專利名稱：剃刀刀片加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)生產(chǎn)和處理陶瓷剃刀刀片或類似的、具有鋒利和耐用的切削刃的切削刀具的過程的，同時還涉及經(jīng)過改進(jìn)的剃刀和剃刀刀片。
剃刀刀片傳統(tǒng)上是用鋼帶制成的，其削尖的刀刃是通過許多機(jī)械磨削和珩磨工序而得到的，陶瓷材料亦可用于制造剃刀刀片，因為它具有硬度高，機(jī)械強(qiáng)度大和耐腐蝕的理想特性。鋼經(jīng)過機(jī)械冷加工(例如，精珩工序)后，工作區(qū)域可以呈現(xiàn)強(qiáng)度增加(例如，尖銳的刃邊)，而陶瓷材料在同樣的機(jī)械加工工序中，其工作區(qū)域的強(qiáng)度卻往往變?nèi)?，這是由于在機(jī)械磨削和精密珩磨過程中產(chǎn)生的相當(dāng)大的應(yīng)力導(dǎo)致材料表面下產(chǎn)生微細(xì)的缺陷所造成的，因此在剃削過程中，與鋼的剃刀刀片刀刃相比，陶瓷材料對切削刃的斷裂型破壞更敏感。
根據(jù)本發(fā)明一個方面的內(nèi)容，它包括制成剃刀刀片的過程，這個過程有幾個階段即提供一個陶瓷的基片;用機(jī)械方法研磨陶瓷基片的刃邊以構(gòu)成削尖的刀刃，其刃口夾角小于30°，而其刀尖半徑(即當(dāng)在放大倍數(shù)至少為25000的掃描電子顯微鏡下觀察這種刀尖的尖端時，此半徑為能放在刀刃最終的刀尖內(nèi)的最大園的估計半徑)小于1200埃;用噴射方法刃磨削尖的刃邊以形成一些輔助的小平面，平面寬度小于1微米，其夾角大于40°，最終的刀尖半徑小于500埃，最終制成切削刃。結(jié)果，制成的刀片具有優(yōu)越的剃削性能和很長的剃削壽命。
在最佳工藝過程中，為了做成削尖的刃邊，陶瓷基片是分兩步研磨的，即用金剛石磨料進(jìn)行粗珩磨和精珩磨，這樣可以使機(jī)械方法引起的表面下的缺陷減至最小(代替較傳統(tǒng)的刃磨鋼料的三步法，其中包括磨削的步驟)。經(jīng)過機(jī)械方法研磨的陶瓷基片的刃邊在至少為1000℃的溫度下進(jìn)行熱處理，這里稱為“退火”，這樣可減小表面粗糙度和由機(jī)械研磨引起的表面下的缺陷，並在最終刀尖處形成一個寬度小于約0.2微米的微小的平臺狀的頂部。退火可在空氣中或其他氣體環(huán)境中進(jìn)行，采用較高的退火溫度，例如用氧-氫退火火焰，可以減小退火的持續(xù)時間。刀片刃邊的平臺狀頂部再用離子束蝕刻法進(jìn)行噴射刃磨，以形成寬度在0.1～0.5微米范圍內(nèi)的輔助小平面;為了進(jìn)一步減小表面下的缺陷區(qū)域，並且同時使削尖了的刃邊的最終的刀尖半徑至少減少約二分之一，以及為了得到一個清潔的刃邊表面，可在刃邊表面上噴涂一層金屬層，這個金屬層最好是含有鉻。在金屬涂層的切削刃上可加一粘附的和減小摩擦的聚合物涂層。
在特殊工藝過程中，陶瓷材料為單晶鋁(藍(lán)寶石)，其厚度小于0.5毫米，彎曲強(qiáng)度超過700兆帕;粗珩工序采用具有金剛石粒子的砂輪，其磨粒尺寸小于20微米，精珩工序采用的磨輪，其平均金剛石粒子尺寸約為1微米;機(jī)械刃磨過的刃邊的退火在空氣中進(jìn)行，溫度約為1550℃，時間約1小時，最終刃邊的噴射法刃磨出的小平面的寬度在0.2～0.5微米范圍內(nèi)，有效夾角約為70°;噴涂金屬層的厚度小于500埃，聚合物層的厚度小于10微米。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面的內(nèi)容，它包括一個剃刀刀片，該剃刀刀片具有一陶瓷基片，陶瓷基片具有用機(jī)械方法研磨和退火的小平面，這些小平面通常平行于(即至少在30°以內(nèi)，最好在10°以內(nèi))其C結(jié)晶軸，同時基片還具有輔助的，用噴射法刃磨的小平面，其有效夾角大大地大于機(jī)械方法研磨出的削尖小平面的夾角，這樣形成一個用噴射法刃磨出的切削刃，其最終的刀尖半徑小于500埃。
在具體實施例中，剃刀刀片基本為單晶鋁(藍(lán)寶石)，其彎曲強(qiáng)度超過700兆帕;機(jī)械方法研磨的小平面的有效夾角小于20°;最終刃邊的噴射法刃磨出的小平面寬度約為0.3微米，其有效夾角大于40°，沿著整個切削刃邊的長度方向，最終的刀尖半徑尺寸十分均勻。在切削刃上的噴涂金屬層厚度小于500埃，在金屬涂層的陶瓷切削刃上的粘附的，減小摩擦的聚合物涂層厚度小于10微米。最好，陶瓷基片為從碳化硅，氮化硅，二氧化鋯和鋁中選出的單晶材料，特別希望最佳的基片材料為高純度的鋁和均衡地?zé)釅撼龅恼叫蔚亩趸啞崽幚砜蓽p小表面粗糙度和由機(jī)械研磨產(chǎn)生的表面下的缺陷，同時噴射法刃磨可以進(jìn)一步減小這種表面下的缺陷區(qū)域和刃磨過的刃邊的最終刀尖半徑。
所得到的平面角大(緊靠著刀尖)，刀尖半徑小，具有噴涂金屬層和粘附的，減小摩擦的聚合物涂層的退火的刀片具有很高的強(qiáng)度和卓越的剃削性能。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面的內(nèi)容，它包括一臺剃削裝置，該裝置至少由一個刀片和刀片支承結(jié)構(gòu)組成，刀片支承結(jié)構(gòu)具有外部防護(hù)表面和頂蓋表面，用于使用戶的皮膚分別處在刀片刃邊的前面與后面。固定在支承結(jié)構(gòu)上的剃刀刀片結(jié)構(gòu)包括一陶瓷基片，其機(jī)械研磨的小平面寬度至少約為0.1毫米，其夾角小于30°，其用噴射法刃磨的切削刃的刀尖半徑小于約500埃，這是由一組小平面決定的，它們的有效夾角大大地大于用機(jī)械方法研磨的小平面的夾角，噴射法刃磨的切削刃位于與皮膚接觸的表面之間。最好，剃刀刀片結(jié)構(gòu)有兩個陶瓷基片，每一個陶瓷基片都經(jīng)過退火，並具有用噴射法刃磨的切削刃邊，其刀尖半徑小于約500埃，這是由一組小平面決定的，它們的有效夾角至少為40°，而噴射法刃磨的切削刃邊彼此平行地位于與皮膚接觸的表面間。
在具體的實施例中，陶瓷基片材料為鋁，其彎曲強(qiáng)度超過300兆帕，與切削刃緊靠著的每一個噴射法刃磨的小平面寬度約為0.3微米，有效的夾角約為70°，在切削刃上有噴涂的金屬層，在金屬涂層的切削刃上有粘附的聚合物涂層，噴涂金屬層的厚度小于500埃，在金屬層上粘附的聚合物涂層厚度小于10微米。
剃削裝置可以為活動夾頭式，它用于與剃刀夾持裝置連接和脫開，也可以與剃刀夾持裝置作成一體，這樣當(dāng)?shù)镀冣g時，整個剃刀可以作為一個組件取出。接觸皮膚表面的前面和接觸皮膚表面的后面與刀片刃邊(或多個刃邊)配合，決定剃削的幾何形狀。美國專利3876563和美國專利4551916號表示了這些型式的最佳的剃削裝置。
本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點可在下面的特定實施例的說明，結(jié)合附圖可以看出，其中

圖1為根據(jù)本發(fā)明的剃削裝置的透視圖;
圖2為根據(jù)本發(fā)明的，表示制造剃刀刀片的步驟的流程圖;
圖3為根據(jù)本發(fā)明的剃刀刀片部分的透視圖;
圖4為圖3所示的剃刀刀片最終刀尖的放大示意圖(在放大倍數(shù)約為50，000的掃描電子顯微鏡下觀察得到的)。
圖1所示的剃削裝置10包括一個座或平臺狀元件12，它由耐沖擊性好的聚苯乙烯模壓而成，用于固定剃刀夾持裝置，此外還包括一導(dǎo)向結(jié)構(gòu)16，它形成了一個橫向向前凸出與皮膚表面接觸的面18。在平臺12的上表面安放著主要的陶瓷刀片20，它具有削尖的刃邊22，跟隨的陶瓷刀片24，它具有削尖的刃邊26和一個墊片結(jié)構(gòu)，它保持刀片20和24在空間的相互關(guān)系，頂蓋30用耐沖擊性好的聚苯乙烯模壓而成，頂蓋體部分32形成一個外表覆蓋面34，它位于向前延伸的側(cè)壁36之間。呈橫向展開形狀，並有一個前棱邊38，它位于刀片刃邊26后方。
刀片20和24是根據(jù)圖2所示的步驟制造的。每一個刀片20、24都是由單晶氧化鋁(藍(lán)寶石)的陶瓷剃刀刀片毛坯40制造的，毛坯寬度約為0.6厘米，長度約為3.8厘米，厚度約為0.1毫米，邊緣表面42平行于其C結(jié)晶軸，它將被刃磨成切削刃。
參看圖2可知，毛坯40要經(jīng)過一系列刀刃形成的工序，包括粗珩工序44，精珩工序46，退火工序48，和噴射法刃磨工序50以形成如圖3的透視圖所示意地表示的那種橫截面形狀的刀片刃邊，然后刀片還要經(jīng)過噴涂工序52。刀片具有經(jīng)過粗珩的小平面58，其寬度約為0.5毫米，夾角約為9°，並有一平頂，示意圖中角60表示(圖4)，它是經(jīng)過精珩工序46制成的，以便形成一刀尖62，刀尖半徑約為700埃(圖4)。在經(jīng)過退火工序48和噴射法刃磨工序50，減少了表面粗糙度和表面下的缺陷之后，由水平面66所形成為最終的刀尖68的夾角約為70°，刀尖半徑約為300埃。
在粗珩工序44中，刀片毛坯40以360厘米/分的移動速度進(jìn)給，通過砂輪(具有金剛石磨粒，磨粒尺寸為8～16微米)，油的流量為1.8升/分，砂輪以1100轉(zhuǎn)/分的速度回續(xù)，切入刀片刃邊，安裝角度為4.5℃(刀片40的平面與砂輪切線之間的角度，刀片在切線處與砂輪接觸)，刃磨的橫向進(jìn)給量約為0.5毫米(由砂輪引起的刀片變形)彈簧力約為1公斤，這樣來作出粗珩的小平面58，其夾角約為9°，寬度約為0.5毫米，並作出相對較平的頂部60，其寬度約為10微米。
經(jīng)過粗珩的小平面58在步驟46時進(jìn)入精珩工序，這時其刀片刃邊被研磨構(gòu)成半徑至為600～800埃的刀尖62。精珩階段46所用的砂輪具有金剛石磨粒，其磨粒平均尺寸為1微米，回轉(zhuǎn)速度為1130轉(zhuǎn)/分，安裝角度偏離刀片40約8°，刃磨的橫切進(jìn)給量為0.2毫米，彈簧力約為1公斤，刀片40的進(jìn)給移動速度約為170厘米/分。
當(dāng)用機(jī)械方法刃磨過的刀片40在亞甲基氯中去除油脂並在氟利昂中經(jīng)過溶劑超聲波清洗后，去掉油脂和不帶磨粒的刀片放入管式退火爐中，在1550℃下和空氣中退火1小時。機(jī)械刃磨過的陶瓷刀刃的這種退火處理使刀尖區(qū)域產(chǎn)生巨大的變化，結(jié)果退火后的最終刀尖沿著刀片刀刃的長度方向具有微小的、平臺狀的頂部區(qū)域，示意圖中用64表示，這個平臺狀頂部的寬度約為1000埃。刀刃表面的粗糙度降低，同時在機(jī)械珩磨工序中產(chǎn)生的表面下的缺陷(已為透射電子顯微檢查分析所證實)也降低了。
退火后的刀片40放入具有細(xì)長陰極的噴射腔中，刀片刃邊垂直于陰極，刀片刃邊至陰極的距離約為7厘米。噴射腔抽真空至壓力等于或小于2×10-6乇，並加入氬，使噴射的氣體壓力達(dá)到10毫乇。采用13.56兆赫的射頻電源以建立具有200瓦射頻前向功率的穩(wěn)定等離子體，噴射刃磨的持續(xù)時間約為135秒，以便獲得噴射刃磨的小平面66，其寬度約為0.3微米，夾角約為70°，最終的刀尖68的半徑約為300埃，如圖4示意地表示那樣。刀刃表面粗糙度和在機(jī)械珩磨工序中產(chǎn)生的表面下的缺陷(已為透視的電子顯微檢查分析所證實)進(jìn)一步減小。在噴射刃磨工序50之后，使用配套的網(wǎng)格選擇器將噴射裝置從噴射刃磨狀態(tài)(離子束蝕刻)轉(zhuǎn)換至噴鍍狀態(tài)，在400瓦和10毫乇壓力下點燃等離子體，將鉻-鉑靶子預(yù)先噴射約5分鐘，此時在刀片與靶子之間的基片應(yīng)屏蔽起來。在完成預(yù)先噴射后，應(yīng)取消基片屏蔽，噴射出的鉻和鉑原子就沉積在刃磨過的刀片刃邊上，形成一穩(wěn)定的金屬層70，其厚度約為300埃，刀尖半徑約為350埃，如圖4示意地表示那樣。
根據(jù)美國專利3518110號的說明，在刀片的噴涂刃邊上還要加聚四氟乙烯調(diào)聚物的涂層72。這個過程包括在氬氣環(huán)境中加熱刀片，並在刀片的切削刃上加一層粘附的和減小摩擦力的聚合物固體PTFE涂層74，如圖4所示意表示的那樣。
結(jié)果得出的刀片刀刃的示意圖如圖4所示。改良(噴射刃磨)的刀尖68的半徑約為300埃，組成改良刀尖68的噴射刃磨表面66的夾角約為70°，機(jī)械方法研磨和退火的小平面58的夾角約為9°。結(jié)果得出的陶瓷刀片20、24組裝成剃刀10。剃刀顯示了卓越的剃削性能和剃削壽命。
這里只表示和說明了本發(fā)明的一些特殊的實施例，對于技術(shù)熟練的人員，很明顯可以有不同的改進(jìn)方案，因此本發(fā)明不僅局限于所述的實施例或其細(xì)節(jié)，只要在本發(fā)明的范圍和精神之內(nèi)，完全可以偏離所述的實施例。
權(quán)利要求
1.一種制造剃刀刀片的過程包括下述步驟提供陶瓷基片，用機(jī)械方法研磨所述陶瓷基片，以便在其上作出具有小平面的削尖的刃邊，其夾角小于30°和一個小于1200埃的刀尖半徑；用噴射法刃磨所述刃邊以作出切削刃，切削刃由許多輔助小平面組成，其寬度小于1微米，夾角大于40°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程，其中所述陶瓷基片材料由碳化硅，氮化硅，二氧化鋯和鋁組成的一組材料中選擇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程，其中所述陶瓷基片為單晶材料，其彎曲強(qiáng)度超過700兆帕。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程，其中所述的陶瓷基片用金剛石磨料進(jìn)行機(jī)械研磨，其工序分為粗珩和精珩兩步驟，所述粗珩步驟作出一些小平面，其夾角小于20°，同時用機(jī)械方法研磨所述陶瓷基片的步驟在基片上形成一削尖的刀刃，其最終的刀尖半徑在600～800埃范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的過程並再包括下列步驟在所述切削刃上噴涂含有鉻的金屬層，和在所述金屬涂層的切削刃上加上粘附的聚合物涂層。
6.剃刀刀片包括一個帶有經(jīng)過機(jī)械研磨小平面的陶瓷基片，小平面寬度至少約為0.1毫米，其夾角小于30°;還包括一個噴射法刃磨的切削刃，其刀尖半徑小于約500埃，切削刃由許多輔助的，用噴射法刃磨的小平面組成，其有效夾角大大地大于所述經(jīng)過機(jī)械方法研磨的小平面的夾角，機(jī)械方法研磨的小平面經(jīng)過退火熱處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的剃刀刀片並再包括在所述噴射蝕刻的切削刃上的噴涂金屬層和在所述金屬涂層的切削刃上的粘附的聚合物涂層，所述噴射刃磨的切削刃的厚度小于500埃，在所述金屬涂層的切削刃上的粘附的聚合物涂層厚度小于10微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的剃刀刀片，其中所述切削刃通常平行于所述基片的C結(jié)晶軸。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的剃刀刀片，其中所述陶瓷基片材料從由碳化硅，氮化硅，二氧化鋯和鋁組成的一組材料中選擇，其彎曲強(qiáng)度超過300兆帕。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的剃刀刀片，其中緊靠著所述切削刃的所述噴射刃磨的小平面的寬度在0.1～0.5微米范圍內(nèi)，其有效夾角至少為40°，本權(quán)利要求還包括在所述切削刃上的噴涂金屬層，在所述金屬涂層切削刃上的粘附的聚合物涂層，所述噴涂金屬層的厚度小于500埃，在所述金屬涂層上的所述粘附的聚合物涂層厚度小于10微米。
全文摘要
制造剃刀刀片的過程包括下列步驟提供陶瓷基片；用機(jī)械方法研磨陶瓷基片的棱邊，在其上作出具有小平面的削尖的刃邊，其夾角小于30°；對機(jī)械方法研磨的刃邊進(jìn)行熱處理以減小表面粗糙度和表面下的缺陷；噴射刃磨削尖的刃邊以作出輔助的小平面，其夾角大于40°，并形成一小于500埃的刀尖半徑。最終得出的刀片顯示了卓越的剃削性能。
文檔編號B26B21/58GK1057222SQ91101629
公開日1991年12月25日 申請日期1991年3月18日 優(yōu)先權(quán)日1990年6月8日
發(fā)明者斯特韋·S·哈恩 申請人:吉萊特公司