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怎样磨刀才锋利——常用刀具刃磨理论和技术之
发表时间:2020-09-19 03:20

  本文从理论分析出发,试图发掘常用刀具的刃磨技术基本原理,并在此基础上提出新的刃磨方法和技巧以歆读者。(文中锋利性的比较,建立在相同刃磨技术水平之上)

  常用刀具的锋利性检测,目前尚没有统一的行业标准,通常根据刀具在推纸、剃毛和断发等方面的具体表现判定。而从刀刃的结构特征分析,刀刃的锋利性主要取决于以下五个重要因素。

  刃角越小,刃部越尖,切入阻力也越小,锋利性也越高,它是影响锋利性的重要因素。

  刃口半径越小,切入压力也就越小,自然也越锋利,这是使刀具锋利的最关键要素。

  刃纹方向与切割方向相同时,更容易切入,也更锋利,各刃纹相互平行且与刃口垂直(纵刃纹)时最佳。刃纹在刃缘处产生的微锯齿,也有利于提高锋利性。

  毛边会大大增加刀刃的切入阻力,是影响锋利性的重要因素,锋利的刀刃应该没有毛边。

  严格的说,刃缘都是有微锯齿的,齿向与切割方向一致时,切入压力越小,刀刃也越锋利。

  同一把刀,同样的刃磨方法,为什么小角度刃磨要锋利得多?(仅仅从“劈”的力学关系是根本无法解释的)

  同样的刃磨方法,相同的刃磨角度,同样的材料和热处理,为什么不同形状的刀具锋利性相差甚远?

  决定锋利性的五个主要因素中,刃角是事先确定的,微锯齿主要与材质有关,清理毛边属于后期处理,因此,磨刀时需要着重解决尽可能减少刃口半径和产生纵刃纹这两个问题。要获得尽可能小的刃口半径,关键是要设法尽量延后刀刃卷口(因为一旦卷口就会产生毛边,继续磨削只会使毛边扩大,很难使刃口半径进一步减小)的时机,为此必须做到如下两点。

  各油石颗粒对刀刃的切削量必须很小,否则会在刃口上产生大量的划痕,从而降低刃口强度,导致刃口早期卷曲。此外,较大的切削量伴随的切削力也较大,也是诱发卷口的重要原因。

  要做到以上两点,必须设法避免应力集中,因为它会导致局部切削力和切削量剧增,从而过早在刃口出现毛边和划伤等缺陷。

  由于油石平整度、粒度均匀性、锋利性差异、以及与刃口不完全贴合、刃磨角度误差等限制,要实现局部微力和微量切削,离不开缓冲保护机制。缓冲越有效,刃磨效果也越好,刃口也更容易变薄,反之,则不能使刃口变薄,甚至可能出现刀刃缺口、划伤等严重缺陷。

  下面对刀身弹性变形对刃口的保护作用进行模拟,以说明缓冲保护机制的形成机理及重要作用。

  片刀以极微小的力压在油石上,刃面与油石完全贴合,刀身的变形可忽略不计,这是标准的刃磨状态。刀脊高度84.51mm,刀腹中点高度42.26mm,实际刃磨角度25。(刃角50。),片刀滑动摩擦方向为自左向右,如下图所示。

  如果始终保持上图的角度和姿势,持续轻磨一定可以获得极薄的刃口。但是由于双手总会有一定幅度,且不同步的摆动,故造成以下五种不同情况。

  第一种情况,以很小的力度操作,但双手都抬高了,实际刃磨角度也随之增大,只磨刃口,而磨不到刃面。因操作力度很小,即使偶然发生这种情况,只要是微量切削,一般不会造成刀刃提前卷口,但是也限制了锋利性的提高

  第二种情况,双手都降低了,实际刃磨角度随之减小,不管是否施力,都磨不到刃口和刃面,只能磨内侧的刃线,这种情况下虽然会将刃线磨圆,但是对刃口没有损害。第三种情况,保持刀脊的高度不变,而按刀腹的手因不稳定导致力度突然增加,刀腹随之突然下沉,如下图所示 。上图中,由于弹性变形,刀腹下沉致使刀尖翘起2.620。,实际刃磨角度下降到22.210。,增加的力都通过刀身转移给内侧的刃线,虽然这会导致刃线被磨圆而不整齐,但却有效保护了刃口。第四种情况,保持刀腹的高度,而握刀的手不稳定导致刀脊翘起, 如下图所示。上图中,由于弹性变形,刀脊翘起不仅没有增大刃磨的角度,反而使得刀尖翘起1.323。,刃磨角度减小到23.899。,情况与第三种情况极其相似,也能保护刃口。(当然如果上翘幅度过大,将会带动刀腹上升,刃磨角度因此增大,对刃口是有损害的)第五种情况,由于油石不够平整,以及粒度不均匀,都会使刃部不时受到冲击,刀身的弹性变形同样会使刃部上翘,从而避开或减轻对刃口的直接冲击,有利于提高锋利性。可见,第三至五种情况下,由于刀身的弹性变形,有效缓冲、转移了操作过程中产生的冲击,其倔强系数越小,缓冲效果也越好,相应的刃磨效果也越好。这也正好解释了“刀越单薄,越容易磨锋利”这一现象。实际磨刀时,刀身的弹性变形通常没有这么大,但其基本原理一样。弹性变形的缓冲保护原理,不仅在传统的手工刃磨得到广泛应用,在仿形定角磨刀器中也应用了这一技术,而且其具有定角准确的特点,把第一种不利情形也避免了,其刃磨的刀具锋利性大大高于纯手工操作。仿形定角磨刀器对刃口的保护原理如下图所示。而其他定角磨刀器却不具备这种保护机制(用3×6mm的钢条代替直径4mm的导引 棒,两者强度相近),如图所示。⑵ 刃部的弹性变形对刃口的保护作用在刃磨过程中,刃部直接承受磨料的冲击,弹性变形的影响更大。下图为相同刀具,刃角分别为60。 和30。时,刃部与油石接触情况对比。由于缺乏相应的数据,谨进行逻辑推理。从上图中可以看出,刃角为60。的刃部要强悍得多,其侧向强度很高,不易变形,几乎没有弹性,因此在刃磨过程中,刃口与油石颗粒的冲击也要大得多,显然很不利于降低刃口半径,必然导致过早卷口。而刃角为30。的刃部相当单薄,侧向强度很低,易变形,存在明显的弹性,刃磨过程中冲击要小得多,能够有效避免早期卷口,因此有利于降低刃口半径。笔者曾用用同样的锋钢锯条试验。其中一片刃角取30。,磨出来的刀刃能够凌空切发,将其放在80倍显微镜下观察,其刃口是一条若有若无的细线微米或更低。另一片刃角取60。,磨出来的刀刃可剃毛但不是很顺利,放在80倍的显微镜下观察,刃口是一条不均匀的明显粗大的白线,用读数显微镜测量其厚度在5~10微米左右。根据以上分析和实际刃磨试验,可以看出,随着刃角增大,锋利性也随之急剧下降,固然有“劈”的力学原理因素,但更重要的是因为刃口半径急剧增大。这也是刀刃角度越小越好磨的主要原因。⑶ 油石及其颗粒的弹性对刃口的保护作用采用平整、柔软而锋利的油石,有利于提高刀具锋利性,这是一种很重要的常识,它可以增强与刀刃的贴合能力,防止应力集中对刃口的破坏,还能衰减双手不稳定对刃口造成的损害。为了使油石及其颗粒更有弹性,应该选择平整精细,质地柔软和轻薄的品种。将油石铺在柔软的垫子上,磨刀时推动刀具的速度尽量慢一些。实践证明,细砂纸是相当理想的精磨材料,其表面平整(垫在平整的基板上),质地柔软而且轻薄,是其他油石难以比拟的,因此特别适用于精磨后期,但其缺点是刃磨量非常小,对操作的要求也很高,纯手工操作难度很大。3.刀刃形状与锋利性的关系刀刃形状包含了轮廓和刃角等特征,以下是十三种常见刀具的刃口形状。⑴是绝大多数生产厂家采用的一种刀具开刃形式,刀体强度高,方便研磨,对研磨技术要求较低,但要非常锋利却不容易。常见的厨用刀具就是这种开刃形式,另外也有不少匕首类刀具采用。⑵采用凹磨技术,也可以说是⑴号的变形,刀体内凹,刀刃轻薄,可以达到很高的锋利性,不过当刀刃被磨厚以后,锋利性亦相应下降。许多折刀都采用这种刃口形制,刀友在网上展现锋利性的大多是这类刀具。⑶、⑷号多见于手工刀,比如唐大刀、日本武士刀。这种类型刀刃角度很小,刃面导向性好,因此可以研磨得极其锋利,远非⑴、⑵可比,尤其在砍辟时的侵彻度非常高,但缺点是刀体的强度会因为极小的开刃角度而降低,容易造成缺口或卷刃。不过这种刀刃如果不是高强度工作,即使在磨损之后也能够保持较高的锋利性。但是这种刀刃有一个严重缺点,磨损卷刃后的重新研磨非常费时费力。⑸是⑶、⑷的变形,仅仅是内弧形刀身形成整体式血槽的变化。比如蒙古刀,保安刀等中国民族手工刀具经常使用这种类型的刀刃。由于血槽的存在,刃面大大变窄,导向性因此变差,因此研磨难度稍大,锋利性有所下降,但修磨的工作量也大大减小。⑹号刀刃很少见,主要的例子就是老式剃须刀,在一些西洋古刀剑上也有发现,这种刀刃在自行研磨后很难保持原貌往往转变成⑸号刀刃。这种刀刃,从刀腹到刃部都极致轻薄,而且刃角很小,所以很容易研磨,而且锋利性远非其他刃口形状的刀具可比。⑺号刀刃可以说整个刀身就是刀刃,多见于需要极其锋利的特殊用途刀具,不过倒也常常在菜刀上发现这种研磨方式(也因刀而异,有些人在研磨时将菜刀完全平压于刀石上研磨就会形成这种刀刃)。这种刀刃极其锋利,主要得益于很低的刃磨角度和优异导向性的宽大刃面。⑻是弧形的,刀体强度较高,方便研磨,但锋利性不会很高。多见于大型藏刀,中国古代的平造单手刀……。⑼、⑽刀刃面是偏锋,这种刀刃多见于刻刀、凿刀、剥皮刀、剪刀等特殊用途刀具。这种结构会大大的方便研磨,免除了反手研磨的麻烦。不过这种刀具受力时存在明显的偏斜现象,即刀刃向较平的一侧大幅偏移,故搏击类刀具很少采用。⑾、⑿和⒀是刀背的假刃研磨方式。这种刀刃的目的不是切割,而是在刺入的时候引导刀身,所以一般不追求锋利。以上十三种常见刀刃,根据刀身和刃部弹性变形理论都可以很好的解释其形状和锋利性的关系,刃角越小,刀身越薄,锋利性也就越高。此外,刃面越宽越平直,导向性越好,刃磨时容易找到感觉,从而减小了角度误差,也比较容易刃磨。三、刀刃材质与锋利性的关系刀刃材质的各项特性对锋利性的影响,仍然需要从局部微量和微力切削进行解释,凡是对其有利的,则有利于锋利性的提高,反之,就会限制锋利性,而最终锋利性的高低,则是由这些有利和不利因素综合作用的结果。1.对提高锋利性有利的材质特性⑴ 细而致密的晶粒刃口半径受到晶粒尺寸的限制,晶粒细小而且致密,才有可能磨出特别薄的刀刃。特别锋利的刀具,其材质的晶粒结构都是细而致密的。⑵超耐磨超耐磨是比高硬度更有利的因素,由于耐磨,切削量必然很小,摩擦力也小,相应的切削力也小,局部切削量和切削力都很小,显然利于提高锋利性。用轴承钢制作的刀具,刃口更薄,微锯齿更微,锋利性一流,保持性也不错。

  ⑶高硬度硬度会影响钢材的很多性能,包括耐磨性,强度等等。材质硬度高,应配以高硬度且锋利的磨料进行刃磨,则磨料颗粒嵌入很浅,局部切削量和切削力都很小,因此有利于提高锋利性。非常锋利的刀具,大多具有高硬度的特点。剃须刀片的刃部为超硬陶瓷涂层,其锋利性无疑是很高的。⑷ 高弹性

  高弹性材料复位能力很强,对缓冲局部冲击有好处,而且刃口不易卷曲,有利于提高锋利性。弹簧钢打造的刀具,锋利性也不错。

  历史上已知最锋利的是大马士革钢刀,属“铸造型花纹钢”,可以凌空割断一根发丝,可见其花纹对锋利性的影响。

  塑性强,意味着容易卷口,而且由于毛边的带动作用,形成恶性循环使其进一步加剧。所以塑性很强的刀具,形成的毛边又厚又宽,而且不容易脱落,当然不利于锋利性的提高。

  黏度高,则刃磨时的摩擦力大,局部切削力也大,局部切削量也难保不大,所以对锋利性的提高也是不利的。

  常见的不锈钢具有强塑性,高黏度等不利条件,所以比较难磨,这也是为什么许多人觉得不锈钢刀具不好用的主要原因。另一方面,不锈钢也具有高硬度、高强度、不易生锈等优点,只要采用合适的刃磨方法或工具,依然可以锋利耐用,所以依然得到了广泛应用。

  一般来说,只要刀刃够薄,刃角够小,刃体材质不是难磨材料,要磨出特别锋利的刀刃并非难事。但是一味的减小刃角,毫不考虑应用需要,这种为了锋利而锋利的做法实不可取。追求锋利性,必须符合应用的需要,不能以牺牲保持性为代价。

  关于刃磨的角度问题,已经是老生常谈了,“七分手法,三分磨料”,手法的核心就是对角度的掌握和控制,这是一种毕生都需要练习的技术,可见其重要性。可以说,控制不好角度,所有的技巧都等于零,再高级的磨料也没有用,再好的刀也会磨成废铁。

  磨刀过程中,经常需要暂停以检视、加水、清洗、翻转刀身等,再次开始时,一般靠记忆和估算调整到与原来接近的角度,并根据刃磨中的感觉来修正。重新确定角度容易产生较大误差,尤其是翻转刀身带来的误差最大。该环节操作难度比较大,对刃磨质量影响最关键,需要长期和大量的练习,外加天赋。

  作为新手或技术不佳者,可以使用参照物或者测量工具,确保切换前后的刃磨角度一致。例如在刀脊上找几个特征点顺序编号,然后在刀身两侧绘制尽量与刃口垂直的标记线,逐一测量标记点至刃口的距离,根据三角函数计算所需高度值,对应序号记录,磨刀时以对应的高度值确定角度,如图所示。

  推刀的方向最好和标记线一致,每次确定角度时,先将刀具的姿势调整到与切换前接近,然后用直尺测量标记点高度 ,达到前面的计算值后,才开始推刀。

  这种方法需要标记和反复测量定角,但刃磨效果值得肯定,甚至超过不少高手,因此特别适合于新手。

  刀身和刃部的弹性对锋利性影响极大,如果再增加缓冲环节,可使这种有利的影响进一步得到强化。

  在手与刀具之间增加弹性缓冲环节,可进一步减缓手的抖动对刃口造成的冲击。比如戴上柔软而厚实的手套,或者在刀柄缠上厚厚的软垫,在按刀的手指上贴一层厚软垫等等。

  a在刃部与油石之间增加弹性缓冲环节,建议采用颗粒锋利、平整、柔软、粒度均匀、轻薄的油石,将其平铺在软垫上操作,推刀力度和速度应尽量小。对于刀身窄而厚的刀具,可以安装宽大、轻薄而柔软的辅助刀身,不仅可以增强缓冲效果,定角也更准确,从而大大降低刃磨难度,提升刃磨效果。如图所示3.适当的刃磨力度和速度各刃磨工序推荐力度如下:粗磨:微→轻→重→轻→微中磨:微→轻→微精磨:极微→微→极微每道工序的操作力度都是由小到大,然后是保持力度,接着再逐渐减小。这是因为开始时,油石与刃口贴合面积很小,以微小的力度操作,可防止划伤刃口和保护油石。随着刃磨的进行,油石与刀刃的贴合面积也随之增大,力度也应随之增大。当快要出现锋锐区时,应减小力度,可防止油石划伤刃口,提前出现毛边和减小刃磨痕迹。在控制好力度的同时,还要注意控制好推刀速度。推刀速度越慢,局部冲击也越弱,越有利于提高锋利性,这一点在精磨阶段特别重要。4.最佳的刃磨方向不同的刃磨方向,获得的刃磨效果大相径庭。各刃纹相互平行并与刃口垂直(纵刃纹),刀刃的锋利性和强度最高,如果各刃纹平行但不垂直于刃口(斜刃纹),则次之,如果在斜刃纹上出现了与之交错的刃纹(X刃纹),很差,刃纹与刃口平行(横刃纹),最差。因此,在刃纹成形阶段,推刀方向应尽量与刃口垂直,力求彻底杜绝X刃纹和横刃纹。以下是这四种刃纹的显微图像正确的刃磨方向如下图 所示 。按上图所示方向刃磨,产生的刃纹 如下图所示如果刀刃为弧形,必须在确保刃纹相互平行的基础上,考虑与刃口的垂直度。如果强行刃磨出纵刃纹,由于油石两边无法同步,必然会产生大量X刃纹。5.合适的磨料网上资料很多,故略过。五、结语⑴ 磨刀必须依赖一双非常稳定的手、特别要有耐心和坚忍不拔的毅力。⑵ 提高锋利性,必须尽可能减小刃口半径,力求使刃纹互相平行并尽量与刃口垂直,避免产生X刃纹和横刃纹,因此还需要较高的操作技能。⑶ 使用磨刀器可以使上述操作大大简化,但务必要慎重选购。好的磨刀器能够真正帮助您解决磨刀问题,并且随着您磨刀技术的不断提高,您对其依赖也会进一步增强。而差的磨刀器,虽然也自诩专业,但其弊端重重,性能低下,通常只对新手有用,一旦您水平稍有增长,便弃之不用。建议选购前,务必要先熟悉手工磨刀的相关技术及要求,弄清磨刀器是否能真正满足刃磨需要,并认真加以甄别。

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