探索刀具刃磨技术:从理论到实践,教你如何磨出锋利刀刃
刀子怎么磨?见仁见智,网上流传着不少行之有效的经验和方法。
本文从理论分析出发,试图探索常见刀具磨刀技术的基本原理,并在此基础上提出新的磨刀方法和技巧,供读者参考。(本文中的锋利度比较是以同一磨刀技术水平为基准的)难免有浅薄之见、轻视之词和错误之处,敬请谅解和指正。
1.刀形与锋利度的关系
刀刃的形状包括轮廓、刃角等特征。以下是十三种常见刀具的刃形。
(1)这是大多数厂家采用的磨刀方式,刀体坚固,容易磨削,对磨削技术要求不高,但不容易磨得很锋利,常见的厨刀都是用这种方式磨的,很多匕首类刀具也用这种方法。
(2)采用凹磨技术,也可以说是(1)的变形。刀身凹陷,刀刃薄而轻,可以达到很高的锋利度。但当刀刃磨厚时,锋利度也会相应下降。很多折叠刀都采用这种刀刃形状,刀友们在网上秀锋利度的刀也大多是这种类型。
③、⑷型多见于手工刀具,如唐大刀、日本武士刀等。这类刀片刃角很小,刃面引导性好,所以可以磨得极其锋利,远非①、②可比,特别是在切割时,穿透力很高,但缺点是刃角极小,刀片强度会降低,容易产生缺口或者卷边。不过这种刀片如果不是在高强度下工作的话,即使磨损之后也能保持很高的锋利度。但是这种刀片有一个严重的缺点,磨损卷边之后再磨,非常费时费力。
⑸是⑷和⑷的变型,只有内弧刃部形成整体的血槽。如蒙古刀、保安刀等中国少数民族手工刀常采用此种刃型。由于血槽的存在,刃面变得窄很多,导向性变差,所以刃磨难度略大,锋利度有所降低,但刃磨工作量也大大减少。
⑹刃比较少见,主要例子是老式剃刀,在西方一些古代刀剑上也有发现。这种刀刃自磨后很难保持原貌,常常变成⑸刃。这种刀刃从腹到刃部都极薄,刃角很小,所以很容易磨,其锋利程度远非其他刃形的刀具可比。
⑺刃为整片刃,多见于需要极其锋利的专用刀具上。不过,这种磨法也常见于厨刀上(每把刀都不一样,有些人在磨刀时将厨刀完全平压在刀石上,也会形成这种刃型)。这种刃型极其锋利,主要得益于极低的磨削角度和引导性极佳的宽刃面。
⑻呈弧形,刀刃强度高,刃磨方便,但锋利度不是很高,多见于大型藏刀及中国古代扁平单手刀。
⑼、⑽刀刃面有偏,多见于雕刻刀、凿子、剥皮刀、剪刀等专用刀。这种结构大大方便了磨刀,免去了反手磨刀的麻烦。但这种刀受力时有明显的偏斜,即刀刃明显向较平的一侧偏移,所以在格斗刀中很少使用。
⑾、⑿、⒀是刀背的假刃磨法,这种刀刃的目的不是为了切割,而是为了刺穿时导刃,所以一般不追求锋利。
以上13种常见刀片,根据刀刃弹性变形理论,可以很好地解释它们的形状与锋利度之间的关系。刃角越小、刀刃越薄,锋利度越高。另外,刃面越宽越直,导向性越好,磨刀时更容易找到手感,从而减少角度误差,更容易磨刀。
2. 什么样的刀片锋利?
常见刀具的锋利度测试,目前尚无统一的行业标准,通常根据刀具在推纸、剃毛、剪发等具体使用性能上判断锋利度。从刀片的结构特点来看,刀片的锋利度主要取决于以下五个重要因素。
1. 叶片角度
刃角越小,刀刃越锋利,切割阻力越小,锋利度越高,是影响锋利度的重要因素。
(叶片角度:6<7<4<3<5<2<1)
2. 切削刃圆弧半径
切削刃半径越小,切削压力就越小,自然就越锋利,这是使刀具锋利的最关键因素。
(刃口半径:7>4>3=2=1>6=5)3、2、1的刃口半径相同,刃口越小越锋利,所以锋利度为3>2>1。
3. 叶片样式
当刃纹方向与切割方向一致时,切割起来更容易,也更锋利。刃纹相互平行且垂直于切割边缘(垂直刃纹)时效果最佳。刃纹在刀刃处产生的微锯齿也有助于提高锋利度。
4.伯尔
毛刺会大大增加刀片的切割阻力,是影响锋利度的重要因素。锋利的刀片应该没有毛刺。
5. 微锯齿
严格地说,刀刃呈微锯齿状,当齿向与切削方向一致时,切削压力越小,刀刃越锋利。
3. 刀具与锋利度的关系
同样的刀,同样的磨刀方式,为什么小角度磨起来却锋利得多?(从“砍”的力学关系上根本解释不了)
同样的磨刀方法,同样的磨刀角度,同样的材质、热处理,为什么不同形状的刀,其锋利度会有如此大的差别呢?
为什么不锈钢刀相对比较难磨?
为什么手的定位误差至少有几毫米,而磨削的刀片的边缘却可以薄到几微米呢?
3. 如何减小切削刃半径?
在决定锋利度的五个主要因素中,刃角是事先确定的,微锯齿主要与材质有关,毛刺的清理属于后处理。因此,在磨刀时,必须着重解决最小化刃半径和产生纵向刃线这两个问题。要获得尽可能小的刃半径,关键是要尽量延缓刃卷曲的时间(因为一旦刃卷曲就会产生毛刺,进一步打磨只会使毛刺扩大,很难进一步减小刃半径)。为此,必须做到以下两点。
(一)局部微力切割
每颗油石颗粒都必须用很小的力切割刀片,以防止过早卷曲。
(二)局部微切割
刀刃上每一粒油石的切削量必须很小,否则将在刀刃上产生大量的划痕,从而降低刀刃强度,使刀刃早期卷曲。另外,切削量大伴随切削力也大,这也是诱发卷曲的重要原因。
要达到以上两点,就要尽量避免应力集中,因为它会造成局部切削力和切削量的急剧增加,导致切削刃过早出现毛刺、划痕等缺陷。
4. 磨刀过程中的缓冲保护机制
由于油石平整度、粒度均匀度、锋利度、与刃口的不完全贴合度、磨削角度误差等因素的限制,为实现局部微力、微切削,缓冲保护机制必不可少。缓冲越有效,磨削效果越好,刃口越容易变薄。反之,刃口无法变薄,甚至会出现刃口缺口、划伤等严重缺陷。
(一)刀片弹性变形对刃口的保护作用
下面模拟刀片弹性变形对刃口的保护作用,说明缓冲保护机制的形成机理和重要作用。
刀片用很小的力压在油石上,刀面完全贴合油石,刀身的变形可以忽略不计,此为标准磨刀状态,刀脊高度84.51mm,刀腹中点高度42.26mm,实际磨刀角度25°(刀刃角度50°),刀片滑动摩擦方向为从左至右,如下图所示。
如果一直保持上图的角度和姿势,继续轻磨肯定能得到很薄的刀刃。但是因为双手总是以一定的幅度不同步地摆动,所以会出现以下五种不同的情况。
第一种情况,操作刀片时用力很小,但双手均抬起,实际的研磨角度也相应增大,因此只磨到了刀片的边缘,而没有磨到刀片的表面。由于操作力很小,即使不小心出现这种情况,只要是少量的切割,一般不会导致刀片过早卷曲,但也限制了锋利度的提高。
第二种情况,双手均放下,实际磨削角度相应减小,无论是否施力,都无法磨削刃口和切削面,只能磨削内切削线,这种情况下虽然切削线会被磨圆,但对刃口并无损伤。
第三种情况,刀脊高度不变,但按压刀腹的手因不稳定,力量突然加大,导致刀腹突然下沉,如下图所示。
上图中,由于弹性变形,刀腹下沉,刀尖上扬2.620,实际磨削角度下降为22.210,增加的力通过刀身传递到内刃线上,虽然这样会造成刃线圆润不平整,但有效保护了刃口。
第四种情况是,刀腹高度保持了,但是握刀的手不稳,导致刀脊倾斜,如下图所示。
上图中,由于弹性变形,刀脊倾斜不但没有增加磨削角度,反而使刀尖向上倾斜了1.323°,磨削角度减小为23.899°,情况和第三种情况很相似,同样可以保护刀刃。(当然,如果倾斜幅度过大,会带动刀腹上扬,磨削角度也会增大,对刀刃有损伤。)
第五种情况,由于油石不够平整,颗粒大小不均,会不时对刀刃造成冲击,刀刃的弹性变形也会使刀刃翘起,从而避免或减轻对刀刃的直接冲击,有利于提高锋利度。
可以看出,第三种情况至第五种情况,由于刀刃的弹性变形,有效地缓冲和传递了操作时产生的冲击力。刚度系数越小,缓冲效果越好,相应的磨刀效果也越好。这也解释了“刀越薄越容易磨”的现象。在实际磨刀时,刀刃的弹性变形通常没有这么大,但基本原理是一样的。
弹性变形缓冲保护原理不仅在传统手工磨刀中得到广泛应用,在仿形定角磨刀器中也得到广泛应用,而且具有定角准确的特点,避免了第一次不利的情况,磨出的刀具锋利度远高于纯手工操作。仿形定角磨刀器对刀刃的保护原理如下图所示。
其他固定角度磨刀器则没有此保护机制(采用3×6mm钢条代替4mm直径导杆,二者强度差不多),如图所示。
(二)刀片弹性变形对刃口的保护作用
刃磨过程中,刀刃直接承受磨料的冲击,弹性变形的影响较大,下图分别为刀刃倾角为60°和30°时刀刃与油石的接触情况。
由于缺乏相关数据,因此采用逻辑推理。从上图可以看出,刃角为60°的刀片强度要大得多,横向强度高,不易变形,几乎没有弹性。因此,在刃磨过程中,刀片与油石颗粒之间的冲击要大得多,这显然不利于减小刀片半径,并且必然会导致过早卷曲。刃角为30°的刀片相当薄,横向强度低,容易变形,弹性明显。刃磨时的冲击要小得多,可以有效避免过早卷曲,因此有利于减小刀片半径。
笔者曾用同样锋利的钢锯片进行过测试,其中一把刀片的刃角为30°,刀片能在半空中将毛发切断,放在80倍显微镜下观察,其刃口是一条几乎看不见的细线,据此推算为1微米以下。另一把刀片的刃角为60°,刀片能将毛发剃除但不是很顺滑,放在80倍显微镜下观察,刃口是一条凹凸不平、明显较粗的白线,厚度用读数显微镜测量,约为5~10微米。
根据以上分析和实际磨刀测试可以看出,随着刃角的增大,锋利度也急剧下降。当然,这是由于“劈开”的机械原理,但更重要的是由于刃口半径急剧增大。这也是刃角越小越容易磨刀的主要原因。
3.油石及其颗粒的弹性对切削刃的保护作用
使用平整、柔软且锋利的油石来提高刀具的锋利度是常识*,它可以增强与刀刃的贴合度,防止应力集中损坏刀刃,减少因手部不稳定对刀刃的损坏。
为使油石及其颗粒柔韧,应选用平、细、软、薄的品种。将油石铺在软垫上,磨刀时尽量缓慢地推刀。实践证明,细砂纸是一种非常理想的精磨材料,其表面平整(垫在平整的基体上),柔软而薄,是其它油石难以比拟的,因此特别适合用于后期的精磨。但它的缺点是磨刀量很少,对操作的要求也很高,手工操作难度很大。
6. 刀片材质与锋利度的关系
刀片材料各种性质对锋利度的影响,仍需从局部微切削、微力切削的角度加以解释,凡是对其有利的,都有利于提高锋利度,反之则限制锋利度,而最终的锋利度是这些有利与不利因素综合作用的结果。
1. 有利于提高锋利度的材料特性
1.晶粒细密
切削刃的半径受晶粒尺寸的限制。只有当晶粒细小而致密时,才能磨出非常薄的刀片。特别锋利的工具具有细小而致密的晶粒结构。
(2)超强耐磨
超耐磨性是比高硬度更有利的因素。由于耐磨性,切削量必须小,摩擦也小,相应的切削力也小。局部切削量和切削力都很小,这显然有利于提高锋利度。轴承钢制成的切削刃更薄,微锯齿更细,锋利度一流,保持性也好。
3、硬度高
硬度影响钢材的很多性能,包括耐磨性*、强度等。如果材料硬,就应该用高硬度和锋利的磨料来磨刀。磨料颗粒嵌入很浅,局部切削量和切削力很小,有利于提高锋利度。大多数非常锋利的刀都具有高硬度的特点。剃须刀的刀刃上涂有超硬陶瓷,因此它的锋利度无疑非常高。
⑷ 高弹性
高弹性材料复位能力强,有利于缓冲局部冲击,刀刃不易卷曲,有利于提高锋利度。用弹簧钢制成的刀具也非常锋利。
⑸ 图案
历史上已知最锋利的钢刀是大马士革钢刀,它是一种“铸造花纹钢”,可以切断半空中的头发。由此可见花纹对锋利度的影响。
2. 阻碍锋利度的材料特性
1、可塑性强
塑性强就意味着刀刃容易卷曲,而且由于毛刺的带动作用,形成恶性循环,进一步加剧。所以塑性强的刀具形成的毛刺厚而宽,不易脱落,当然不利于提高锋利度。
(2)粘度高
如果粘度大,磨削时的摩擦就大,局部切削力也大,局部切削量也难以保证小,不利于提高锋利度。
常见的不锈钢存在可塑性强、粘性大等缺点,因此不易磨锋利,这也是很多人认为不锈钢刀难用的主要原因。另一方面,不锈钢还具有硬度高、强度大、不易生锈等优点,只要使用合适的磨刀方法或工具,依然可以锋利耐用,因此依然被广泛使用。
7:如何磨刀?
一般来说,只要刀刃足够薄,刃角足够小,刀体材质不难磨,想要磨出特别锋利的刀刃并不难。但是,不考虑应用需求而盲目减小刃角是不可取的。追求锋利度*必须满足应用需求,不能以牺牲保留为代价。
刀该如何磨?从上面的文字中,我们多少能窥见一斑。现在我们来做个简单的总结。
1.磨削角度准确、稳定
刃磨角度是个老生常谈的话题,“七分技术三分磨料”就是说技术的核心就是角度的掌握和控制,这是一门需要终生练习的技能,可见其重要性。如果角度控制不好,一切技术都等于零,再高级的磨料也没用,再好的刀也会被磨成废铁。
为达到磨削角度准确、稳定,必须做到以下两点:
1、推制过程中,磨削角度必须一致
难度相对较小,只要你有一双稳定的手和一点练习,通常就可以做到。
(2)切换前后,磨削角度必须一致
磨刀过程中,经常需要停下来检查、加水、清洁、翻转刀片等。重新开始时,通常依靠记忆和估计来调整到接近原始的角度,并根据磨刀时的感觉进行修正。重新确定角度容易出现较大误差,尤其是在翻转刀片时。这一步骤操作难度大,对磨刀质量的影响最关键。需要长期大量的练习,加上天赋。
作为新手或者技术不太好的人,可以借助参照物或者测量工具来保证切换前后的磨刀角度一致。例如在刀背上找几个特征点,按顺序编号,然后在刀刃两侧画尽可能垂直于刀刃的标记线,逐一测量标记点到刀刃的距离,根据三角函数计算出所需要的高度值,记录对应的编号,在磨刀时以对应的高度值来确定角度,如图所示。
推刀方向应与标线一致,每次确定角度时,先将刀姿调整至与切换前接近,再用尺子量出标点高度,达到预先计算的值后,才开始推刀。
此方法需要做标记以及反复测量固定角度,但磨刀效果值得肯定,甚至超越了许多专家,因此特别适合新手。
2.充分利用缓冲保护机制
刀刃和刀刃的弹性对锋利度有很大影响,如果加上缓冲环节,可以进一步增强这种有利效果。
在手和刀之间增加一个有弹性的缓冲装置,可以进一步减少手抖对刀刃的冲击,比如戴上柔软而厚的手套,或者在刀柄上缠上厚的垫子,或者在压刀的手指上贴上厚的垫子等等。
在刀刃与油石之间加设弹性缓冲垫,建议使用锋利、平整、柔软、颗粒均匀细小的油石,平放在软垫上操作,推刀的力度和速度尽量小。
对于刀刃较窄、较厚的刀具,可以安装宽而薄、较软的辅助刀片,不仅可以增强缓冲效果,还可以使角度设定更加准确,从而大大降低磨刀难度,提高磨刀效果。如图所示
3.适当的磨刀力度和速度
每次磨刀过程的推荐强度如下:
粗磨:轻→轻→重→轻→轻
中磨:微磨→轻磨→微磨
细磨:超细→微→超细
每道工序的操作力度都是从小到大,然后保持力度不变,再逐渐减小。这是因为刚开始的时候,油石与刀刃的接触面积很小,用小力度操作,可以防止划伤刀刃,保护油石。随着磨刀的进行,油石与刀刃的接触面积也随之增大,力度也应加大。当即将出现锋利区域时,就要减小力度,防止油石划伤刀刃,导致毛刺提前出现,减少磨刀痕迹。
在控制力度的同时,还要注意控制推击速度,推击速度越慢,局部冲击力越弱,更有利于提高锋利度*,这在精磨阶段尤其重要。
4. 最佳磨刀方向
不同的磨刀方向会产生截然不同的磨刀效果。当刃线互相平行且垂直于刀刃(纵刃线)时,刀片的锋利度和强度最高。如果刃线平行但不垂直于刀刃(斜刃线),则次之。如果有与斜刃线相交的刃线(X刃线),则非常糟糕。刃线平行于刀刃(横刃线),则最糟糕。因此,在刃线形成阶段,推刀方向应尽可能垂直于刀刃,力求完全消除X刃线和横刃线。以下是这四种刃线的显微图像。
正确的磨刀方向
按照上图所示的方向进行研磨,以产生刀刃图案
如果刀片是弯曲的,在保证刃线平行的同时还要考虑与刃口的垂直度,如果强行要求刀片有垂直刃线,必然会因为油石两边无法同步而产生大量的X型刃线。
5. 合适的磨料
网上有很多资料,所以我就跳过了。
8. 结论
(1)磨刀需要一双非常稳定的手,尤其需要耐心和毅力。
(2)为提高锋利度,必须尽量减小刃口半径,并努力使刃线相互平行,且尽量垂直于刃口,避免形成X刃线和横刃线。因此对操作技巧也要求较高。
(3)使用磨刀器可以大大简化上述操作,但在选购时一定要谨慎。好的磨刀器确实能帮你解决磨刀问题,而且随着你磨刀技巧的不断提高,你对它的依赖也会进一步增加。劣质的磨刀器虽然也号称专业,但弊端多,性能低,通常只对新手有用,一旦水平稍有提高,就会弃之不用。建议在选购前,一定要先熟悉手工磨刀的相关技巧和要求,了解磨刀器是否真的能满足刃磨需求,并认真鉴别。
(4)刀剑越锋利越好。这要看性能和个人需求。刀刃面积越大,刃角越小,刀剑越锋利。但抗崩性越差,越不适合切割坚硬的物体。对于厨师来说,一个厨师通常有几把大小、形状、重量和刀刃不同的刀。一把用来切肉,一把用来切骨头。这样,刀可以发挥更大的作用,并保护刀延长使用寿命。
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