专利名称：由高碳钢的整体带形成的刀片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由高碳钢的整体带形成的刀片。
背景技术：
刀片的制造涉及一系列制造工序，各个制造工序用来获得一定的刀片特征。在刀片的制造中，通常的做法是采用一个制造许多刀片的钢带刀片原材料。刀片材料带可设置成卷材型式。将条带形的刀片原材料输送到压力机，在压力机上将所述带冲压出多个开口， 从而形成连接点(attach point)，以部分地成形刀片、去除多余材料并且也可选择地在其上压印商标名、标志或其他标示，其中，所述连接点用来将刀片保持在支架或刀子/剃刀柄上。然后将所述条带刻痕，从而形成多条轴向间隔开的刻线，其中，各条刻线与相应刀片的侧边缘相应，并形成了截断线，所述截断线用于在之后将刻痕的条带折断或切割成多个刀片。然后通常将刀片原料条带送入热处理炉，以硬化该条带材料并使其回火。热处理的条带通常被研磨、珩磨和/或用皮带磨(stropped)，以形成沿着条带的一侧限定直的切削刃的小平面。所述条带随后沿着条带的长度在各个刻线处弯折，从而沿着刻线折断条带，以生产出多个刀片。
发明内容
本发明的一个方面是提供一种制造刀片的方法。该方法包括加热并淬火一卷钢带材料以将其硬化、加热所述钢带材料以使其回火、沿着所述材料的一个边缘研磨出第一角度并随后研磨、再硬化该材料的边缘。本发明公开了一种由高碳钢的整体带形成的刀片，所述刀片包括本体；以及沿所述本体的边缘形成的切削刃，其中，所述刀片的钢结构是在刀片的本体上是回火马氏体， 在刀片的切削刃上是精细的未回火的马氏体，使得所述刀片的切削刃处钢的硬度大于刀片的本体的硬度。本发明公开了一种制造刀片的方法，包括加热并淬火钢带材料卷，以硬化钢带材料；通过再加热硬化的钢带材料，来对硬化的钢带材料回火；在对硬化的钢带材料回火后， 沿着所述钢带材料的一个边缘研磨第一角度，从而形成切削刃；以及在所述研磨之后，通过在所述切削刃处对该钢带材料的局部感应加热然后以高于临界速率的速率快速冷却，在所述切削刃处对该钢带材料的局部进行再次硬化，使得所述切削刃通过感应加热和快速冷却被再次硬化到其硬度高于钢带材料本体的硬度。
图1是依照本发明的一个实施例的制造刀片的方法的流程图2是示出依照本发明的一个实施例的刀片示例；图3是示出依照本发明的一个实施例的钢带的研磨边缘的示例的横截面；图4是依照本发明的另一个实施例，示出带有双角边缘的钢带的研磨边缘的示例的横截面；以及图5示出依照本发明的一个实施例的刀片的横截面。
具体实施例方式图1是依照本发明的一个实施例的制造刀片的方法的流程图。在制造刀片的工序 10中，在步骤20提供钢带刀片原材料条带，多个刀片用该原材料制出。在一个实施例中，例如，以卷材型式提供钢，从而使钢带更加紧凑，以便于操作。在本发明的一个实施例中，钢材是高碳钢，如钢种C1095。卷材型式的钢带长度可达Ikm或更长。钢带也可以设置成多个卷材结构，所述多个卷材可首尾相连地焊接在一起。钢带的大小可根据刀片的所需大小来选择。例如，钢带的宽度为19mm，厚度为0.6mm。然而，钢带也根据由其所制成的刀片的用途具有其他尺寸。在本发明的一个实施例中，钢带的最大硬度为大约300HV。在步骤30，钢带材料输送至压力机，在压力机上将钢带冲制出多个开口，以形成了连接点，该连接点用来将刀片保持在支架中或者实用刀的刀架上。另外，商标名、标志或其他标记也可印制到其上。例如，图2示出依照本发明的一个实施例的具有各种几何尺寸的刮刀片(knife blade)的示例。刮刀片21包括开口 22，其用来将刀片21固实用刀架上。刮刀片21也示出在刮刀片21的表面上印制有“STANLEY”商标名23。然后在步骤4将钢带刻痕，以形成多个轴向间隔开的刻线，其中，各个刻线与各个刀片的侧边缘M (图2中示出)相应，并形成了截断线，所述截断线用于在之后将刻痕的钢带折断或切断成多个刀片。在图2中，刀片的侧边缘对构造形成为梯形刀片。也可通过选择适当地刻线结构来获得其他形式和形状的刀片，如平行四边形刀片、钩形刀片等。然后在步骤50，将一冲压过的刀片原料钢带卷材送入热处理作业线，以硬化钢带材料。在这个工序中，钢从线圈中放出，并经过硬化炉，所述硬化炉将钢加热至高于转变温度的温度。所述转变温度是钢的结构从体心立方结构转变成面心立方结构的温度，其中，所述体心立方结构在常温下稳定，所述面心立方结构通常称作奥氏体(奥氏体结构)，在高温下(即高于转变温度的温度下)稳定。转变温度根据使用的钢材而不同。在本发明的一个实施例中，在大约800°C到900°C之间的温度下对钢带进行加热硬化操作。例如，对于钢种为C1095的钢来说，转变温度大约是820°C (约1508° F)。在这个示例中，在高于大约 820°C的温度下对钢带进行加热硬化操作。在本发明的一个实施例中，硬化/加热炉的长度为大约沈英尺(大约8米)。钢带以大约每分钟16到22英尺(约每分钟5到7米)的速度运行。在炉内提供例如“裂化氨”的控制环境，以防止钢带氧化和变色，其中，所述“裂化氨”内基本含有氮和氢。尽管裂化氨可用于防止氧化和变色，也可使用其他气体，如“精制吸热气”，但并不限于此。在本发明的一个实施例中，在大约75到105秒之间的时间周期内对钢带进行加热硬化操作。在离开加热(硬化)炉之后，在步骤60，将加热硬化的钢带淬火。在本发明的一个实施例中，硬化的钢带穿过置于钢带之上和之下的液冷式传导块，以对钢带淬火。在本发明的一个实施例中，加热硬化的钢带穿过水冷黄铜块，所述水冷黄铜块带有与钢带接触的碳
4化物磨损带，从而对钢淬火。黄铜块以高于冷却临界速率的速度将钢带从硬化温度(例如大约820°C )冷却到环境温度(大约25°C )。冷却临界速率是钢的冷却速率，以便确保奥氏体结构转变成马氏体结构。马氏体结构是体心四角结构。在马氏体结构中，钢内部被高度加压。内应力是形成称作钢硬化的现象的原因。在硬化之后，钢硬度从开始时的小于大约 300HV(在热处理之前)变成大约850HV (大约63HRC)。在本发明的一个实施例中，钢带的淬火进行大约2到4秒。在本发明的另一个实施例中，利用气体或液体来对钢带淬火。然后在步骤70将钢带送入回火炉，该回火炉降低钢的内应力水平。结果，钢带发生了一些软化，同时延展性产生相关的增加。例如，对于钢号为C1095的钢来说，回火温度大约是200°C (大约392° F)。这个回火过程将钢的硬度降低至750到820HV的规定范围内。在本发明的一个实施例中，回火炉的长度是大约沈英尺(大约8米)。钢带以每分钟 16到22英尺(大约每分钟5到7米)的速度在回火炉内运行。在炉内提供例如“裂化氨” 和/或其它气体如“精制吸热气”的控制环境，以防止钢带氧化和变色，其中，所述“裂化氨” 内主要含有氮和氢。在对钢带回火之后，在步骤75，可以选择性地在可控环境下再对钢带进行淬火，以防止钢带通过氧化而变色。在本发明的一个实施例中，对钢带淬火大约2到4 秒。利用硬度值为大约750到820HV的钢，可以生产出相对锋利并具有相对较长的服务年限的刀片。然而，所述硬度值是一个折衷。一方面，硬度值越高，致使刀片越锋利的磨削性能越好，刀片的寿命越长。然而，硬度值越高，刀片就越脆。如果易脆的刀片受到非轴向负载(例如，作用于刀片平面上的压力)，其就可能易于断裂。另一方面，刀片越软，延展性越高，但是由于切削刃很快变钝，不能进行很好的切削操作。因此，本发明提供一种刀片，其中，刀片本体足够软，以提供足够的延展性，同时， 刀片的边缘的硬度值相对较高，以使得边缘的磨削性能更好。提供硬度值相对较高的边缘， 使得磨削出较锋利的边缘，寿命得到增加。依照本发明，在回火之后，在步骤80，钢带缩回，并转移到磨削出钢带边缘的磨床。 在钢带的边缘上磨削出相对较小的角度，如10到32度之间。在刀片的两面都磨削出这一角度，这样，刀片通常相对于分开边缘的刀片纵轴对称，这可从图3中看出。另外，相对于纵轴测量出磨削角，这也可从图3中看出。角度选择得较小，从而降低推动刀片经过切削的材料所需的力。图3示出依照本发明的一个实施例的钢带的研磨边缘的一个示例的横截面。 在这个示例中，钢带31的研磨边缘32的角度是22° 士2°。在步骤90，在磨削之后，将钢带的边缘珩磨。珩磨过程在研磨边缘的端部产生第二个小于锐角的角度，如在26到36度之间。珩磨角较深的边缘比研磨角较浅的边缘更加坚固，并延长了切削刃的使用寿命。结果，钢带具有双角边缘。图4示出依照本发明的另一个实施例的横截面。在这个实施例中，钢带的研磨边缘被磨削，以便设有双角边缘。在这个示例中，如图4所示，钢带33的研磨边缘34的第一较小角度是14° 士2°，钢带的边缘33的第二较高的珩磨角是32° 士2°。在图4中用特征标记“T”标记出第一角度和第二角度之间的转变。在步骤100，可在刀刃生产系列中有选择地增加对钢带的边缘用皮带磨。在本发明的实施例中，皮革或合成复合物的柔轮用来除去任何毛刺，所述毛刺在珩磨过程中产生。钢越软，就越可能产生毛刺。
5
在本发明的一个实施例中，钢带以每分钟32英尺(大约每分钟10米)的速度通过研磨、珩磨和皮带磨操作。在另一个实施例中，钢带以每分钟82英尺(大约每分钟25米) 的速度通过研磨、珩磨和皮带磨操作。在本发明的一个实施例中，除了生产具有双角边缘的钢带之外，可将钢带的边缘研磨出10到32度之间的一个角度(如图3中示出的钢带的边缘)。在这种情况下，不用对钢带的边缘进行皮带磨。如上所述，皮带磨过程用来去除珩磨过程中产生的任何毛刺。在这种情况下，因为对钢带的边缘进行研磨而没有珩磨，因此不需用皮带磨。为了提高钢带的边缘硬度，在步骤110，可对钢带的边缘进行再硬化处理。在本发明的一个实施例中，对钢带的边缘进行感应淬火处理。在感应淬火处理过程中，发生器在高压和低电流下产生高频交流电。高频交流电经过置于钢带附近的感应器。高频交流电在钢带内产生热。可通过选择电流频率、选择电流强度值、选择感应器的几何形状、改变钢带相对于感应器的运行速度和/或选择感应器相对于工件(即钢带)的位置来控制温度。在本发明的一个实施例中，选择的感应器为大约8mmX 8mmX 8mm，钢带以每分钟25米的研磨速度运动。在本发明的一个实施例中，通过应用大约沈到30MHZ之间的感应频率来进行感应加热。感应淬火处理在切削刃处对钢带进行局部再加热，将其再加热到大约800°C和 900°C之间的转变温度之上。在本发明的一个实施例中，感应淬火处理在切削刃处将钢带局部再加热到大约820°C (大约1508° F)的转变温度之上。通过对切削刃进行感应加热，之后以高于临界速率的速率快速冷却，从而沿着切削刃产生硬的完全马氏体结构，因此，就完成了切削刃的再硬化。可以通过以下方式中的任一个或其组合，可以实现切削刃以高于临界速率的速率进行快速冷却向刀片本体的传导、向环境的传送、和/或鼓风或液体冷却进行人工加速冷却。通过快速冷却钢带的切削刃，在钢带上生产出相对较硬的切削刃(例如， 从切削刃的尖端到钢带本体大约0. 1到1.0mm深)，其本体或芯部相对较软。因此，钢带的切削刃比钢带的本体硬。在研磨(步骤80)、珩磨(步骤90)或用皮带磨(步骤100)操作中或之后，或者通常在形成单个刀片之前，可在任一点对钢带的边缘进行感应淬火，从而生产出边缘硬度较高而刀片芯部或本体维持相对较软的刀片。可在回火阶段(步骤70)，通过采用不同的硬化温度来调节刀片本体的硬度，以生产出较软、更延展和更安全的刀片，且使边缘的硬度相对较高(例如，可以得到高于850HV或66HRC的硬度)，以便于更加平稳地磨削和延长刀片的服务寿命。最后，在步骤120，沿着钢带的长度在各个刻线处弯折被处理的钢带，从而沿着刻线将钢带折断，以生产出多个刀片。在图2中示出依照本发明的制造方法得到的各种尺寸的刀片的实施例的一个示例。为了比较此处所述的工艺所制造的刀片的结构和依照传统工艺制造的刀片结构， 进行一个对比研究。图5示出依照本发明的一个实施例的刀片的横截面。为了比较目的， 开始从相同大小经硬化的散装的钢带材料来制造依照传统工艺制造的传统刀片和依照本发明的工艺制造的刀片51。所述散装钢带材料的硬度在钢带的整个横截面为大约62HRC到 64HRC。在传统制造工艺中，在研磨和珩磨之后，由于在研磨过程中加热，切削刃处的钢刀硬度(整个刀片横截面的硬度为62HRC到64HRC)通常降低了 0. 5HRC到1. 0HRC。结果，依照传统工艺制造的刀片硬度在切削刃处为62HRC到63HRC之间，在离开切削刃的地方(即朝向刀片本体或芯部)为62HRC到64HRC之间。刀片的钢结构在整个刀片上是回火马氏体。对于刀片51 (其依照此处所述的工艺制造)来说，在刀片51的边缘52进行研磨之后进行刀片51的边缘52的再硬化(如感应淬火)。感应淬火过程使得边缘52硬化， 以便抵消在研磨边缘52的过程中发生的硬度损失。结果，刀片在切削刃52处的硬度大于 64HRC (例如在64HRC和65HRC之间)，即大于刀片芯部的硬度(在62HRC和64HRC之间)。 刀片的钢结构在刀片53的本体内为回火马氏体结构，在感应淬火的边缘52处为精细的未回火马氏体结构。在本发明的一个实施例中，刀片51的边缘52的感应淬火产生了再硬化边缘部分52，其从边缘52的尖端开始朝向刀片53的芯部的深度D为大约0. 5mm。边缘部分52的深度D可在珩磨之后降低至0. 3mm。这一边缘部分52是马氏体，更具体地说是精细的马氏体。在感应淬火部分52之后，是热影响区(HAZ) M，与感应硬化部分52或刀片51 的芯部53相比，其结构相对较软。HAZ M延伸的距离L为大约0.4mm。在HAZ中，钢硬度可降低至50HRC。由于这个区域M既没有被再加热到高于转变温度，也没有以高于临界速率的速率冷却，因此，在HAZ M中的钢结构较软。在HAZ M之后是刀片(刀片芯部)53的其余部分。硬度值在HAZ M处到达最小值之后再次增加，直到到达距切削刃52大约0.5mm 的初始散装钢材料的硬度(即，62HRC到63HRC)时为止。由于对于本领域技术人员来说，易于作出各种修改和改变，因此，不希望将本发明限制成此处所述的确切结构和操作。例如，尽管此处所述制造的刀片具有一个锋利边缘，也可以考虑制造多于一个锋利边缘的刀片。此外，必须理解，此处所述的工艺可用于制造实用刀片、凿刀片、刨刀片等。因而，任何适当的修改和等价物应认为落在本发明的精神和范围内。
权利要求
1.一种由高碳钢的整体带形成的刀片，所述刀片包括本体；以及沿所述本体的边缘形成的切削刃，其中，所述刀片的钢结构是在刀片的本体上是回火马氏体，在刀片的切削刃上是精细的未回火马氏体，使得所述刀片的切削刃处钢的硬度大于刀片的本体的硬度。
2.如权利要求1所述的刀片，其特征在于，所述刀片的本体部分的硬度在62HRC至 64HRC之间。
3.如权利要求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.如权利要求1所述的刀片，其特征在于，所述刀片的切削刃从切削刃的尖端朝向所述刀片的本体的深度在0. 3mm到0. 5mm之间。
5.如权利要求1所述的刀片，还包括热影响区，所述热影响区在所述刀片的本体和切削刃之间。
6.如权利要求5所述的刀片，其特征在于，所述热影响区的深度为0.4mm。
7.如权利要求5所述的刀片，其特征在于，在热影响区中，所述钢的硬度最小为大约 50HRC。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在热影响区中，所述钢的硬度从最小值增加，从而达到距刀片的切削刃大约0. 5mm处的刀片的本体的硬度。
9.如权利要求1所述的刀片，其特征在于，所述刀片的切削刃处的未回火马氏体通过与所述刀片的本体分离地、对切削刃进行局部感应淬火而形成。
10.如权利要求1所述的刀片，其特征在于，所述切削刃相对于分开切削刃的刀片的纵向轴线具有10度到32度之间的第一锐角。
11.如权利要求1所述的刀片，其特征在于，所述切削刃相对于分开切削刃的刀片的纵向轴线具有26到36度之间的第二锐角。
12.如权利要求1所述的刀片，其特征在于，所述刀片是刮刀片。
全文摘要
本发明公开了一种由高碳钢的整体带形成的刀片，所述刀片包括本体；以及沿所述本体的边缘形成的切削刃，其中，所述刀片的钢结构是在刀片的本体上是回火马氏体，在刀片的切削刃上是精细的未回火的马氏体，使得所述刀片的切削刃处钢的硬度大于刀片的本体的硬度。
文档编号B23B27/00GK102248189SQ20111017629
公开日2011年11月23日 申请日期2006年2月14日 优先权日2005年7月8日
发明者H·豪厄尔斯 申请人:斯坦利公司