1 前言
　　鋒利刃口產(chǎn)品在使用過(guò)程中變鈍，逐漸失去原來(lái)的鋒利性，鈍化是這類(lèi)產(chǎn)品失效的主要形式。五金產(chǎn)品中的民用剪刀、菜刀、刀片……等這類(lèi)產(chǎn)品的失效形式多屬于鈍化失效。甚至機(jī)用刀具切削性能的下降也與刃口的鈍化（變形、磨損、崩刃、組織改變等）也有著直接的關(guān)系，如何評(píng)判鋒利性能高低，是一個(gè)有待解決的課題。以往人們通常憑借手感目測(cè)等方法來(lái)判別刃口是否鋒利或變鈍，80年代初用刃口切三角皮帶后再切老生姜，看生姜片切面上是還起絲，來(lái)粗略判明是還鋒利。但這種方法由于手工操作，不僅用力大小因人而異，即令同一人操作也不會(huì)先后一致，因而帶來(lái)了極大的主觀隨意性，不屬于一種科學(xué)的測(cè)試法。后來(lái)有人改用食品機(jī)械進(jìn)行鋒利度測(cè)試法，這就大大前進(jìn)了一步，由于鋒利度受諸多因素的影響，這種測(cè)試的結(jié)果常常與人們的感覺(jué)效果也不完全相一致。

　　作者曾研制出菜刀鋒利度測(cè)試機(jī)，測(cè)量切割過(guò)程中用于克服阻力消耗的功大小作為度量鋒利度值。刃口完成一次切割用于阻力消耗的功愈小，則刃口愈鋒利。反之消耗的功愈大則刃口愈鈍。

2 鋒利度的物理意義及測(cè)試方法

　　“鋒利度：指刃具分割物體時(shí)，所受阻力大小，阻力小，鋒力度高。”

2.1 根據(jù)這一觀點(diǎn)，即以阻力的大小度量鋒利度的測(cè)試儀有不少，例如日本（JISO201-1976）規(guī)定的醫(yī)療用刀類(lèi)鋒利度測(cè)試儀，這種測(cè)試儀采用天平作主體，在天平的一端加上一盛水箱，另一端則裝一掛具，掛具上有一張緊的尼龍絲，刀具被固定在尼龍絲上方。測(cè)試時(shí)緩慢向水箱注水直到尼龍絲被切斷，此時(shí)水箱中的水的重量即表征鋒利度值。日本的拉切鋒利度測(cè)試儀是測(cè)量垂直方向及水平方向阻力大小來(lái)表征鋒利度。此外被日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIST0202）規(guī)定的醫(yī)療剪刀鋒利度測(cè)試儀，它以剪斷銅絲的力來(lái)表征鋒利度的值。

2.2 剃須刀片鋒利度測(cè)試儀

　　沈陽(yáng)二輕研究所標(biāo)準(zhǔn)化室研制的刀片鋒利度測(cè)試儀，食品的橫梁上固定一根標(biāo)準(zhǔn)尼龍絲，下端懸掛一重物，刀懲被固定在可作水平移動(dòng)的工作臺(tái)上，調(diào)整工作臺(tái)位置使刀片刃口剛好接觸尼龍絲，測(cè)試時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)水平運(yùn)動(dòng)，在刀片切斷尼龍絲的瞬間重物下落撞擊開(kāi)關(guān)斷電。此時(shí)測(cè)量工作臺(tái)移動(dòng)距離X；重物（W），刀片距尼龍絲固定點(diǎn)的距離L，可換算尼龍絲所受的切斷力：

p=WX/L
令W=L,則p=X（克力）

于是可通過(guò)工作臺(tái)水平移動(dòng)的距離表征鋒利度的值。

　　以上的測(cè)量方法都存在其各自的弊端：

　　（a）尼龍絲等被切割材料的不均勻性。

　　（b）刃口與被切材料的點(diǎn)接觸方式使測(cè)量值只能表征一個(gè)點(diǎn)上的性能，不具普遍性。即使不斷改換測(cè)試點(diǎn)也很難測(cè)得刃口處鋒利性能的連續(xù)數(shù)據(jù)。

　　(c)難于從材料方面判定刃口持久鋒利性能。

2.3 切割標(biāo)準(zhǔn)試樣鋒利度測(cè)試機(jī)。

　　本文作者研制的一種鋒利度測(cè)試裝置，這種測(cè)試儀是從切割過(guò)程中阻力所消耗的功來(lái)定義鋒利度值。從廣義的角度來(lái)看：鋒利度的物理意義應(yīng)該是表征切割過(guò)程中克服阻力的功耗。它是阻力(F)在切割行程中（L）的累積效果，它是標(biāo)量，它應(yīng)具有能量量綱。

　　上述以力來(lái)表示鋒利度值的測(cè)試儀中，不難看出，完成切斷的過(guò)程中，既有力（F）作用于被切物質(zhì)（尼龍絲等），同時(shí)也有位移（L）的發(fā)生，才完成切割過(guò)程。故用能量（功）來(lái)表征鋒利度比用力來(lái)表示鋒利度值，更具普遍意義。上述測(cè)得的阻力（F）是指切斷所需克服的量大阻力(Fmax）來(lái)表征鋒利度值。但Fmax大，未必用于克服阻力的功(W)耗也大。

　　將被測(cè)刃口產(chǎn)品（菜刀）按一定的方法固定在刀架上，使刀及裝刀系統(tǒng)的總重量P=1200g（或600g），被切割材料是82-9型膠棒，試棒直徑? 50mm，硬度為邵化70，以一定的轉(zhuǎn)速（60r/min或40r/min）繞定軸旋轉(zhuǎn)。刃口觸及試棒進(jìn)行切割時(shí)，實(shí)現(xiàn)壓切和拉切，即可測(cè)出每切一片試棒（膠片）消耗的W，并記錄時(shí)間t。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　為了測(cè)量功耗設(shè)計(jì)出一套電路，采用小型并激直流電機(jī)，電子電位差計(jì)及穩(wěn)壓器。當(dāng)菜刀沒(méi)有加壓在膠棒上時(shí)，直流電機(jī)通過(guò)減速器使膠棒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)調(diào)節(jié)直流可變穩(wěn)壓電源使
I1R1=I2R2
選擇R1=R2=0.38Ω

則I1=I2，則電子電位差計(jì)所測(cè)得的電壓即輸出電壓為：

u=u1-u2=I1R1-I2R2=0
電位差計(jì)示值為零
　　當(dāng)菜刀在膠棒上進(jìn)行切割時(shí)，由于電機(jī)輸出軸（膠棒）上的阻力（矩）增加，電機(jī)的電流I1，增加到I1+△I1，下時(shí)輸出電壓不再為零。
　　u=0.38△I1；△I1=u/0.38
　　當(dāng)電機(jī)輸入電壓Um不變時(shí)，輸入電機(jī)的功率增加了△p
　　△p=Um△I1=Um*u/0.38
　　由此式可知，已將功率的變化的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)電壓的測(cè)量。

　　電機(jī)輸入功率△p，減去由于制動(dòng)力矩的增加而引起的功率損耗Σ△p損應(yīng)該等于菜刀切割膠棒所消耗的功率Mω
　　即 △p-Σ△p損=Mω

　　式中ω膠棒的角速度
　　M作用在膠棒的上力矩（菜刀切割膠棒時(shí)所產(chǎn)生的阻力矩）
　　Σ△p損=△p銅+△p鐵+△p機(jī)
　　△p銅 電機(jī)銅損耗的增加量
　　△p鐵 電機(jī)鐵損耗的增加量
　　△p機(jī) 電機(jī)機(jī)械損耗的增加量

　　由于Um不變，并激直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的變化極微，且本實(shí)驗(yàn)中負(fù)載變化也不大，因此轉(zhuǎn)速ω可視為常數(shù)。由于△p鐵 與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和轉(zhuǎn)速有關(guān)，△p機(jī)只與轉(zhuǎn)速有關(guān)，因此△p鐵 和△p機(jī)均可視為不隨負(fù)載的增加而變化，即△p鐵 =0 △p機(jī)=0
Σ△p損=△p銅=△I21r r為電樞電阻
因而得△p-△I21r=Mω （1）
　　由于△I1變化不大（幾十毫安），r很小，△I21·r可忽略，則
　　△P=Um·u/0.38=Mω （2）

　　電子電位差計(jì)的記錄曲線(xiàn)（圖5），縱坐標(biāo)代表u，橫坐標(biāo)代表時(shí)間t（t1為切割一片膠棒的時(shí)間），從（2）式可知u的大小正比于△p，也正比于M，故u的大小實(shí)際上可以表示△p或制動(dòng)M=△p/ω或M=Um/0.38ω·u式中Um=100伏，ω=2π/1.5孤度/秒

　　實(shí)測(cè)的u-t曲線(xiàn)可知，M和△P是隨切割過(guò)程而變化的，從而測(cè)得的u值可代表各瞬間的M的大小。

　　對(duì)公式（2）進(jìn)行積分即可以計(jì)算出切割一片膠棒的功耗W
　　W=∫?△pdt=Um/0.38∫?udt (3)

　　∫?udt代表電子電位差計(jì)記錄下來(lái)的u-t曲線(xiàn)所包圍的面積。可用求積儀測(cè)出，這樣就解決了菜刀每切割一片膠棒的功耗。

　　曾對(duì)17#菜刀經(jīng)磨鋒利后進(jìn)行連續(xù)切割8片棒片，進(jìn)行實(shí)測(cè)W及完成切割一片所需的時(shí)間t，則結(jié)果列于表1。

表1 W與t的實(shí)測(cè)結(jié)果

　　從表中列出的數(shù)據(jù)中可以看出每切一片的功耗與相應(yīng)所需的時(shí)間，隨著切片數(shù)的增加，功耗增切割過(guò)程的進(jìn)行，刃口功耗的增加使其刃口鈍化。從各種試驗(yàn)結(jié)果綜合分析得t=(1.1-1.3)W ，由于測(cè)定W較麻煩，故在上述測(cè)試條件下就采用時(shí)間t來(lái)表示鋒利度，與習(xí)慣相一致以1/t或W-t曲線(xiàn)即稱(chēng)之為鈍化曲線(xiàn)。不同質(zhì)量刃口產(chǎn)品有不同的鈍化曲線(xiàn)。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

3 結(jié)語(yǔ)

　　（1）刃口產(chǎn)呂鋒利度以阻力大小及以克服阻力的功耗來(lái)表示是目前兩種表征的方法，但以功耗來(lái)標(biāo)定物理意義更確切、更廣泛。

　　（2）在本測(cè)試條件下以功耗來(lái)表征鋒利度和以時(shí)間來(lái)標(biāo)定鋒利度都準(zhǔn)確可靠，但以時(shí)間計(jì)算更簡(jiǎn)捷。

　　（3）連續(xù)切割過(guò)程中，每切一片功耗與時(shí)間的不斷增加正好表明刃口產(chǎn)品在使用過(guò)程中的鈍化過(guò)程，這種表示方法確切地反映刃口鈍化的物理本質(zhì)。不同的質(zhì)量的刃口產(chǎn)品測(cè)出的鈍化曲線(xiàn)N-t（片——時(shí)間曲線(xiàn)）或N-W（片——功耗）曲線(xiàn)不同，正好反映了刃口產(chǎn)品的質(zhì)量。