砍木头夹刀？是锋利还是刃角不对？刀具刃角初探。

xiaodaolion

        前些日子看辽宁刀友劈砍大赛的视频，砍木方比赛中刀友几刀砍断粗木方，无比羡慕，但反复推敲回想视频中的细节，突然想起一个细节，刀友大力挥砍木方时，刀子为什么不会被夹在木头里？这不科学啊！！凭啥我做的刀基本一刀砍半寸之后就是各种晃悠，各种拽，人家的可是毫无停顿啊！！
        于是，开动脑筋，各种百度,各种查资料，最后让我发现了它！！！

        自锁现象：
        
        法向反力N与摩擦力F的合力R称为支持面对物体的全反力。
        即摩擦力F达到最大值Fmax时，这时的夹角a也达到最大值b,把b称为摩擦角。
        tanb=F/N=μN/N=μ
        此式表明：摩擦角b的正切等于静摩擦因数。
        即：μ≥tanθ
（摘自百度百科https://baike.baidu.com/item/%E8%87%AA%E9%94%81%E7%8E%B0%E8%B1%A1/8045515?fr=aladdin）
        说简单点，刃角小，刀具就容易被锁在木头里，刃角大，就不容易被锁。

        这结论让我有点小纠结，因为我的刀具知识告诉我，刃角越小，切割性能就越好。
        看来需要一个平衡的数值来到达理想的效果了。
        想砍木头不被木头夹住，就需要增大刃角，想刀具切割性能好，就需要减小刃角。
        如果做一把专门用于砍木头的砍刀，那就需要刃角足够大，以防止被木头夹住，又不能无限的大，以提高切割性能。
        经查（百度文库数据）钢材与软木之间的摩擦系数在无润滑的情况下为0.15-0.25之间，硬木为0.12-0.16，如果钢材表面光滑，取值则偏小.
        好了，写到这里，估计学霸们已经可以计算出最佳刃角了！不过我不是，我数学是生理老师教的。

        于是又在百度上重新学习了一下三角函数，对自锁角进行了简化。
        原：tan刃角=对边比临边=0.12（不夹刀最小值）或0.25（刃角最大值）
        简化过程略。。。
        结果：刀片厚度/开刃宽度约等于0.12或0.25即刃角7-14度
        再简化：
                      2mm厚度刀片开刃宽度至少8mm宽（自然锋）超过17mm则容易夹刀。
                      3mm厚度刀片开刃宽度至少12mm宽（自然锋）超过25mm则容易夹刀。
                      4mm厚度刀片开刃宽度至少16mm宽（自然锋）超过33mm则容易夹刀。
                      5mm厚度刀片开刃宽度至少20mm宽（自然锋）超过41mm则容易夹刀。
                      6mm厚度刀片开刃宽度至少24mm宽（自然锋）超过50mm则容易夹刀。
        以上尺寸为大平磨自然出锋尺寸，但实际制造中开刃时刃口是有余量的，一般0.2-0.5不等，刀片厚度需要减掉此余量再做计算所以，以上尺寸只做参考，毕竟刀子不只切木头。
        当然，还有一种因素要考虑进去，就是凹磨和凸磨时的实际刃角要考虑进去，因为切深的变化会直接影响作用刃角的实际值。

        最后，说明一下，自锁角不只存在于刀子上，当你顺着纹路劈砍木材时，木材裂开的口也是一个自锁角，这就解释了为什么刃角高达30度的斧头也会被夹住。

        最后向我的体育老师致敬，这么多年背锅辛苦了！你永远是我最敬爱的老师。



看了好多刀友的回复，突然意识到有一点没有说清楚，那就是刃面角和刃锋角的区别。。。画张图解释一下。

我在上面所讲的角度选择，主要针对刃面角，但在实际刀具使用中刃锋结构又分好多种，
以单面刃的裁皮刀举例，它的刃面角较大，刃口余量为0，此为自然锋；
在自然锋的基础上再做0.5mm左右的开锋处理，叫极幼开锋，可以提高小刃面角自然锋刀具的耐用度和保持性；
极幼开锋再宽一些，达到1mm左右就是常见的量产刀具开锋结构，切面最接近上图（刃锋角有些夸张，实际一般都是30多度。）此类开锋方式往往都是在研磨初期保留0.2mm以上的刃口余量，再开锋所得；
量产开锋再经过我这样的手残党研磨，把刃锋区域与刃面区域妥善圆弧过渡，并拉斯抛光后就成为了凸磨开锋结构，此结构拥有更顺滑的切入感，更强壮的刃口，更大的刃角，最常见的F1就是这样。（人家那是专业设备做的，比我这个手残党正规得多。）
补充这么多，以后再有想起来的，再补充。
刀友要是有什么疑惑，欢迎拍砖。

xiaodaolion

呃，刚刚翻别的帖子，突然注意到有一个特殊的需求品种，飞刀，飞刀要满足上靶的需求，所以刃角要小于自锁角，必须要夹在靶上才行，不过由于上靶的是刀尖，而不是刀刃，所以仅测量刀尖长度与刃口比值即可，而且，由于刀尖形状原因，计算方法略复杂，这里我就不在这丢人了。。。完全可以找块木头实测。

aweilz1

可以整理成论文在刀友发表了

用白话解说，刃角大小影响切入阻力和刀片被夹紧力，刃角大切入阻力大夹紧力小。

切，是一下到底切两半不需要拔出来，夹紧力可以忽略了，所以刃角小利于切。

砍，要反复拔出来再砍入，刃角小的时候就能感受到夹紧力（尤其二开，因为有棱线，拔出阻力更明显）。刃角大则砍入阻力大，拔出阻力小。

yqlwolf

最喜欢有技术含量的帖子了，如果用凸磨的话不太容易夹刃的

磨刀的小表哥

好帖不能沉

sjsj

学霸。

aweilz1

切入阻力来自于木头的夹紧力产生的向上的分力加上摩擦力，拔出阻力为摩擦力减去向上分力。而夹紧力可能跟木头的刚性模量有关联，既然摩擦力跟向上的分力都与刚性模量有关，应该可以消去刚性模量，仅凭刃角和摩擦系数就能分析，得到砍柴最省力的斧头刃角，估计在斧子传统刃角（毕竟是实践出来的）范围内。

xiaodaolion

aweilz1 发表于 2017-8-8 13:24
切入阻力来自于木头的夹紧力产生的向上的分力加上摩擦力，拔出阻力为摩擦力减去向上分力。而夹紧力可能跟木 ...

本来想就着这帖子再多说一下重心的问题，但自己比划来比划去的，没比划明白，害怕误导刀友们，就没写出来。

s1jack

实际上合摩擦系数关系不大。仔细观察，不同V角砍下去可以发现。
1、大V角例如斧子砍进去，木头两侧受挤压变形，而斧子拔出来的时候，木头恢复量很少。

2、小V角砍进去，两侧受挤压变形，由于小V角，所以木头和刀身接触面积大，木头受挤压，所以力是相互的，也就是木头也会挤压刀身。接触面积大，还有一个较大的压力，自然不容易拔出来。

3、理论上讲，接触面积越小，越好，虽然接触面积小，看起来木头反作用力也越大，但是木头不是弹簧，你把木头“推”到一边，它不能完全复原，也就是弹性很低，它有上限，不会无限增加，所以小了，也容易砍进去。

4、这种比赛几刀砍断木方，一般来说的常见的刀，大力出奇迹。

5、顺着木纹砍角度大也容易被夹住，是因为纤维走向，你顺着砍进去，纤维没有断，向两侧排挤，这时候，向中间的“夹”力比横向更大。好比竹子两头固定，你可以使劲推中间，但是中间也会回弹，但是你要是两端固定，中间砍断横向推。。。那就是推烂拉到。

这些和在自由状态下测定的摩擦系数并无关联。

aweilz1

s1jack 发表于 2017-8-8 16:38
实际上合摩擦系数关系不大。仔细观察，不同V角砍下去可以发现。
1、大V角例如斧子砍进去，木头两侧受挤压 ...

顺纹劈下去和垂直劈，木头的弹性跟刚性都是不同的，顺纹劈是劈柴，不需要拔出来，而是接着劈；垂直劈是砍树，需要拔斧子。

摩擦力有影响，lz讨论的就是摩擦力影响，因为拔斧子的力=摩擦力-夹力的上分力，如果夹角恰好使上分力>摩擦力，斧子自己就弹出来了……

实际上不可能自己弹出来，因为木头不只是弹性形变，还有永久形变，所以夹力也比较复杂，如果在一定夹角范围内假定夹力不变，当个黑匣子，才能简化分析，不然问题太复杂。

aweilz1

其实很多问题仍然是靠实验和实践去解决的，人类的理论水平还说很有限的，自行车的自平衡问题目前也还没法精确计算，你这个问题可能就属于无法精确计算的，最有效的就是用不同刃角的试，然后收集数据作图找最佳答案，也可以拟合出半经验公式来，只是问题意义不大没有人做过这个工作。

胆小鬼

技术贴，看不太懂

artist1128

無論砍了夾不夾刀，粗用刀刃角本就要大，否則一砍準崩，廚刀細膩的刀工，就需要小刃角才能達成了，互相不能取代，不信用斧頭試試做菜。  XD

xiaodaolion

       确实，实践才是检验真理的唯一途径，不过此版是新手DIY区，谈的深了貌似也没啥大用，我的目的是给刚刚做刀的朋友指条道出来，在刀具设计之初，刀具刃面宽度的选择和研磨方式决定了一把刀的性能侧重方向。朋友找我做刀时，我也会问他，做刀打算干什么用。做把菜刀还分砍骨和切片呢，总有适合与不适合之分。此帖仅针对砍树，砍木方而论，其余尚未谈及，欢迎讨论，有些事情，不掰扯掰扯，还真说不清咋回事！

xiaodaolion

artist1128 发表于 2017-8-8 23:35
無論砍了夾不夾刀，粗用刀刃角本就要大，否則一砍準崩，廚刀細膩的刀工，就需要小刃角才能達成了，互相不能 ...

       兄说的有道理，粗用刀具开刃时刃口余量往往留的很大，0.5mm的有，1mm的我也见过，绝对货真价实的砍铁丝无损，不过这样的刃切菜就好象用勺子在挖，还不如牙咬来的干脆，这也是时下陶瓷刀的尴尬之处，陶瓷刀由于强度问题，刃口余量不可能留的太小，否则强度不够，很容易断口嘣刃，所以普遍刃口余量在0.5mm以上，这样一来的结果就是在切肉的时候表现极佳，但切土豆萝卜时切片不够平滑细腻，仔细看切片上有与刀刃平行方向的折断痕迹，大刀厚片切的时候明显感觉切割费力，难以切入。
       而正规切片刀刃口纤薄，切片手感非常顺滑，往往都是自然锋或极幼开锋的结构，所以切割性能非常强，此处突然想到好多影视剧作品都有厨师把菜刀咚一声扎在菜板上的镜头，虽说这是一个正规厨师不该做的事，但也侧面反映出厨刀会被夹在木头里（当然夹住是对的。）

金色八月

学习了

长安船长

高手真多

758520

好贴。。。

谁与话长更

劈柴的斧子多少年都不磨，什么柴也是一样撕开

xiaodaolion

谁与话长更 发表于 2017-10-25 10:37
劈柴的斧子多少年都不磨，什么柴也是一样撕开

大力出奇迹。