2016年9月22日 星期四

磨刀技術(六)-- 車鉋刃

本來一直對車鉋刀敬謝不敏,怕退火、怕把貼鋼弄醜了都是原因。但最近整一隻斜面磨爛的西式鉋刃,光用砥石磨實在是累死人,所以就開始試試看用車的了。

一開始,刀刃過熱了好幾次(還沒變藍,只是變焦),角度也抓不穩。過熱會對刀刃造成兩個嚴重問題,第一是鋼裡的碳會游離出來氧化(被燒掉了),失碳會讓鋼變成鐵;第二,過熱造成退火,鋼的硬度下降。這兩點會讓刃口廢掉。

所幸經過一些前輩指導,再回頭看了一些書,終於逐漸掌握"車鉋刃"的一點技巧了。所謂的車鉋刀其實主要就是斜面凹磨(洋人稱為hollow-ground),圖解請見前文。

先講一下原則:
1. 新手可以用治具協助保持刀刃角度。我是用veritas grinding stand。
2. 使用合適的砂輪片。砂輪片有分很多種材質、粒度。原則上,如果怕退火的話,選擇黏結比較鬆軟的砂輪片較佳,也比較不會怕glazing。至於粒度,我是用120#。
3. 並且注意砂輪表面有無磨光(英文稱為glazing,也就是砂輪顆粒變鈍、金屬屑填住砂輪表面間隙,肉眼來看就是砂輪表面變成銀色),磨光會讓磨削效率降低、產熱增加,增加退火風險。另外,砂輪片直徑至少有6吋、8吋兩種,直徑越大,相同轉速下的表面速度越大(越易產熱、切削越快),而直徑越大,凹磨的幅度就越淺,這代表所磨出來的刀刃強度相對較高、卻也會讓凹磨維持的時間變短(容易被磨平)。砂輪機轉速要格外注意,不能用超過砂輪片轉速上限的轉速,以免砂輪片破裂射出;轉速太快刀刃也會容易過熱退火。砂輪機護罩也不要拆掉,萬一砂輪片碎裂才不至射出。
4. 刀刃鋒口處避免車到。因為在鋒口處鋼材很薄,傳熱不易,一旦聚熱便很容易導致退火。退火在肉眼可見就是表面氧化變色,變成由黃至藍不等的顏色。退火之後,鋼材的硬度便下降,導致刀刃容易變鈍,實用度下降。
5. 準備一杯水,刀刃變熱了就趕快浸水冷卻。但是建議還是妥善注意研磨時的溫度,(磨了幾次大概就可以憑經驗知道多久會過熱),因為刀刃浸水冷卻可以避免巨觀上面的退火,但可能會讓刀刃短時間內多次一下熱、一下冷,鋒口會出現微觀的裂隙,這會是肉眼無法察覺的損傷。
摘自The complete guide to sharpening, Leonard Lee, The Taunton Press,1994
圖一是刀刃的正常狀態。
圖二、三是刀刃研磨發熱之後的膨脹與收縮(假設刀刃是非常具有彈性的物質)
圖四、五是刀刃受熱後的實際表現,刃口先過度膨脹,產生微小裂隙,等冷卻後體積縮回,但微觀裂隙還是留在刃口上,不過肉眼看不到罷了。

6. 整個斜面均勻的碰觸砂輪表面,左右均勻的橫移、並保持水平。
7. 斜面凹磨之後,可發現在砥石上研磨時,刃角會更好保持,而且可以更快研磨鋒利(需磨除的鋼變少)。


以下是用veritas BD & BU blade (A2)做的demo。

1. 架好治具,條好角度。veritas grinding stand的好處是附一個角度測量器、缺點是鋁做的而太容易晃動。


                                           


2. 砂輪片整平(可以不用完全平整,中間微凸也可)、清潔。
兩種處理砂輪表面的工具。左邊是鑽石整平器,可以很快速的整平(truing)。右邊是星型輪狀整理器(star-wheel dresser),可以把磨光處理掉(dressing),但整平效果較差。

                              把鑽石整平器與砂輪直徑方向垂直,將砂輪表面整理平直。

3. 戴上護目鏡,開砂輪機,先試轉一下(確定砂輪片運轉平穩,並讓砂輪片轉個1分鐘左右,人離遠一點,如果有砂輪片有問題,破裂部分飛出,才不會傷人),上鉋刃。

4. 試磨一輪(左右橫移一輪),看看角度設定有沒有問題。

5. 一直磨到刃口只剩0.8mm左右,再繼續磨下去就要看技術了(易退火)。但這邊有個疑問,如果是小刃角改大刃角(steeper),那刃口就一定會是斜面最先被磨到的地方,那要怎麼避免呢?方法是先把刀刃正對砂輪磨平刃口(就是刀刃與砂輪切線方向垂直,把刃口磨寬、磨鈍一些),這樣刃口處變厚,對散熱就有很大的幫助,可以放心慢慢車了。
刃口一條細細的銀線就是最後剩下、容易退火的區域,這樣一點點的鋼,用砥石也可以很快地去除。


6. 回到砥石上研磨,從粗磨到細(看刃口損傷程度)。凹磨之後,斜面比較不會滾動,可以很牢的依著砥石,也就可以輕易的達到與研磨治具(honing guide)相同的效果了。

7. 檢視成果。

參考資料:
1. The complete guide to sharpening, Leonard Lee, The Taunton Press,1994
2. Web site: http://www.popularwoodworking.com/projects/16-tips-for-sharpening
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p.s. 關於刃角的設定問題
基本上,關於刀角的設定大概有兩種,一種是改角度,一種是維持現狀。
1. 改角度
就是設定治具角度。但要注意因為砂輪是圓形,光注意治具的角度還不夠,還要注意因為治具高低、刀刃厚薄所造成的影響。像veritas grinding stand所附的角度測量器是有考慮進去後面這兩點,所以可以輕鬆地設定到大概的角度。

2. 維持現狀
如果是要維持原本的刀刃角度,就把刀片直接放到治具上,並把"斜面中央"貼住砂輪的頂點。然後打開砂輪機,立刻關機,讓砂輪單靠餘速轉動,並開始試磨。再看看磨痕有沒有在刀刃斜面的中央,如果是的話,代表治具角度設定正確。如果沒有的話,就要調整。

利用一點數學畫出直徑。
因為個人是使用8吋砂輪,直徑較大,曲度較淺,不容易識別出表面頂點。所以就用麥克筆畫出來。所謂的頂點其實就是刀刃斜面與砂輪直徑成切線方向,所以劃出砂輪直徑就可以明確看出所謂的"頂點",再來就是把這個頂點對到刀刃斜面的中央,且此線與斜面呈垂直即可。
(個人自己為了識別而創的方法)

把藍線與斜面垂直,並把藍線頂點對準斜面中央。(因為另一手照相而弄歪了一點)


但靠這樣來確定角度還不夠準,最準的就是用磨痕來看。

使用磨痕來調整的原理大概是: 如果磨痕是偏向刃口一側,代表磨出來的刃角會大一點;如果磨痕是遠離刃口一側,代表磨出來的刃角會小一點。拿個廢木塊或小木槌輕敲來微調,一直調到磨痕在刀刃斜面的中央處。

這隻刀片在正式開磨前,已經試了好幾次角度。可以看到斜面上,右邊的磨痕位在遠離刃口的另一半,所以這代表角度設定的太小了。中間的磨痕又離刃口過近,代表角度設定的太大了。左邊的磨痕終於是調到斜面中央了,這個角度就沒錯了。

接著就打開砂輪機,全速研磨,直到刃口與斜面尾部各留約0.5~0.8mm。這剩下的兩小塊區域就是接下來上砥石研磨時的基準面了。角度會與原本的完全一樣。
                         車完的樣子,刃口和斜面尾部都有保留下來,當成後續研磨基準面。

                                  用砥石細磨之後的樣子,車工還有很大的加強空間阿!

2016年9月16日 星期五

日式鉋刀調整(五)-- 終章

鉋刀調整進入最終的階段了。

接下來要做的是把鉋床底(誘導面)整理好。
日式鉋的底部通常是三點式或兩點式,三點式適合刨細長條物,兩點式適合刨光大的平面。
誘導面的形式。摘自Japanese Woodworking Tools, Toshio Odate。圖中的凹陷深度大概在0.3mm(細鉋)~1mm(粗鉋)不等。

誘導面的形式。摘自Getting The Most From Your Kanna, Desmond King。誘導面接觸點的寬度都有說明。


底下按步驟說明:
1. 先用水平尺(straight edge)看看誘導面的狀態。通常為整理過的誘導面是會凹凸不平、甚至扭曲的,檢查的技巧很簡單,就是用水平尺在誘導面上多個位置、角度來檢查是否透光,有透光的話代表尺與誘導面之間是有縫隙的(透光處是較為凹陷的)。

2. 大概了解誘導面狀態之後,可以先用鉛筆在誘導面上畫圖,這樣可以讓後續的整理比較有視覺上的參考。再來,在精磨的花崗岩平台貼附砂紙(320~800不等)。我是用噴膠(美術用)直接噴在砂紙背面,這種膠黏得很牢,要取下也很簡單,拿去漬油噴浸溼一下就拿掉了。但拿圖中的黑色砂紙來做此步驟不是很適合,因為碳化矽砂紙磨木頭很容易塞住,補救方式就是勤用橡皮擦擦掉木屑,以免影響平面精度。

貼完砂紙之後就可以開始磨誘導面,這樣整理出來的面會是完全平的。先取得完全平直的誘導面之後,再去作出三點或兩點接觸。

其實,這一步最好是用另外一隻調好的鉋刀來處理誘導面,但個人實在沒這功力(與膽量)......




3. 做出三點或兩點接觸。這邊傳統上是應該要用立鉋,但我的立鉋正好在保養當中,這次就用刮板來代打吧!

4. 接著把刀刃與壓鐵安裝上去,並打到出刃的位置,然後觀察在表馴染前側的誘導面是否有較為凸出。要做這個檢查是因為在出刃之後,刀刃會給鉋台壓力,會讓該處的誘導面稍微膨出,這會嚴重影響到刨削的運作。

一旦發現有膨出,就拿板車刀把它刮除。這邊也有人用鑿刀,但鑿刀刮幾下就會鈍了,還是讓便宜又方便研磨的板車刀來代勞吧!

圖中用夾子夾一塊軟木蓋在刀刃上是避免板車刀傷到刀刃。一個防呆的作法。


5. 最後就是試刨了!
刨花有點皺皺的,感覺壓鐵沒進到正確的位置。


再把壓鐵推進一些,刨花變直了。


這隻放了半年的無我鉋就此正式開始服役!


資料來源:
1. Getting The Most From Your Kanna, Desmond King, March 2013
2. Japanese Woodworking Tools: Their Tradition, Spirit and Use, Toshio Odate, 1998
3. The carpentry way (website), Chris Hill



2016年9月14日 星期三

日式鉋刀調整(四)-- 壓鐵最後的調整

崁槽及表馴染調整完之後,又跳回壓鐵的整理。

1. 粗略進刀、輕裝壓鐵,了解一下需要整修的幅度。
這支要整得不少歐!可以看到壓桿與壓鐵接觸的左側已經快沒空隙了。而且出刃狀態下的壓鐵還會把壓桿頂彎(忘了照相),代表壓鐵"厚"的太多囉!

2.  仔細檢查壓鐵與鉋刃,兩者鋒刃的契合度。檢查方式有兩種,一是聲音,二是光線,建議兩者都用。
方法一:把壓鐵放到鉋刃上(位置要與你要刨削時所作的設定一致),用手指輕輕按壓鐵,如果有「鏘鏘」聲,代表沒有密合;如果毫無聲音,代表是有密合的。
方法二:把壓鐵放到鉋刃上(位置要與你要刨削時所作的設定一致),然後對準燈光看過去,如果有光線透出,代表有空隙;如果黯淡無光,但表示密合的。
方法一的好處是速度最快最直接。當把壓鐵放到刀刃上之後,便可以順便按壓壓鐵鋒刃的兩側。***如果按壓某側會發出「鏘鏘」聲,代表與之同側的"耳"是過高的,需要修掉。


4. 調整壓鐵的「耳」,達到完全契合。方法一樣有兩種,一是用槌的,二是用銼的。最近我都是用槌的,因為比較不會傷害到美感,也不會消耗壓鐵的耳。這邊的重點是要學習如何辨別哪隻「耳」過高,哪隻「耳」過低。最後一定還是要用上一步驟來確定契合度。

先前有提過,大部分剛出廠的鉋都是太緊的,這支也不例外。她的耳都有點太高,導致與壓桿接觸的壓力太大,所以我槌的方向是把耳敲的矮一點。墊了紙是為了怕美美的壓鐵表面被傷害到。我是用八角玄能較為圓凸的伊麵來敲擊,會打得比較準一點。



5. 整個過程就是檢查、槌(銼)、檢查,這樣的循環罷了。必須有點耐心就是了。

6. 接著把壓鐵磨出第二斜角(這次我是磨80度)。第二斜面大概磨個<0.5mm足矣。
                                     先做一個80度的小木塊當治具,底部貼上UHMW膠帶
                           (第一次把UHMW tape放在砥石上磨,發現非常耐磨,用途無窮!)

                                       
7. 最後再確定一次壓鐵與鉋刃的契合度。

6. 在完成之前也要在注意壓桿與壓鐵接觸狀態。壓桿主要功用是將壓鐵的鋒刃緊貼於鉋刃的鋼面,達到鉋花折斷的功能。如果壓鐵與鋼面之間有縫隙的話,就會塞鉋花,因此無縫密合是很重要的。壓樑給予壓鐵的壓力也不宜過大,適可而止,合適的壓力是讓壓鐵在打入鉋台時所需力道是輕輕鬆鬆的,但又不會鬆到讓壓鐵直接下掉、損傷了鉋刃。在入嵌鉋方面,壓樑與壓鐵接觸點最好在中間處,而不是在壓樑的兩側。可以用塞尺或透光來檢查。

7. 在鉋台初步整理完畢、壓鐵調整之後,進刀的過程會輕鬆非常多。

最後,就要進入畫龍點睛的最後一步-- 鉋台的最後調整了!

日式鉋刀調整(三)-- 鉋台調整之一

鉋台部分的調整要分兩部分來說,第一部分是崁槽及表馴染調整,第二部分是鉋床底的調整。

首先,先概述一下為什麼需要調整崁槽及表馴染。剛出廠的鉋刀通常鉋台比較緊,刀刃要敲很大力才能推進到出刃,這會有風險,因為刀刃是楔形,在推進的過程中會給鉋台很大的擠壓力,這股力量如果大小適當的話,是固定住刀刃的好力量,但太大的話就會變成讓鉋台爆裂的黑暗力量了。

鉋台要爆,至少有兩種形式。第一是側爆,因為刀刃打入之後對兩側崁槽壓力太大而導致;第二是鉋膛口上下裂,是因為刀刃給崁槽溝及表馴染壓力過大、或是因為壓鐵給予壓桿過大力量導致。另外一種是因為刀刃卡太緊,在退刀刃時難免用過大的槌擊力量,鉋頭就可能被打裂。這些狀況沒有人會希望發生。

而從調整鉋刀的便利度來說,刀刃也不宜過緊,因為會影響到調刀的效率。

接著,在動手調整鉋台之前,有件事還得心裡有底。鉋台是會隨著濕度變化而改變的,溼度高的時候整體會膨脹,鉋膛會變得較寬鬆;濕度低的時候則相反。所以如果是濕度低的季節來調的話,就不宜調得太鬆,以免在濕度高的時候刀刃變得過鬆。而鉋台遠從日本來,就要放置一陣子,與使用地濕度平衡之後再行調整(有國外網友是放了幾年後才開箱調整的)。

理論講得差不多了,就開是圖文說故事~~
1. 調整用到的工具
由左至右是: 鉛筆(最好用2B以上)、弓鋸鋸條改成的刮刀、板車刀(選配)、修崁槽專用的銼刀(選配)、3mm/6mm 鑿刀各一、包埋口專用特殊鏝鑿(選配)、木槌

2. 用鉛筆畫報刃(兩側面及非鋼面的另一面)。如果是包埋口的鉋台,連刀刃斜面也要塗。


3. 先進刀看看概況。可以看到表馴染上面沾了一些石墨粉,代表那是妨礙進刀的凸起處,要把它修掉。


4. 開始用板車刀或刮刀修整。



5. 修完之後,再進刀、找表馴染的凸起點、修掉,接下來就是這樣的循環,直到可以輕鬆出刃為止。建議新手不要一次修太多太深,以免造成鉋台卡不住刀刃,後悔莫及。用板車刀或刮刀的好處就是可以慢慢修,壞處就是修太慢。如果是老手就直接用鑿刀削比較快。
另外,刮出來的細屑不要用吹的歐,鉋台是橡木類的木材做成,這些材質是致癌物,會導致鼻咽癌歐! 

*板車刀是我自己想到的方式,它本來是拿來作金屬切削的,多是高速鋼材質,非常耐磨,在處裡鉋台這種難搞的木頭很好用,很久才要磨一次,而且售價便宜、容易取得(機械五金行就有賣)。但是在使用板車刀之前,務必把其刃角細磨(剛買來的是不能用的歐)
*日本也有賣專門整理表馴染的工具,蠻貴的就是了。

6. 在處裡表馴染的同時,也要注意崁槽有沒有太緊。如果太緊的話,在崁槽溝也會沾上石墨粉,這也要記得修掉,以免導致鉋台側鉋。


7. 修崁槽的原則與表馴染類似。但建議崁槽稍微比刀刃寬約1mm(左右各0.5mm),這樣可以避免因為天氣變乾導致側爆,也可以讓刀刃可以左右微調。


8. 關於包埋口的鉋台,在接近鉋床部分的崁槽特別難修,我是用刮刀立起來刮修的。而包埋口與刀刃斜面的接觸面,我用特殊的鏝鑿來修,但也可以用刮刀來刮修。



9. 調整完後,把鉋刃的石墨粉擦掉。這邊推薦的不是用橡皮擦,而是用紙沾針車油來擦,效率高很多。


10. 崁槽及表馴染調整完畢之後,進刀變得輕鬆而有效率。而鉋台也會安全的多了~~。



日式鉋刀調整(二)-- 壓鐵調整

壓鐵(日文:裹金),顧名思義是壓在鉋刃上的一塊鐵片,相當簡單。但是在這小小的一塊鐵片上面還是可以大作文章的......

其實,壓鐵和鉋刃一樣,鋼材有好有壞。平價鉋刀的壓鐵通常就是一塊普通的低碳鋼,而高價的就會用到焊刃的複合工法(將高碳鋼鍛焊於低碳鋼上面,與日式鉋刃的結構類似)。道理也很簡單,兩片類似硬度的金屬互相摩擦磨損的情形應該會比其中一者軟很多,來的好。而壓鐵的尾部通常會有兩角下折,這稱為「耳」,功用是可利用楔形來使壓鐵利用壓樑而與鉋刃更緊密的合在一起,除可以進一步鎖住鉋刃(不過這點在入嵌鉋的作用甚微),也可以使壓鐵鋒刃與鉋刃鋼面完全貼合(尾巴翹起來,刃端才容易密合)。

壓鐵的「耳」的部位是柔軟的的低碳鋼(或熟鐵)打造的,所以可以放在鐵砧上敲打、調整曲折度。也有人用銼刀去修磨耳,但這樣就會損失一些鋼質,方法不同,見仁見智。而日式壓鐵的鋼面通常也有凹磨(日文稱為「裹」),可以改善整理鋼面時的效率。如果是高價鉋刀,壓鐵的品相是與鉋刃搭配的,廉價者則可能是用一整塊低碳鋼擠壓成凹形,但求達到功用而已。

開始進入主題:壓鐵的調整。
1. 整理壓鐵的鋼面。壓鐵鋼面的整理方法與鉋刃是大同小異的。首先用砥石(約2000號)磨過鋼面,檢查平整度。一樣,大部分新的壓鐵很少是完全平整而不用整理的。

2. 打出鋼面、調整平直度。做法也與鉋刃的打鋼面步驟差不多。調整完畢之後用仕上砥石磨到完全平整。



這次打鋼面算是打壞了,放上失敗的照片(↓)。會失敗成這樣,是因為刀刃中間的鋼面一直打不出來,即便打了快500槌還是沒辦法,又怕最後打破,所以只好忍痛去「磨」出鋼面了,結果就是醜陋啦......
至於為什麼打不出來鋼面?  推測有兩個原因。一是兩側的鋼面打得太多了,以致於中間處於嚴重凹陷的狀態,再怎麼打,鋼板彎曲的能力有限,沒法打出來了。二是懷疑此壓鐵在製作時的拱形有過度的嫌疑,以至於刀刃中間是天生凹陷過多的。這兩點都是揣測,等下一隻要整理的時候再好好印證囉!




整理完鋼面之後順便把壓鐵研磨好,先磨第一斜面,再磨第二斜面。

到這階段,壓鐵還不算完全調整好。但我得先進行鉋台的調整,因為必須先把鉋台部分調好、把鉋刃裝上,再完成壓鐵的調校。


p.s. 紀錄一下讀書心得:
日鉋大約在1900年以前通常是沒有壓鐵的、是一枚刃的,但是可能由於日俄戰爭徵調了一些有高度技巧的木工去打仗,剩下的年輕木工沒有駕馭一枚刃鉋的技術,所以開始用配有壓鐵的鉋(比較可以克服撕裂)。另外一說是由於材質上佳的木材越來越少,那個年代開始啟用較年輕的林木,而這些木材的木紋比較亂,用單枚刃鉋容易有撕裂。--Toshi Odate




2016年9月9日 星期五

日式鉋刀調整(番外篇)- 壓桿調整

        日式鉋刀幾乎皆為入嵌式,鉋刃固定的力量主要來自於嵌槽,不需要壓鐵給予額外的力量,所以壓桿對於日式鉋刀來說,主要是用來固定壓鐵而已,不用太硬,也不用太大力量。是故有的日本鉋刀甚至用黃銅棒來當壓桿。而台式非入嵌式的鉋刀的鉋刃就主要靠壓鐵來固定,所以千萬不能把台式非入嵌鉋刀這樣整理。

        因為壓桿只需給予壓鐵"舒適"的壓力即可固定壓鐵,所以只需要在壓桿的中心部分與壓鐵接觸即可。但是,壓桿明明是直的,怎麼可能與壓鐵只有中心相接呢?  這就是本篇要敘述的了。

        先提一下,日本高價鉋的壓鐵背部通常是弧形的,兩側稍低、中間凸隆,這樣只要壓桿的位置放的好,就不用再去做什麼調整了。但事與願違,本人買不太起高價鉋,倒是有一堆平價鉋,就得做些苦工了......

以下看圖說故事,
1. 會使用到的工具。這支鉋是常三郎酒壺小鉋,壓鐵是全由低碳鋼製成,並非水準之上的貼鋼工法製成。塞尺用來確定間隙(這次是用0.04mm的),釘送是用來左右移動壓桿的(如果有需要的話)。


2. 先看看調整前的樣子。
先調刀,把刀刃及壓鐵打幾乎出刃的位置,再用塞尺來試試,發現壓桿與壓鐵在兩側都沒有縫隙。這在調刀的過程中可以感覺到要用力的捶打,壓鐵才會前進(這壓鐵的腳已經適當調整過了)。而且在出刃時,可以看到壓桿被壓鐵擠壓變成弧形。



3. 開始拿金工銼刀銼修壓桿兩端的下側,保留中間部分不要處理。
    木片是拿來防止銼刀尖端傷到鉋台刀口的。小心銼刀的另一側傷到表馴染及鉋膛內側。



4. 一面銼,一面用塞尺檢查是否已經銼出縫隙了。不要銼過頭了。

5. 調刀,最後檢查。




6. 完成後再度調刀時會感覺壓鐵打入的力量輕鬆許多,在調整上面更容易。而壓桿也不在會被壓鐵擠壓到明顯彎曲了。