特猪拉谈衬锁原理及其他

ericf

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      以下内容，来自Bob Terzuola特猪拉先生的The Tactical Folding Knife《战术折叠刀》一书。该书可以视为现代折刀的初级教科书，基本上，可以让一个中学生看完后，用家里的修车工具做出一把所谓的战术折刀，而且性能基本靠谱。
      我建议对现代折刀有兴趣的朋友，去买这本书回来看一下。
      本文是《战术折叠刀》一书的第四部份，包括他对于衬锁这种常见折刀锁定方式的详细论述，有字，有图，手把手教，包学包会。以下中文内容是ericf的译作，图片由ericf整理并加入中文注释。仅限于刀友论坛内研讨交流，本人不同意也不会同意任何人对本文及插图进行转载。

ericf

特猪拉说：

      衬锁，一个简单而有效的折刀固定方式。

      没有活动的零件使它简单，不依赖高精度加工和装配使它更简单。它易于清洁，即使在多尘、泥水、或别的什么恶心条件下，仍能保证给用户一个强壮可靠的锁定。同时它支持单手开合，方便。
      不过，让一个锁定装置正常工作，需要正确的设计和制做。它不能违背一些基本要求，而这些要求，我想，还有一些制造者或有兴趣制造它的人未必了解。这就是我要写以下内容的目的。

      类似今天衬锁的结构，其实已经出现一百多年。例如在传统折刀的铜衬片上切出一部份并将其弯曲，就可以作为安全锁防止刀片在使用中受压力折回。这时的衬片锁其实不是真正的锁定，因为它仅提供限位功能，而不提供固定，维持刀片在原位的是背簧。这种结构现在还可以在瑞士军刀之类完全不战术的小刀上见到。它在压力下会有一定的“点头”现象，这是因为刀片并没有被锁片压紧并固定的缘故。

      现代意义上的衬锁方案其实是于1981年由米高沃克提出，他的衬锁摆脱了背簧，在开启状态下，衬锁片单独对刀片提供锁止和固定，不需要其它弹簧装置来帮忙了。而且这样的折刀允许单手开合，因为不需要克服背簧的弹力，所以它的开合过程会显得十分轻松。这的确是个重大的发明，全世界人民都感谢他。（图）


      我1985年从米高那里学来了这个设计，我非常欣赏这种简单而美观的系统，我也认为自己找到了我可以用在折刀设计上的最佳方案。这个方案还包括单手开合及可拆卸的中轴螺栓等特点。（图一）

      如今大多数人对衬锁结构很熟悉了，但这还不代表他们完全清楚该装置的所有设计要素，尽管我认为它并不复杂，对加工的要求也不算太高，但其中某些可称之为规则或规律的东西仍需明确和遵守。

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几何学讨论

      衬锁装置的结构，其实是基于三角形的稳定原理。
这个三角形由中轴、停止柱、刀底与锁片的触点构成（图二）

      而它们由锁片的趋向于张开的弹力维持（图三）。
      要使锁片自动进入开刀后的锁止和固定位置，需要将锁片预先进行一定角度的弯曲。弯曲的程度要超过它工作时的范围，这样才能保障足够的弹力。如果锁片的厚度足够，材料合理，比如用440不锈钢或者钛，在正确的打磨和安装后，你就不必担心它会在你的手工使用中意外解脱了。(图四)

      记住衬锁装置是始终张紧的，在开启刀片的状态下，始终有压力作用在刀底。而当刀片受压试图折返时，锁片会产生一个压缩和变形的过程，同时产生更大的力量作用于刀底。这是传统的背簧结构不具备的特性，背簧在压力下只有位移，而这种位移一旦开始就会造成固定失效。当刀片收回后，衬锁片只提供一个侧向的压力，而不是如背簧般在转动方向压住刀片。所以这时它需要一个辅助的装置来固定刀片。我们用定位珠和定位孔的配合来达成这个目的。
      为使锁定机构这个三角形获得最大的稳定，刀底和锁定面的接触部应该尽可能远离中轴，从而使三角形的边长更大。没必要让锁片和整个刀底全面接触，潜在的，这会令受力点发生在近刀轴的地方从而降低可靠性。我在后面还会解释这一点。（图五）

      三个尽可能远的点，就构成了一个足够大和强的铁三角。

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请先在图纸上画好设计，并反复调整，确认一切尺寸恰当后才动手去磨那些铁片。记住要保证刀底与停止柱之间留有距离，而与锁片之间要有一定重合，这样设计出来的刀片根部应该是一个美丽的弧线。（图六）

      当确定了刀底部份的旋转半径后，在锁片的相应位置把它的运行轨迹画出来（图七），这就是运动的刀片与锁片重合的部份，你要把定位珠放在这个重合部的锁片一角，让它在刀片转动的过程中全程与刀片侧面接触（图八）。


      这时会根据刀柄的形式产生两种方案，如果刀片是直接贴合刀柄内侧的，那你就要在锁片外侧位置的手柄上开槽，让锁片有额外的空间，因为定位珠产生了额外的高度；如果刀片和刀柄之间有垫圈，那当然好啦，但记得垫圈的厚度要不小于定位珠的高度。（图九）

      我自己是喜欢用垫圈的，原因在于：一，垫圈有润滑作用；二，垫圈让刀片和柄片间有一定容纳灰尘的空间，并且清理也较简单；三，我喜欢用钛的手柄或衬片，而手柄的钛和刀片的钢材之间的磨擦太让人心烦了，把它们隔开大家都好。（当然，锁定接触面的磨擦是必要的）
      锁片的长度很重要，但不是决定性的重要。基本上，如果锁片较短，开锁和闭锁的力量都要更大。我经过长期试验（碰钉子无数次），现在认为如果是3寸半到4寸的刀刃，那么锁片长度在2.75寸到3寸之间比较好。如果刀片更短或是刀子很小的话，那也可以按比例缩小这个锁片的长度。

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-     刀底的锁定斜面（补偿面）是个非常重要的因素。它的选择范围不大，而它决定了锁定开合的有效性和可靠性。介于2到3寸长度的常见的锁片，对应的刀底斜面应该是7.5到8.5度之间,这似乎是衬锁的最佳补偿角度了（图十）。而且我认为所有的衬锁装置，刀底斜角都必须保持在7到9度之间。小于5度的时候，锁片会过度进入，从而使解锁困难并增加磨损（图十二）；大于10度的时候，它会损失了安全性，增加刀背受力时的意外解锁机率（图十三）。我一般把刀底磨到8.5度，并发现它能广泛适用于各种尺寸的折刀。



      而我使用的刀底斜面，它其实不是一个平面，而是一个用2寸砂轮磨出的弧形凹面。这可以更加均匀地适应刀片锁片的材料磨损。（图十四）同时我发现锁片不断的冲击刀底（而非擦蹭）实际上对接触面起到了硬化的作用。

      刀底的锁定斜面，最好轻微打磨抛光一下，免得它刮蹭锁片。轻轻磨一下边缘就可以了，不要破坏到主要斜面的形状。
      与此同时，锁片顶端的接触面也是非常重要的因素。常见的，稍不注意有人会把它磨到以直角或锐角与刀底接触。我不喜欢这种情况出现，它不耐用而且有可能因接触面不足导致锁片意外脱出，尤其是用钛做成的锁片。而我会把锁片的顶端磨成和刀底相同的角度，基本上那就是8.5度，如此一来刀底和锁片就可以充份接触到了（图十五）。

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-     现在谈回锁片顶端形状的问题，从侧面看去，它不应该是完全与刀片接触到的。它应该只在外侧（离中轴较远的一端）和刀片接触，大概用到2到3毫米的长度吧。如果锁片内侧（离中轴较近的一端）同时接触到刀片底部，在不均匀磨损的情况下（不均匀磨损是一定会发生的，锁片外侧一定会磨损较多较早）（图十六），锁定接触面其实就产生内移了。所以我们要把近中轴侧的锁片顶端磨掉一些，让它稍微离开刀底。

      锁片的弯曲是一个关键的工作。它得是个从前至后逐渐变化的曲线，你不要只在一个地方简单弯出一个折角就了事。否则锁片就无法满足单向形变的要求，当你合上折刀时，有一个地方就会鼓起来，而不是完全贴合到手柄上。而锁片的弯曲程度，以刚好到达对面柄片位置为妥。没必要过度地弯曲它，以免弹力过强造成解锁困难。如果以上锁定面的角度和弹力都适当，你的加工也准确，锁片应该是流畅工作而非紧压着刀片的。（图十七）

      刀片的底部和根部应该平滑，可以用320到600的砂带的抛光来达到这个效果。如果你打算对刀片进行喷砂表面处理，那么刀底抛光工作应该放在后面，这个你懂的。光滑的刀底，避免了锁片和它发生粘连，使开合更为顺滑。
      我还会把锁片的边缘修磨至凹进于手柄轮廓，很少一点就行。以尽可能减少使用过程中手指无意中压下它的可能性（图十八）。这虽然不能完全避免笨蛋自己把锁定弄开，但至少降低了风险。同时，在另一面的手柄上，我也会开出拇指槽，便于聪明人做正常的解锁动作。

      停止柱，很重要，做刀之人要记牢。
      它不断受到刀片的冲击，和长期经受锁片最终的压力。最好用硬化处理过的钢材来做它，以免其变形而造成刀片的移动。我会把它做成两端细中间粗的意大利擀面杖形，用的是经过硬化的416不锈钢。（图十九）

      最后，是锁定装置的初始位置问题。也就是当折刀打开后锁片应该抵在刀底的哪个宽度位置上。我认为不应该超过刀片厚度的一半，实际上我会让他去到三分之一的地方，以保留较多的补偿空间。毕竟无论你的锁定如何坚固，积少成多的磨损会让它慢慢走进去的。

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常见的问题：

      下面我们列举一些常见的问题，并试着提供解决方案。这些方案是我自己在多年实际操作中总结得出，一个机械装置总是需要精心调整才能达到最佳状态。而且我也发现，无论你把刀做得如何好，调整无误，测试正常，当它最后来到用户手中时（你要知道有些人完全不会爱护刀具），他们过度的粗用也可能造成一些伤害，而你要知道如何对故障的折刀进行修整。

以下较常见的：

一,刀片开启后上下移动，也就是俗称之点头。它可能有两方面的原因。
1，锁定片太短，无法顶紧刀底。如果锁片已经到头了，而仍未压紧刀底（于停止柱上），如果这个差距不是太大的话，把锁片头部放在铁砧和平头锤之间把它砸长一点。（图二十）

2，锁定片的近轴端接触到刀底了，而上面说过，原本最好是让远轴端做这个接触的。如果想验证是否出现了这种情形，可以把刀片简单试装一下，打开并对着光看，如果透光的是锁片的外侧远离中轴的一端那就说明低级错误发生了。解决它的方法是磨掉一点内侧的锁片。
（图二十）

二,刀片合拢时不流畅，锁片不能清脆的归位。
      可能是由于定位珠和定位孔没有对准。这是加工过程中的过失。你最好一开始就找准位置。
另外也可能是定位孔过大，小定位珠在里面晃啊晃（图二十一）。那你换个大点的定位珠吧，如果可能的话。如果不能，那反过来，你钻个小点的定位孔吧。怎么做到在一个大孔中钻一个小孔？把它先填上，敲一个栓子进去，然后磨平，这样定位孔不就没了吗？然后把刀装起来，装紧。把没有定位孔的刀片开合几下，让定位珠在它上面划出运行轨迹，拆下刀片来，在轨迹结束的地方冲一个小坑，然后重新开出定位孔。这种做法对折刀的外观和强度均无影响，虽然麻烦点。（图二十二）


三,刀片在合拢状态下有时意外打开。
      如果刀片能清脆地合上并到位，但是很容易意外开启。请考虑一下是不是定位孔小了，或者说是定位珠不能完全进入定位孔内。解决方法无非是把洞钻大一点，但做这件事时请尽可能保守，每次换稍大一个号的钻头来试就行了，否则你可能又要面对一个过大的孔。当然，不钻洞，只是用倒角的办法把它的边缘扩大一点也是可以的，但要记住，定位孔的顶端作倒角有可能影响到安全性，如果做过了头的话。

四,刀背受压时意外解锁。
      两种常见的原因是：锁片弯曲度不够造成的弹力不足；或者刀底的接触面打磨角底不当。
锁片应该预先弯至可达对面手柄的程度，太多的话解锁会困难，太少的话没有足够力量。你得试着想办法让它保持足够的压力，向前，向刀底，从而使它的固定作用名符其实。（图十七）
      如果是刀底研磨角度的问题，例如把它磨到9到10度，或者更大，它就形成了一个推动锁片的斜坡，刀背的压力在刀底的侧向分力使锁片移动。解决办法是重新把它磨到我之间所说的7.5度到8.5度之间这个黄金角度。（图十）
      另外，还有可能是材料不当，比如说：你可能用了纯钛做锁片的材料。纯钛很“软”，它会在短时期内磨损。而且它具有“粘”的这种性质，也使它不合适作为锁定片的选材。我建议你就用钛合金，6AL4V经过一定的热处理可以达到42-45 Rc的硬度。实际上，经过硬化处理的300系不锈钢，也是可以胜任的。

ericf

五,刀片不居中的问题。
      虽然锁定压力过大，刀轴过松都会造成锁片将刀片压向一边的情况。但一般此二种故障较均易发现和修复。如果经过此二者的简单处理还不能解决问题，就要考虑是不是刀柄衬片本身不平或者安装不准确了。你得把它拆开来，重装或者矫直衬片后重装。(图二十三)
      还有一个不太常见的原因，就是刀柄内的垫块太短（相对于刀柄的尺寸而言），特别是当锁片弹力又很强的情况下。垫块的作用是固定刀柄两面，提供刀柄整体的支撑。如果它太短、小，从面造成手柄整体的钢性不足，在锁片弹力的作用下，手柄的少量变形也能表现在刀片位置上。所以使用较长的垫块会比较少费心，出于长远打算你就更应如此。
      中轴同样影响刀片在手柄内的位置。过松的中轴会使刀片在锁片压力下偏向另一面。所以中轴的松紧应适度，具体就是它必须在刀片松至不摇头而紧至仍能顺利开合的前提下，寻求其中最佳的平衡点。

六,刀片在收回到一半的位置时阻力加大。
      这是定位珠在干扰刀片的运行。查看它是否太过突出以至于高过垫圈？不应该高于它的。而在合刀状态下，定位珠应该能完全收入定位孔内。(图九)

七,锁定完全过头，锁片用完了所有斜面空间。
      这是明显的磨损伤害，用得太久的刀上常见。它同时还可以是中轴磨损，停止柱磨损，总之最后是锁片的长度不够用了。我们用砸锁片的方法可以将它延长，只是在做这个时要注意避开定位珠，如果把定位珠砸碎或者是砸进衬片里面去了，你一定哭不出来。（图二十）
      锁定到头的问题也可以通过更换一个直径稍大的停止柱来解决。如果是刀柄上的停止柱孔出了问题，例如在长期使用和锁定装置的冲击下变了形（可能是用户粗鲁的甩开动作），那同样可以采用扩大孔直径，然后换更大的停止柱的方法使锁定恢复。
      最后，检查一下中轴，高硬度的刀片可能对它带来了磨损，如果是那样你要及时更换。

八,解锁困难。
      有几个原因造成解锁困难，它们的共同表现就是锁片被粘住了，现在更多的人使用钛衬片，这个现象就更常见。钛的性质就是这样，软，而且粘。当受到压力，它倾向于贴在钢材上。但不管材料如何，解锁本身都应该是个很轻松的过程，手指稍微用点力就行，如果不是这样的手感，也许会是以下几个原因所造成的。

1，刀轴的松紧程度没有调整好。刀轴的松动会使锁片有机会过度锁定。我调整刀轴时注重顺畅效果，所以在收紧中轴的时候会掌握较严格的尺度，最好当然是让刀片在解锁状态时，靠自身重量就可以转动。
此外，选择了不适当的垫圈，垫块，连接柱，停止柱。会造成手柄的扭曲。当这些东西的尺寸不一致时，衬片间的宽度（刀片的厚度）可能无法确定下来。那么它在开合过程中阻碍到刀片的运行就不足为奇了。(图二十四)

2，锁片弹力过大。用我的办法吧，在弯曲锁片时，以到达另一边柄片处为佳，简单点说，就是跨过了整个刀柄的厚度。不要过紧，不需要过紧。

3，锁片的顶部，与刀底接触的面被磨出凹陷。这是刀底的锋利坚硬边角造成的。他会使刀片进入到锁片中，同时给锁片的运动带来困难。（图二十五）

4，刀底和锁片之间可能有太多的接触。接触面大则摩擦阻力大，而且在压力作用下较软的钛会倾向于贴在钢材上，这就更增加了解锁难度。当把锁片头部适当打磨后，让锁片只有外侧部份与刀底接触，这个问题肯定会消失。

5，刀片表面不平滑。常见于被泥沙或人为方法破坏的刀底表面。粗糙的刀片表面会贴住锁片，这种情况只有重新研磨才能恢复了。当然，有一种粗糙表面是自己制造的喷砂表面处理，在做之前先想好如何保护刀底的锁定接触面不被破坏吧。

还会有其他更多的解决方案，有待继续的研究。以上谈到这些，就是我自己多年来用到的一些基本的知识。

ericf

写完收工。
                                                                                          ~~~~~~~~  ericf  ~~~~~~~~

                                                                                                                     2010.04.24.

shanke01

LZ知识好丰富..

aadhtbb

对折刀设计很有帮助的一篇文章，感谢E版分享

铁三角第一次听说，回头琢磨琢磨

我是怪叔叔

好文，好知識，感謝分享。

肖申克的救赎

我等初级刀友受益匪浅啊。谢谢E版{:4_105:}

showboy2020

顶，，，必须的！  辛苦了！

jackysun

先收藏了，有机会仔细阅读，多谢LZ了！

zzkkrr

很好的资料贴，感谢E版

zzkkrr

关于刀片不居中的问题，垫片太小这个原因说的很好。u之所以在闭合之后刀片怎么掰都掰不动，我觉得就是因为垫片大而薄。

刀刀居

先收藏再慢慢学习

ytlinwe

哪里有书?

jasonp

eric的翻译很有趣。我对锁定接触长度有疑问，为什么是2-3mm为佳？