Почему нож режет.

Нож — это длинный и тонкий клин, который раздвигает слои разрезаемого материала тем легче, чем меньший угол рабочей грани (то есть угол заточки) он имеет.

Воздействуя на рукоять ножа, мы сосредотачиваем усилие на небольшой по размеру площади его лезвие. Чем эта площадь меньше тем давление больше и наоборот: чем «толще» режущая кромка (РК) тем большее усилие мы должны приложить. В месте соприкосновения РК с материалом развивается высокое удельное давление: силы и их моменты, прилагаемые рукой, сами по себе невелики, но в расчете на мизерную площадь режущей кромки приобретают значительные величины. Это диктует особые прочностные требования к материалу ножа: РК испытывает огромные нагрузки и деформации, особенно если разрезаемый материал не мягкие продукты питания животного происхождения (мясная вырезка или рыбное филе), а твердые сорта древесины или бумага. Да, не удивляйтесь, — бумага, при кажущейся мягкости имеет в своем составе абразивные составляющие, которые способны достаточно быстро затупить нож.

Именно это объясняет разнообразие используемых в производстве клинков материалов и разные величины углов заточки. Очевидно, что если для аккуратной резки мягких неабразивных материалов можно взять относительно мягкую и прочную сталь с невысоким содержанием углерода (от 0.3 % до 0.5 %) и малым углом заточки, то для работы с твердыми объектами (например, при рубке древесины) берут высокоуглеродистый твердый и более хрупкий материал с С 0.8 % и большим углом заточки, обеспечивающим и большую механическую прочность РК.

Упрощенно можно отметить, что высокоуглеродистые стали имеют лучшую стойкость РК (т. е. лучше сопротивляются износу и затуплению), одновременно имея меньшую прочность и ударную вязкость. Это диктует необходимость применения достаточно больших углов заточки или определенной аккуратности в обращении — в противном случае материал РК может выкрашиваться кусками.

Мягкие низкоуглеродистые стали, наоборот, хуже «держат» заточку но имея лучшие прочностные показатели позволяют задавать меньший спуск. Даже в случае повреждения материал не выкрашивается кусками, а деформируется, причем его легко «подправить» на место. Из этого правила есть исключения, но на них мы остановимся ниже. На самом деле задание определенного соотношения толщины спуска, угла режущей кромки, структуры стали и общих габаритов клинка это достаточно комплексный параметр, требующий определенных знаний и опыта.

Вернемся к механизму реза. Он характеризуется двумя показателями: ход и подача. При резе вы тянете нож на себя или, реже, толкаете от себя- это ход. Одновременно вы слегка давите на него сверху — это подача. Когда вы рубите — это чистая подача, в ходе которой вы внедряете клин в твердое разрубаемое тело перпендикулярно его поверхности. Подача наиболее «энергоемка» в плане затрачиваемых усилий. Это обязательная составляющая реза: даже когда острый нож как бы проваливается через мягкий материал при «тянущем» движении в сторону подача имеет место по причине веса клинка. Ход более эффективен при резке мягких продуктов — поэтому профессиональный инструмент поваров и раздельщиков имеет длинный клинок, что обеспечивает и больший ход. Он требует меньше энергии, т. е. «ресурсосберегающий», что немаловажно если приходится работать ножом несколько часов подряд.

Эффективное сочетание хода и подачи реализовано на пиле за счет специфической ориентации участков РК — зубцов. Зубчатые (пильчатые) лезвия, или как их сегодня именуют «серрейтор» позволяют резать (точнее — пилить) даже твердые материалы, а также в разы дольше сохранять режущую способность по мягким веществам за счет того, что такой рез по механизму намного ближе к «микрорубке». Для резки таким клинком необходимо развивать большее усилие, чем при чистом резе, но меньшее чем при рубке.

Уменьшить «вредные» последствия зуба, такие как увеличение прикладываемого усилия и появление неровной линия среза, позволяет его миниатюризация. Но тут возникает дилемма. Мелким зубом резать не в пример легче и удобнее, чем крупным, наглядный пример чего порезы, нанесенные зубчиками травы или краем бумажного листа. Но такой зуб недолговечен и быстрее заполировывается. Выход был найден еще в Древней Индии: на булатных клинках «микрозуб» создавался за счет выделения на сравнительно мягкой режущей кромке локальных участков цементита высокой твердости. Это позволяло иметь прочный и гибкий клинок в сочетании с высокой режущей способностью. Сегодня сходный метод реализован на некоторых видах высокоуглеродистых коррозионостойких сталей и ряде сплавов титана и кобальта (Стеллит, Талонит), где роль микрозубов" выполняют твердые карбиды, расположенные в вязкой матрице материала клинка. Для повышения режущей способности их даже рекомендуют оставлять недоведенными на мелком абразиве, чтобы не заполировывать крупные микрозубья-карбиды.

Режущая кромка из стали 440А (слева) и 440C (справа) — увеличено в 1400 раз. На 440C четко видны мощные карбиды, выполняющие роль "микропилы";.

 

Легенда рассказывает как король Ричард Львиное Сердце соревновался во владении клинком с султаном Саладином (Салах ад-Дином): король разрубил своим прямым стальным мечом стопку лежащих на земле щитов, а султан — подброшенный в воздух шелковый платок булатной саблей. Как видим, эта легенда содержит и определенную идею: Ричард демонстрировал технику рубки толстым и прочным лезвием, а также свои атлетические способности, в то время как Саладин — технологические хитрости при изготовлении легкого клинка и технику владения им: небольшой вес платка требовал хороших навыков в выборе правильного режима реза (ход — подача).

Впрочем, достаточно о легендах и экзотичных материалах. Вернемся к вопросу — как заставить нож резать.

Типы спусков: А — клин с подводом, В — «линзовидный», С — двойной клин.

 

Как мы уже выяснили, нож представляет собой длинный клин. Сложилась следующая традиция в названии частей: острая режущая грань именуется лезвием или режущей кромкой; угол между двумя плоскостями, ее образующие — угол заточки; противоположная ему плоскость — обух. Если профиль клинка идеальный клин, то угол заточки совпадает с углом спуска (или, как еще именуют сужающиеся боковые стороны клинка, фухтелем или дольем). Такой профиль был популярен на японских мечах и скандинавских ножах, однако сегодня чаще встречается т. н. двойной клин: угол заточки больше, чем угол спуска. Этот профиль позволяет иметь более прочную и «толстую» РК при небольшой величине обуха и толщине клинка.

Основные части клинка: А — спуски, В — толщина спуска у РК.

 

Разновидностью такого профиля является т. н. клин с подводом, где плоскости спусков изогнуты по направлению друг к другу. Его используют на скинерах и бритвах. Если плоскости спусков изогнуты в другую сторону, то они формируют специфичный «линзовидный» профиль, имеющий самую мощную РК. Его применяют на ножах для тяжелых работ.

Другой тип — асимметричный спуск, где одна из плоскостей РК перпендикулярна обуху. Он может иметь те же разновидности, что и симметричный с той разницей, что является как бы его «половинкой»: спуск может быть выпуклый, вогнутый или «четырехплоскостной». Такой профиль популярен на больших дальневосточных овощных ножах типа «цай-тао», унивесальных якутских, маленьких кухонных для чистки корнеплодов. Он также популярен на «тактических» ножах в стиле "американское танто".

Симметричные спуски позволяют добиться прямого движения клинка внутри материала, они сами себя «стабилизируют» в движении. А вот асимметричный спуск норовит в материале "сделать загогулину" двигаясь по дуге в направлении спуска, так что им удобнее отрезать тонкие ломтики или срезать стружку. Конечно, этими вариантами многообразие заточки не ограничивается, однако именно они получили наибольшее распространение. Кроме того ряд клинков может иметь разную величину угла заточки по длине лезвия (к примеру, на мясницких секачах — возле острия большой угол для рубки, а ближе к пяте меньший для подрезки) и даже разный профиль сечения.

В ходе работы ножом вследствии высоких нагрузок, абразивного износа и электрохимического (коррозионного) воздействия геометрия РК со временем меняется. Это сказывается как на остроте ножа, так и на удобстве работы им, а также на безопасности. Задача точки — восстановление исходного профиля РК. Таким образом случаи заточки можно свести к трем базовым.

Слегка затупившееся лезвие. Его приведение в исходное состояние правильнее назвать правкой: неравномерно деформированную и незначительно изогнувшуюся РК как бы "ставят на место" правочными приспособлениями — мусатами, стропами с микропорошками, мелкозернистым абразивом и пр.

Износ или сильное затупление. Запущенное или сильно изношенное лезвие требует большей работы. Для этого вам придется снять по бокам режущей кромки «лишний» материал. Это делают уже абразивными брусками.

Очень сильный износ, значительные повреждения РК — забоины, выщерблены и пр. Этот случай наиболее тяжелый. Фактически в ходе точки придется выполнять работу ножовщика и заново выводить спуски и формировать РК. Эта задача не из простых и если не обладать нужными навыками то нож можно просто испортить.

Итак мы видим, что нож, как и любой другой инструмент, нуждается в регулярном уходе и разумном использовании: чем сильнее его «запустили», тем сложнее его восстанавливать. Тем не менее самые тяжелые случаи встречается наиболее часто: не умея правильно ухаживать за ножом пользователь его эксплуатирует до тех пор, пока он не перестает резать вообще. По этой же причине мы переживаем бум ножей с серрейторной заточкой резать ими намного тяжелее и подходит он не для всех продуктов, но длительный "срок жизни" заводской заточки обеспечил им популярность. Что представляет собой режущая кромка.

Режущая кромка ножа из углеродистой стали (увеличено в 1400 раз).

 

Взглянув на режущую кромку (далее — РК) «вооруженным» глазом (с помощью мощной лупы или микроскопа) можно убедиться, что она представляет собой узкую грань, имеющую в сечение острый угол. Величина этого угла может варьироваться в достаточно больших приделах — от 8 — 10 гр до 45 — 50 гр. Величина угла определяется назначением клинка и его материалом. Очевидно, что чистить картофель РК с углом в 45 гр. не очень удобно, а попытка рубить твердые породы древесины клинком с углом РК в 10 гр. кончится ее разрушением.

Здесь общий угол 24 градуса, а половинный 12

 

Приняты следующие рекомендации по заданию общего угла РК:

До 10 гр — бритье, хирургия, тонкие срезы препаратов.

От 10 до 20 — деликатные задачи по достаточно мягкому материалу, требующие легкости работы клинка: шинковка овощей, работа с филейной частью и пр.

От 20 до 25 — поварские ножи различного профиля.

От 22 до 30 — охотничьи и универсальные ножи (походные и туристические).

От 25 до 40 — ножи универсальные и для тяжелых работ.

Имейте ввиду, что угол, под которым точится нож с симметричными спусками является половинным: если угол между продольной плоскостью клинка и плоскостью бруска будет 12 гр, то общий угол заточки окажется равным 24 гр.