使用超硬微觀顆粒的刀片的製作方法

2023-06-16 11:01:11

專利名稱：使用超硬微觀顆粒的刀片的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用在廚房刀具、剪刀、刀具、方形和環形刀具等中的 刀片。
背景技術：
大多數用在廚房刀具、剪刀、刀具、方形刀具、環形旋轉刀片等中的 家用和工業用刀片是如此製造的，即，對碳鋼材料等進行熱處理，使得整
個材料具有幾乎相同的硬度而獲得刀片材料，使刀片材料成形為期望的形 狀，並且在邊緣部(刃部)的預定部分上開出刀刃。關於碳鋼的熱處理， 可選擇性地使整個刀片或邊緣部進行熱處理，並且硬度根據條件和材料的 種類而幾乎恆定。此外，由於硬度恆定，所以在恆定不變的磨損條件下顯 示出幾乎相同的磨損結果和均勻的磨損。
對於用來控制刀片的切削性能的條件來說，已知鋸(齒)狀或波紋狀 的邊緣部與平的邊緣部相比具有更好的切削性能。因此，當邊緣部由於磨 損而喪失鋸狀或波紋狀的形狀時，容易預見切削性能會顯著降低。這樣， 在製造切削性能和耐久性優異的刀片時，維持鋸狀或波紋狀的邊緣部非常 重要。但是，儘管已作出許多努力來長時間地維持刀片的鋸狀或波紋狀的 邊緣部，仍尚未提出過有效的方法。

發明內容
因此，鑑於相關技術中存在的問題而作出本發明，並且本發明的目的 是提供一種具有鋸狀或波紋狀邊緣的刀片，其中由於用具有高耐磨性的超 硬顆粒粉末形成鋸狀或波紋狀突起(頂部)並且用具有較低耐磨性的金屬
4粉末形成鋸狀或波紋狀凹部(溝槽)，所以即使因使用刀具而產生磨損， 也能半永久性地維持鋸狀或波紋狀的邊緣部，使得刀片不僅具有優異的切 削性能，還由於半永久性地維持優異的切削性能而具有優異的耐久性。
本發明提供了一種包括刀片主體和邊緣部的刀片。在刀片主體和邊緣 部中，邊緣部或邊緣部和刀片主體兩者根據粉末冶金工藝使用粉末成分來
製造，所述粉末成分包括按重量計小於粉末成分總重量的5%的、顆粒尺 寸(粒徑)為lfim至5jtm的超硬顆粒粉末，和形成基體的餘量金屬粉末。
根據本發明的刀片具有鋸狀或波紋狀的邊緣以提供優異的切削性能。 即使因使用刀具而產生磨損，但由於鋸狀或波紋狀的邊緣被半永久性地維 持，所以切削性能不會降低，從而提供了優異的品質。


通過參照附圖詳細說明本發明的優選實施例可更清楚地看到本發明的 上述和其它特徵及優點，在附圖中
圖l是示出根據本發明的邊緣的前端的放大視圖(1:邊緣的前端，2: 邊緣前端的厚度，3:超硬顆粒粉末)；
圖2是示出作為根據本發明刀片的示例的廚房刀具的刀片的側視圖 (刀片主體和邊緣部具有相同的成分；10:廚房刀具的刀片，11:刀片主 體，12:邊緣部，13:超硬顆粒粉末)；
圖3是示出作為根據本發明刀片的示例的廚房刀具的刀片的側視圖 (刀片主體和邊緣部具有不同的成分；10:廚房刀具的刀片，11:刀片主 體，12:邊緣部，13:超硬顆粒粉末)；
圖4是示出作為根據本發明刀片的示例的切紙刀具的刀片的側視圖 (20:切紙刀具的刀片，21:刀片主體，22:邊緣部，23:超硬顆粒粉末)；
圖5是作為根據本發明刀片的示例的刀片的剖視圖；以及
圖6是示出用於測量根據本發明刀片的抗彎強度的測量裝置和測量方 法的視圖。
具體實施例方式
下面對本發明進行詳細說明。
本發明涉及一種包括刀片主體和邊緣部的刀片。在刀片主體和邊緣部 中，邊緣部一者或邊緣部和刀片主體兩者根據粉末冶金工藝使用粉末成分
來製造，所述粉末成分包括按重量計小於粉末成分總重量的5%的、顆粒 尺寸為ljim至5fim的超硬顆粒粉末，和形成基體的餘量金屬粉末。
在本發明中，所述粉末成分優選地包括按重量計佔粉末成分總重量的 1%至4%的、顆粒尺寸為ljun至5jim的超硬顆粒粉末和按重量計佔粉末 成分總重量的96%至99%的、形成基體的金屬粉末。
在本發明中，所述粉末成分還可包括通常用在本領域中的、按重量計 佔粉末成分總重量的3%或更少的添加劑。
根據本發明的刀片不使用這樣的刀片材料，所述刀片材料具有能夠使 用熔融軋制(melt rolling )等來獲得的預定的形狀和硬度，例如為碳鋼和 合金鋼；而是使用利用粉末冶金工藝製造的刀片材料。粉末冶金工藝中所 用的粉末可大致分為金屬粉末和超硬顆粒粉末，並且在將由兩種粉末以預 定比例彼此混合而成的粉末成分填充到模具中後，擠壓和燒結粉末成分而 形成刀片材料。該刀片材料具有在金屬結構中散布有超硬顆粒的形態。
優選地，根據本發明的超硬顆粒具有lfim至5jim的顆粒尺寸。在本 發明中，邊緣部成鋸狀或波紋狀，並且超硬顆粒形成鋸狀或波紋狀邊緣部 上的突起(頂部)且為刀具提供切削性能。因此，在超硬顆粒具有5nm以 上的大顆粒尺寸的情況下，由於會產生鉤嵌(hooking)而難以獲得光滑的 切削表面，或者在切削操作中會形成粗糙的表面，並且邊緣部的厚度會增 大(見圖1)。在顆粒尺寸小於ljim的情況下，頂部(突起)的高度小於 0.5nm。這樣，形成鋸狀或波紋狀邊緣部的效果減弱。
優選地，本發明的刀片包括按重量計小於粉末成分總重量的5%的、 顆粒尺寸為ljim至5fim的超硬顆粒粉末。在超硬顆粒粉末的含量按重量 計在5%以上的情況下，由於雜質的混合增加，所以作為基體的金屬結構 的強度降低，由此在刀片主體或邊緣部中易於產生裂紋、碎屑等。更優選地，本發明的刀片包括按重量計佔粉末成分總重量的1%至4% 的、顆粒尺寸為ljim至5nm的超硬顆粒粉末。其原因在於，在按重量計 以例如4%的量混合的情況下，對於邊緣部的端部的lmm的長度來說，可 存在最多80個顆粒尺寸為ljun的超硬顆粒(見圖1)，因此，當邊緣部 滑動5cm以切削物體時，4,000個顆粒尺寸為ljim的顆粒提供鋸片的效應， 使切削表面滑動，從而獲得十分有效的切削性能。但是，在含量按重量計 高於4%的情況下，由於雜質的混合增加，所以作為基體的金屬結構的強 度降低，由此在刀片主體或邊緣部中產生裂紋、碎屑等。此外，在超硬顆 粒粉末的含量按重量計高於4%的情況下，由於在邊緣部的前端硬顆粒之 間的間隙非常小，所以難以實現鋸片效應。在超硬顆粒粉末的含量按重量 計小於1%的情況下，突起的顆粒的量過低,且由此切削性能降低(見圖1 )。
在上述說明中，詳細敘述了超硬顆粒粉末的直徑為ljmi至5jim的原 因和超硬顆粒粉末的含量按重量計低於5%或為1%至4%的原因。在此條 件下，為了半永久性地維持鋸狀或波紋狀的邊緣部，優選地，超硬顆粒粉 末具有比金屬粉末高5倍的耐磨性。其原因在於，在使用刀具時，從切削 物質施加到形成突起(頂部)的超硬顆粒上的磨損載荷比施加到作為基體 的形成凹部(溝槽)的金屬結構上的磨損載荷大得多。這樣，需要確保耐 磨性比金屬結構的耐磨性高5倍，使得即使刀片使用也能半永久性地維持 鋸狀或波紋狀的邊緣部，從而能維持最初的切削性能。如果超硬顆粒的耐 磨性比金屬結構的耐磨性高小於5倍，則在刀片長時間使用時鋸狀或波紋 狀的邊緣部會磨損，結果，平的邊緣部會降低切削性能。
優選地，用在本發明中的超硬顆粒粉末的HV硬度為HV 2，000或更高。 在HV硬度低於HV 2，000的情況下，會產生邊緣部快速磨損的缺點。
用在本發明中的超硬顆粒粉末在形成刀片材料前可塗覆鎳或鈦。經塗 覆的超硬粉末顆粒對於構成基體的金屬結構如鈦、鈦合金等具有非常高的 親和性(affinity ability ),從而提高了刀片的強度。
根據本發明的刀片還可包括銀粉末，在這種情況下，可為刀片提供抗 菌功能。用在本發明中的超硬顆粒粉末可包括從金剛石、CBN(立方氮化硼)、 TIC (碳化鈦)、VC (碳化釩)和GC (綠色碳化矽)等中選出的一種或 多種。
此外，金屬粉末可包括從Ti、 Ti合金、奧氏體不鏽鋼和鐵素體合金不 鏽鋼等中選出的一種或多種。
對於根據本發明的刀片，根據用途，刀片主體和邊緣部兩者可根據粉
末冶金工藝使用粉末成分來製造，所述粉末成分包括按重量計佔粉末成分 總重量的1%至4%的、顆粒尺寸為ljim至5nm的超硬顆粒粉末和按重量 計佔粉末成分總重量的96%至99%的、形成基體的金屬粉末。圖2和4 是所述刀片的示例，並且示出廚房刀具的刀片和切紙刀具的刀片。
此外，根據用途，刀片主體可製造成獲得不包括超硬顆粒粉末的形式， 在這種情況下，刀片主體可由從Ti、 Ti合金、奧氏體不鏽鋼、鐵素體合金 不鏽鋼等中選出的一種或多種金屬粉末製成。在這種情況下，刀片可根據 粉末冶金工藝使用包括所述金屬粉末、形成邊緣部的超硬顆粒粉末和形成 邊緣部基體的金屬粉末來製造。圖3是所述刀片的示例，並且示出廚房刀 具的刀片。
才艮據本發明的刀片可應用於廚房刀具、剪刀、刀具、方形和環形刀具等。
根據本發明的刀片的製造方法如下。
根據本發明的刀片這樣來製造，即，將包括按重量計小於粉末成分總 重量的5%的、顆粒尺寸為lpm至5nm的超硬顆粒粉末和形成基體的餘量 金屬粉末在內的粉末成分填充為期望的形式，壓縮該粉末成分，在真空爐 或惰性氣體爐中燒結被壓縮的粉末成分，並在經燒結的物質上開出刀刃。 在這種情況下，燒結溫度是避免超硬顆粒粉末和金屬粉末變形所需的溫度， 並且優選為1300。C或更低。但是，可認為燒結溫度取決於爐的結構和其它 條件。
在本發明中，所述粉末成分優選包括按重量計佔粉末成分總重量的 1%至4%的、顆粒尺寸為ljim至5pm的超硬顆粒粉末和按重量計佔粉末成分總重量的96%至99%的、形成基體的金屬粉末。
此外，對於刀片主體和邊緣部的成分彼此不同的刀片，將包括構成刀 片主體的金屬粉末以及形成邊緣部的超硬顆粒和金屬粉末在內的粉末填充 為期望的形式並進行壓縮，後續工步與上述相同。
下面將根據示例詳細說明本發明。但是，本發明能以許多不同形式實 施，並且不應當,皮解釋為受限於本文所述的示例。而是，這些示例4皮提供 成，使得本公開對於本領域技術人員而言是徹底和完整的，並且能充分傳 達本發明的構思。
示例l:製造刀片
將0.170g (按重量計4% )的金剛石粉末與4.075g (按重量計96% ) 的奧氏體不鏽鋼粉末彼此混合，填充在模具中，在預定壓力下處理，並在 惰性氣體爐中在1200。C下燒結。在經燒結的結構上開出刀刃以製造出刀 片。
比較示例l:製造刀片
將0.875g (按重量計21% )的金剛石粉末與3.37g (按重量計79% ) 的混合合金粉末(純Ti粉末和6 Al 4 V合金粉末以9:1的比例彼此混合而 成的混合粉末)彼此混合，填充在模具中，在預定壓力下處理，並在惰性 氣體爐中在1200。C下燒結。在經燒結的結構上開出刀刃以製造出刀片。
試驗示例測量刀片的抗彎強度
使用圖5所示的裝置來測量在示例1和比較示例1中製造的刀片的抗 彎強度。如圖5所示，將在示例1和比較示例1中製造的刀片置於支承用 球體bl和b2上，使用載荷用球體在刀片上施加載荷以測量刀片彎曲時的 平均載荷值P。結果，對於在示例1中製備的刀片，在刀片彎曲時的平均 載荷值P約為200.0 kg/mm3。但是，對於在比較示例1中製備的刀片，平 均栽荷值P約為4.0 kg/mm3。從試驗結果可以看到，根據本發明的刀片(超硬顆粒粉末的含量按重
量計為1%至4%)的抗彎強度比比較示例1中的刀片(超硬顆粒粉末的含 量按重量計高於4% )高得多。該結果意味著在根據本發明的刀片(示例1) 中，與在比較示例1中製造的刀片相比，在相同條件下，對刀片的損害顯 著降低，並且切削性能長時間地得以維持。
儘管為了例述的目的公開了本發明的優選實施例，但本領域技術人員 應認識到，在不脫離如所附權利要求所公開的本發明的範圍和精神的情況 下，各種修改、添加和替換都是可能的。
權利要求
1、一種刀片，該刀片包括刀片主體和邊緣部，其中在所述刀片主體和所述邊緣部中，所述邊緣部或所述邊緣部和所述刀片主體兩者根據粉末冶金工藝使用粉末成分來製造，所述粉末成分包括按重量計小於粉末成分總重量的5％的、顆粒尺寸為1μm至5μm的超硬顆粒粉末，和形成基體的餘量金屬粉末。
2、 根據權利要求l所述的刀片，其特徵在於，所述粉末成分包括按重 量計佔粉末成分總重量的1%至4%的、顆粒尺寸為ljim至5nm的超硬顆 粒粉末和按重量計佔粉末成分總重量的96%至99%的、形成基體的金屬粉末。
3、 根據權利要求1或2所述的刀片，其特徵在於，所述超硬顆粒粉末 的耐磨性比所述金屬粉末的耐磨性高五倍。
4、 根據權利要求1或2所述的刀片，其特徵在於，所述超硬顆粒粉末 具有2,000或更高的HV硬度。
5、 才艮據權利要求1或2所述的刀片，其特徵在於，所述超硬顆粒粉末 覆有鎳或鈦。
6、 根據權利要求1或2所述的刀片，其特徵在於，所述粉末成分還包 括銀粉末。
7、 根據權利要求1或2所述的刀片，其特徵在於，所述超硬顆粒粉末 包括從金剛石、CBN (立方氮化硼)、TIC (碳化鈦)、VC (碳化釩)和 GC (綠色碳化矽)中選出的一種或多種。
8、 根據權利要求1或2所述的刀片，其特徵在於，所述金屬粉末包括 從Ti、 Ti合金、奧氏體不鏽鋼和鐵素體合金不鏽鋼中選出的一種或多種。
9、 根據權利要求2所述的刀片，其特徵在於，所述刀片主體和所述邊 緣部兩者根據粉末冶金工藝使用這樣的粉末成分來製造，所述粉末成分包 括按重量計佔粉末成分總重量的1%至4%的、顆粒尺寸為ljim至5jim的 超硬顆粒粉末和按重量計佔粉末成分總重量的96%至99%的、形成基體的金屬粉末。
10、根據權利要求1或2所述的刀片，其特徵在於，所述刀片主體根 據粉末冶金工藝使用從Ti、 Ti合金、奧氏體不鏽鋼和鐵素體合金不鏽鋼中 選出的一種或多種金屬粉末來形成。
全文摘要
本發明涉及一種使用超硬微觀顆粒的刀片。該刀片包括刀片主體和邊緣部。在刀片主體和邊緣部中，邊緣部或邊緣部和刀片主體兩者根據粉末冶金工藝使用粉末成分來製造，所述粉末成分包括按重量計小於粉末成分總重量的5％的、顆粒尺寸為1μm至5μm的超硬顆粒粉末，和形成基體的餘量金屬粉末。根據本發明的刀片具有鋸狀或波紋狀的邊緣部以提供優異的切削性能。即使因使用刀具而產生磨損，但由於鋸狀或波紋狀的邊緣部被半永久性地維持，所以切削性能不會降低。
文檔編號B22F5/00GK101543893SQ200810166738
公開日2009年9月30日 申請日期2008年10月23日 優先權日2008年3月25日
發明者末田紀美子, 草彅良太 申請人:永久株式會社