攻牙成形螺絲進金屬：關鍵在孔

標準的狀況比想像中亂

這件事要先講清楚，因為很容易引用到一份已經不存在的東西。

被撤銷那件事最容易漏掉。ISO 7085 的歐洲版本因破壞扭矩與硬度規定的 技術問題而撤銷，之後由 DIN 7500-1 接替。 所以一張寫「ISO 7085」的圖面，指的是一份不存在的文件。

順帶更正一處我們自己也弄錯的： DIN 7500-1 並沒有規定三葉截面。 它是性能與技術條件標準，螺絲輪廓由製造商決定。 三葉是市場上的主流實現，不是標準要求的東西。

那三個凸葉實際上在做什麼

常見的解釋——也是我們初稿寫的——是三葉螺絲只在三個點接觸孔壁， 所以成形是間歇的，材料在中間有回彈的時間。 實際發生的事不是那樣。

螺絲旋轉時，凸葉沿著孔壁連續掃過。 沒有三個固定點，成形動作也不會停。三葉形做的事情是：

• 相較全圓截面，減少任一瞬間的接觸面積；
• 把塑性成形壓力集中在凸葉上；
• 降低摩擦，因而降低形成扭矩；
• 把被推開的材料擠向較小直徑的退讓區，凸葉通過後會有彈塑性回復。

有限元素研究確認了扭矩較低，也把原因歸給較小的接觸面積。 但沒有可以通用引用的百分比—— 如果供應商給你一個數字，問它是從什麼孔、什麼材料、什麼板厚量來的。

母材那一側發生什麼

這裡有兩件事依據很紮實，有一件常常被講過頭。

三個常被引用、但我們不敢背書的數字

這三個是特地去找的，因為它們常出現在供應商資料裡， 然後被抄進規格書。

• 「剝牙扭力對驅動扭力至少要 3:1。」 查不到它是標準要求。DIN 7500-1 與已撤銷的 ISO 7085 的性能表， 比較的是最大旋入扭矩與螺絲自身的最小破壞扭矩—— 不是母材的剝牙扭力。3:1 確實出現在廠商對特定薄鋼板的測試資料裡， 實測比值約 2.0:1 到 3.4:1。那是產品、孔徑與板厚特定的數據。
• 「攻牙成形的拉拔強度高於切削式。」 在兩種螺絲之間沒有被建立。紮實的比較研究是在 成形絲攻與切削絲攻之間；其中一份報告 C22 鋼的成形內牙 約有 27% 較高的拉伸強度，但那不能直接搬到兩種螺絲的比較上。
• 「成形式沒有切削餘裕。」 這句是我們自己寫的，已經刪掉。它不是標準化的說法， 而且暗示了一種文件並不支持的精確度。

孔，真正的差別在這裡

這裡有具體的東西。比較兩份 DIN 文件建議的底孔公差：

成形用的孔大約只拿到 60% 到 62.5% 的公差帶寬。 實務上的後果就是這個：原本鑽自攻螺絲底孔很輕鬆的那套製程， 不一定守得住成形螺絲要的窗口。

而且就證據來看，底孔直徑確實是這個製程裡最重要的變數之一。 孔開大，形成扭矩下降，但牙形填充與抗剝牙的裕度也一起下降； 孔縮小，被推開的材料變多，形成扭矩上升。

寫上圖之前要先定的事

• 這個接頭需要哪一種機制——切屑是污染問題，跟強度一樣重要，這部分見怎麼選螺絲型式。
• 底孔的直徑與公差，不是只有直徑。H11 是一個建議，不是既有鑽孔製程免費送你的結果。
• 孔是怎麼做出來的。同一個公稱尺寸的沖孔與鑽孔，行為不一樣。
• 接頭在使用中會不會被拆開。進去時才做出來的牙，重組時是另一回事——見重複使用一顆螺絲。
• 量產前的驗證，因為標準明確要求。

塑膠的情況差異夠大，需要另外處理，見 塑膠件用的螺絲。 這個決定在整體順序裡排在哪，見 指定一顆螺絲。

參考資料

• DIN 7500-1:2021-07 —— ISO 公制牙攻牙成形螺絲，滲碳硬化並回火者之技術條件，M2–M12
• DIN 7500-2:2016-04 —— 底孔直徑指導值；H11 建議；驗證要求
• ISO 7085:1999 —— 已於 2010-02-10 撤銷，目前無有效 ISO 對應
• ISO 1478:1999 —— 自攻螺絲螺紋，ST1.5–ST9.5 的螺紋與端部尺寸
• DIN 7975:2016-04 —— 金屬母材中 ST 自攻螺絲的孔資料，H12
• DIN 7513／DIN 7516 —— ISO 公制牙的攻牙切削螺絲
• ISO 286-2 —— H11 與 H12 的公差帶寬
• Stéphan 等，Journal of Materials Processing Technology，2012；Mathurin 等，攻牙成形組裝的三維有限元素模型 —— 形成扭矩與底孔直徑
• Sarafraz 等，Engineering Failure Analysis，2021 —— 成形與切削內牙的比較

任何特定接頭的驗收，由你的圖面、以及標準所要求的驗證決定。

如果螺絲是用型別字母指定而不是標準編號，要先確認它出自哪一套——自攻螺絲的型別字母在說什麼寫了 ISO 與 ASME 的字母衝突。

這一篇屬於第 2 步，牙。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

什麼是攻牙成形螺絲？

它靠把母材金屬推開而不是切掉來做出對手牙，所以不產生切屑。ISO 公制牙的現行文件是 DIN 7500-1:2021-07，涵蓋滲碳硬化並回火的 M2 到 M12。要注意它是性能與技術條件標準，並沒有規定螺絲輪廓；一般跟這類螺絲聯想在一起的三葉截面，是市場上的主流實現，不是標準要求。

攻牙成形螺絲有 ISO 標準嗎？

目前沒有。ISO 7085:1999 曾規範滲碳硬化並回火的公制攻牙成形螺絲之機械與性能要求，但已於 2010 年 2 月 10 日撤銷，歐洲版本是因破壞扭矩與硬度規定的技術問題而撤銷。之後由 DIN 7500-1 接替，所以圖面上寫 ISO 7085 等於引用一份已撤銷的文件。

攻牙成形螺絲的底孔要多大？

DIN 7500-2:2016-04 按螺紋尺寸、母材種類與有效旋入長度列出底孔直徑，並建議 H11。那些明確是來自製造商與使用者試驗的指導值，標準要求大量生產前自行驗證，因為成形區幾何、咬合長度、孔的製作方式與孔壁加工硬化都會改變所需的值。2016 版涵蓋鋼與鋁，銅材資料已刪除。

底孔公差真的比自攻螺絲緊嗎？

在直接規範這兩者的兩份 DIN 文件裡，是的。DIN 7500-2 對攻牙成形建議 H11，而 DIN 7975 對金屬中的 ST 自攻螺絲採 H12。依 ISO 286-2，1 到 3 mm 是 0.060 對 0.100，3 到 6 mm 是 0.075 對 0.120，6 到 10 mm 是 0.090 對 0.150——大約是六成到 62.5% 的帶寬。這個比較是在這兩份規範之間，不是跨所有攻牙切削螺絲牙型與材料的普遍定律。

攻牙成形是不是比切削式咬得更牢？

在兩種螺絲之間我們無法建立這個結論。紮實的比較研究是在成形絲攻與切削絲攻之間，其中一份報告 C22 鋼的成形內牙約有 27% 較高的拉伸強度，而那不能直接搬過來。實際強度同時受母材、孔徑、牙型、有效咬合長度與牙形成形完整度支配。請把「成形咬得比較牢」當成常見的供應商說法，而不是已經定論的結果。