具有一個鋒利邊緣，也可以考慮制造多于一個鋒利邊緣的刀片。此外，必須理解，此處所述的工藝可用于制造實用刀片、鑿刀片、刨刀片等。因而，任何適當的修改和等價物應認為落在本發明的精神和范圍內。
權利要求
1.一種由高碳鋼的整體帶形成的刀片，所述刀片包括本體；以及沿所述本體的邊緣形成的切削刃，其中，所述刀片的鋼結構是在刀片的本體上是回火馬氏體，在刀片的切削刃上是精細的未回火馬氏體，使得所述刀片的切削刃處鋼的硬度大于刀片的本體的硬度。
2.如權利要求1所述的刀片，其特征在于，所述刀片的本體部分的硬度在62HRC至 64HRC之間。
3.如權利要求1所述的刀片，其特征在于，所述刀片的切削刃的硬度大于64HRC。
4.如權利要求1所述的刀片，其特征在于，所述刀片的切削刃從切削刃的尖端朝向所述刀片的本體的深度在0. 3mm到0. 5mm之間。
5.如權利要求1所述的刀片，還包括熱影響區，所述熱影響區在所述刀片的本體和切削刃之間。
6.如權利要求5所述的刀片，其特征在于，所述熱影響區的深度為0.4mm。
7.如權利要求5所述的刀片，其特征在于，在熱影響區中，所述鋼的硬度最小為大約 50HRC。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，在熱影響區中，所述鋼的硬度從最小值增加，從而達到距刀片的切削刃大約0. 5mm處的刀片的本體的硬度。
9.如權利要求1所述的刀片，其特征在于，所述刀片的切削刃處的未回火馬氏體通過與所述刀片的本體分離地、對切削刃進行局部感應淬火而形成。
10.如權利要求1所述的刀片，其特征在于，所述切削刃相對于分開切削刃的刀片的縱向軸線具有10度到32度之間的第一銳角。
11.如權利要求1所述的刀片，其特征在于，所述切削刃相對于分開切削刃的刀片的縱向軸線具有26到36度之間的第二銳角。
12.如權利要求1所述的刀片，其特征在于，所述刀片是刮刀片。
全文摘要
本發明公開了一種由高碳鋼的整體帶形成的刀片，所述刀片包括本體；以及沿所述本體的邊緣形成的切削刃，其中，所述刀片的鋼結構是在刀片的本體上是回火馬氏體，在刀片的切削刃上是精細的未回火的馬氏體，使得所述刀片的切削刃處鋼的硬度大于刀片的本體的硬度。
文檔編號B23B27/00GK102248189SQ20111017629
公開日2011年11月23日 申請日期2006年2月14日 優先權日2005年7月8日
發明者H·豪厄爾斯 申請人:斯坦利公司