鈑金的號數是一個重量,而法條自己說厚度只是近似值

r/AskEngineers 上有人問,為什麼這一行到處都是號數而不是量出來的尺寸:6 號螺絲、14 號線、schedule 40 管。回答都很合理。一顆螺絲有六七個尺寸,一個號數把它們一起代掉;一組代號指向的是整份規格,後面帶著公差跟材質。這對螺絲號數是對的。但那一串裡沒有人真的去把任何一個號數的定義打開來看,而其中一個,根本不是長度。

美國的鈑金標準號數是一部關稅法,而在它自己的表格裡, 厚度欄被標成 approximate,重量欄沒有。 法律真正釘住的量是每平方英尺幾盎司。厚度要等到有人補上一個密度才出現, 而那張表背後的那個密度,是 1893 年補的。

文件是 15 U.S.C. § 206,Standard gauge for sheet and plate iron and steel,來自 1893 年 3 月 3 日的法案,至今仍在美國法典裡。 它開頭就講自己是幹嘛的:為了確保一致性,茲訂定下列為美國境內 鈑材與板材鐵鋼的唯一標準號數。接著講那個一致性是要來做什麼的: 在美國對鈑材與板材鐵鋼課徵關稅與稅捐時, 應使用此標準,不得使用其他。

它是為海關寫的。裡面沒有一句話是對加工廠講的; 而後面還有一句用稅法的方式守住適用範圍:本分章不得被解釋為提高任何進口物品的稅捐。

哪一欄是法律,哪一欄是順便附上的

表格有以英吋分數、英吋小數、公釐表示的厚度欄, 也有每平方英尺以盎司與以磅表示的重量欄,還有每平方公尺的重量。 那三個厚度欄的標題各自都帶著 approximate 這個字。重量欄沒有。

號數近似厚度(分數)近似厚度(英吋小數)重量 oz/ft²重量 lb/ft²
161/16.0625402.5
181/20.05322
203/80.0375241.50
221/32.03125201.25
241/40.025161
263/160.0187512.75

把盎司那一欄單獨拿出來看,這套系統就不再像是隨便訂的。 它是一條以整盎司為級距的階梯,而號數只是那些階。 大家背起來的那些厚度,是那些重量換算之後變成的東西, 而法條在標題裡就把這件事講了。

整張表跑的是同一個數字

這一段是本站在上面那張表上做的算術,一分鐘就能重做一次。 拿每一列的盎司去除以旁邊那個小數厚度,每次都回來同一個數。 反過來說,一盎司每平方英尺,就是六百四十分之一英吋

號數盎司 ÷ 640法條上的英吋小數
1640 ÷ 640 = .0625.0625
1832 ÷ 640 = .05.05
2024 ÷ 640 = .0375.0375
2220 ÷ 640 = .03125.03125
2416 ÷ 640 = .025.025
2612 ÷ 640 = .01875.01875

六列,六次完全吻合。所以一吋厚的板每平方英尺會重 640 盎司,也就是 40 磅; 一立方英尺是十二片那樣的板,於是每立方英尺 480 磅, 約 7 690 kg/m³。那就是這張表建立在上面的密度。 法條沒有印出這個數字,它是從那些數字裡掉出來的。

而那個密度不是你眼前那塊金屬

結構鋼的慣用值大約是 7 850 kg/m³, 比表格隱含的那個值高了大約百分之二。同樣的每平方英尺重量下, 密度多百分之二就是厚度少百分之二, 所以 24 號的板會落在 0,0245 英吋附近,而不是法條印的 0,025。 這個差很小,但它剛好就是各家板厚圖表彼此對不上的幅度, 而那是「假設了什麼」的差別,不是「量到了什麼」的差別。

鋁把同一件事講得更大聲。它的慣用密度大約 2 700 kg/m³, 只有隱含值的三分之一左右,所以同樣的每平方英尺重量,鋁要接近三倍厚。 以重量為基礎的號數承受不了這個,所以鋁板根本不用這條階梯, 自己有一套編號跟自己的定義。

鍍層板還會冒出第二個問題,而號數答不了。 如果一個號數是用重量定義的,那麼加在表面上的任何東西都算在那個重量裡面, 底下的母材就比同號數的裸板薄。薄多少取決於鍍層規格, 而那是另外的文件在管,我們手上沒有,所以誠實的答覆不是一個數字。 誠實的答覆是:號數裡沒有這個答案,鍍層規格是要另外問的第二件事。

這為什麼會出現在一個扣件站上

因為一顆螺絲對板子問的兩個問題,都是用母材的公釐在問。 自鑽螺絲鑽得過多厚,跟鑽過去之後夾得住多厚,是 盒子上兩個不同的數字; 而板薄到再也咬不住牙的那個點,是 一個厚度,不是一個號數。 一張寫著「20 號」的詢價單,講的是十九世紀鍛鐵的每單位面積重量, 而螺絲怎麼選還是空著的。

解法不是不要用這個詞。號數是鈑金被下單、備料、討論的方式, 丟掉它對誰都沒好處。解法是把公釐寫在圖面上,讓號數跟在旁邊當備註, 就像牙用代號指定、英吋對照放在括號裡那樣。 板子有鍍層的話,把鍍層講清楚,因為那正是號數從來沒有承載的那一塊。

一個問題裡三個號數,三種不同的號數

那一串把螺絲號數、線規、管的 schedule 放進同一句話裡,而它們不是同一種東西。 機械螺絲號數是三者裡最好相處的:它是一條直線, 一個固定的起始直徑加上每號固定的增量,這也是 它跟公制尺寸擦身而過的位置會落在那裡的原因。 鈑金號數是上面那條重量階梯。線規與管的 schedule 又是各自獨立的慣例, 各有各的定義在各自的文件裡。 而那一串裡「代號代表的是整份規格」那則回覆,對這三者都是對的直覺。

走偏的是下一步:把號數當成一個被誰四捨五入過的量測值。 在鈑金號數上剛好相反。號數才是那個精確的量,量測值才是近似, 而法條把那個字印在欄位標題裡,就是為了讓誰都不用猜哪個是哪個。

確實有人提議過把號數廢掉。1857 年,Whitworth 請工程師們 廢止號規的代號,直接用千分之幾吋來稱呼尺寸。 號數活得比他久。

這一篇不屬於六步中的任何一步。它橫跨各步,或者發生在組裝之後。導致它的那些決定是在哪裡做的,見指定一顆螺絲,那篇寫的是順序,以及為什麼順序做反了是重工。

常見問題

鈑金號數是厚度嗎?

在定義它的那份文件裡不是。美國標準號數規定在 15 U.S.C. § 206,而在它的表格裡,以英吋分數、英吋小數、公釐表示的厚度欄各自都標了 approximate,以盎司與磅表示的每平方英尺重量欄則沒有。法條釘住的量是每單位面積的重量。厚度要等到有人假設一個密度之後才出現。

為什麼各家板厚圖表會差一點點?

因為它們都是重量的換算,而換算需要一個密度。本站在法條表上做的算術是:讀得到的每一列,一盎司每平方英尺都剛好是六百四十分之一英吋,這隱含大約每立方公尺 7 690 公斤。結構鋼的慣用值接近 7 850,高了大約百分之二,而百分之二差不多就是各家圖表對不上的幅度。

鋁板為什麼用另一套號數?

因為用重量定義的號數沒辦法跨到密度不同的金屬上。鋁的慣用密度大約每立方公尺 2 700 公斤,對上鋼那張表隱含的約 7 690,所以同樣的每平方英尺重量,鋁要接近三倍厚。鋁板因此有自己的編號與自己的定義,不借用這一套。

號數能告訴我鍍鋅板的厚度嗎?

答不完。用每單位面積重量定義的號數會把表面上的東西一起算進去,所以鍍層底下的母材比同號數的裸板薄。薄多少取決於鍍層規格,而那寫在另外的文件裡。實務上的答覆是把母材厚度(公釐)與鍍層規格當成兩件事分開問。

那圖面或詢價單該怎麼寫?

把厚度寫成公釐,讓號數跟在旁邊當備註。號數是鈑金下單與備料的方式,沒有理由丟掉;但螺絲那邊的問題是用母材公釐在問的:自鑽鑽尖鑽得過多厚,以及鑽過去之後板咬得到多長的牙。板子有鍍層就把鍍層規格一起寫。

這套標準號數本來是為製造寫的嗎?

是為海關寫的。法條寫明它是為了確保一致性而訂定,並且在美國對鈑材與板材鐵鋼課徵關稅與稅捐時應使用此標準、不得使用其他;後面還有一句限制它對稅捐的影響。裡面沒有一句是對加工廠講的,在把它當成製造公差之前,這件事值得先知道。

參考資料

法條讀了兩個地方:Cornell 網站上的現行條文,與 govinfo 上印行版美國法典的內文;引用的文字與欄位標題出自這兩次閱讀。一盎司每平方英尺等於六百四十分之一英吋這個關係,是本站在讀得到的六列上做的算術,不是法條裡的句子;約 7 690 kg/m³ 這個隱含密度是從它推出來的,法條沒有任何地方印過。結構鋼 7 850 與鋁 2 700 是慣用值不是法定值,這裡只用來說明效果的方向與大致幅度。本頁不重製任何鍍鋅、不鏽鋼或鋁板的厚度圖表,因為那些來自我們手上沒有的材料標準;同樣的理由,鍍層讓母材薄了多少,本頁不給數字。線規與管的 schedule 只被指名是各自獨立的系統,沒有引用它們的任何數值。機械螺絲號數的公式在本站先前那一頁,這裡不重述。

詢價

鈑金螺絲的詢價,最有用的是母材厚度(公釐)、材質,以及有鍍層的話是哪一種鍍層。 旁邊附上號數有助於辨識現貨,但它取代不了那個公釐, 因為螺絲要鑽過去的與接著要咬住的,兩件事都是用母材回答的。

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