刀刃幾何學

   時間:2014-03-07 14:13:32
刀刃幾何學簡介
羊腳式 說實話,羊腳式刀刃不能說是有刀尖的,刀脊面以曲線與刀鋒相交,目的在於提供可觀的切割能力同時最大程度避免刀尖帶來的意外損害。例如,當一個急救人員要從車禍現場將傷者從事故車輛中解救出……
刀刃幾何學正文

羊腳式

說實話,羊腳式刀刃不能說是有刀尖的,刀脊面以曲線與刀鋒相交,目的在於提供可觀的切割能力同時最大程度避免刀尖帶來的意外損害。例如,當一個急救人員要從車禍現場將傷者從事故車輛中解救出來,他需要在用刀割斷安全帶的同時不會刺傷傷者。同時,這種刀刃在水手刀中也被廣泛採用,至於原因就眾說紛紜。可能是因為水手不想在拔刀的時候刺壞帆布,或者說得更遠一點,水手們認為帶尖刀的話最後會用來彼此傷害,信不信由你罷。

日本式廚刀(Santuko),也近似於這種形狀,然而其刀腹曲線更加細緻。因為它沒有用到刀尖的必要,所以就最大限度地降低刀尖來延長直刃長度。

- 匕首形

匕首形刀刃是用來穿刺柔軟目標的最佳選擇,其錐形外形提供了非常細小和鋒利的刀尖,能夠輕鬆地深刺入柔軟的目標。但是,它也比較脆弱,如果目標較硬的話,就很容易折斷刀尖。匕首形刀刃通常兩面開鋒來減少體積,並使刀刃兩面都可以用來切割。

匕首刃通常都只有很小或根本沒有刀腹,而以相對直線的輪廓構成刀尖,由於從刀柄到刀尖的弧線略有差別,所以我們所見到匕首的角度也各有不同。從幾何學上說,沒有刀腹或形成刀鋒的角度陡峭的刀,通常不擅長切割和劈砍。

- 矛式尖

“真正的”矛式刀尖可以在長矛上看到——矛尖在矛刃的正中,兩面開鋒,但被描述成“矛式刀尖”的刀尖實際上是水滴式刀尖的一個特例。指水滴式的刀尖從刀脊起只是微微下降的款式,其刀尖剛好處於刀刃的正中,可控性極佳,且刀尖非常堅固(但如果不是雙面開鋒的話就很鈍),而因為刀尖位置低,所以刀腹弧度也比較小。

- 上拖式刀尖

上拖式刀尖的刀尖位置很高甚至高過刀脊水平線,並且有一個非常大而長的凸式刀腹。延長刀腹是這種設計的目的,因此常被用在以切割為主要用途的刀具設計中,象剝皮刀就普遍使用,因為刀腹使切割變得輕鬆自如。刀尖很高以避開切割線,所以不適合穿刺,有些上拖式刀的刀尖甚至是沒有用的。

- 鉤刃

鉤刃的刀鋒曲線是內凹的,這種設計傳統上被用於園藝刀具中居多,也被日用刀採用。用來切薄片時,被切物體被放置在靠近手柄一端,然後向後拉動刀身,刀刃曲線從靠尖部分切入物體,切割表現非常優秀。也可以用刀尖刺入被切物體,然後向後拉動刀身,功能也是一樣的。如果能將被切物體準確地放在“焦點”上,那麼這種刀的砍切能力是相當驚人的,即要求被切物體的直徑要小於刀刃的寬度。所以鉤刃刀常用於修剪樹枝,而不是切西紅柿。

V. 鋼材與刀刃幾何學

刀刃幾何輪廓是否受所用鋼材的影響呢?答案是間接地。從理論上說,刀刃的幾何構成是由用途確定的,而鋼材選擇也必須適合於此用途。這不是說有什麼明確的結論說哪種刀就得用哪種鋼材——恰恰相反,對某一種刀來說,往往有很多不同的鋼材適用。但是理解刀刃幾何輪廓與鋼材的強點和弱點,有助於你選擇符合期望的組合。

從刀刃幾何學來說,我們通常在切割能力與堅固程度之間進行取捨,而從鋼材來說,我們要作取捨的是堅固性與刀鋒保持力與抗銹能力,還有可達到的鋒利程度等多個方面。

對海水用潛水刀

 

,我們可能會選擇低碳不鏽鋼(通常抗銹能力很強的不鏽鋼含碳量都非常低)而不是高碳鋼或碳鋼。而對彎刀,出於經濟和用途考慮,我們通常會選擇一種非高碳碳鋼:因為非高碳碳鋼相對較便宜,且容易加工;而由於彎刀刀刃較薄,所以用比較堅韌結實的碳鋼,還易於打磨。

VI. 綜合考慮

談到這裡,我們已經知道特性、打磨方式和形狀,還有它們各自的優劣。如果你已經了解了這些知識,就可以開始看看怎樣將它們混合在一起,按你的要求確定刀的最後設計。例如,你可能想要Tanto,但又希望犧牲些刀尖力量來換取控制性和穿透力。當你讀完這篇FAQ,你就知道你可以將刀尖加入回性處理(增強可控制能力),並通過增加附刃來削薄刀刃(加強穿透能力),這正與Benchmade設計Stryker的思路大同小異。或者,你希望你的Tanto刀刃劈切能力更強,就可以把改變直鋒,加入微微外凸的刀腹,這又是Microtech設計Tanto

SOCOM的思路一致了。通過混合-拼貼法,我們能夠增強設計的優勢,或稍稍犧牲某些優勢來彌補其他的不足。

記住了這個要點,就讓我們用一些流行的刀具設計來作個簡單的測驗,看看我們是否能夠發現設計師選擇這種設計的原因。

- 兩款戰術/日用刀具

海軍陸戰隊的KABAR戰術/日用刀是一款經典設計,回形刀尖,開附刃,使刀尖非常鋒利,穿刺時也易於控制。大部分回形刀尖款式都有很好的刀腹,利於切割。這些設計都使這款刀既適合戰鬥,也適合日用。

打磨方式選擇馬刀式打磨,使刀鋒非常堅固,但也降低了切割能力(與水平式打磨相比)。從理論上說,之所以用馬刀式打磨是因為該刀多被用於象挖掘、砍劈等重型的用途中,至少馬刀式打磨比水平式打磨容易恢復,這一點在野外使用時非常重要。

Mad Dog

ATAK則選擇了不同的設計思路,以厚實的刀脊加水平式打磨,但保持了回形刀尖。水平式打磨使其刀鋒切割能力超過KABAR,而厚實的刀脊適用在重型用途時的(以不同的熱處理方式加工)。正弧角刀腹加強了劈砍能力,這一點在前面已經討論過。各種表現優秀的標準戰術/日用刀都比較昂貴,而以其不同特徵各領風騷。

- 野外刀具

野外刀具通常都非常大型,長度至少在8英寸以上。它們幾乎都採用水平式打磨,具有很好的刀鋒。其用途主要是野外的各種工作,如砍樹枝、劈柴、準備食物等等。水平式打磨使其具有很好的表現,而常用回形或水滴形刀尖則保證了必要的刀尖控制性。其尺寸和重量都對劈砍工作有幫助。

- 三款折刀

人們對戰術折刀的狂熱使很多馬刀式打磨的折刀誕生,因其更強調力量而不是切割能力。但仍然有一些折刀被測試具有很好的切割能力。

Sebenza(Chris

Reeve經典之作)選用直式回形刀尖,控制性非常出色,並有較長的刀腹。高度的凹式打磨帶來極薄的刀鋒,適合推式切割和切片。

AFCK為馬刀式打磨,但其表現仍然很可觀。由於其刀刃本身較薄,所以雖然是馬刀式打磨仍然不影響刀鋒鋒利。另外,刀刃與手柄的角度處理使其更適合於劈砍。直式回形刀尖鋒利且易於控制。

這兩款折刀的設計者具有不同的設計選擇,但都創造出了傑作,實現了最主要的意圖——有效的刀尖和薄利的刀鋒—&m

 

dash;雖然其設計思路是不一樣的。

Microtech 的 Tanto

款SOCOM是另一個值得參考的設計。從表面上看,它是美式Tanto,但是設計師對其作了大量的改動。首先,為了加強刀尖控制性,刀尖作了細微的回形處理,並使刀刃和手柄形成一個角度——這兩個改動使刀尖向內,加強了可控制性。而為使刀尖更利於穿刺,前斜面與刀尖的角度被改得比常見設計要小得多。正常的直鋒略作曲線處理,與低角度前鋒組合,使次刀尖並不是非常鋒利。所以這是帶一點刀腹的Tanto,再加上刃-柄角度,利於劈切。最後,在刀脊上以Microtech打磨打磨出附刃,到靠近刀尖的地方消失,使刀尖具有完整的寬度,保持堅固,並減輕了刀脊的重量(也更加美觀)。

- 獵刀

A.G.

Russell的Deerhunter(獵鹿刀)使用水滴刀尖,水平式打磨,提供薄利的刀鋒和完美的切割能力。為了更大限度提高其幾何特性,其刀脊厚度小於0.125英寸,使整把刀都異忽尋常的薄,結果是這把刀雖然不是穿刺的好選擇,但絕對是切片和推式切割的首選。

- 手工折刀

為了出示更多的組合變化,我將向大家介紹一款我自己設計,請Allen

Elishewitz打造的手工折刀。Tanto刀刃,鑿式打磨,靠近刀尖部分採用水平式打磨,而直刀鋒則用凹式打磨。然而,這把刀卻不是全Tanto的,而是水滴式刀尖,所以它既有Tanto頂鋒的堅固性,又兼備水滴刀尖的有用的刀腹,同時也具備很好的控制性。另外,刀尖帶附刃,加強穿透力。簡單來說,我們取Tanto的超強有力刀尖,但將它打磨成象水滴形這種更有用的形狀,再改變其斜面增強穿透力。這就是變調中取得的和諧!

執法部隊的用刀講座

作者:Rebecca Kanable [Law Enforcement Technology]雜誌8月號

無論它們是被藏在口袋中,放在工具箱里,還是被裝在刀鞘內別在腰帶上,刀,都是執法部隊人員的必備工具。重視實用的人會選擇直柄刀,或者刃長3-7英寸、全長7.25-11.75英寸的折刀。“我知道有些人以為刀是槍之後第二重要的武器,事實上這只是他們的想象,”Monte

Gould這樣說,Monte是加州緊急行動部隊特別救援部組的軍官和高級教練,“一般來說,在我們這裡,刀都是用來切食物、割繩子,或開箱子什麼地。你不會真地花那麼多時間來用刀來傷人,或穿越叢林。我認為大多數人帶刀是用來做日用工具,而不是武器。”

刀,是一件鋒利的工具

在執法部隊中,刀最普遍的用途是用來清除塑料障礙。在監獄或犯罪現場也能派上作用:當一個獄中的傢伙上吊自殺,你可以用刀來試試他是活著還是已經死了;而在犯罪現場,用刀尖來移走那些小東西,就不會弄髒你的手。

刀的戰術應用也有很多:刀可以在解救人質任務中用以清除障礙,或割斷捆綁人質的繩索。一把刀,尤其是一把直刀,可以刺穿和打開活動房屋的門,來勘察情況,而不用你冒冒失失地就闖進去。狙擊手用刀來割東西製造隱蔽物,或是擊碎窗戶玻璃。

熟練的用繩能手可以用刀來割繩子和電線;在緊急情況下,裝備也可以用刀割開快速脫下來。要說明執法部隊人員是如何有效地用刀的,這裡有一個警員使用Mad

Dog刀廠的

A.T.A.K.和

 

A.T.A.K.2直柄刀的範例。A.T.A.K.2是部分鋸齒刀刃,兩把刀都有7英寸長刀刃,全長11.75英寸。我們的示範是用它們來切開和卸下一輛汽車的車頂,把假扮傷者的人員從車裡救出來。整個過程耗時8分鐘——等於地區消防隊的平均響應時間。切開車頂后,用其中一把A.T.A.K.

刀只一刀就割斷了安全帶;而車窗玻璃是用刀柄頭砸碎的。

刀——最後一道防線

儘管對執法部隊人員來說,用作武器不是刀的主要用途,但在某些比較絕望的處境下時,刀仍然可以被當作備用武器。

“只有等所有的槍械都不可用了,你再考慮刀或從地上撿根棍子來保護自己也不遲。” IMTT(International Mobile

Training

Team)的負責人Gould也同意這個觀點,他說他用刀來切麵包和乾酪的機會遠多於與人搏鬥。“今天,只有當刀成了最後一道防線和唯一的生存工具時,執法人員才會用它來作武器。”

Gould是一位戰術和武器訓練專家,在美國本土和其他國家教授如何閃避持刀攻擊的課程。“刀被應用得法的時候,它是非常有效的作戰武器。當一個人拿有一把刀的時候,建議距離他21英尺(~6.5米)比較安全,因為平均來說,一個男人要用1秒半時間才能越過21英尺這個距離。”他還指出,用刀比用槍有更多的可控度,人可以控制力量,和造成的傷口的深度、寬度和範圍。

“說起槍,有人愛它而有人恨它;但刀就是另外一回事了。”Emerson刀廠的主席Ernest

Emerson這樣說。普遍來說,刀更容易被人們所接受,帶刀可以給人以信心。Emerson說:“這是你覺得還有所依靠的那種信心,這樣你就能沉得住氣,不會慌了手腳。”他解釋說,“你走到那裡都帶著它,知道你的刀總在那兒,你可以用它開信或割別的什麼,甚至,萬一你的車出了車禍,你要用刀割斷安全帶,把你的女兒救出來。”

怎樣才算一把好刀?怎樣區別一把刀好不好?Emerson說要看看它的基本設計,“雖然可以用控制桿,按鈕,彈簧,複雜的鎖定裝置,小配件什麼的把刀搞得象模象樣,但是如果基本設計不好,這就不是一把好刀。”

Spyderco刀廠的 Joyce

Laituri,向大家介紹如何初步測試一把刀:“握起來要舒服,合手,還有質量,表現,尺寸,攜帶方式如何,是否符合使用環境的規章制度,刀鋒結構等等,當然還有價格,都應該全方面考慮到。”

明確要用刀做什麼,就不難決定選一把什麼樣的刀,是平刃的,部分鋸齒的還是全鋸齒的。例如鋸齒刃擅長割繩子和纖維性材料,而平刃刀就擅長切芝士這類切片工作或剝皮。SOG刀廠比較重視鋸齒或部分鋸齒刃刀具,“對象安全帶、布料或紙板這種纖維類材料,鋸齒比較有優勢。”SOG

的負責人及首席設計師 Spencer Frazer說。而Benchmade的 Joe Verbanac

則證明銷量最好的款式是混合刃,帶部分鋸齒的型號。

刀刃形狀是另一個重要的考慮因素。在救援行動中,選擇適當的刀刃形狀可以避免傷到救援對象。Gould

比較喜歡水滴刀尖,或Tanto風格的刀刃。“刀尖不能是鉤形的”他說,“你才能確

 

保用刀背靠近人的身體時,所有鋒利的面都不會接觸到他,這樣割繩子或安全帶的時候,人才不會受傷。”

用直柄刀還是折刀?在執法部隊,這個問題的答案是兩者都要。帶一把小一點的折刀,裝在口袋裡,可以經常拿出來用;而大型的直刀則通常被配用在戰術裝備上。“在買折刀的時候,一個很重要的要點是應該選擇很容易單手打開的刀,而且重量要輕,並且可以多位置攜帶,”Frazer

說,“如果是買直柄刀,那麼應該考慮自己喜歡的刃長和刀刃風格。總地來說,刀尖要結實,穿透力要強,而且刀刃要夠厚且耐用。”

針對執法部隊的日常工作,Campbell選擇便於攜帶的折刀。“通常,我不喜歡太多或太重的刀,這樣在行動中會把裝備往下墜。”Campbell在特別響應組任隊長之職,他平常都帶一把大型的直柄刀,全長9英寸(~22.8cm),“如果是拆門軸栓,我會用刀來干;不管我幹什麼我都會帶著刀。”

高碳工具鋼比不鏽鋼的刀鋒保持力要強,比如Starrett 496-01,Kevin MeClung用它來做 Mad

Dog的直柄刀刃材。高碳鋼的缺點是比不鏽鋼容易生鏽,對不注意保養刀的人來說,還是選擇不鏽鋼材的刀更好。高碳鋼硬度高,經過適當的處理,Mad

Dog 的刀鋒可以達到 HRC 62的硬度(和銼刀的硬度一樣),而刀脊和龍骨的硬度則在HRC

50-54左右;並且,刀刃都加過鉻處理以提高抗腐蝕能力。

AutoTech刀廠這樣的製造商,選用ATS-34不鏽鋼。ATS-34是一種高科技不鏽鋼,其含碳量與老式工具鋼相同,或更高,它被應用在比較高端的,同時質量也較好的產品上。“它的合金成分(包括4%的鉬)使它可以達到HRC

60-61的硬度,同時還能保持高度的延展性(韌性),這一點比其他高碳鋼和不鏽鋼都要強。正因為ATS-34的這種特性,使它成為目前刀鋒保持性最好的刃材。”

AutoTech刀廠的負責人Robert Wilson

說。每一片好刀刃都需要一個好的手柄來配合,手柄設計中人體功能學因素非常重要,不僅僅是握起來舒服,更重要是安全。

“經過人體功能學設計的手柄應該稱合人手的形狀,並且有護手設計,至少好的功能學設計的手柄讓你握起來手不會滑到刀鋒上去的,”Gould

說,他記得有一個學生就曾經被割到過拇指。而McClung則推薦電絕緣的手柄:“今日世界,電被廣泛應用;如果任務中要求切割電力電纜或通訊電纜,那麼應該確保通過刀-手柄傳到手上的電壓是安全伏特數以下的。”

對布恩郡治安部門來說,刀必須承耐各種氣候環境。“我們地處印地安那州中部,是非海洋性氣候,現在氣溫在94華氏度,濕度到90%,”Campbell說,“但到12月,氣溫會降低15度,路上會有積雪和人們灑的鹽。”

警用刀

刀匠們知道,正如人們依靠執法部隊保衛安全一樣,執法部隊也需要可靠的刀具。很多刀具型號都特別指明為執法部隊設計製造。Autotech刀廠生產的

Auto Cop

II,是用不鏽鋼彈簧的自動刀。AutoTech自稱這是第一把有三種可替換刀刃的自動刀:回形尖刃、Tanto刃,或救生刀刃。Auto Cop

II全長7.25英寸,關

 

閉長4.25英寸,刃長3英寸。當時間緊迫時,AutoTech刀的快開設計決不浪費每一秒。

位於奧林根城的

Benchmade(蝴蝶)刀廠,主要生產折刀。在警隊中比較普遍的型號有705(刃長2.95英寸,全長6.75英寸)和710(刃3.9英寸,全長8.8英寸)。這兩個型號都用AXIS單手開合-鎖定系統。不需要把手指放在刀刃的開合軌跡上,而且兩邊都可以開鎖。這種機械機構號稱“無摩擦”,刀刃活動非常流暢。

Buck刀廠的Odyssey(奧德賽,希臘史詩中的英雄,因得罪詛神,出征歸途上航海遇到各種險阻,經20年終於重返故鄉。)系列,也有一塊卵形的單手開裝置。關閉長度4.5英寸左右,全長7.75英寸,刃長3.25英寸。有一個內置滾珠控制線鎖,使開合流暢。另外,在手柄上有一片很強勁的金屬刃脊,使整把刀打開后特別堅固。Odyssey

lI-CF 刀刃用ATS-34作刃材,碳縴手柄;其他Odyssey型號則都是刻紋塑膠手柄。Odyssey

I-ATS,刃材ATS-34,部分鋸齒刀刃;Odyssey I-HCS,420HC鋼刃材,平刃。

Cold Steel

(冷鋼)刀廠的Scimitar(彎刀),“在掌中展現劍的威力”。這是一把全長9英寸的折刀,高速鈦線鎖,刃長4英寸,AUS

8A不鏽鋼刃材,非常特別的針鋒刀尖。手槍式握把手柄支持正、反握。帶指槽,手柄上的棋盤格紋路和重擊柄頭使把握更穩固。手柄材料用Zytel,加鋼輪廓線,保持了這類古老刀形的外貌。

Emerson刀廠的Police Utility(警用型號),是應警察的要求而設計,與其折刀尺寸相同的直柄刀型號。Police

Utility刃長3.5英寸,全長8.5英寸,重5.5盎司。而巡警更喜歡佩帶Emerson的戰術折刀,象CQC-7,刃長3.3英寸,全長8英寸。

Gerber Legendary(戈博傳奇)刀廠的River Guide

I,是專為水上救援組設計的工具。比較大型的橡皮手柄,提供安全穩定的把握度,即使是在水中作業也是如此。River Guide I

的鑿式刀尖可以用來撬和刮,全鋸齒刀刃方便割繩子,還有一個割線鉤以備緊急需要時使用。River

Guide系列都採用SAF.T.GRIP把握系統,配合開軸設計。此系列全長8.25英寸,不鏽鋼刀刃長3.25英寸。

Mad

Dog刀廠的A.T.A.K.,非常著名的型號,刃長7英寸,回形刀尖,玻璃/環氧化合物材料手柄,隱藏式全龍骨柄芯。A.T.A.K.全長11.75英寸;Pygmy

A.T.A.K.(小型A.T.A.K.)刃長4.9英寸,全長9.1英寸,是A.T.A.K.的縮小版本。

執法部隊配用最普遍的SOG刀具包括SOG Pentagon, Mini Pentagon, SEAL Knives, NW Ranger 和

Tsunami系列等直柄刀,和AutoClip, JetEdge, Pentagon Elite, Vision 與Tomcat等折刀。SOG的

AutoClip輕量折刀(0.7-2.6盎司)據說是唯一帶可調張力別扣的型號:它用一個旋鈕來使別扣配合各種厚度的衣袋布料或腰帶。

SOG Pentagon

Elite(3.9英寸刃長,全長8.6英寸)是唯一能在關閉時將刀刃完全隱藏在手柄中的戰術折刀,它為執法部隊設計,雙面拇指螺栓,快開-關鎖定系統。

Spyderco(蜘蛛)的警用型號C07,全長9.5英寸,關閉長度5.3英寸,刃長4英寸。這個型號屬於廣受歡迎的SpyderEdge系列,是Spyderco的PlainEdge(平刃)款式中唯一用不鏽鋼

 

作刃材的型號。在執法部隊中,比較普遍的Spyderco刀具型號還包括

C11 Delica(重1.7盎司)和C10 Endura(重2.6盎司)。刃材是ATS-55不鏽鋼,刃長分別為2.875英寸和3.75英寸。

Spyderco的標誌是刀刃上的Spyderco圓孔,用以支持單手打開-關上刀刃。公司的所有者和總開發設計師,Sal

Glesser,是第一個將鋸齒和別扣用在折刀上的設計師。“從石器時代起,刀就在世界各地出現,”Campell說,“這是有原因的:因為它們是一種非常有用的工具,刀的尺寸、形狀和結構決定了它被用在哪一方面,但我不能想象如果沒有刀會是什麼樣子。”

 

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