專利名稱：感應淬火的刀片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造刀片的方法。
背景技術(shù)：
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(shè)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(cè)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(cè)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(chǎn)出多個刀片。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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。


圖1是依照本發(fā)明的一個實施例的制造刀片的方法的流程圖；圖2是示出依照本發(fā)明的一個實施例的刀片示例；
圖3是示出依照本發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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1km或更長。鋼帶也可以設(shè)置成多個卷材結(jié)構(gòu)，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(jù)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(jù)由其所制成的刀片的用途具有其他尺寸。在本發(fā)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(fā)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固定到實用刀架上。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(cè)邊緣24(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(cè)邊緣24構(gòu)造形成為梯形刀片。也可通過選擇適當?shù)乜叹€結(jié)構(gòu)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(yè)線，以硬化鋼帶材料。在這個工序中，鋼從線圈中放出，并經(jīng)過硬化爐，所述硬化爐將鋼加熱至高于轉(zhuǎn)變溫度的溫度。所述轉(zhuǎn)變溫度是鋼的結(jié)構(gòu)從體心立方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成面心立方結(jié)構(gòu)的溫度，其中，所述體心立方結(jié)構(gòu)在常溫下穩(wěn)定，所述面心立方結(jié)構(gòu)通常稱作奧氏體(奧氏體結(jié)構(gòu))，在高溫下(即高于轉(zhuǎn)變溫度的溫度下)穩(wěn)定。轉(zhuǎn)變溫度根據(jù)使用的鋼材而不同。在本發(fā)明的一個實施例中，在大約800℃到900℃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(zhuǎn)變溫度大約是820℃(約1508)。在這個示例中，在高于大約820℃的溫度下對鋼帶進行加熱硬化操作。
在本發(fā)明的一個實施例中，硬化/加熱爐的長度為大約26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(nèi)提供例如“裂化氨”的控制環(huán)境，以防止鋼帶氧化和變色，其中，所述“裂化氨”內(nèi)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(fā)明的一個實施例中，在大約75到105秒之間的時間周期內(nèi)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(fā)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(fā)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℃)冷卻到環(huán)境溫度(大約25℃)。冷卻臨界速率是鋼的冷卻速率，以便確保奧氏體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成馬氏體結(jié)構(gòu)。馬氏體結(jié)構(gòu)是體心四角結(jié)構(gòu)。在馬氏體結(jié)構(gòu)中，鋼內(nèi)部被高度加壓。內(nèi)應力是形成稱作鋼硬化的現(xiàn)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(fā)明的一個實施例中，鋼帶的淬火進行大約2到4秒。在本發(fā)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(nèi)應力水平。結(jié)果，鋼帶發(fā)生了一些軟化，同時延展性產(chǎn)生相關(guān)的增加。例如，對于鋼號為C1095的鋼來說，回火溫度大約是200℃(大約392)。這個回火過程將鋼的硬度降低至750到820HV的規(guī)定范圍內(nèi)。在本發(fā)明的一個實施例中，回火爐的長度是大約26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(nèi)運行。在爐內(nèi)提供例如“裂化氨”和/或其它氣體如“精制吸熱氣”的控制環(huán)境，以防止鋼帶氧化和變色，其中，所述“裂化氨”內(nèi)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(huán)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(fā)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(chǎn)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(fā)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(fā)明，在回火之后，在步驟80，鋼帶縮回，并轉(zhuǎn)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(jīng)過切削的材料所需的力。圖3示出依照本發(fā)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°±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(chǎn)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(jié)果，鋼帶具有雙角邊緣。
圖4示出依照本發(fā)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(shè)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°±2°，鋼帶的邊緣33的第二較高的珩磨角是32°±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(zhuǎn)變。
在步驟100，可在刀刃生產(chǎn)系列中有選擇地增加對鋼帶的邊緣用皮帶磨。在本發(fā)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(chǎn)生。鋼越軟，就越可能產(chǎn)生毛刺。
在本發(fā)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(fā)明的一個實施例中，除了生產(chǎn)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(chǎn)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(fā)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(fā)生器在高壓和低電流下產(chǎn)生高頻交流電。高頻交流電經(jīng)過置于鋼帶附近的感應器。高頻交流電在鋼帶內(nèi)產(chǎn)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(fā)明的一個實施例中，選擇的感應器為大約8mm×8mm×8mm，鋼帶以每分鐘25米的研磨速度運動。在本發(fā)明的一個實施例中，通過應用大約26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℃和900℃之間的轉(zhuǎn)變溫度之上。在本發(fā)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℃(大約1508)的轉(zhuǎn)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(chǎn)生硬的完全馬氏體結(jié)構(gòu)，因此，就完成了切削刃的再硬化?？梢酝ㄟ^以下方式中的任一個或其組合，可以實現(xiàn)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(huán)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(chǎn)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(chǎn)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(diào)節(jié)刀片本體的硬度，以生產(chǎn)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(wěn)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(chǎn)出多個刀片。在圖2中示出依照本發(fā)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(jié)構(gòu)和依照傳統(tǒng)工藝制造的刀片結(jié)構(gòu)，進行一個對比研究。圖5示出依照本發(fā)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(jīng)硬化的散裝的鋼帶材料來制造依照傳統(tǒng)工藝制造的傳統(tǒng)刀片和依照本發(fā)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(tǒng)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(jié)果，依照傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)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(fā)生的硬度損失。結(jié)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(jié)構(gòu)在刀片53的本體內(nèi)為回火馬氏體結(jié)構(gòu)，在感應淬火的邊緣52處為精細的未回火馬氏體結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一個實施例中，刀片51的邊緣52的感應淬火產(chǎn)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(qū)(HAZ)54，與感應硬化部分52或刀片51的芯部53相比，其結(jié)構(gòu)相對較軟。HAZ 54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(qū)域54既沒有被再加熱到高于轉(zhuǎn)變溫度，也沒有以高于臨界速率的速率冷卻，因此，在HAZ 54中的鋼結(jié)構(gòu)較軟。在HAZ 54之后是刀片(刀片芯部)53的其余部分。硬度值在HAZ 54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(lǐng)域技術(shù)人員來說，易于作出各種修改和改變，因此，不希望將本發(fā)明限制成此處所述的確切結(jié)構(gòu)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?shù)男薷暮偷葍r物應認為落在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制造刀片的方法，包括加熱并淬火鋼帶材料卷，以硬化該鋼帶材料；將鋼帶材料再加熱，以對該鋼帶材料進行回火；沿著所述材料的一個邊緣研磨第一角度；以及在所述研磨之后，再次硬化所述材料的所述邊緣。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在大約800℃和900℃之間的溫度下進行所述加熱。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述加熱進行大約75秒和105秒之間的時間周期。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述淬火進行大約2到4秒。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過將所述材料穿過置于該材料之上和之下的液冷傳導塊之間來進行所述淬火。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述傳導塊包括黃銅塊。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述第一角度研磨成大約10到32度。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，將所述第一角度研磨成大約22度。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，將所述第一角度研磨成大約14度。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進行所述再硬化，以便使材料到達其轉(zhuǎn)變溫度。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在大約800℃和900℃之間的溫度下進行所述再硬化。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述再硬化包括對材料的邊緣進行感應加熱。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，通過應用大約26到30MHZ之間的感應頻率來進行所述感應加熱。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述感應加熱沿著所述材料的所述一個邊緣硬化所述材料。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述感應加熱沿著材料的所述邊緣形成馬氏體結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述馬氏體結(jié)構(gòu)的深度在大約0.3mm到0.5mm之間。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括對回火的材料進行淬火。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，在氣壓可控的環(huán)境下對所述回火材料進行淬火，以防止所述材料氧化。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括沿著材料的所述邊緣珩磨第二角度。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，在所述珩磨之前或之后進行所述再硬化。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，還包括在所述珩磨之后對所述材料的邊緣用皮帶磨。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，在所述皮帶磨之前或之后進行所述再硬化。
23.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，將所述第二角度珩磨成大約26到36度之間。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，將所述第二角度珩磨成大約32度。
25.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述再硬化之后，以大于臨界速率的速度對材料的所述邊緣進行冷卻。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括由鋼帶材料形成單獨的刀片。
27.一種刀片，包括鋼本體，其具有鋼邊緣部分，其中，所述鋼邊緣部分相對于分開邊緣的刀片縱軸的第一銳角在大約10到32度之間，所述鋼邊緣部分的硬度大于其余鋼本體部分的硬度。
28.如權(quán)利要求27所述的刀片，其特征在于，其余鋼本體部分的硬度在62HRC和64HRC之間。
29.如權(quán)利要求27所述的刀片，其特征在于，鋼邊緣部分的硬度大于64HRC。
30.如權(quán)利要求27所述的刀片，其特征在于，從邊緣部分的尖端朝向其余鋼本體部分的鋼邊緣部分的深度在大約0.3mm到大約0.5mm之間。
31.如權(quán)利要求27所述的刀片，其特征在于，鋼本體還包括熱影響區(qū)，所述熱影響區(qū)在鋼邊緣部分附近。
32.如權(quán)利要求31所述的刀片，其特征在于，所述熱影響區(qū)的深度為大約0.4mm。
33.如權(quán)利要求31所述的刀片，其特征在于，所述鋼在熱影響區(qū)的硬度最小為大約50HRC。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，鋼在熱影響區(qū)的硬度從最小值增加，以達到距邊緣部分大約0.5mm的其余鋼本體部分的硬度。
35.如權(quán)利要求27所述的刀片，其特征在于，鋼邊緣部分被感應淬火。
36.如權(quán)利要求27所述的刀片，其特征在于，鋼邊緣部分相對于刀片縱軸的第二銳角在大約26到36度之間，所述刀片縱軸將邊緣分開。
37.如權(quán)利要求27所述的刀片，其特征在于，所述刀片是刮刀片。
全文摘要
一種制造刀片的方法，包括將一鋼帶材料卷加熱并淬火，以使其硬化，將鋼帶材料加熱，以使該材料回火，沿著所述材料的一個邊緣研磨出第一角度，并在研磨之后，例如通過感應加熱使材料的所述邊緣再硬化。
文檔編號B23D79/02GK1891395SQ20061000443
公開日2007年1月10日 申請日期2006年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者H·豪厄爾斯 申請人:斯坦利公司