多功能刀片的製作方法

2023-05-24 14:12:06

專利名稱：多功能刀片的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及多功能刀片和製造多功能刀片的方法。
背景技術：
切削裝置，例如多功能刀子，已經發展用於各種場合，例如，建築、包裝和裝運、地毯安裝以及其它的目的。在切削裝置中碳化鎢用作切削材料在本領域是熟知的。碳化鎢由於它的高耐磨屬性而廣泛用於各種切削、鑽削、磨削以及其它研磨操作。傳統的切削工具例如動カ鋸片具有焊接到刀片齒上的碳化鎢嵌入件。這使得實際的切削表面非常硬並且耐用。但是，焊接對於安裝碳化鎢嵌入件在許多切削工具上例如在多功能刀片上並不是適當的エ藝。

實用新型內容本實用新型的ー個方面涉及包括碳化鎢塗層的多功能刀片。本實用新型的另ー個方面涉及製造具有沉積在它的邊緣上的硬質塗層的刀片的方法。該方法包括沉積硬質材料例如碳化鎢在切削工具的邊緣上，然後削尖邊緣以使得在削尖之後表面完全由硬質材料例如碳化鶴製成。在本實用新型的ー個方面，提供一種多功能刀片，包括由第一材料製成的部分；由第二材料製成的長型部分，第二材料比第一材料更硬並通過熔化第二材料的粉末在第一材料上而塗覆在第一材料上，長型部分形成刀片的梢部，其中第二材料包括嵌在軟的粘接劑中的碳化鎢顆粒，並且其中碳化鎢顆粒的至少90%的尺寸低於大約5微米。在本實用新型的一方面，提供ー種為切削工具製造的刀片，包括由第一材料形成的第一長型部分；和由第一材料和第二材料形成的第二長型部分，第二材料比第一材料更硬並沉積在第一材料上，第二長型部分形成刀片的梢部，其中第一長型部分限定具有第一 角度的第一切削邊緣，第二長型部分限定具有第二角度的第二切削邊緣，第一角度小於第ニ角度，並且其中從第一角度到第二角度的過渡發生在由已經在第二材料沉積在第一材料過程中再硬化的第一材料形成的刀片的區域中。在本實用新型的另一方面，提供ー種為切削工具製造的刀片，包括由第一材料形成的部分；和由第一材料和第二材料形成的長型部分，第二材料比第一材料更硬並沉積在第一材料上，長型部分形成刀片的梢部，其中長型部分形成定向為相對於刀片的部分的表面非零角度的刀片的面，並且其中從部分的表面到長型部分的面的過渡發生在由已經在第ニ材料沉積在第一材料的過程中再硬化的第一材料形成的刀片的區域中。在本實用新型的又ー個方面，提供ー種為切削工具製造的刀片，包括由第一材料形成並具有在從大約500Hv到大約700Hv範圍內的硬度的部分；和由第一材料和第二材料形成的長型部分，第二材料比第一材料更硬並沉積在第一材料上並具有大於大約1，IOOHv的硬度，長型部分形成刀片的梢部，其中，長型部分形成定向在相對於刀片的部分的表面非零角度的刀片的面，並且其中第二材料包括具有小於大約5微米的尺寸的碳化鎢顆粒。[0009]本實用新型的這些以及其它方面、特徵和特性以及相關結構元件的操作方法和功能以及部件的組合和製造的經濟性，將在參照附圖考慮下面的描述和所附權利要求時變得更加明顯，其中所述描述、權利要求以及附圖全部構成該說明書的一部分，其中相同的附圖標記代表在各個附圖中的相應部分。應當認識到，在這裡的顯微照相圖片是放大了的(相對比例被描述)。但是，應當清楚理解，附圖和顯微照相圖片僅僅是為了示例和描述的目的，並不意在作為本實用新型的限制的限定。如在說明書以及權利要求中所用的，術語「一」和「所述」包括多個指代物，除非上下文另有特別說明。

現參照附圖僅通過例子描述本實用新型的實施例，在附圖中相應的附圖標記表示相應的部分,並且其中圖I示出根據本實用新型的實施例的多功能刀片；圖2a示出根據本實用新型的實施例的多功能刀片的橫截面； 圖2b示出根據本實用新型的實施例的多功能刀片的硬度曲線以及刀片的顯微照相圖像；圖3示出根據本實用新型的實施例的用於製造切削工具的刀片的流程圖；圖4示出根據本實用新型的實施例的鋼條；圖5示出根據本實用新型的實施例的配置為沉積硬質金屬(例如碳化鎢)在鋼條的邊緣上的沉積站；圖6a示出根據本實用新型的實施例的在沉積硬質材料之後且在磨削之前刀片的橫截面顯微照相圖像；圖6b示出在沉積硬質材料之後且在磨削之前刀片的橫截面顯微照相圖像；圖6c示出根據本實用新型的實施例的在磨削圖6a的刀片之後刀片的橫截面顯微照相圖像；圖6d示出在磨削圖6b的刀片之後刀片的橫截面顯微照相圖像；圖7示出根據本實用新型的實施例的用於圖5的設備中的分配器；圖8a示出根據本實用新型的實施例的250毫米/分鐘地沉積第二材料獲得的刀片的橫截面顯微照相；圖Sb示出以250毫米/分鐘的速度沉積第二材料獲得的刀片的橫截面顯微照相；圖8c示出圖8b的刀片的橫截面顯微照相；圖9a是具有大約30微米的公稱尺寸的在沉積之前的個體粉末顆粒的透視顯微照相；圖9b是多個粉末顆粒的透視顯微照相；圖9c示出具有大約30微米的公稱尺寸的粉末顆粒的橫截面顯微照相；圖9d是示出嵌入在鈷載體中的碳化鎢顆粒並具有小於大約I微米的大小的碳化鎢顆粒的顯微照相圖像；以及圖9e示出具有相同化學成分的兩種類型的粉末(粉末a和粉末b)的雷射尺寸衍射數據。
具體實施方式
圖I示出根據本實用新型的實施例的多功能刀片100。多功能刀片100限定後邊緣5、切削邊緣10和相對於彼此位於刀片的相對側面上的兩個側邊緣15和20。如圖I所示，後邊緣5、切削邊緣10和兩個側邊緣15和20限定大致梯形的構型，儘管本實用新型並不局限於任何具體形狀的刀片。例如，還可以想到其它的形狀(例如矩形)。多功能刀片100通常還具有主體部分7和切削邊緣部分17。如在此及後更詳細地描述的，切削邊緣部分17由兩個長型部分形成，該兩個長型部分定向在相對於主體部分7不同的角度並且縱向延伸，大致平行於梢部18。具體地，切削邊緣部分17包括形成在刀片100的梢部18上的第ー長型部分25和第二長型部分30。將認識到，本實用新型的實施例並不局限於圖I的構型。僅作為例子，可以想到，在其它的實施例中，切削邊緣部分17包括單ー長型部分，其對應第二長型部分30。在又一個的實施例中，切削邊緣部分17包括超過兩個長型部分。現參照圖2a，該圖示出沿著圖I的線AA』剖開的刀片100的橫截面。如圖2a所 示，刀片100進ー步限定大致平面的頂部分和底部分35和40，其位於刀片100的相對於彼此相對的側面上。第一長型部分25包括第一面45a和45b，其分別鄰接平面的頂部分和底部分35和40。面45a位於第一外點27a和第二外點26a之間。類似地,面45b位於第一外點27b和26b之間。第二長型部分30包括第二面50a，b，其分別鄰接第一面45a，b。第一面45a，b限定示例方式的第一角度a (其中線29a平行於中心軸X)，以及第二面50a，b限定示例方式的第二角度a 』(面50a和中心軸X之間的角度)。第一角度a小於第二角度a 』。在本實用新型的實施例中，第一角度a在6°和10°之間(例如大約8° )，第二角度a 』在12°和16°之間(例如大約14° )。在本實用新型的實施例中，刀片100的第一長型部分25(其可以被認為大致位於由鈍點26a、26b、27a、27b限定的區域中)和主體部分7由相同的第一材料55形成，第二長型部分30 (其可以被認為位於由點26a、26b和梢部18限定的區域中)由第一材料55和硬度大於第一材料55的第二材料60形成。在一實施例中，第一材料55是鋼，第二材料60是碳化鎢。此外，刀片100限定跨過第一長型部分25和第二長型部分30之間的連接處安置的中間或者重疊部分65。在一個實施例中，中間部分65可以由第一材料55形成。中間部分65中的第一材料55具有大於在中間部分65外面的第一材料55的硬度,但是低於第二材料60的硬度。在本實用新型的實施例中，中間部分65對應在形成第二材料60的過程中已經再次硬化的第一材料55的區域。應當認識到，儘管附圖示出區域和/或材料之間的邊界為清楚的直線，但是實際中這些邊界可以為不規則的，並還可以是更寬的過渡區域，如本領域技術人員可以認識到的。在圖2a中，根據本實用新型的實施例的第二材料60 (例如碳化鎢)的沉積提供刀片100，其具有與刀片的其餘表面平齊的第二材料60(例如碳化鎢)的表面。第二材料60 (例如碳化鎢)可以焊接到第一材料55以致在第二材料60 (例如碳化鎢)和刀片100的核芯的第一材料55之間形成無縫過渡。在圖I和2a中，從第一角度a到第二角度a 』或者從第一面45a，b到第二面50a，b的過渡(例如，在點26a和/或26b)發生在由第一材料55形成的刀片100的中間區域65，所述第一材料已經在第二材料60沉積在第一材料55的過程中再次硬化。改變第一材料55的再次硬化區域中的而非第二材料60中的切削邊緣角度有利於磨削操作並限制第二材料60在第二長型部分30中的量。在一實施例中，第二材料60佔據大於第二長型部分30的總體積的50%的體積。在本實用新型的另ー個實施例中，第二材料60佔據大於第ニ長型部分30的總體積的70%的體積。在本實用新型的一個實施例中，在磨削後在刀片100的梢部18和中間部分65之間的距離d限定的第二長型部分30中的第二材料60的厚度為大約0. 1-0. 3毫米的範圍。在一實施例中，將認識到，距離d可以延伸到鈍點26a、26b (如沿著中心軸X觀看)以使得整個第二長型部分30由第二材料60形成。中間部分65的厚度，其對應第一材料55的再次硬化部分，處於大約0. 3和0. 4毫米的範圍。進ー步地，刀片100的主體部分7的厚度是在0. 4毫米和0. 8毫米之間(例如大約0. 6毫米)。將認識到，在本實用新型的其它實施例中這些厚度可以變化，其取決於製造刀片使用的材料的類型以及刀片的幾何結構。在本實用新型的實施例中，第二材料60的硬度大於llOOHv，第一材料55的硬度為從大約500Hv到大約700Hv的範圍。在另ー實施例中，第一材料的硬度是從大約630Hv到大約650Hv的範圍。例如，參照圖2b，該圖示出根據示例性的實施例的刀片100的硬度 輪廓曲線。所述輪廓被確定用於包括碳化鎢作為第二材料60的刀片。硬度輪廓包括4個硬度區域。第一硬度區域A是由第二材料60限定並且在這個實施例中軸向(例如，沿著圖2a中的軸X)延伸到一定深度，在該深度鈍點26a、26b以及因此整個第二長型部分30由第ニ材料60形成。這個實施例不同於圖2a中的，其中第一硬度區域(由第二材料60限定)並不一直延伸到鈍的部分26a、26b。第二和第三硬度區域B和(Cl和C2)是受到焊接操作熱影響的區域。在這些區域中的硬度輪廓通過焊接操作產生的溫度梯度確定。第二硬度區域B對應未回火馬氏體區域，其中第一基礎材料55已經完全再硬化。結果，第一材料已經在焊接過程中變成奧氏體的，並具有大於區域Cl中的第一材料55的硬度。就在區域B下方的是區域Cl和C2。區域Cl和C2在焊接エ藝過程中沒有獲得足夠高的溫度以變成奧氏體，但是已經達到高於在原條熱處理工藝(original strip heat treatment process)中使用的回火溫度的溫度。結果，與基礎材料55的未受熱影響區域相比，區域Cl和C2已經過回火。這產生與區域B和基礎材料55的未受熱影響的區域相比更低硬度的區域。注意至IJ，由於影響刀片的溫度梯度，過回火在區域Cl中比區域C2中更大。在圖2b中，再次回火的區域存在於第一面45a和45b (區域Cl)內並超過進入到刀片55的主體(區域C2)中。在一個實施例中，雷射沉積焊接エ藝提供淺水平的熱穿透以減少或者消除基板的變形。藉助雷射焊接エ藝，在條的表面上產生的熱足以熔化粉末粘接劑和條表面。就在焊接熔池後面的區域獲得足夠高的溫度以變換到奧氏體，同時處於雷射影響區域中。但是，在表面下方的主體條保持相對冷卻，以使得當條退出雷射束的影響時，熱量以超過用於硬化的臨界冷卻速度的速度退卻回冷卻條。這導致在未回火馬氏體(區域B)的區域中典型硬度處於HV750-900的範圍內。在一個實施例中，僅刀片的一個側面可以被磨削。此外，例如，僅點26a可以得以形成，雖然點26a可以被省略(例如在梢部18和點45b之間的刀片的相對側面上形成直線)。現參照圖3，該圖示出根據本實用新型的實施例的製造刀片100的エ藝300的流程圖。在製造刀片的エ藝300中，在步驟320提供鋼刀片條原材料(也就是第一材料55)，由該材料形成多個刀片。在一個實施例中，鋼以線圈形式提供，例如，以使得所述條更加緊湊以有利於搬運。在本實用新型的實施例中，第一材料由鋼形成並可以包括高碳鋼例如ANSI1095等級鋼或者低合金鋼(例如AISI 4147)，儘管可以想到，在本實用新型的其它實施例中也可以使用其它類型的材料。在線圈中條的長度可以長達I千米或者更長。條還能以多個線圈構型提供，多個線圈首尾相連地焊接。條的尺寸可以根據刀片100的期望尺寸進行選取。例如，條可以具有19毫米的寬度和0.6毫米的厚度。但是，條可以具有其它的尺寸，這取決於由鋼條所形成的刀片的預定用途。在本實用新型的實施例中，鋼條設置有大約300Hv的最大硬度。在步驟330，鋼條材料被遞送到衝床，在那裡在條中衝壓出多個開ロ以限定用於保持刀片在用於多功能刀的盒中或者刀架上的附連點。此外，還可以在那上面衝壓商標名稱、商標或者其它的標識。然後，在步驟340，鋼條被刻痕以形成多個軸向間隔開的刻痕線，其中每個刻痕線對應各個刀片的ー個側邊緣並限定用於後來咬斷或者切削刻痕條為多個刀片的斷裂線。圖4是由第一材料(或者鋼條)400形成的條的一部分的示意性視圖，其示出刻痕線410。刻痕線限定具有梯形形狀的各個刀片100。還可以通過選擇適當的刻痕構型而獲得其它形式和形狀，例如平行四邊形的刀片、鉤子刀片等。 在一個實施例中，步驟330和340的刻痕和穿刺步驟可以合併為單ー的衝壓操作。在刻痕和穿刺鋼條之後，エ藝進行到步驟350，在該步驟鋼條400在沉積第二材料之前被硬化。在沉積第二材料60之前的熱處理在圖3中由步驟350-390示出並設計為以使得刀片100可以吸收在沉積第二材料60過程中由刀片經受的應力。如圖3所示，在步驟350，刀片原料的壓制鋼條圈然後通過熱處理作業線饋送以硬化鋼條材料。在這個エ藝中，鋼從線圈中卷出來並通過硬化爐，硬化爐加熱鋼到高於轉變溫度的溫度。轉變溫度是鋼結構從在室溫下穩定的體心立方結構(body centered cubicstructure)變化到在升高的溫度下也就是高於轉變溫度下穩定的稱作奧氏體的面心立方結構(face centered cubic structure)的溫度。轉變溫度取決於使用的鋼材料而變化。在本實用新型的實施例中，加熱以硬化鋼條是在大約800°C和900°C之間的溫度下執行。例如，對於等級1095鋼，轉變溫度是大約890°C。在本實用新型的實施例中，硬化/加熱爐的長度為大約26英尺(大約8米)。鋼條以大約16-22英尺/分鐘(大約5-7米/鍾分)的速度移動。在爐中提供例如大致包含氮和氫的「裂化氨」的受控空氣以防止鋼條的氧化和變色。雖然裂化氨可以用於防止氧化和變色，但是也可以使用其它氣體，例如但不限於，「純吸熱型氣體(a scrubbed endothermicgas) 」 或者「分子篩放熱型氣體(molecular sieved exothermic gas)」。在本實用新型的實施例中，加熱鋼條以硬化鋼條執行大約75到105秒之間的時間段。在退出加熱(硬化)爐之後，在步驟360，熱硬化鋼條被淬火。在本實用新型的實施例中，硬化鋼條通過布置在鋼條上方和下方的液體冷卻的傳導塊之間以淬火鋼條。在本實用新型的實施例中，熱硬化鋼條通過具有與鋼條接觸的碳化物磨損條的水冷卻銅塊以淬火鋼。銅塊以高於臨界冷卻速度的速度冷卻鋼條從例如硬化溫度(大約890°C)到環境溫度(大約25°C)。臨界冷卻速度是冷卻鋼以為了保證奧氏體的結構轉變為馬氏體結構的速度。馬氏體結構是體心四方結構。在馬氏體結構中，鋼是內部高應カ的。該內應カ導致稱作鋼的硬化的現象。在硬化後，原來小於大約300Hv的鋼硬度(熱處理以前)變為大約850Hv(大約63HRC)。在本實用新型的實施例中，鋼條的淬火執行大約2_4秒。在本實用新型的另ー個實施例中，氣體或者液體用於淬火鋼條。在步驟370，硬化鋼條然後通過回火爐，該回火爐加熱鋼到150°C和400°C之間的溫度，例如大約350°C。該エ藝改善刀片的韌性並降低刀片硬度，其取決於選取的回火溫度。在本實用新型的實施例中，回火爐的長度為大約26英尺(大約8米)。鋼條以大約16-22英尺/分鐘(大約5-7米/分鐘)的速度移動。在爐中提供例如主要包含氮和氫的「裂化氨」的受控空氣以防止鋼條的氧化和變色。雖然裂化氨可以用於防止氧化和變色，但是也可以使用其它氣體，例如但不限幹，「純吸熱型氣體」或者「分子篩放熱型氣體」。在本實用新型的實施例中，加熱條以回火條執行大約75-105秒的時間段。在退出加熱(回火)爐之後，在步驟380，硬化並回火的鋼條被淬火。在本實用新型的實施例中，硬化並回火的鋼條通過布置在鋼條上方和下方的液體冷卻的傳導淬火塊之間以淬火鋼條。在本實用新型的實施例中，熱硬化並回火的鋼條通過具有與鋼條接觸的碳化物磨損條的冷卻銅塊以淬火鋼。銅塊以高於臨界冷卻溫度的速度冷卻鋼條從例如回火溫度(大約150°C到400°C，例如350°C )到環境溫度(大約25°C )以防止鋼表面的氧化。將認識到，在步驟350和380，硬化和回火操作的溫度範圍可以受控以獲得用於刀片100的主體部分17的期望的刀片硬度並減少或者防止在第二材料60的沉積過程中刀片變形。例如，如果刀片100的硬度太低，刀片可能彎曲並且難以從鋼條咬斷各個刀片100。相反，如果刀片100的硬度太高，在沉積第二材料60在第一材料55上的過程中會發生刀片變形。在本實用新型的一個實施例中，在步驟350和380，硬化並回火操作的溫度被控制以使得在沉積第二材料60之前產生的第一材料55的條具有在從大約500到700Hv範圍的硬度。在進ー步的實施例中產生的第一材料55的條的硬度處於大約630到650Hv的範圍中。在步驟390，淬火鋼條圈然後連續饋送到第二材料60沉積站，該站配置成施加第ニ材料60塗層到鋼條邊緣。硬質材料60具有明顯大於鋼條的硬度。在本實用新型的ー個實施例中，硬質材料的硬度是至少llOOHv。在一個實施例中第一材料55的條在沉積之前熱處理以減少具有第二材料的軟塗層條將在刀片100中產生裂縫或者致使第二材料60的塗層可能碎裂的可能性。現更特別地參照圖5，該圖是根據本實用新型的實施例的沉積站的示意性視圖，總的標為500，用於沉積硬質材料例如碳化鎢塗層到由第一材料55形成的移動條400的邊緣部分17上。沉積站500包括配置成提供輻射束555到條400上的輻射源505。沉積站500進ー步包括配置成投射並聚焦輻射束555到鋼條400的目標部分上的投射系統525。回過來參照圖5，輻射源505配置成輸出具有足夠功率和能量的輻射束以熔化條400。在一個實施例中，輻射源是固態盤雷射器，其輸出在紅外線(IR)範圍中的具有I. 03微米波長的輻射束。雷射器是高脈衝速率的雷射器，其連續地輸出束。在本實用新型的另一個實施例中，可以使用具有I. 06微米波長的纖維雷射器。在本實用新型的又一個實施例中，可以使用居中在大約9.4和10. 6微米的主波長帶的ニ氧化碳雷射器。ニ氧化碳雷射器的功率可以在大約幾千瓦的範圍，例如I和8千瓦之間。在一個實施例中，ニ氧化碳雷射器的功率為大約6千瓦。或者，在本實用新型的另ー個實施例中，也可以使用在紫外線(UV)範圍操作的雷射器，例如，具有小於400nm波長的UV雷射器。UV雷射器的例子包括準分子雷射器。[0055]應當認識到，輻射源505不局限於光源。例如，在本實用新型的實施例中，電子束源或者等離子源也可以用於沉積站500。在這個實施例中，電子束源配置來提供具有足夠能量和功率的電子束以熔化條400。通過輻射源505輸出的輻射束555導向到投射系統525，該投射系統525配置成聚焦束到移動條400的邊緣上。聚集在條400的邊緣17上的投射束555的能量用於熔化條的目標部分以及使用時在饋送粉末542內的粘接劑。在本實用新型的一個實施例中，聚焦 在條400上的輻射束的斑點具有與條大致相同的厚度。例如，在一個實施例中，斑點尺寸為大約0. 6毫米。投射系統525可包括各種類型的光學部件例如折射、反射、磁性、電磁、靜電或者其它類型的光學部件，或者其任何組合，以導向、成形或者控制輻射線。在輻射源是電子束源的情形中，電磁透鏡可以用於控制並聚焦束555。應當認識到，投射系統525可以是與輻射源505 —體的。投射系統525優選地安裝到固定的支架，儘管可以想到投射系統525的ー個或多個光學元件可以是可移動的以控制投射的輻射束555的形狀。安置在輻射源505和條400之間的分配器或者沉積頭520配置成供應在此統稱為第二材料60的硬質材料和粘接劑的混合物542到條400的薄的邊緣17。分配器520具有大致中空形狀以允許輻射束555貫穿通過那裡。在本實用新型的實施例中，包括第二材料的粉末是鈷粘接劑、鉻和碳化鎢的預先混合的混合物。源粉末顆粒尺寸應當足夠高以減小噴嘴堵塞的可能性。在一實施例中，粉末顆粒的尺寸(例如顆粒的直徑、當量直徑或者兩端之間的最大距離)處於大約15和45微米直接按的範圍，例如公稱尺寸上是大約30微米。圖9a示出具有大約30微米的公稱尺寸的在沉積之前的個體粉末顆粒。碳化鎢顆粒，在沉積之後，保持沒有大變化。僅粘接劑熔化以產生固體焊接沉積。在一實施例中，第二材料60具有以下組分在大約8-12%範圍例如9. 5-10. 5%的鈷、在大約2-5%範圍例如3. 5-4. 5%的鉻、在大約3_7%範圍例如5-5. 5%的碳化鎢(以對應剰餘平衡的數量)。本實用新型的其它的實施例可使用其它百分數的碳化鶴粉末或者不同材料。在一個實施例中，粉末顆粒在尺寸(顆粒的直徑、當量直徑或者兩端之間的最大距離)、形狀和化學成分方面具有大致相同的形態以有利於碳化鎢在刀片上的均一沉積。參照圖％，該圖示出具有大致相同的形態的粉末顆粒。在一實施例中，粉末顆粒為大致球狀的並具有足夠低的密度以使得粉末能夠在雷射束作用下迅速熔化。這利於在刀片上快速形成碳化鎢的均一沉積。但是，粉末密度還應當足夠高以有利於粉末在重力作用下下降並達到有利的流速。例如，在一實施例中，粉末密度是足夠高的以在刀片上獲得大於大約3克/秒，在另ー實施例中大於大約4克/秒以及在另ー實施例中大於大約5克/秒的粉末顆粒流速。在一實施例中，粉末具有大約2和6克每立方釐米之間的密度。例如，在一實施例中，粉末密度是在大約3和5克每立方釐米之間，例如，大約4克每立方釐米。在一實施例中，通過利用實質上多孔的粉末顆粒獲得實質上低的密度。圖9c示出根據本實用新型的實施例的粉末顆粒的橫截面。如圖9c所示，具有球形的顆粒粉末為大致中空的。在一個實施例中，可以期望的是，即，粉末中的碳化鎢顆粒的或者至少90%的碳化鎢顆粒(在另ー個實施例中至少99%)的顆粒尺寸(例如顆粒的直徑、當量直徑或者兩端之間的最大距離)可以小於大約5微米，在另ー個實施例中至少90% (在另ー個實施例中至少99%)等於或者小於大約2微米以有利於磨削為鋒利邊緣。在一實施例中，粉末製造為燒結團以形成具有在金屬矩陣或者粘接劑中的個體碳化鎢顆粒的粉末。在一實施例中，這些碳化鎢的尺寸是95%，在另ー個實施例中99%，小於2微米，如通過雷射尺寸衍射所測量的。特別地，在每個粉末顆粒內的碳化鎢顆粒的尺寸和分配在一個實施例中可以為大致均一的以為了有利於在刀片上形成均一的碳化鎢沉積。圖9d示出嵌入在鈷粘接劑中並具有小於大約I微米的尺寸的碳化鎢顆粒。刀片100的切削邊緣的性能至少部分地依賴於嵌
入在更軟的粘接劑(例如鈷、鎳、鐵......)矩陣中的第二材料(例如碳化鎢)的顆粒尺
寸。包含大顆粒的粉末通常更不適合，因為碳化物顆粒自身不能夠被磨削為鋒利邊緣，並且軟的粘接矩陣無法承受磨削力。參照圖9e，該圖 示出用於具有相同化學成分的兩種類型的粉末(粉末a和粉末b)的雷射尺寸衍射數據。粉末a具有大約每立方釐米4. 36克的表觀密度，粉末b具有大約每立方釐米5. 08克的表觀密度。儘管粉末a和b 二者在尺寸和形態上非常類似(粉末b稍微更細)，更均一和抵抗性的塗層由粉末a獲得。參照圖6a和6b，這些圖示出第二材料60 (碳化鎢)的塗層已經沉積到其上的第一材料55的兩個條400。圖6c和6d不出分別對應於磨削後的圖6a和6b的刀片的刀片100。在圖6a中，構成第二材料的粉末顆粒的尺寸小於大約I微米。在圖6b中，構成第二材料的粉末顆粒的尺寸為大約40微米。如可以在圖6b中看出的，由於大的顆粒尺寸，第二材料60的塗層從刀片100的頂部分和底部分35、40伸出。相反，在圖6a的塗層中，第二材料60的沉澱物保持限制在刀片的梢部上。圖6a的構型有利於磨削。圖7示出根據本實用新型的實施例的分配器520的頂視圖。分配器520具有大致圓錐的環形形狀，儘管可以想到其它的形狀(例如正方形、矩形、橢圓形、多邊形)也可用於分配混合物542。分配器520包括一系列的圓錐的環形腔，用於遞送粉末542、惰性保護氣體561和雷射束到單ー聚焦點F。在本實用新型的實施例中，保護氣體561是氬。如圖7所示，分配器520包括外錐570和氣體入口 571，惰性保護氣體561通過該氣體入口供應。分配器570進ー步包括內芯573和入口 574a-b，混合物542通過入口 574a_b供應。中央錐575限定分配器520中的通道以允許投射的輻射束555通過其中。內芯573安置在中央錐575和外錐570之間並限定通道576。內芯573和外錐570限定其中的通道577以允許惰性保護氣體561流動通過其中。應當認識到，還可以想到其它配置。還應認識到，額外的或者更少的通道可以用於供應混合物542到條400。中央錐575的周邊562的直徑隨著分隔分配器520與鋼條400的距離Dl和通道576的長度進行選擇以使得混合物542的顆粒在重力作用下落到條400的預定部分上。該預定部分通常對應輻射束555到條400上的焦點F。內周邊562的直徑同樣被選擇以為了允許輻射束555通過分配器520。內屏蔽氣體561配置成在靠近焦點F的位置圍繞混合物542形成屏蔽546，如圖5所示。屏蔽546在硬質材料(例如碳化鎢)的混合物542的沉積過程中提供保護氣體以為了防止條400的氧化。在沉積站500的使用過程中，內屏蔽氣體561從入口 571沿著通道577衝流到條以使得圍繞條400的熔化部分的環境是非氧化的。分配器520固定地安裝到沉積站500的框架(未示出)並可以是固定的或者在至少三個方向例如x、y和z方向是活動的。具有可活動的分配器520的益處在於，分配器520相對於鋼條500的位置可以精確地控制。各種電機和致動器,例如電、電磁和/或壓電致動器，可用於位移分配器520。混合物542到分配器520的供應是經由多個入ロ 574a_b實行的。在一個實施例中，容器(未示出)用於存儲混合物542的顆粒。容器安置為與多個入口 574a-b經由ー個或多個導管連通以使得混合物在重力作用下經由通道576傳送到條400的預定部分。在本實用新型的一個實施例中，可以想到，混合物542的供應通過例如壓縮氣體或者機械推料器機械地輔助。分配器520還可包括一個或多個關閉器(未示出)以防止混合物542的顆粒在完成澱積過程之後退出噴嘴560。關閉器可以安置在分配器520的內周邊上，或者在通道之內，或者在分配器的上部分上。回過來參照圖5，條400可以在致動器535的幫助下在至少三個方向上，即x、y和z方向，相對於輻射束555運動。如圖5所示，可移動的條400藉助於兩個輥子544ab在輻射束555下沿著X方向移動。兩個棍子544a-b可以通過致動器535定位。ー個或多個單獨的電機可以用於在至少三個方向上，即X、I和z，移動鋼條200。可以在本實用新型的實施例中使用的致動器的例子包括電動和電磁型致動器。條400的位置可以藉助專門的電子和伺服控制系統進行控制。為了所述效果，測量系統(未示出)可以用於測量在輻射束555下移動的條400的位置。應當認識到，硬質材料(例如碳化鎢)和粘接元件的混合物542的沉積可以在非保護性環境中進行。在這個實施例中，條400的氧化將發生在刀片上的沉積混合物542的位置。氧化因此可以在完成澱積過程之後機械地或者化學地移除。例如，可以想到，利用鋼絲刷的嵌入式拋光エ藝(in-line polishing process)可以在混合物542沉積到條400上之後施行。嵌入式測量系統550可以用於控制在刀片100上的沉積混合物542的特徵。優選地，測量系統550是非破壞性的光學系統，例如偏振光橢圓率測量儀，其控制薄膜混合物542的質量/組分和厚度。嵌入式測量系統550可包括發射器551a和檢測器551b。發射器551a配置為通過輻射束照射條400的一部分。輻射束通過條400反射，然後由檢測器551b檢測。反射的輻射束隨後通過專門的儀器進行分析以為了測量混合物542的塗層的特徵。優選地，測量在完成澱積過程之後通過嵌入式測量系統550執行。如果條400的測量特徵不在規格之內，鋼條的所述部分可以被標記有標記物以表明應當被拒絕的最終刀片。如圖5所示，控制器545用於控制澱積過程。控制器545可以可操作地連接到分配器520、輻射源505和致動器535。控制器545可以通過操作者訪問以輸入照射設置，控制分配器520中混合物542的顆粒的數量和流動和/或在澱積過程中條400的期望定位。在其中使用多個沉積頭或者噴嘴的構型中，操作者可以輸入每個沉積頭中的期望組分到控制器545。將認識到，在輻射束555下條400的薄邊緣17的定位、混合物542的顆粒的數量和輻射源505的照射設置可以取決於條400的幾何結構和屬性而顯著變化。選擇粘接元件從而將硬質材料(例如碳化鎢)粘接到焊接熔池的熔化材料。在混合物542的顆粒和條400之間的全部粘接通過在焊接熔池內凝固硬質材料(例如碳化鎢)/粘接元件而實現。這導致硬質材料(例如碳化鎢)/粘接劑到條400上的無孔沉澱。在本實用新型的實施例中可以使用的粘接劑的例子包括鈷。但是，這不是限制性的。可以想到，在本實用新型的其它實施例中，可以使用其它的粘接劑。沉積厚度通過顆粒饋送速率、顆粒大小、輻射源的照射設置(例如輻射脈衝的能量、功率、頻率)和在聚焦的輻射束555之下條400的通過速率進行控制。這些參數通過控制器545輸入和控制。沉積的厚度通過測量裝置551進行測量。在操作中，條400的薄邊緣17在輻射束555下連續移動。期望的是，小心控制條400的位移速度以使得沉積厚度總是保持在規格內並防止在第二材料60的沉積中形成氣孔。條400的速度可以依賴於輻射束的特徵(例如波長和頻率、脈衝的能量和功率)、焦點斑的尺寸和形成條400的材料而改變。在一實施例中，存在於第二材料的塗層中的氣孔的尺寸小於塗層的體積的大約I%。 例如，如果條400的速度不被控制，第二材料60的沉積會不期望地產生孔。在一個實施例中，可以實現最少0. 15毫米，例如大約0. 3毫米的第二材料沉積厚度的極限吞吐速度為大約200暈米/分鐘到300暈米/分鐘，例如250暈米/分鐘。圖8a不出250暈米/分鐘的第二材料沉積所獲得的刀片100的橫截面。由於該技術中產生的非常低的熱穿透深度，在條400中幾乎沒有熱積聚。結果，條是自淬火的，並且傳導到主體中的熱量足夠快速以超過用於全硬化的臨界冷卻速度。未回火馬氏體的窄的帶，其對應如圖2a所示的中間部分65，剛好形成在沉積層後面。增大線速度明顯超過250毫米/分鐘(例如超過700毫米/分鐘)，同時仍沉積最少0. 3毫米的沉積厚度，這會產生明顯的氣孔，如圖8b所示。在圖8b中，條的速度為1000毫米/分鐘。已經發現，在更高的處理速度下，冷卻的自然速率足夠高以導致沉積層裂縫，如圖8c所示。在一個實施例中，條的速度小於750毫米/分鐘。在本實用新型的另ー個實施例中，條的速度小於500毫米/分鐘。回過來參照圖3，在退出沉積站500之後，條400遞送到磨床。在一實施例中，在步驟391，條被解開並傳遞到磨床以便磨削條的邊緣並形成第一面45a，b。在磨削後，在步驟391，條400的邊緣可以被珩磨(honed)。珩磨エ藝產生第二面50a，b並在被磨的邊緣頂部形成第二角度a』。該更深的珩磨角度給予比更淺的磨削角度更強的邊緣，並允許延長切削邊緣的壽命。結果，條具有帶雙角度的邊緣。在另ー個實施例中，可以僅提供單ー角度。最後，在步驟392，處理過的鋼條沿著鋼條的長度在每個刻痕線處折斷以沿著刻痕線斷裂鋼條以產生多個刀片。在前面的實施例中已經描述了多功能刀片。但是，這不是限制性的。應當認識到，可以以類似於多功能刀片的方式製造其它類型的刀片。根據上面描述的エ藝可以製造的刀片的例子包括TK刀片、剃鬚刀片、地毯刀片、剪切刀片、鋸條刀片、鋼鋸刀片和起子(recip)刀片。儘管已經在上面提出的示例性實施例中清楚了本實用新型的原理，但是，對於本領域技術人員而言明顯的是，可以對本實用新型的實施中使用的結構、配置、比例、元件、材料和部件進行各種修改。這樣，可以看出，已經完整、有效地實現了本實用新型的目的。但是，應當認識到，前面的優選的特定實施例是為了示出本實用新型的功能和結構原理而進行示出和描述的，可以在不偏 離這樣的原理下進行改變。因此，本實用新型包括所有包括在下面權利要求的實質和範圍內的全 部修改。
權利要求1.一種多功能刀片，其特徵在於，包括 由第一材料形成的部分；和 由第二材料形成的長型部分，所述第二材料比所述第一材料更硬並通過熔化第二材料的粉末到第一材料上而塗覆在所述第一材料上，所述長型部分形成所述刀片的梢部。
2.如權利要求I所述的多功能刀片，其特徵在於，第二材料通過雷射沉積而塗覆在第一材料上。
3.如權利要求I所述的多功能刀片，其特徵在於，第二材料的硬度大於大約llOOHv。
4.如權利要求I所述的多功能刀片，其特徵在於，第一材料的硬度是在從大約500Hv到大約700Hv的範圍內。
5.如權利要求4所述的多功能刀片，其特徵在於，第一材料的硬度是在從大約630Hv到大約650Hv的範圍內。
6.如權利要求I所述的多功能刀片，其特徵在於，第二材料沿著所述刀片的橫截面的厚度是在從大約0. I毫米到大約0. 3毫米的範圍內。
7.如權利要求I所述的多功能刀片，其特徵在於，所述第一材料是鋼。
8.如權利要求I所述的多功能刀片，其特徵在於，在第二材料中的孔佔據的體積小於第二材料的總體積的大約1%。
9.一種多功能刀片，其特徵在於，包括 由第一材料形成的第一長型部分；和 由所述第一材料和第二材料形成的第二長型部分，所述第二材料比所述第一材料更硬並沉積在第一材料上，所述第二長型部分形成所述刀片的梢部， 其中所述第一長型部分限定具有第一角度的第一切削邊緣，所述第二長型部分限定具有第二角度的第二切削邊緣，所述第一角度小於所述第二角度，並且 其中從所述第一角度到所述第二角度的過渡發生在由已經在第二材料沉積在第一材料過程中再硬化的第一材料形成的刀片的區域中。
10.如權利要求9所述的多功能刀片，其特徵在於，所述區域具有小於第二材料的硬度但是大於第一材料的硬度的硬度。
11.如權利要求10所述的多功能刀片，其特徵在於，第二材料的硬度大於大約llOOHv。
12.如權利要求10所述的多功能刀片，其特徵在於，第一材料的硬度是在從大約500Hv到大約700Hv的範圍內。
13.如權利要求12所述的多功能刀片，其特徵在於，第一材料的硬度是在從大約630Hv到大約650Hv的範圍內。
14.如權利要求9所述的多功能刀片，其特徵在於，第二材料沿著所述刀片的橫截面的厚度是在從大約0. I毫米到大約0. 3毫米的範圍內。
15.如權利要求9所述的多功能刀片，其特徵在於，沿著所述刀片的橫截面的所述區域的厚度是在從大約0. 3毫米到大約0. 4毫米的範圍內。
16.如權利要求9所述的多功能刀片，其特徵在於，所述第二材料佔據大於所述第二長型部分的總體積的50%的體積。
17.如權利要求9所述的多功能刀片，其特徵在於，所述第二材料佔據大於所述第二長型部分的總體積的70%的體積。
18.如權利要求9所述的多功能刀片，其特徵在於，所述第二材料是碳化鎢。
19.如權利要求9所述的多功能刀片，其特徵在於，所述第一材料是鋼。
20.如權利要求9所述的多功能刀片，其特徵在於，在第二材料中的氣孔佔據的體積小於第二材料的總體積的大約1%。
21.—種多功能刀片，其特徵在於，包括 由第一材料形成的部分；和 由所述第一材料和第二材料形成的長型部分，所述第二材料比所述第一材料更硬並沉積在所述第一材料上，所述長型部分形成所述刀片的梢部， 其中所述長型部分形成定向為相對於所述刀片的所述部分的表面非零角度的所述刀片的面，並且 其中從所述部分的所述表面到所述長型部分的面的過渡發生在由已經在第二材料沉積在第一材料的過程中再硬化的第一材料形成的刀片的區域中。
22.如權利要求21所述的多功能刀片，其特徵在幹，所述區域具有小於第二材料的硬度但是大於第一材料的硬度的硬度。
23.如權利要求22所述的多功能刀片，其特徵在於，第二材料的硬度大於大約llOOHv。
24.如權利要求22所述的多功能刀片，其特徵在於，第一材料的硬度是在從大約500Hv到大約700Hv的範圍內。
25.如權利要求24所述的多功能刀片，其特徵在於，第一材料的硬度是在從大約630Hv到大約650Hv的範圍內。
26.如權利要求24所述的多功能刀片，其特徵在於，所述第二材料是碳化鎢。
27.—種多功能刀片，其特徵在於，包括 由第一材料形成並具有在從大約500Hv到大約700Hv範圍內的硬度的部分；和 由所述第一材料和第二材料形成的長型部分，所述第二材料比第一材料更硬並沉積在第一材料上並具有大於大約IlOOHv的硬度，所述長型部分形成所述刀片的梢部， 其中所述長型部分形成定向在相對於所述刀片的所述部分的表面非零角度的所述刀片的面。
28.如權利要求27所述的多功能刀片，其特徵在幹，從所述部分的所述表面到所述長型部分的所述面的過渡發生在已經由在第二材料沉積在第一材料的過程中再硬化的第一材料形成的所述刀片的區域中。
專利摘要一種多功能刀片，包括由第一材料形成的部分；和由第二材料形成的長型部分，第二材料比第一材料更硬並通過熔化第二材料粉末到第一材料上而塗覆在第一材料上，長型部分形成刀片的梢部，其中第二材料包括嵌入在柔軟粘接劑中的碳化鎢顆粒，並且其中至少90％的碳化鎢顆粒的尺寸小於大約5微米。
文檔編號B26B9/00GK202480123SQ201120337960
公開日2012年10月10日 申請日期2011年9月9日 優先權日2010年9月10日
發明者P.G.卡爾夫 申請人:斯坦利布萊克和戴克公司