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第八次全国热处理大会论文集(2003年5月北京)
刀片的锋利性、利磨性与自磨锐问题木
黄建洪
(内蒙古农机研究所,呼和浩特010020)
摘要:本文以磨料磨损原理为指导,结合古今实例,讨论锋利刀片之锋利性、耐磨性、利磨性和自磨锐等问题的实质,
给出明确定义,澄清一些模糊概念.指出:锋利性、利磨性和耐磨性都是在特定摩擦学系统中,刀片表现出来的性能,
都只具有相对性;自磨锐效果只能通过磨料磨损来实现,是科学运用唐料磨损规律的结果.它们都与刀片材料的冶金因
素密切相关.
关键词:锋利刀片;锋利性:利磨性:自磨锐;磨料磨损
锋利刀具量大面广,是工农业生产和人民生活不可或缺的工具。提高刀具质量是材料热处理工作者的重要任
务.长期以来,除金属切削刀具还较受重视外,对锋利刀片的失效方式和磨损机理国内外都极少深入研究,所能
查到的少数文献114]也不尽翔实。对于像刀片的锋利性、利磨性和自磨锐等重要问题的阐述往往概念不清,互相
矛盾。笔者上世纪50年代中后期从事金工刀具热处理工作,1973年起接触农机锋利刀片,实践中深感锋利刀片
尽管常选用一般工具钢并沿用其热处理工艺,但二者失效方式和磨损机理十分不同。本文试从摩擦学角度对锋利
性、利磨性和自磨锐问题谈点认识,供锋利刀片设计、选材和制订热处理工艺对参考。
1锋利性与耐磨性
所谓锋利是指刀刃受到较小的压力便能切入被切物体(以下称作物)并完成切割任务。我国有“吹毛立断”
之说。1965年出土的越王勾践青铜剑,埋于地下2千多年,出土时不但金光闪闪,而且锋利异常,轻轻一划就
穿透十几层报纸。著名的杭州张小泉剪刀可将叠在一起的50层白布剪开。所有这些,说明锋利刀刃应具有较高
硬度和一定强度,几何形状方面应做到:1)有适当刃面夹角0。刀刃由两个或两个以上刃面组成,刃面相交处
是刃口。刃面夹角of睦,b,刃口越尖锐锋利;2)有尖薄的刃口。刃口曲率半径r越小或刃口厚度s越薄,刀刃越
锋利。当两刃面相交成0较小时,测量s并不难,而0成直角甚至钝角时,测量s就不如测r方便了。
刚磨好的锋利刀片,刃口r和s很小。切割作业开始后,很快就加大到一定值,这相当于磨合阶段。其后进
入稳定工作期,这时刃口逐渐趋于抛物线形(图1),r和s增长较慢,刀
片仍能锋利切割。只有当r和s磨损到一定值后,刀刃才变钝失效需要磨
刀9一。稳定工作期和变钝失效时r和s的大小,随切割系统(刀片品种、
切割方式和作物)不同而异。例如:剪毛机刀片r约为lOpm;割草机刀
片r取0.05mm;而犁铧刃1:3 r--O.5mm就很锋利了。
‘
虽然0角越小越锋利,但0太小的尖薄刀刃容易卷刃、崩刃或刃尖折
断。实践表明:对无支承切割的单刀如菜刀、剃刀、某些缝纫机刀片,0磨
成接近2l。时,刀片既锋利又持久。对由动、定两个刀片组成的有支承切
割副,如理发推剪、铡草机、剪毛机等,刀片常设计成不同形状,0角也
差异较大。—般是担负主要切割任务的动刀片设计成较小的锐角,主要起
支承作用的定刀片设计成较大的锐角甚至直角。如光刃割草机动刀片为
2lo,定刀片为600。
锋利刀刃的耐磨性,就是在切割过程中,抵御作物磨损而保持其锋利
性(硬度、强度、刀刃几何形状)的能力。锋利性与耐磨性既相关,又不 。。
同。人们容易将二者混淆,甚至等同起来。其实这些是衡量刀片质量两个
·国家自然科学基目之一部分
a.割草机动刀片磨损断面×80
b.切割副工作示意图
各自独立的重要指标。
目前还没有一套完整而科学的检测锋利度的方法。古代造剑家比试谁的宝剑锋利,是用一根头发将一束稻草
悬挂起来,挥剑砍稻草,草断而头发未被拉断者为胜。晋代刘某的宝剑能斩断13根一束的稻草而头发不断,著
称于世[71。有的刮脸刀片厂,检验女工左手捏一根头发朝上,右手持刀片削去,如果被削断的发根离手指高于
25mm,说明刀片锋利合格,若短于25mm或头发未断,则不合格,需调整生产线上刃磨砂轮的角度。厨师检查
菜刀是否锋利,拿来老姜试刀,如切出的姜片断El整洁,毫不带丝,刀就算磨快了。从真正意义上说,这确实是
检验刀剑锋利与否简单而直观的方法,但未能对锋利度作出定量的描述,因而不够科学。而另一些检验方法得出
的结论就不完全是锋利性能了。例如:三国时期诸葛亮手下热处理大师蒲元淬好的钢刀,手起刀落,能将装满铁
丸的竹筒斩为两段;据《北史》记载,道士綦母怀文所制“宿铁刀”,可将叠在一起的30片铁甲一齐斩断“1。这
里所证明的就不仅是两把宝刀之锋利,还包括宝刀优异的强度,硬度和韧性,以及获得这些性能的上好材质与精
湛热处理技艺。
文献【2】【3】用锋利度来“表示刃口材料抵抗钝化的能力”。其实抗钝化能力属于耐磨性,二者不应混淆。
和耐磨性一样,锋利度也只具有相对性。耐磨性并非材料的固有特性,它只是材料在特定
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