专利名称：切削刀片、制造切削刀片的方法以及切削刀具的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于切削或钻削脆性工件例如石头、砖块、混凝土和沥青的切削刀具的切削刀片；制造该刀片的方法；以及包括该刀片的切削刀具。更具体地说，本发明涉及使用板状金属基体代替粉末金属基体的切削刀具用切削刀片、制造该刀片的方法、以及包括该刀片的切削刀具。
背景技术：
为了切削或钻削脆性工件例如石头、砖块、混凝土和沥青，必须提供其硬度高于工件硬度的磨料。
人造金刚石颗粒、天然金刚石颗粒、氮化硼和硬质合金在本领域中作为磨料是公知的，并且尤其是在这些材料中人造金刚石颗粒在切削刀具领域中应用最广泛。
人造金刚石(在下面被称为“金刚石”)在二十世纪50年代发明出，并且公知为一种其硬度高于在地球上的任何其它材料的材料。由于该特性，所以将金刚石用于切削刀具、磨削刀具等。
具体地说，金刚石是已经被广泛应用在切削或磨削各种石头例如大理石、花岗石等的石头加工领域以及切削或磨削混凝土结构的建筑领域中。
现在将对包括作为磨料的金刚石颗粒的切削刀片(在下面也被称为“刀片”)和包括该切削刀片的切削刀具进行说明。
通常，刀片型金刚石刀具包括多个刀片和保持该刀片的钢芯部，每个刀片具有分布在其上的金刚石颗粒。
图1显示出刀片型金刚石刀具的一示例。
参照图1，该刀片型金刚石刀具包括多个刀片11和12，这些刀片固定在圆盘状钢芯部2上并且具有随机分布在刀片11和12中的每一个刀片中的金刚石颗粒5。
这些刀片根据粉末冶金方法制造出，其中将金刚石颗粒与用作基体的金属粉末混合，然后将它们压实并烧结。
如上所述，在将金刚石颗粒与金属粉末混合时，金刚石颗粒没有均匀地分布在金属粉末之中，从而导致金刚石颗粒的切削效率降低并且使用寿命降低。
也就是说，在将金刚石颗粒和用作基体的金属粉末混合时，在这些颗粒之间的尺寸和比重差异使得金刚石颗粒离析，由此造成金刚石颗粒在金属粉末之中的不均匀分布。因此，如图1所示，在每个刀片中会形成其上分布有过多金刚石颗粒的切削表面3或者其上分布有过少金刚石颗粒的切削表面4。
在金刚石颗粒如上所述离析时，不仅切削刀具的切削效率降低，而且该切削刀具的使用寿命也降低。
作为解决由金刚石颗粒的离析造成的上述问题的技术，已经提出了使金刚石颗粒成预定图案分布的图案形成技术，并且在图2中显示出其一个示例。
图2显示出刀片型金刚石刀具20的另一个示例，其中金刚石颗粒按照预定图案分布。
参照图2，刀片21和22中的每一个刀片具有按照预定图案分布在其上的金刚石颗粒5。也就是说，金刚石颗粒5均匀地分布在刀片21和22中的每一个刀片中。
根据该图案形成技术，代替将金属粉末和金刚石颗粒混合，通过重复进行用于将金刚石颗粒按照预定非随机图案布置在金属粉末基体上的过程以及用于将金属粉末基体设置在金刚石颗粒上的过程来使金属粉末和金刚石颗粒分层布置。然后将该层状产品压实成预定的压实件，之后进行烧结，由此形成该刀片。
虽然用于金刚石颗粒的图案形成技术能够解决由金刚石颗粒的离析所引起的问题，但是不能解决由于使用粉末金属基体引起的内在问题。
也就是说，在制造刀片时，如果使用金属粉末用于基体，则在压实金属基体的过程期间金属粉末受到较高的压力。在压实该金属基体的过程中，由于压实模具被金属颗粒严重磨损，所以经常出现基体厚度变化或基体断裂，由此降低了生产率。另外，在严重的情况下，基体的尺寸改变，使得这些刀片分别具有不同的尺寸，从而导致金刚石刀具的性能差异和性能降低。
另外，即使能够通过各种方法采用相同的组分制造出用于基体的金属粉末，但是金属粉末的制造成本与金属块例如板、圈、棒等相比明显要高。
另外，在通过粉末冶金方法制造刀片时，必须顺序进行用于混合金刚石颗粒和金属粉末的过程、用于将金刚石颗粒和金属粉末的混合物压实成预定压实件的过程、以及用于烧结该压实件的过程，从而使制造过程复杂化。
发明内容
技术方案本发明用来解决上述问题，并且本发明的目的在于提供一种切削刀片，它使用金属板来代替粉末金属作为基体，由此实现优异的切削能力、简化的制造过程和显著降低的制造成本。
本发明的另一个目的在于提供一种制造如上所述的刀片的方法。
本发明的还有另一个目的在于提供一种包括如上所述的刀片的切削刀具。
根据本发明的一个方面，上述和其它目的可以通过提供一种切削刀片来实现，该切削刀片包括多个板状金属基体层，这些板状金属基体层与刀片的切削表面垂直地同时与刀片的切削方向平行地层压，这些板状金属基体层相互结合成一体并且由铁质或非铁材料制成；以及金刚石颗粒层，这些金刚石颗粒层布置在板状金属基体层之间，使得金刚石颗粒能够呈阵列设置在切削表面上。
根据本发明的另一个方面，提供一种切削刀片，它包括多个层，每个层包括板状烧结层和由铁质或非铁材料制成的板状金属基体层，该板状烧结层和该板状金属基体层交替地层压在所述层中的每个层中，使得板状烧结层和板状金属基体层与刀片的切削表面垂直地同时与刀片的切削方向平行地层压；以及金刚石颗粒层，这些金刚石颗粒层布置在刀片中，使得金刚石颗粒的至少一部分可以设置在板状烧结层中，并且金刚石颗粒的剩余部分可以设置在板状金属基体层中，同时金刚石颗粒层在切削表面上设置成金刚石颗粒阵列。
根据本发明的又一个方面，提供一种包括切削刀片的切削刀具。
根据本发明的又一个方面，提供一种制造切削刀片的方法，该方法包括以下步骤a)制备出由铁质或非铁材料制成的板状金属基体；b)将金刚石颗粒层布置在这些板状金属基体中的一个板状金属基体上；c)将另一个金属基体层压在金刚石颗粒层上d)将金刚石颗粒层布置在所述另一个金属基体上；e)通过重复步骤a)至d)制备出具有预定厚度的层压件；以及f)对该层压件进行加热加压，使得构成层压件的部件相互结合。
根据本发明的又一个方面，提供一种制造切削刀片的方法，该方法包括以下步骤a)制备出通过粉末铸造制造的金属预制件b)将金刚石颗粒层布置在金属预制件上；c)将由铁质或非铁材料制成的板状金属基体层压在金刚石颗粒层上；d)通过重复步骤a)至c)制备出具有预定厚度的层压件；以及e)对该层压件进行加热加压，使得构成层压件的部件相互结合。
根据本发明的又一个方面，提供一种制造切削刀片的方法，该方法包括以下步骤a)制备出多个金属预制件；b)将金刚石颗粒层布置在这些金属预制件中的一个金属预制件上；c)将另一个金属预制件层压在金刚石颗粒层上；d)将铁质或非铁材料制成的板状金属基体层压在所述另一个金属预制件上；e)通过重复步骤a)至d)制备出具有预定厚度的层压件；以及e)对该层压件进行加热加压，使得构成层压件的部件相互结合。
本发明的还有另一个方面在于提供一种包括由上述方法制造出的刀片的切削刀具。
从结合附图给出的以下详细说明中将更加清楚地了解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点
图1为一示意图，显示出具有随机分布在刀片的切削表面上的金刚石颗粒的金刚石刀具的一实施例；图2为一示意图，显示出具有均匀分布在刀片的切削表面上的金刚石颗粒的金刚石刀具的一实施例；图3为一示意图，显示出根据本发明的切削刀片的实施例；图4为一示意图，显示出根据本发明的刀片的另一个实施例；图5为一示意图，显示出根据本发明的刀片的又一个实施例；图6为一示意图，显示出根据本发明的刀片的又一个实施例；图7为一示意图，显示出根据本发明的刀片的还有另一个实施例；图8为一示意图，显示出在制造根据本发明的刀片时部件布置的一个实施例；图9a和9b为示意图，显示出在制造根据本发明的刀片时部件布置的其它实施例；图10为一曲线图，显示出根据在锯条中的切削循环数的切削时间，这些锯条中的一个锯条包括由本发明制造出的刀片，而这些锯条中的另一个锯条包括由传统方法制造出的刀片；并且图11A-11E为示意图，显示出根据本发明的刀片，其上发现有凹入部分。
最佳模式现在将对本发明进行详细说明。
本发明可以应用于用来切削或钻削脆性工件例如石头、砖块、混凝土和沥青的切削刀具的刀片以及包括这些刀片的切削刀具。
用于该切削刀具的刀片包括在切削工件时直接进行切削操作的金刚石颗粒和保持着这些金刚石颗粒的金属基体。
传统地，在制造刀片时已经采用了粉末金属基体。
在采用粉末金属基体制造刀片时，存在的问题在于，金刚石颗粒离析，从而不仅降低了切削刀具的切削效率而且还降低其使用寿命。
另外，在采用粉末金属基体制造刀片时，必须顺序进行用于混合金刚石颗粒和金属粉末的过程、用于将金刚石颗粒和金属粉末的混合物压实成预定压实件的过程以及用于烧结该压实件的过程。
因此，在采用粉末金属基体制造刀片时，存在的问题在于，制造过程复杂，并且制造成本增大。
作为用于解决由金刚石颗粒的离析引起的上述问题的技术，已经提出了一种图案形成技术，该技术使金刚石颗粒按照预定的非随机图案分布。
根据该图案形成技术(代替将金属粉末和金刚石颗粒混合)，通过重复进行如下过程来制备出重复的金属粉末和金刚石颗粒层，由此生产出刀片，该过程为将金刚石颗粒按照预定非随机图案布置在金属粉末基体上、将金属粉末基体设置在金刚石颗粒上、将这些层压实成预定的压实件、然后烧结该层状产品。
虽然该图案形成技术能够解决由金刚石颗粒的离析所引起的一些问题，但是未解决由于使用粉末金属基体引起的制造过程复杂和制造成本增大的问题。
具有按照预定图案分布在其上的金刚石颗粒的给定刀片大致可以划分为(1)金属基体的具有布置在其上的金刚石颗粒的第一部分；以及(2)金属基体的未布置金刚石颗粒的第二部分。
本发明的主题涉及通过从过程一开始使用板状金属基体代替粉末金属基体来形成金属基体的第二部分(即没有布置金刚石颗粒的那个部分)。
如果从过程一开始就使用板状金属基体来制造刀片，则不仅金刚石颗粒如所期望的一样无离析地分布，而且可以简化制造过程并可以使制造成本最小化。
现在将参照这些附图对本发明进行详细说明。
图3为一示意图，显示出根据本发明的切削刀片的实施例。
参照图3，根据本发明的切削刀片100包括多个与刀片的切削表面垂直地且与刀片的切削方向平行地层压的板状金属基体层101和按照使金刚石颗粒能够成阵列地设置在切削表面上的方式布置在金属基体层101之间的金刚石颗粒层102。
图4为一示意图，显示出根据本发明的刀片的另一个实施例。
如图4所示，根据本发明的切削刀片200包括多个层201，这些层201中的每个层201包括板状烧结层201a和板状金属基体层201b。
这多个层201层压在刀片中，使得板状烧结层201a和板状金属基体层201b交替地布置在刀片中。
板状烧结层201a和板状金属基体层201b与刀片的切削表面垂直地且与刀片的切削方向平行地层压。
金刚石颗粒层202布置成使得金刚石颗粒202的至少一部分设置在板状烧结层201a中，并且金刚石颗粒202的剩余部分设置在板状金属基体层201b中。
金刚石颗粒层202布置成使得金刚石颗粒层202在切削表面上设置成金刚石颗粒阵列。
板状金属基体层101和201b优选由铁质或非铁材料制成，并且更优选由钢制成。非铁材料的代表性示例有Co、Ni、Cu、Sn、Al、W等。
根据本发明，板状金属基体层由轧制材料、烧结材料或粉末压实件制成。优选的是，板状金属基体层由轧制材料制成，或者由轧制材料以及一部分烧结材料制成。另外，板状金属基体层可以由轧制材料以及一部分粉末压实件制成，或者由轧制材料以及一部分烧结材料及粉末压实件制成。另外，板状金属基体层可以由烧结材料制成，或者由烧结材料以及一部分粉末压实件制成。最优选的是，板状金属基体层由轧制材料制成。
轧制材料例如可以为热轧钢板或冷轧钢板。
通常，在将粉末和粉末压实件与金刚石颗粒一起烧结时，烧结温度为1000℃或更小。因此，在板状金属基体层由粉末压实件制成的情况中，由于烧结温度为1000℃或更小，所以在粉末压实件的选择上存在限制。但是，在板状金属基体层由轧制材料或烧结材料制成的情况中，在根据烧结温度选择材料方面没有任何限制。
在本发明的刀片中，板状金属基体层的厚度可以根据金刚石颗粒的尺寸变化，优选的是板状金属层的厚度最大为金刚石颗粒层的厚度的两倍。
同时，在制备板状烧结层201a时，板状烧结层201a和板状金属基体层的总厚度优选限定为使得该总厚度不大于金刚石颗粒的平均直径的至少两倍。
另外，如图5、6和7所示，本发明包括切削刀片300、400和800，其中金刚石颗粒层302、402和802布置在外表面上。
现在将对根据本发明的制造刀片的方法进行说明。
根据本发明的金刚石刀具可以具有多个刀片或部分，它们包括其上布置有n层金刚石颗粒的前刀片和其中布置有n′(其中n′≤n)层金刚石颗粒的后刀片。这里，前刀片和后刀片交替地布置成使得后刀片的金刚石颗粒层沿着切削方向布置在前刀片的金刚石颗粒层之间。另外，前刀片和后刀片可以交替地布置成使得后刀片上的金刚石颗粒沿着在由前刀片上的金刚石颗粒预先在工件上形成的沟槽之间的槽脊通过，由此从工件中将这些槽脊完全去除。
本发明可以应用于具有多个刀片的金刚石刀具，这些刀片中的每个刀片分成两个或更多个部分，其中沿着切削方向在前部上布置有n层金刚石颗粒，并且沿着切削方向在后部上布置有n′层金刚石颗粒(其中n′≤n)，从而前部的金刚石颗粒层分别沿着切削方向布置在后部的金刚石颗粒层之间。在该情况中，可以通过在刀片的布置有n层金刚石颗粒的两个侧面处交替地形成预定深度的凹入部分，从而将这些金刚石颗粒层以预定的间隔交替地布置。在形成有凹入部分的那些刀片中，在后部上的金刚石颗粒层必须沿着切削方向布置在前部上的金刚石颗粒层之间。
图11A至11E显示出可以应用于本发明的分成两个或更多个部分的刀片的实施例。
具体地说，图11A显示出分成两个部分的刀片，其中沿着切削方向在前部上布置有三层金刚石颗粒，并且在后部上布置有两层金刚石颗粒。如图11A所示，后部的金刚石颗粒层141d和141e沿着切削方向布置在前部的金刚石颗粒层141a、141b和141c之间。
图11B显示出刀片21，它具有前部211和后部212，在前部211和后部212上面沿着切削方向在前部或后部的两侧处交替地形成有凹入部分。如图11B所示，刀片21具有带有三层布置在其上的金刚石颗粒层211a、211b和211c的前部211和带有三层布置在其上的金刚石颗粒层212a、212b和212c的后部212，从而在前部211上的三层金刚石颗粒层211a、211b和211c分别沿着切削方向布置在后部212上的三层金刚石颗粒层212a、212b和212c之间。
图11C显示出具有两个或更多个(多个)子部的刀片22，其中在该刀片的两侧(在沿着切削方向的侧面处)处交替地形成有凹入部分，从而这些凹入部分可以重复形成在刀片上，这样可以将多层金刚石颗粒交替地布置在其中。如图11C所示，刀片21具有前部221，该前部221包括带有三层布置在其上的金刚石颗粒层221a、221b和221c的前子部2211和带有三层布置在其上的金刚石颗粒层221d、221e和221f的后子部2212；以及后部222，该后部222包括带有三层布置在其上的金刚石颗粒层221g、221h和221i的前子部2221′和带有三层布置在其上的金刚石颗粒层221j、221k和221l的后子部2222′。这里，三层金刚石颗粒层221a、221b和221c可以分别沿着切削方向布置在三层金刚石颗粒层221d、221e和221f之间，而三层金刚石颗粒层221g、221h和221i可以分别沿着切削方向布置在三层金刚石颗粒层221j、221k和221l之间。
图11D和11E显示出具有布置成与刀片的侧面邻接的金刚石颗粒的刀片的实施例。
形成有凹入部分的部分的深度、形成有凹入部分的部分的长度以及凹入部分的数量可以根据刀片的尺寸、金刚石颗粒的含量和金刚石颗粒的尺寸适当变化。另外，根据本发明的金刚石刀具可以交替地设有具有n层布置在其上的金刚石颗粒的刀片和具有n-1层布置在其上的金刚石颗粒的其它刀片。在具有n-1层布置在其上的金刚石颗粒的那些刀片中的每个刀片中的金刚石颗粒层分别沿着切削方向布置在具有n层金刚石颗粒的那些刀片中的每个刀片中的金刚石颗粒层之间。
本发明其特征在于，在具有如上所述布置的金刚石颗粒的金刚石刀具中，金刚石颗粒相对于横截面的连接上顶点的直线或连接下顶点的直线成预定倾角地布置，与切削方向平行地且与切削表面垂直地切削，从而在用金刚石颗粒切削工件时，金刚石颗粒突出并且在刀片的切削表面上相互均匀地间隔开。
制备板状金属基体的步骤为了制造根据本发明的切削刀片，制备出由铁质或非铁材料制成的板状金属基体。板状金属基体优选由钢制成。板状金属基体被制备成具有与所要制造的刀片对应的适当形状。
在本发明中，板状金属基体优选由轧制材料、烧结材料或粉末压实件并且最优选由轧制材料制成。
轧制材料可以为热轧材料或冷轧材料。
在使用轧制材料作为板状金属基体时，轧制材料其密度接近理论密度极限。因此，采用轧制材料作为金属基体的刀片与通过压实并烧结粉末金属基体而生产出的刀片相比表现出优异的机械性能。
下表1显示出实验结果，其中测量了由厚度为0.5mm的SK85钢板制成的金属基体和由Co粉末制成的金属基体的弯曲强度。
在表1中，本发明的材料1为通过层压几块每块厚度为0.5mm的SK85钢板之后进行压制和烧结而提供的试样。本发明的材料2为通过将SK85钢板和由100％Co制成的预制件交替层压在一起之后进行压制和烧结而生产出的试样。传统材料1为通过将由100％Co粉末制成的金属基体压制和烧结而生产出的试样。
表1
如在表1中所示一样，在采用板状轧制材料作为金属基体时，本发明的材料1和2的弯曲强度比采用100％Co粉末的传统材料1的弯曲强度高得多，该传统材料1公知为在用于刀片的粉末之中具有最高的弯曲强度。
至于板状金属基体，可以采用钢、具有各种形状和机械性能的粘合剂，例如铝合金、镍合金、铜合金、黄铜等。
布置金刚石颗粒并层压另一个板状金属基体的步骤按照如上所述的方式将金刚石颗粒布置在这些板状金属基体中的一个板状金属基体上。下面为布置金刚石颗粒的一个示例。
首先，将喷雾型胶粘剂涂覆到被切削成具有刀片形状的金属网上，然后将通过激光器穿孔成具有彼此均匀间隔开的孔的金属夹具设置在喷雾型胶粘剂上。然后，在该金属夹具上扩散细微的金刚石颗粒。这时，进行对这些细微的金刚石颗粒的扩散，使得形成在金属夹具上的那些孔中的每个孔必须接收一个金刚石颗粒。通过使金属夹具与金属网分开，从而获得具有均匀布置在其上的金刚石颗粒的金属网。通过将具有如上所述均匀布置在其上的金刚石颗粒的金属网设置在这些板状金属基体中的一个板状金属基体上，从而可以将金刚石颗粒布置在板状金属基体上。
作为布置金刚石颗粒的不同方法，可以提出一种采用具有胶粘特性的胶带来布置金刚石颗粒的方法。然后，在设置在板状金属基体上的金刚石颗粒层上层压另一个板状金属基体。将多个板状金属基体如上所述一样层压，直到生产出具有预定厚度的层压件。
也就是说，在采用如上所述的金属网时，板状金属基体、具有布置在其上的金刚石颗粒的金属网、和板状金属基体按照该顺序重复层压，直到获得具有预定厚度的刀片。
优选的是，通过将粉末压实层插入在板状金属基体之间使金刚石颗粒由粉末压实层包围。在金刚石颗粒由粉末压实层包围时，可以防止金刚石在刀片受热期间损坏。另外，可以使用几种粉末压实件，从而可以通过改变刀片的研磨性来根据切削刀具的应用制造金刚石刀具的刀片。另外，在基体之间的粉末压实层用来在传导型加热和加压方法(热压烧结)中保护金刚石颗粒。粉末压实层优选以板状金属预制件形式插入。
这些金属预制件中的每个金属预制件可以通过流延成型方法等制造出。该金属预制件优选包含大约10～40wt％的粘合剂。可以插入金属预制件作为金属预制件层。单个金属预制件的厚度可以根据添加的粘合剂量变化。这是由于如下事实只要金属预制件具有足够的厚度，则该金属预制件可以用来保护金刚石颗粒。
为了通过改变构成金属预制件的金属粉末的组分来改变研磨性，该金属预制件在烧结之后必须具有较大的厚度。但是，即使在该情况中，金属预制件在烧结之后的厚度也优选低于金刚石颗粒的平均直径。
该金属预制件包括有机化合物或无机化合物并且与金属粉末混合在一起，并且还可以包括金刚石颗粒和填料(作为具有高硬度的磨料)。
如上所述，当使用金属预制件时，该刀片可以用板状金属基体和金属预制件制造出，因此不必进行用于混合金属粉末、粒化并成形的过程。因此，与传统方法相比，该刀片可以更容易制造出。
这些板状金属预制件可以同时设置在金刚石颗粒层的上部和下部处或者设置在其上部或下部处。
图8显示出该刀片的一实施例，其中板状金属预制件位于金刚石颗粒层的上部和下部处，并且采用轧制材料作为板状金属基体。如图8所示，金属预制件503设置在金刚石颗粒层502的上侧和下侧上。另外，板状金属基体层501分别设置在位于金刚石颗粒层502的上侧上的金属预制件503的上侧上，和设置在位于金刚石颗粒层502的下侧下面的另一个金属预制件503的下侧上。
可以向金属预制件添加填料(作为具有高硬度的磨料)，由此增大耐磨性。填料的示例包括由两种或多种具有高耐磨性的颗粒例如SiC、WC、BN、Al2O3的单种颗粒或复合物。
另外，在本发明中，可以使用包含金刚石颗粒的金属预制件。
多个板状金属基体和金属预制件如上所述层压直到制备出具有预定厚度的层压件。也就是说，在使用如上所述的金属网时，板状金属基体、金属预制件和具有布置在其上的金刚石颗粒的金属网按照以下反复顺序层压a)板状金属基体；b)金属预制件；c)具有布置在其上的金刚石颗粒的金属网；以及d)金属预制件，直到刀片具有预定厚度。
如上所述，在本发明中，在将金刚石颗粒布置在单个金属预制件上以构成金刚石颗粒层之后，可以将板状金属基体直接层压在金刚石颗粒层上，并且在该情况中，在如上所述使用金属网时，板状金属基体、金属预制件和具有布置在其上的金刚石颗粒的金属网按照以下反复顺序层压a)板状金属基体；b)金属预制件；以及c)具有布置在其上的金刚石颗粒的金属网，直到刀片具有预定厚度。
另外，在本发明中，可以使用包含金刚石颗粒的金属预制件，并且在该情况中，板状金属基体和金属预制件按照板状金属基体和金属预制件的反复顺序层压在一起。
参照显示出根据本发明的刀片600的一个实施例的图9a，在图8所示的部件布置中，金刚石颗粒层602分别设置在由金属预制件制成的上下烧结层603上。然后，每个都为由粉末压实件制成的烧结层的上下金属基体601a分别设置在金刚石颗粒层602上，并且将附加的第二金属颗粒层分别设置在上下金属基体601a上。随后，将由金属预制件制成的其它烧结层603分别设置在第二金刚石颗粒层602上。在该实施例中，在上下金属基体601a之间的内金属基体601b中的每一个内金属基体601b由轧制材料、烧结材料、或轧制材料和烧结材料的组合制成。
参照显示出根据本发明的刀片700的另一个实施例的图9b，在图8所示的部件布置中，上下金属基体701a分别被由金属预制件制成的烧结层703包围，并且在上下金属基体701a之间的内金属基体701b分别直接接触金刚石颗粒层702。在该实施例中，上下金属基体701a由轧制材料、烧结材料、或轧制材料和烧结材料的组合制成，并且内金属基体701b由粉末压实件制成。
从上面可以理解的是，根据本发明的切削刀片包括多个含有金刚石的层，这些含有金刚石的层中的至少一些层由板状金属层分开。这些含有金刚石的层中的每一个含有金刚石的层设置在(1)两个金属预制件、(2)两个烧结金属基体或者(3)金属预制件和烧结金属基体之间。每个刀片的最外层/表面通常由金属预制件构成。
金属预制件是在本领域中公知的产品，它由与粘合剂和/或填料结合在一起压实的金属粉末构成。烧结金属基体层由铁质或非铁金属构成，可以为钢，包括冷轧钢和热轧钢，但是也可以为锻造金属(例如，钢)层。
在另一个实施方案中，刀片可以包括如图11所示的折边区域。根据该实施方案，该刀片如下所述一样制备，除了在所述多个层设置在一起之后但是在最终加热步骤之前，刀片的多个部分相对于其它部分折边或挤压以产生出如图11所示的最终产品，其中刀片的第一部分A与第二部分B偏置。该折边偏置结构导致金刚石层的布置，由此在第一部分A中的水平金刚石层与在第二部分B中的水平金刚石层垂直偏置。
加热和加压层压件的步骤对层压件进行加热和加压，使得构成层压件的部件相互结合，由此形成该刀片。与粉末压实件不同，由于板状金属基体具有接近100％的相对密度，进行加热和加压以便将板状金属基体结合在一起。因此，不必具有与通常烧结的那些条件相同的条件。
结合温度和结合压力提供能量，该能量使得在一个层中的板状金属基体的表面上的金属元素与在不同层中的板状金属基体的表面上的金属元素结合。粉末压实件需要大量能量以便将其尺寸从几个微米到几十个微米的金属粉末结合在一起。
与通常在700～1000℃的烧结温度和350kg/cm2的烧结压力下进行5分钟的烧结相比，在本发明中金属板可以在更低温度、更低压力和更少的时间下相互结合。用于结合这些板状金属基体的条件不仅根据板状金属基体的种类而且还根据金属基体的表面条件变化。
在使用轧制材料作为板状金属基体时，由于轧制材料的熔融温度降低并且板状金属基体的表面清除了氧化物薄膜或异物，所以降低了结合温度和压力，并且减少了用于结合的时间。
当在板状金属基体之间插入金属预制件或采用粉末压实件作为板状金属基体时，必须将温度和压力保持在可以对构成金属预制件和粉末压实件的金属粉末进行烧结的范围内。
在布置金刚石颗粒层的情况下，金刚石颗粒的一些部分在结合过程中嵌入在板状金属基体中。
在采用轧制材料作为金属基体时，根据板状金属基体在高温下的屈服强度确定出结合压力。例如，随着结合温度增大，板状金属基体的屈服强度降低，从而导致结合压力相对于结合温度成反比降低。
在使用热轧或热轧钢作为板状金属基体时，钢的屈服强度与温度成反比地连续降低。最后，钢在500℃处的屈服强度降低至在室温下的屈服强度的一半，并且大部分钢在800℃下其屈服强度为50N/mm2。已经发现，在800℃或更高的温度下，金刚石颗粒在350kg/cm2的结合压力下被充分嵌入到板状金属基体中。
如上所述，在对层压件进行加热和加压时，如果插入金属预制件，则金刚石颗粒嵌入到金属预制件中或者同时嵌入到金属预制件和板状金属基体中，而在没有插入金属预制件的情况下，则金刚石颗粒嵌入到金属基体中。
同时，本发明提供包括如上所述制造的刀片的切削刀具。
下面将参照这些实施例对本发明进行详细说明。
实施例1为了研究根据本发明的切削刀具的切削能力和使用寿命，对根据本发明制造出的锯条(本发明的材料3)和根据传统方法制造出的另一种锯条(传统材料2)进行切削试验，并且在如下表2中显示出试验结果。
在表2中，本发明的材料3是通过将四块每块厚度为0.5mm的SK85钢板层压在一起之后将两个由100％Co制成的金属预制件布置在这些钢板之间并且将具有均匀布置的金刚石颗粒的胶带布置在这些金属预制件之间而制造出的。传统材料2是通过将金刚石颗粒和金属粉末混合而制造出的。
在实施例1中所使用的金刚石颗粒为可以从美国的GE公司得到的MBS955。
通过热压在950℃的烧结温度下进行烧结5分钟。
对于切削试验而言，通过激光焊接将如上所述制造出的24个刀片安装在长度为14英寸的钢芯部上，并且分别通过切削混凝土、花岗石和洗过混凝土(washed concrete)来进行切削试验。
在试验中所使用的锯条为由EDCO公司制造的14英寸型台锯，并且每分钟转数RPM为3500。
这些刀片中的每个刀片其尺寸为直径为40mm、宽度为8.2mm并且厚度为3.2mm。
表2
如表2所示，可以理解的是，根据本发明制造出的本发明的材料3与根据传统方法制造出的传统材料2相比具有优异的切削能力。
实施例2通过使用由实施例1的本发明的材料3和传统材料2制成的锯条在洗过混凝土(washed concrete)上进行切削试验来研究取决于切削循环数的切削时间的变化，并且在图10中显示出试验结果。
术语“切削时间”指的是锯条在切削操作中一次切削工件所需的时间。术语“一次切削”指的是，对长度为30cm的工件一次切削预定深度。
如图10所示，可以理解的是，与传统材料2的锯条相比，本发明材料3的锯条具有更少的切削时间、更稳定的切削时间趋向和更均匀的能力。
从上述说明中显而易见，根据本发明，其有利效果在于，由于在制造切削刀片时使用板状金属基体代替粉末基体，所以制造成本降低，从而导致产品成本降低，并且可以省去混合金属粉末、粒化和成形的过程，从而简化了制造过程，由此显著提高生产率。
另外，其有利效果在于，由于在制造刀片时使用板状金属基体代替粉末基体，所以金刚石颗粒可以均匀地分布，从而该刀片在切削能力和使用寿命方面优异。
应该理解的是，如上所述的这些实施方案和附图用于举例说明，并且本发明只是由所附权利要求限定。另外，本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离如所附权利要求阐明的本发明的范围和精神的情况下能够有各种改进、添加和替换。
权利要求
1.一种切削刀片，包括多个板状金属层，这些板状金属层与刀片的切削表面垂直地同时与刀片的切削方向平行地设置；以及金刚石颗粒层，这些金刚石颗粒层布置在板状金属基体层之间，使得金刚石颗粒呈阵列布置在所述刀片的切削表面上。
2.如权利要求1所述的刀片，其中所述板状金属层中的每个板状金属层其厚度不大于金刚石颗粒的平均直径的两倍。
3.如权利要求1或2所述的刀片，其中所述板状金属层中的每个板状金属层由选自如下组中的材料制成，该组包括钢、铝合金、镍合金、铜合金和黄铜。
4.如权利要求1或2所述的刀片，其中所述板状金属层中的每个板状金属层由轧制材料、烧结材料、或轧制材料和烧结材料的组合制成。
5.如权利要求4所述的刀片，其中所述板状金属层中的每个板状金属层由轧制材料、烧结材料、或轧制材料和烧结材料的组合与一部分金属粉末压实件一起制成。
6.如权利要求3所述的刀片，其中所述板状金属层中的每个板状金属层由轧制材料、烧结材料、或轧制材料和烧结材料的组合制成。
7.如权利要求6所述的刀片，其中所述板状金属层中的每个板状金属层由轧制材料、烧结材料、或轧制材料和烧结材料的组合与一部分金属粉末压实件一起制成。
8.如权利要求4所述的刀片，其中所述轧制材料为热轧钢板或冷轧钢板。
9.如权利要求5所述的刀片，其中所述轧制材料为热轧钢板或冷轧钢板。
10.如权利要求6或7所述的刀片，其中所述轧制材料为热轧钢板或冷轧钢板。
11.一种切削刀片，包括多个层，这些层中的每个层包括板状烧结层和板状金属层，该板状烧结层和该板状金属层交替地设置，使得板状烧结层和板状金属层与刀片的切削表面垂直地且与刀片的切削方向平行地设置；以及金刚石颗粒层，布置这些金刚石颗粒层，使得金刚石颗粒的至少一部分设置在金属烧结层中，并且金刚石颗粒的剩余部分设置在板状金属层中，同时金刚石颗粒层在切削表面上设置成金刚石颗粒阵列。
12.如权利要求11所述的切削刀片，其中所述板状金属层中的每个板状金属层具有的厚度使得该板状金属层的厚度最大为金刚石颗粒层的厚度的两倍。
13.如权利要求11或12所述的切削刀片，其中所述板状金属层中的每个板状金属层由选自如下组中的材料制成，该组包括钢、铝合金、镍合金、铜合金和黄铜。
14.如权利要求11或12所述的切削刀片，其中所述板状金属层中的每个板状金属层由轧制材料、烧结材料、或轧制材料和烧结材料的组合制成。
15.如权利要求14所述的切削刀片，其中所述板状金属层中的每个板状金属层由轧制材料、烧结材料、或轧制材料和烧结材料的组合与一部分金属粉末压实件一起制成。
16.如权利要求13所述的切削刀片，其中所述板状金属层中的每个板状金属层由轧制材料、烧结材料、或轧制材料和烧结材料的组合制成。
17.如权利要求16所述的切削刀片，其中所述板状金属层中的每个板状金属层由轧制材料、烧结材料、或轧制材料和烧结材料的组合与一部分金属粉末压实件一起制成。
18.如权利要求14所述的切削刀片，其中所述轧制材料为热轧钢板或冷轧钢板。
19.如权利要求15所述的切削刀片，其中所述轧制材料为热轧钢板或冷轧钢板。
20.如权利要求16或17所述的切削刀片，其中所述轧制材料为热轧钢板或冷轧钢板。
21.如权利要求1或11所述的刀片，该刀片包括具有n层金刚石颗粒的前部和具有n′层金刚石颗粒的后部，其中n′≤n，并且其中前部和后部交替地布置在刀片中，使得在后部上的金刚石颗粒层沿着切削方向布置在前部上的金刚石颗粒层之间。
22.如权利要求21所述的刀片，其中通过沿着切削方向在刀片的两个侧面上形成凹入部分而分别将在前部中的金刚石颗粒层布置在后部中的金刚石颗粒层之间。
23.如权利要求21所述的刀片，其中金刚石颗粒的前部彼此间隔开比金刚石颗粒的每个后部的厚度小或与之相等的距离。
24.如权利要求21所述的刀片，还包括分布在刀片中没有形成金刚石颗粒层的部分处的填料。
25.如权利要求24所述的刀片，其中所述填料选自如下组，该组包括SiC、WC、BN、Al2O3、金刚石颗粒、和它们的混合物。
26.如权利要求24所述的刀片，其中所述填料为金刚石颗粒，并且作为填料添加到刀片中的金刚石颗粒其含量为在刀片中用于切削操作的金刚石颗粒含量的10～60％。
27.一种制造切削刀片的方法，包括以下步骤a)将金刚石颗粒层布置在由铁质或非铁材料构成的板状金属层上；b)将第二板状金属层层压在金刚石颗粒层上；c)将另一金刚石颗粒层布置在第二板状金属层上；d)通过重复步骤a)至c)制备出具有预定厚度的层压件；并且e)对层压件进行加热加压，使得构成该层压件的部件彼此结合。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述板状金属层中的每个板状金属层由选自如下组中的材料制成，该组包括钢、铝合金、镍合金、铜合金和黄铜。
29.如权利要求27或28所述的方法，其中所述板状金属层中的每个板状金属层由轧制材料、烧结材料、或轧制材料和烧结材料的组合制成。
30.如权利要求28所述的方法，其中所述板状金属层中的每个板状金属层由轧制材料、烧结材料、或轧制材料和烧结材料的组合与一部分金属粉末压实件一起制成。
31.如权利要求29所述的方法，其中所述轧制材料为热轧钢板或冷轧钢板。
32.如权利要求30所述的方法，其中所述轧制材料为热轧钢板或冷轧钢板。
33.一种制造切削刀片的方法，包括以下步骤a)将金刚石颗粒层布置在金属预制件上；b)将由铁质或非铁材料制成的板状金属层层压在金刚石颗粒层上；c)通过重复步骤a)至b)制备出具有预定厚度的层压件；并且d)对层压件进行加热加压，从而使构成该层压件的部件彼此结合。
34.如权利要求33所述的方法，其中所述板状金属层中的每个板状金属层由选自如下组中的材料制成，该组包括钢、铝合金、镍合金、铜合金和黄铜。
35.如权利要求33或34所述的方法，其中所述板状金属层中的每个板状金属层由轧制材料、烧结材料、或轧制材料和烧结材料的组合制成。
36.如权利要求35所述的方法，其中所述板状金属层中的每个板状金属层由轧制材料、烧结材料、或轧制材料和烧结材料的组合与一部分金属粉末压实件一起制成。
37.如权利要求35所述的方法，其中所述轧制材料为热轧钢板或冷轧钢板。
38.如权利要求36所述的方法，其中所述轧制材料为热轧钢板或冷轧钢板。
39.一种制造切削刀片的方法，包括以下步骤a)将金刚石颗粒呈层状布置在第一金属预制件上；b)将第二金属预制件层压在金刚石颗粒层上；c)将由铁质或非铁材料制成的板状金属层层压在第二金属预制件上；d)通过重复步骤a)至c)制备出具有预定厚度的层压件；并且e)对层压件进行加热加压，从而使构成该层压件的部件彼此结合。
40.如权利要求39所述的方法，其中所述板状金属层中的每个板状金属层由选自如下组中的材料制成，该组包括钢、铝合金、镍合金、铜合金和黄铜。
41.如权利要求39或40所述的方法，其中所述板状金属层中的每个板状金属层由轧制材料、烧结材料、或轧制材料和烧结材料的组合制成。
42.如权利要求41所述的方法，其中所述板状金属层中的每个板状金属层由轧制材料、烧结材料、或轧制材料和烧结材料的组合与一部分金属粉末压实件一起制成。
43.如权利要求41所述的方法，其中所述轧制材料为热轧钢板或冷轧钢板。
44.如权利要求42所述的方法，其中所述轧制材料为热轧钢板或冷轧钢板。
45.一种制造切削刀片的方法，包括以下步骤a)制备出多层层压产品，该多层层压产品包括多个金刚石颗粒层；多个金属预制件层；至少一个板烧结金属基体层；以及至少一个板状金属层，其中所述金刚石颗粒层中的每个金刚石颗粒层设置在两个金属预制件层之间、在两个烧结金属基体层之间、或者在金属预制件层和烧结金属基体层之间；并且b)对该多层层压产品进行加热加压，从而使构成该层压产品的部件彼此结合。
46.如权利要求45所述的方法，其中所述多层层压产品的最外层由金属预制件层构成。
47.如权利要求45所述的方法，其中所述板状金属层中的每个板状金属层设置在两个金属预制件层之间。
48.一种制造切削刀片的方法，包括以下步骤a)制备出多层层压产品，该多层层压产品包括多个金刚石颗粒层；多个金属预制件层；以及至少一个板状金属层，其中所述金刚石颗粒层中的每个金刚石颗粒层设置在两个金属预制件层之间；并且b)对该多层层压产品进行加热加压，从而使构成该层压产品的部件彼此结合。
49.如权利要求48所述的方法，其中所述多层层压产品的最外层由金属预制件层构成。
50.一种根据权利要求27、33、39、40和48中任一项权利要求的方法制备出的切削刀片。
51.一种包括如权利要求1、11和21中任一项权利要求所述的切削刀片的切削刀具。
52.一种包括通过权利要求27、33、39、40和48中任一项权利要求的方法制造出的切削刀片的切削刀具。
53.如权利要求1所述的切削刀片，其中所述金刚石颗粒按照非随机图案布置。
54.如权利要求27、33、39、45和48中任一项权利要求所述的方法，其中所述金刚石颗粒层由多个按照非随机图案布置的金刚石颗粒构成。
全文摘要
披露了用于切削或钻削脆性工件例如石头、砖块、混凝土和沥青的切削刀具的切削刀片；制造该刀片的方法；以及设有该刀片的切削刀具。该刀片包括多个板状金属基体层，这些板状金属基体层与刀片的切削表面垂直地同时与刀片的切削方向平行地层压，这些板状金属基体层相互结合成一体并且由铁质或非铁材料制成；以及金刚石颗粒层，这些金刚石颗粒层布置在板状金属基体层之间，使得金刚石颗粒能够呈阵列设置在切削表面上。该刀片具有优异的切削能力，并且可以通过简化的制造过程制成，由此显著降低制造成本。
文档编号B24D99/00GK1774311SQ200580000314
公开日2006年5月17日 申请日期2005年2月7日 优先权日2004年4月21日
发明者金秀光, 朴熹东 申请人:二和金刚石工业株式会社, 通用工具公司