写给内行人的深度长文：木刨盖铁的由来、原理、测试及调整方法
木艺作家老严2020-10-25 18:10
了解木工的内行人都知道，刨子通常分三种：中式刨、日本拉刨和。至于俄国邦克，由于其结构与中式刨相仿，因此我们通常不会将之单独分类。
但是，无论外形如何变化，刨子的结构和原理还是相通的，最主要的结构就是刨床和刨刃——无论哪种刨子，这两样东西都是必备的。
除此之外，还有一种配件十分神秘：有时候它貌似很重要，你在中日欧三种风格的刨子上都可以看到；有时候却显得可有可无，有的刨子上根本就没有。以至于许多人提出疑问：这东西到底干啥用的啊？
这个配件就是盖铁。
一、盖铁的由来
盖铁：日文称之为“裏金（押え刃）”，英文名“cap iron（铁帽）或 chipbreaker （断屑器）”。
关于这玩意最早的记录，目前能查到的最早证据是在1767年的《宾夕法尼亚纪事报》（费城）中的一则广告：
“double iron planes of late construction far exceeding any tooth planes or uprights whatsoever for cross grained or curled stuff”——后期构造的双刃铁刨，可以对付任何粗糙表面，以及各种乱纹，远远超过其它刨刃。”
后来，一个叫伦纳德·贝利（Leonard Bailey）的家伙——别看他名字不起眼，但来头却很大——他是史丹利、力确，以及其它著名欧刨品牌的共同设计师，在欧刨发展史上具有重要地位。
他进一步改进了盖铁，在1867年的一件专利文书中，他记录了盖铁这种东西。
美国专利号72443
我的目的是使用非常薄的钢制刨铁，这样做时我发现它们易于在盖的压力下弯曲，这会导致它们颤动，并使它们不完美……当使用厚刨铁时，其刚度可能足以抵抗盖的压力，以防止刨铁从其底座弯曲或升起。……但在压盖上加了一个额外的弯曲度，……因此，有效地防止了弯曲和颤动……
这段文字挺长的，这里就不原文转述了。总之吧，欧刨压盖顶端的弯曲设计，应该就是这位比利老兄的杰作了。
那么，日本拉刨盖铁是什么时候出现的呢？
根据村松貞次郎的《大工道具の歴史（木工工具历史）》中记载，采用压盖加刨刃设计的二枚刨，最早出现于日俄战争时期（1904年）。
这是因为当时军工产业极速膨胀，也有可能打仗挂掉的人太多，所以造成熟练木工不足。这些连半瓶水都称不上的外行，甚至都不知道顺茬茬。于是就根据西洋木工工具的原理，结合日本拉刨的结构，设计出了日式拉刨用的盖铁，以便这些只有半拉子木工能够更容易的掌握技能。
最后一个问题，中式刨中的盖铁是何时出现的呢？
到目前为止，我还没查到任何关于中式刨盖铁的历史资料。没办法，中国文人们都喜欢研究建筑艺术啦，文化传承啦，设计创意啦，之类风花雪月的玩意儿。下里巴人用的工具，自然是不屑于研究考证的。
但是我们可以推理一下。
旧社会中式刨的刨刃一般都是铁匠手打的铁片，我手里有几片，大概是这个样子：
而中间带孔槽，用来安装压盖的机制刨刃，最早来自于各租界和开放口岸。下图为保存在伦敦博物馆的一组中国传统木工工具。
附带的文字说明介绍：
1887年的《建筑新闻》（Building News）描述了在谢菲尔德举办的中国木匠工具展：“在已故伊德斯莱伯爵（earl of Iddesligh）的指示下，谢菲尔德商会（Sheffield chamber of commerce）收到了13个装有中国木匠常用工具样品的包裹，在镇上的制造商和工匠面前展出，以期刺激对华贸易。英国驻广州的领事说，他一直注意到在中国木匠的工具箱里至少有一把欧洲的刨铁或凿子，在许多情况下磨损了原来长度的三分之一。在他看来，这似乎表明了对欧洲钢材的偏爱，而这种钢材制成的工具，在中国工具市场可以很容易的买到，这可能是一个贸易机会。
可见，在西洋工具传入中国之前，传统的中式手打刨刃是没有盖铁的，也没法安装盖铁。
在1920年左右，上海义祥机刀厂仿照法国松鼠牌刨刀，制作出中国第一种中间带有孔槽、可以安装盖铁的机制刨刀。这个松鼠牌就是行内工具党所追捧的蹲鼠牌，而义祥机刀厂解放后改名为上海市人民工具二厂，主要产品就是金兔牌刨刃。
好了，我们最后理顺一下：
西方大约在1767年之前就出现了盖铁，发明人未知；
日本是1904年左右，根据欧刨中的盖铁原理，发明了拉刨用的盖铁；
中国大约在1920年左右，仿制成功了西式的机制刨刀，顺便着把盖铁一并仿制了出来。
同时还可以确认：发明盖铁的初衷，就是为了解决刨子处理不同方向上的木材，简称为“”。
二、日本人验证盖铁的压戗原理
早在1990年左右，日本山形大学的加藤忠太郎教授，就曾经通过实验，验证了盖铁的压戗作用，论文题目为《刀形盖铁对木材表面光洁度的影响》。这个实验有助于大家了解盖铁的角度与压戗之间的直接关系。
这个实验在木工工具史非常有名，所以我必须介绍。需要提前说明的是，由于当时还是磁带录像机的时代，影像质量一般，大家将就着看吧 。
实验前提是：用模仿日本刨的装置进行测试，刨刀刃角为30度，间隙角为10度，盖铁二次返角为50度。切割深度为0.05毫米或0.1毫米。木纤维相对于切割方向的倾斜角度为+7或-7度。负值表示是茬，这样更容易造成断茬。切割速度：0.4毫米/秒。木材种类：日本厚朴木（Magnolia obovata Thunb。），水分：10％，比重：0.45。
1、无盖铁顺茬刨削木材，深度为0.1mm，可以产生良好的光洁表面。
2、无盖铁戗茬刨削木材，深度为0.1mm，可以看到裂痕深入到切削平面以下，从而产生坑凹。
3、将切削深度调为0.05mm，不会产生纤维断裂，表面光洁度好。
4、有盖铁刨刃戗茬切割木材。切割深度为0.1 mm，盖铁距刨刃边缘0.3 mm，边缘角为50度。可以看到茬断裂有所减轻，但仍不能完全避免。
5、盖铁距离刃口0.2 mm，刃角为50度，切割深度为0.1 mm。纤维的断裂大大减少。
6、盖铁距离刀刃0.1 mm，切割深度为0.1 mm。不会出现破碎或撕裂的颗粒状凹痕，表面光洁度很好。
7、盖铁二次刃由50度改为80度（产生前返角），与刨刃刃口距离为0.1 mm，切割深度为0.1 mm。表面光洁很好，但是刨花会被压到刨膛里。
8、保持二次刃80度，距离0.2mm，深度0.1mm，光洁度良好。
9、二次刃80度，距离0.3mm，深度0.1mm，光洁度良好。
最后结论：
1、在没有盖铁的情况下，以0.05 mm的深度刨削木材时，即使茬也不会出现表面损坏。
2、在切割深度大于0.05 mm时，应根据深度将盖铁设置在正确的位置（从0.1到0.3mm）。
3、与50度刃角的盖铁相比，80度刃角的盖铁在防止表面损伤方面的作用更大。
三、西方人验证盖铁与软硬木之间的关系
荷兰人基斯·范德·海登（Kees van der Heiden）在2014年做过一个实验，验证了不同角度的盖铁在不同木材表面的表现。这个实验有助于大家了解盖铁角度与木材硬度之间的关系。
记住这几个字母，下面会用到。
实验设备为标准史丹利4号刨，安装3mm厚的高碳钢刨刀和史丹利标准盖铁。盖铁的前缘磨成43度并抛光。刨刀刃切削角为25度，蛙座斜度45度。
木材标本包括一段欧洲软枫木、一片铁梨木和核桃木（胡桃）。枫木板中间有一个很大的结，四周有一排乱七八糟的纹理。
测试办法为：分别调整刨刃镶入角（A）为45、50、55、60度，以及盖铁与刨刃的距离（C）为1、0.3、0.2、0.1，排列组合得出7项数据，由这些数据汇总成最终结论。
很明显，业余就是业余，与科班出身的加藤教授相比，海登的图表相当晦涩难懂，像这样的图表还有6张。所以我们直接说结论吧。
首先是较软的枫木：
盖铁刃与刨刃间距（C距）为0.1mm的情况下，无论什么角度，效果都不错。但是，1mm/ 60度（距离1mm，A角为60度）的设置，一直到产生厚达0.15毫米的刨花之前，都能形成光滑表面。
其次是坚硬的铁梨木：
铁刃与刨刃的距离在0.1 mm的时候，可以创建不超过0.05 mm的完整刨花。加厚刨削量，表面的光洁度也能保持较好。刨刃镶入角（A角）改为60度后，测试结果与距离0.1 mm时的效果相近。
然后是软硬适中的核桃木：
盖铁刃与刨刃的距离与0.1mm的时候，刨削效果最好。对于这种木材，改变刨刃镶入角用处不大。
最后结论：
对于硬度较高的木材，在刨削时，可以从两个方向上调整刨刃，一是缩短盖铁与刨刃尖端的距离，直至0.1mm为止；二是加大刨刃的镶入角，直至60度。这两个办法都有助于在硬木上刨削出光滑的表面。
四、盖铁的调整
受篇幅所限，关于盖铁的研磨，我们以后开单章细聊。这里只简单聊一下盖铁调整的原则：
1、盖铁要有二次返角。对日本拉刨来说，一次角约为25度左右，二次角一般为55-60度，偶见有80度角的。研磨时，将盖铁刃尖向后磨掉0.3mm左右，此时角度正好。
2、越细的刨，盖铁二次刃的刃宽越小，粗刨可以适当放宽。
3、盖铁与刨刀一定要结合紧密，防止出现卡花。
4、盖铁与刨刀之间要有间隙。
5、西式刨或中式刨，盖铁前端是弧形，因此对角度要求就没那么严格。
五、最后总结
好了，终于到最后了，下面我们进行一下技术总结：
1、开荒的粗刨由于不需要拿戗，所以可以不安装盖铁；细刨必须安装盖铁。
2、盖铁刃口与刨刀刃口距离一般应该为0.1-0.3mm之间。木材越硬，间距越小；刨子越细，间距越小。
3、盖铁一次刃角度通常为25度左右，二次刃为60-80度之间，越细的刨二次刃宽度越小。
好了，关于盖铁的话题就聊到这里。我是爱分享干货知识的老严，关注我，每天进步一点点。
谢谢阅读。
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