十字起子頭有自己的一張表,五個尺寸共用同一個公差
這個月有個工程討論串花了一百則留言在吵:為什麼便宜的十字起子會把螺絲頭咬花,貴的不會。答案幾乎清一色是「公差」,可是沒有一個人把表打開。凹穴那一側有標準,大家引得很勤;套進去的那個起子頭另有一份標準,幾乎沒人讀,而它講的東西有點反直覺:起子頭翼寬的容許帶,刀身三公厘跟刀身十公厘,同樣是五條。
翻開 ISO 8764-1 的 Table 1,PH 型起子頭的翼寬,0 號是 0,61 到 0,56 公厘,4 號是 3,60 到 3,55 公厘。 尺寸差了將近六倍,公差帶一樣寬:0,05 公厘,現場講就是 五條。表上五個尺寸,個個都是這個數。 而 1 號放到最大跟 2 號縮到最小之間,中間空著 0,48 公厘,這是我們自己減的,換算下來大約 十個公差帶。
這份文件是 ISO 8764-1:2004《螺絲與螺帽用組裝工具:十字槽螺絲用起子,第 1 部:起子頭》, 第三版,由 ISO/TC 29/SC 10 制定,2024 年複審確認仍是現行版。它規定兩種型式: PH 型配 H 型凹穴,PZ 型配 Z 型凹穴。凹穴本身歸 ISO 4757 管,刀身長度與標記歸第 2 部管。這一部只管工作端,手工起子跟機用起子頭一起管。
那張表
五個尺寸,編號 0 到 4,每一格都給上下兩個界限。比 0 號更小的,表上沒有。
| 號數 | 標稱刀身徑 | b(翼寬) | g | l 最小 | α | β |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 3 mm | 0,61 / 0,56 | 0,84 / 0,79 | 2,78 | 見圖 | 7°00′ / 6°30′ |
| 1 | 4,5 mm | 1,03 / 0,98 | 1,30 / 1,25 | 2,78 | 138°30′ / 138°00′ | 7°00′ / 6°30′ |
| 2 | 6 mm | 1,56 / 1,51 | 2,31 / 2,26 | 4,37 | 140°30′ / 140°00′ | 5°45′ / 5°15′ |
| 3 | 8 mm | 2,52 / 2,47 | 3,84 / 3,79 | 6,74 | 146°30′ / 146°00′ | 5°45′ / 5°15′ |
| 4 | 10 mm | 3,60 / 3,55 | 5,11 / 5,06 | 8,34 | 153°30′ / 153°00′ | 7°00′ / 6°30′ |
兩個長度欄的行為都很正常。標稱刀身徑是 3、4,5、6、8、10,直段最小長度從 2,78 走到 8,34。 公差沒有跟著走。b 每一列都是 0,05,g 每一列都是 0,05, 兩個角度每一列都是 0°30′。
有兩欄破了這個規律,值得點名,因為那是委員會唯一把公差分得不平均的地方。 e 是槽口寬,0 號給的是 0,38 到 0,29,帶寬 0,09,其餘四個尺寸都是 0,05。 f 是中心那一小段的寬度,0、1、2 號是 0,05, 3 號跟 4 號是 0,08。大號起子頭的中心,被允許鬆一點。
槽角也不是單調的。β 在 0、1、4 號是 7°00′ 到 6°30′, 在 2、3 號是 5°45′ 到 5°15′。夾在中間的兩個尺寸,也就是家家戶戶抽屜裡最常有的那兩支, 槽比它左右兩邊的尺寸都淺。
2 號有沒有可能「跑」成 1 號
討論串真正在問的是這件事,只是它以一個觀察的形式出現:某牌的 2 號可以勉強轉動 1 號螺絲, 但轉得很糟;另一牌的 2 號根本插不進去。發問的人想知道,鬆的那一支是不是刻意的。
先做減法,並且先聲明底下這幾筆算術是我們算的,不是標準寫的。在 b 這一欄, 允許的最小 2 號是 1,51,允許的最大 1 號是 1,03,中間空著 0,48 公厘。而 2 號自己得待在裡面的那個帶,寬 0,05。 也就是說,一支起子頭要小到翼寬碰得到下一號的上限,得整整偏掉九到十個公差帶。 模具磨耗做不到這件事。所以當一支 2 號真的轉得動 1 號,那不會是一支「跑掉」的 2 號。
它照樣插得進去的原因,寫在圖上而不是表上。PH 型起子頭是一個錐體, 圖上標的半角是 26°30′,公差 0 到負 0°30′, 四道槽 等分於 90°。任何錐體靠近尖端的地方都是細的。 2 號一定進得了 1 號的凹穴,進到某個深度為止,因為它的鼻尖比凹穴的口還瘦。 真正決定它有沒有在做功的,是它坐得多深,也就是側面在哪裡碰上。
而那件事,剛好就是標準真正在管的。
量規量的是深度,而且它自己講明了
第 5 條沒有要任何人拿分厘卡去量起子頭。它定義一個檢驗量規,起子頭的合格條件是
「起子頭的尺寸符合本部之規定,係當其能正確嵌入量規,且起子頭上 53° 與 142° 兩錐面交會的稜線落在量規的 階 c 之內。」
53° 就是圖上那個 26°30′ 半角的兩倍。兩個錐面交會的那條稜線是起子頭的肩, 量規問的問題是:這個肩沿著軸線落在哪裡。PZ 量規表底下有一條注解講得更白: 「檢驗量規只能用於檢查刀具輪廓的貫入深度。刀具輪廓在對應螺絲頭中的配合精度, 即由此獲得保證。」
再看 階 c 是多少。在 Table 3 裡它是一個橫跨五個尺寸的合併儲存格: 0,254 公厘,正負 0,025。0 號的量規跟 4 號的量規,用的是同一個窗口。 別的東西都隨尺寸放大,這個深度窗口沒有。
那是四分之一公厘,也正是討論串裡大家摸來摸去在講的那個數。坐得太淺四分之一公厘,量規就不會過。 坐得對,側面就咬在它被畫出來要咬的位置。串裡沒有人量深度,因為深度是量不出手感的, 它只會以他們共同描述的那種形式出現:一支起子要嘛咬得住,要嘛咬不住。
量規是照起子頭公差的最壞端造的
標準有一個參考性附錄,標題叫〈PH 型起子頭量規尺寸選定之說明〉,而它不在免費預覽裡, 所以我們沒辦法告訴你它寫什麼。我們能做的是把 Table 1 跟 Table 3 並排看, 以下這個對照是我們自己做的。
| 量規尺寸 | 它的公差 | 等於 Table 1 的 |
|---|---|---|
| m | 0 / −0,02 | e 的最小值,五個尺寸全中(0,29/0,49/1,08/2,07/2,71) |
| α | 0 / −0°15′ | α 的最小值(138°/140°/146°/153°) |
| β | +0°15′ / 0 | β 的最大值(7°/7°/5°45′/5°45′/7°) |
| b | 最小 | 標稱刀身徑(3/4,5/6/8/10) |
四項全部完全吻合,而且每一項取的都是起子頭公差裡最難過關的那一端, 然後再往同一個方向多給十五分或兩絲。這個量規不是照標稱起子頭做的複製品, 它是照「表上還准的最差那一支起子頭」做的複製品。所以只要進得去,就在帶內, 這是結構上保證的,不是靠量。
0 號那一列的 α 欄是一橫。這跟 Table 1 是對得上的:0 號起子頭在 Table 1 也沒有 α 值, 那一格寫的是見 Figure 1。而圖上,0 號起子頭只畫了 92° +0°30′ / 0 這個槽角, 那是其他尺寸跟 α 並存的另一個角度;另外附一個 R0,28 到 R0,21 的細部。 最小的那一號是另一個形狀,不是縮小版。
量規是一張穿著公制外衣的英制圖
Table 3 剩下的部分才有意思,而底下這些算術一樣是我們算的。先看階 c, 那個五個尺寸共用的深度窗口:0,254 公厘正好是 0,010 英吋, 它的公差 ±0,025 公厘,四捨五入就是一條英制的「一密爾」。 一份公制標準不會挑 0,254 這個數。一張英制圖會很自然地寫「十個 thou」。
再看 a 這一欄,寫到小數第三位,公差是 ±0,005 公厘, 用公厘來要求這種精度,本身就是件怪事。
| 號數 | a(表上所印) | 換成英吋 | 再換回公厘 |
|---|---|---|---|
| 0 | 0,419 | 0,0165 | 0,4191 |
| 1 | 0,648 | 0,0255 | 0,6477 |
| 2 | 1,156 | 0,0455 | 1,1557 |
| 3 | 1,918 | 0,0755 | 1,9177 |
| 4 | 2,553 | 0,1005 | 2,5527 |
五個全部落在「一個整數的英制值再加半個 thou」上面。十六個半、二十五個半、四十五個半、 七十五個半、一百個半。從公制數字換算過去,湊不出這種巧合。
e 那一欄用分數講同一個故事。2,38 是 3/32 吋, 也就是 2,38125 四捨五入;3,97 是 5/32 吋,3,96875; 7,94 是 5/16 吋,7,9375。剩下那一格是 6,34, 而 1/4 吋是 6,35。我們照印的報告。這一絲我們沒有解釋, 也不說它是錯的,而可能解釋這些數字從哪來的那個附錄,在付費牆後面。
有兩欄擋住了這個換算。f 換成英吋不成整數,這比較像是從錐角三角函數算出來的值, 不是畫在圖上的值。m 我們已經知道是直接從公制的起子頭表搬過來的。 所以量規自己的幾何看起來繼承自一張英制圖,而跟起子頭綁在一起的那幾項來自公制那一邊。 這差不多就是整個十字凹穴的身世。
PH 跟 PZ 共用一個錐角,卻對它可以往哪邊偏意見相反
兩張圖畫的標稱半角都是 26°30′, 槽的導入角也都是 ≤19°。分歧在公差。
| 錐體半角 | b 的公差帶 | |
|---|---|---|
| PH 型 | 26°30′,0 到 −0°30′ | 五個尺寸都是 0,05 |
| PZ 型 | 26°30′,+0°30′ 到 0 | 0,08、0,08、0,08、0,10、0,10 |
同一個標稱值,方向相反。合格的 PH 起子頭落在 26°00′ 到 26°30′, 合格的 PZ 起子頭落在 26°30′ 到 27°00′。兩個範圍只在一個值上碰到, 其餘完全不重疊。
而寬度那一欄的走向,跟江湖傳說剛好相反。PZ 有多出來的肋,角度是 46° +0°15′ / 0,也一直有「咬得比較牢」的名聲, 可是它在 b 上拿到的公差,每一個尺寸都比 PH 寬: 小的三號是八條,大的兩號是十條,而 PH 從頭到尾五條。 PZ 換到的東西是什麼另說,起子頭這張表上換到的並不是更緊的寬度。
三句比表格更要緊的話
第 3 條的最後一句,屬於本站表面處理那一半: 「當使用鍍層飾面時,其尺寸應於鍍後達成。」 Table 1 上的數字是成品尺寸。一支磨完再去鍍的起子頭,得從鍍層線的另一端出來時還在五條之內, 這對鍍層能有多厚是實打實的限制。同一句話在 1999 版逐字存在。
第 4.2 條按用途而不是按尺寸訂硬度: 手工起子最低 54 HRC,機用起子最低 58 HRC, 而硬化區要從驅動端往回算三倍標稱刀身徑。2 號就是 18 公厘。 工具其餘部分淬火回火到最低 50 HRC。硬度值要在 與軸平行的磨平面上讀,面積要大到讀得準。
所以同一個輪廓,裝在電動工具上要比裝在握把上多四個硬度點,而標準沒有給任何理由。 它就只是照工具會被怎麼使用,把要求切成兩半。
1999 到 2004 之間變了什麼
我們把前一版也調出來比對,因為一張沒有動過的表本身就值得知道。2004 版的 foreword 把改版內容全部列出來:新增了一個標記法;英文版把 point 改成 tip、把 type 改成 form; 法文版把 type 改成 forme。整張清單就這樣。
比對兩份預覽確認了這件事。Table 1 跟 Table 2 逐格相同,26°30′ 的標註相同, 鍍後那一句相同。一支 PH 型 2 號起子頭准許量到多少,至少從 1999 年起沒有變過; 而 1999 版自己的 foreword 說,它那次改的是 PZ 型起子頭與量規的資訊,緒言解釋 PZ 的圖是為了 消除不同的解讀而重畫的。所以 PH 那一側很可能還更老, 不過我們沒讀 1992 年的第一版,這句話不當成主張。
補一條方法上的紀錄,因為這次差一點就翻車。從這兩份 PDF 抽出來的文字層, 把 Table 2 的合併儲存格掛在兩個版本的不同列上, 光看文字會以為 PZ 的角度欄在 1999 到 2004 之間動過。它沒有動。 把印出來的頁面算成圖檔、照著格線讀,兩版的合併方式一模一樣。 本站現在每一個數字都要跟頁面圖檔對過才寫下來,而這是這個習慣第四次殺掉一個並不存在的發現。
標準沒有講的事
在公開的這七頁裡,cam 這個字一次都沒有出現, 也沒有任何地方提到「起子頭該在某個扭矩下脫出」。第 6 條是扭矩試驗,我們沒讀, 但範圍條把它稱為試驗方法,那跟設計意圖是兩回事。這跟 兩件原始專利裡查到的結果是一致的, 那邊查到的也是零。
這份標準也沒有提到任何國家別的十字凹穴系統,而我們沒讀過任何一份,所以這一頁不做比較。 討論串有一半的篇幅,是大家在互相解釋「你手上的起子跟那顆螺絲可能根本不同系統」。 那是個真問題,值得有自己的一手資料,而我們目前沒有。
還有,表上沒有比 0 更小的號數。一支標成三個零的起子頭,不在這張表裡。
怎麼用
- 要量規,不要單一尺寸。這份標準的合格是用「嵌入檢驗量規、錐肩落在階 c 之內」定義的,而階 c 五個尺寸都是 0,254 公厘
- 把號數之間的級距當成十個公差帶看。b 這一欄,1 號最大 1,03,2 號最小 1,51,而帶寬 0,05。一支在小一號上還能用的起子頭,不是一支偏掉的起子頭
- 指定硬度時要講手工還是機用。標準對這兩種情況分別訂 54 HRC 與 58 HRC,長度是三倍刀身徑
- 記得尺寸是鍍後的。第 3 條一句話寫完,而它管的是鍍層,跟管磨削一樣多
- 不要假設 PZ 就比較準。b 的公差帶,PH 五個尺寸都是 0,05,PZ 是 0,08 到 0,10
討論串裡最多人點頭的那個答案是「一分錢一分貨」。那句話是對的,可是它沒告訴你圖面上該寫什麼。 表會告訴你圖面上該寫什麼。它躺在一份二十二頁的文件裡, 比那群人買第一支起子的時候還早就在那裡了。
內六角是同樣的安排:一份工具標準、一份螺絲標準,公差方向相反。 而在那邊,兩張表可以直接並排,因為兩份都是尺寸標準,見 內六角起子永遠碰不到孔的角。
這一篇屬於第 4 步,驅動。完整的順序是母材、牙、頭型、驅動、表面處理、文件;至於為什麼順序做反了是重工而不是微調,見指定一顆螺絲。
常見問題
十字起子頭的尺寸由哪一份標準規定?
ISO 8764-1《螺絲與螺帽用組裝工具:十字槽螺絲用起子,第 1 部:起子頭》。現行是 2004 年的第三版,由 ISO/TC 29/SC 10 制定,2024 年複審確認仍現行。它涵蓋兩種型式:PH 型配 H 型凹穴,PZ 型配 Z 型凹穴。凹穴本身在 ISO 4757,刀身長度與標記在第 2 部。
起子頭的公差有多少?
翼寬 b 這一欄,五個尺寸的公差帶全部是 0,05 公厘,從標稱刀身 3 公厘的 0 號到 10 公厘的 4 號都一樣。g 也是全部 0,05,兩個角度都是 30 分。例外只有兩處:0 號的 e 是 0,09,3 號與 4 號的 f 是 0,08。
2 號起子頭有可能小到轉得動 1 號螺絲嗎?
在自己的公差裡偏,偏不到那裡。允許的最小 2 號翼寬 1,51 公厘,允許的最大 1 號翼寬 1,03 公厘,中間差 0,48 公厘,而公差帶只有 0,05 公厘,等於要整整偏掉九到十個帶。不過起子頭本來就進得了小一號的凹穴,因為它是半角 26 度 30 分的錐體,鼻尖比凹穴口瘦。標準管的是它坐多深。
檢驗量規實際上在檢查什麼?
貫入深度。標準的注解寫明,檢驗量規只能用於檢查刀具輪廓的貫入深度,而刀具輪廓在對應螺絲頭中的配合精度即由此獲得保證。起子頭的合格條件是能正確嵌入量規,且 53 度與 142 度兩錐面交會的稜線落在階 c 之內,而階 c 在五個尺寸都是 0,254 公厘正負 0,025。
PH 跟 PZ 的錐角一樣嗎?
標稱值一樣,公差方向相反。兩張圖畫的半角都是 26 度 30 分。PH 那張給的是 0 到負 30 分,也就是 26 度 00 分到 26 度 30 分;PZ 那張給的是正 30 分到 0,也就是 26 度 30 分到 27 度 00 分。兩個範圍只在一個值上相接,其餘不重疊。
PZ 起子頭的公差是不是比 PH 緊?
在翼寬上不是。ISO 8764-1 給 PH 的公差帶五個尺寸都是 0,05 公厘,給 PZ 的是小的三個尺寸 0,08 公厘、大的兩個尺寸 0,10 公厘。
起子頭的尺寸是鍍前還是鍍後?
鍍後。第 3 條寫明,當使用鍍層飾面時,其尺寸應於鍍後達成。同一句話在 1999 版逐字存在。
標準要求起子頭多硬?
手工起子最低 54 HRC,機用起子最低 58 HRC,範圍是從驅動端往回算、最少三倍標稱刀身徑的長度。工具其餘部分淬火回火到最低 50 HRC,而所有硬度值都要在與軸平行的磨平面上讀。
標準有沒有說起子頭是設計來咬花脫出的?
在可公開閱讀的這七頁裡,cam 這個字一次都沒有出現,也沒有任何地方提到起子頭該在某個扭矩下脫離凹穴。第 6 條是扭矩試驗方法,那跟設計意圖是兩回事,而且它在付費牆後面。
參考資料
- ISO 8764-1:2004《螺絲與螺帽用組裝工具:十字槽螺絲用起子,第 1 部:起子頭》。第 1 至 5 條、Figure 1 至 4、Table 1 至 4
- ISO 8764-1:1999,已作廢的第二版,此處只用來比對表格
- r/AskEngineers,這篇的起點,一百則留言在講為什麼一支起子咬得住、另一支咬不住
本頁使用的本文,是 ISO 8764-1:2004 的 iTeh 公開預覽,收到全文二十二頁中的第 7 頁。其中完整收錄第 1 至 5 條、Figure 1 至 4 與 Table 1 至 4。第 6 條扭矩試驗、第 7 條標記法,以及兩個參考性附錄不在預覽裡,本頁沒有一個字在描述它們。Annex A 的標題是〈PH 型起子頭量規尺寸選定之說明〉,出現在目次頁上;它的內容並未公開,我們沒有看過。1999 版是從對應的預覽讀的,只用於比對 Table 1、Table 2 與圖。下列各項是我們對表上印出的數字做的算術,不是標準的陳述:b 欄各號數之間的級距、把級距除以公差帶、量規的 m、alpha、beta、b 與 Table 1 起子頭界限的對應關係,以及全部的英制換算。量規 e 欄的 6,34 距離四分之一英吋差 0,01 公厘,我們照印的報告,不做解釋也不做更正。本頁每一個數字都跟印出頁面的算圖對過,因為文字抽取把 Table 2 的合併角度儲存格掛在兩版的不同列上,那看起來會像是版次之間改過;頁面圖檔顯示兩版的合併方式相同。本頁不引 ISO 4757 的任何尺寸,也不引 ISO 8764-2 的任何內容。不引任何國家別的十字凹穴標準,因為我們沒讀過。不寫任何工具品牌名。討論串僅作為題目來源引用。
詢價
如果起子頭或起子頭套筒對你的組裝有影響,請照標準的講法標型式與號數, 也就是 PH 或 PZ 加上 0 到 4 的數字,並且問對方合格是不是用檢驗量規判定的。 另外問一句尺寸是不是鍍後驗的,因為標準把檢查點放在那裡。