螺絲頭型怎麼選：頭下面壞掉的方式，跟你想的不一樣

用大頭把力攤開，這個想法是對的

壓力是力除以面積，所以頭做大一點，同樣的夾持力就攤在更多材料上。 這是對的、承壓面積本來就是這樣運作的， 而且對的次數多到足以變成一個習慣。

它還附帶一張很直覺的失效圖：壓力太大，表面就被壓爛。 而正是那張圖，讓比較常見的那種失效變得看不出來——因為它根本不長得像壓爛： 頭底下的材料隨時間陷下去，預力就跟著不見了。

那就換大一點的頭——而那裡壞掉的方式跟你想的不一樣

鎖緊一顆螺絲時，你在螺桿裡建立張力，而那個張力必須有地方支撐。 支撐它的就是頭部底下那一圈承靠面—— 力從那裡壓進被夾持的材料。

力是固定的（那是你要的預力），所以 面積越小，壓力越大。這是除法，不是工程判斷。 同樣 2 kN 的預力，壓在一個大法蘭底下跟壓在一個小盤頭底下， 母材承受的表面壓力可以差好幾倍。

而母材能承受多大的表面壓力，是有上限的。

超過上限之後發生的事，不是「壓破」

VDI 2230（螺栓接合的系統化計算指引） 在它的計算流程裡就有專門的一步：算出承靠面的表面壓力， 再跟該材料的極限值 p_G 比較。

要講清楚是「哪一個材料」。 這個檢核針對的是承靠面實際壓到的那個零件—— 頭部底下一個，有螺帽的話螺帽底下另一個，各自跟接觸到的材料比。 它不是去整疊零件裡找最軟的那一層。 夾在接合內部的軟層確實是問題，但那是另一個問題，要從接合的鬆弛去分析， 不是從承靠面壓力——因為它既沒承受頭部的接觸面積，也沒承受那個壓力。

超過了會怎樣？直覺是「壓凹」或「壓破」，而那反而是比較容易發現的情況。 值得理解的是潛變（creep）：

這也接上另一頁的主題： 螺絲為什麼會鬆—— 承靠面壓力過高是其中一條路徑，而且是最安靜的那一條。

承靠面積比你以為的小

這裡有一個很容易忽略的細節： 計算承靠面積時，必須把孔口的倒角扣掉。 VDI 2230 明確要求這件事。

孔通常會倒角（去毛邊、方便對位），而倒角掉的那一圈， 螺絲頭是壓不到的。所以有效的承靠面積是 「頭部外徑」與「孔口倒角後的直徑」之間那個環， 不是頭部外徑畫出來的整個圓。

對小螺絲來說這個差距特別有感。M3 的頭外徑只有幾毫米， 孔口倒個 0.3 mm，扣掉的比例就很可觀。 而圖面上通常不會寫倒角多大。

沉頭是另一回事：它不是壓，是楔

前面講的都預設頭底下有一個平面。沉頭沒有。

沉頭靠的是錐面與孔的錐面接觸，所以它不是把力壓在一個面上， 而是把力楔進一個錐孔裡。這帶來兩個特性：

• 它傾向自動對中——前提是兩個錐面同軸、角度一致、還有間隙可以移動，而且摩擦還沒把它鎖住。條件成立時錐面會把螺絲拉向孔的中心；這也意味著孔位偏了它會把零件拉過去。
• 它會把一部分軸向力轉成往外的徑向力。忽略摩擦時，半錐角 α 的錐面，徑向與軸向分量之比是 cot α——所以 90° 沉頭（α 為 45°）兩者是同一個數量級。這股徑向力沿圓周分布，在材料裡形成環向拉應力（hoop stress），那才是撐裂脆性材料、薄件或靠近邊緣孔位的東西。

而且它對角度非常敏感：螺絲的錐角與孔的錐角必須一致， 不一致時接觸會集中在很窄的一圈上——那正好是「承靠面積變小」的極端版本。 這一題有自己的一頁， 孔的尺寸怎麼標則在另一頁。

所以順序是這樣

這是一個預設的工作順序，不是完整的決策流程，也不是單向的。 實際設計會迭代，而且有好幾個這裡沒列的限制可以推翻任何一步： 頭部本身的強度、安裝空間與工具可及性、決定扭矩與預力關係的摩擦、 華司的厚度與硬度、密封、疲勞、邊距。 如果「要齊平」是產品先決定好的，那它是輸入條件、不是選擇，而且排在第一步之前。

1. 承靠面會壓在什麼上面——頭部正下方那個零件，有螺帽的話還有螺帽下方那個。鋼、鋁、鋅合金、塑膠能承受的表面壓力差很多。塑膠最低，而且會隨溫度再變。
2. 需要多少預力。這決定了要壓進去的力有多大——見扭矩與夾持力。
3. 那需要多大的承靠面積。力除以材料能承受的壓力。金屬的極限值在 VDI 2230 的 Table A9；本文刻意不列數字，因為那是按材料分、而且是室溫短期的參考值，抄一個出來反而會被誤用。塑膠則根本不該查那張表——它沒有收一般塑膠材料，你需要的是該樹脂在你的溫度、含水率與加載時間下的壓縮與潛變資料，通常還要搭配接合試驗。
4. 選一個能提供那個面積的頭型，或用華司補足。帶法蘭的頭型大致上像是把華司整合進零件裡——少一個零件、少一個會漏裝的機會——但那是類比不是力學等價：兩者的摩擦界面、能不能相對旋轉、有效擴散直徑、剛性、硬度與表面處理都可能不同。
5. 表面是否需要齊平——需要就走沉頭，並接受上面講的楔形代價與角度要求。
6. 最後才是驅動型式與外觀。它們真的重要，但它們不該決定前面五項。

鎖進塑膠是這裡面最容易出事的一種，而且它不只是「面積要大一點」而已—— 塑膠的極限表面壓力低、會潛變、還會隨溫度與吸濕變化。 那有自己的一頁。

不管選哪一種頭，都要把過渡直徑拿去跟餘隙孔比一下：頭下的那個圓角。

圖面上該寫什麼

• 頭型名稱與標準號。「盤頭」不是規格，「ISO 7045 十字盤頭」才是。
• 頭部直徑與頭部高度的容許範圍。高度會影響干涉；直徑就是承靠面積。
• 孔口倒角。如果你算過承靠面積，就把倒角也標出來，否則你算的那個面積不成立。
• 沉頭的話，孔的錐角，而且要跟螺絲一致。
• 如果是靠華司補面積，把華司也列進 BOM 並註明不可省略。它看起來像可有可無的零件，實際上是承靠面積的一部分。

這一頁是指定一顆螺絲的決策順序裡的第三步。 前兩步是母材與牙，後面是表面處理與文件。

常見問題

頭型該怎麼選？

先問「要把力壓進什麼材料」，不是先問哪一種好看或手上有什麼起子。 決定的變數是承靠面積與母材能承受的表面壓力：母材越軟，需要的面積越大。

承靠面壓力太大會怎樣？

常見的不是壓破而是潛變。超過極限壓力後材料可能潛變、鑲入量可能增加； 真正損失預力的是組裝之後的變形，而損失多少取決於螺絲與被夾持件的柔度。 真的發生時，接合失去預力，而零件仍然可能通過檢驗。

沉頭承靠面積比較小嗎？

沉頭根本沒有平的承靠面——它是楔進錐孔。好處是自動對中， 代價是會把一部分軸向力轉成往外撐的力，而且對角度一致性非常敏感。

加華司可以取代換頭型嗎？

可以，華司就是把承靠面積擴大。代價是多一個零件、多一個會漏裝的機會。 量產通常改用帶法蘭的頭型把它整合掉。

圖面上要寫什麼？

頭型與標準號、頭徑與頭高的容許範圍、孔口倒角、 沉頭的話還要寫孔的錐角。只寫「M4 盤頭十字」等於把承靠面積交給別人猜。

延伸閱讀

• 指定一顆螺絲的決策順序——這一頁是其中的第三步
• 扭矩與夾持力——要壓進去的那個力是怎麼來的
• 螺絲為什麼會鬆——承靠面壓力過高是最安靜的那條路徑
• 鎖進塑膠——極限表面壓力最低、最容易踩到的母材
• 沉頭角度——錐角不一致會怎樣
• 沉頭孔尺寸——孔要怎麼標
• 華司在做什麼——擴大承靠面積的那個零件
• 頭部成型的極限——為什麼有些頭型做不出來