一支電動工具要在兩種接頭上受測,而那兩種相差二十四倍

有人問做了五十年工的父親,退休有什麼智慧留下。回答只有一句,講的是鎖緊。三千多分、三百四十二則回覆。兒子在底下補了誠實的那一半:把螺絲的扭矩抓到剛剛好,需要手感、經驗,以及對材料很深的理解。而讓這件事變難的東西,剛好有一份標準在量它,而且它量的不是扭矩。

ISO 5393 用兩種接頭測一支動力起子。 在高扭矩速率接頭上,扭矩從十分之一升到滿載只轉 27 度,從零算起大約 30 度。 在低扭矩速率接頭上,同樣這一段要轉 不少於 650 度,從零算起大約 720 度。 同一支工具、同一個刻度,兩種都要測。

三十度是十二分之一圈。七百二十度是整整兩圈。 那是二十四倍的差距,這是我們除出來的,不是標準寫的, 而它就是「昨天好用的那個數字,今天不好用」的原因。

本頁不推薦任何扭矩值,也不給任何鎖緊建議。 不寫任何工具、不寫任何品牌。 它讀的是一份測試方法,想弄清楚一支工具印出來的性能數字,到底承諾了什麼。

四個字

木工論壇上,三千一百八十九分、三百四十二則回覆。 發文者說他問了做了五十年的父親,一輩子的手藝有什麼可以交代的。 回答是「不要把東西鎖過頭。」

接著他自己寫下了讓這句話變成一個真問題、而不只是一句玩笑的那一段: 「要找到剛剛好的夾持壓力,或者把螺絲的扭矩抓到剛剛好, 需要手感、經驗,以及對你手上的材料很深的理解。」

對材料很深的理解,就是值得追下去的那一段, 因為那也正是一份標準在能量到任何東西之前,必須先控制住的變數。 我們讀的是貼文,不是回覆,本頁不出現任何論壇使用者名稱。

速率是接頭的,不是工具的

標準用一行話定義了這個量。 扭矩速率:緊固件在螺紋接頭中前進時,扭矩隨角位移的增加量, 單位是牛頓米每轉。

那不是起子的性質,是被鎖的那個東西的性質。 一片墊片、一塊軟木、一支穿過厚疊層的長螺栓,都會慢慢讓出角度,扭矩也就慢慢爬。 一個短螺絲頂在硬而平的面上,幾乎不讓,扭矩就一次到齊。

1994 年版把實務上的樣子講得很直白。 在低速率接頭上,也就是它稱為軟接頭的那一種, 鎖緊通常要轉好幾圈。 在高速率接頭上,這件事在不到一圈之內就結束, 而在那裡,工具自己轉動件的慣性可能讓實際傳到緊固件上的扭矩, 比同一支工具在軟接頭上給出的還要高

它也說了為什麼兩種都要:這兩個高低速率 「橫跨了影響工具扭矩輸出的實務條件範圍」。 那兩種接頭不是典型,是兩端。

被量到的是一個帶寬

讀一下適用範圍,注意這個方法是為了什麼而存在的。 它提供的是扭矩重現性,也就是離散度的量測方法: 跨一段扭矩速率、跨製造商定義的一段扭矩調整範圍、跨一定數量的操作循環。 它沒有任何一處是在替一支工具「能給出多少扭矩」背書。

要報告的量也就跟著出來了。 兩個接頭各自算:平均扭矩、全距、標準差、6s 扭矩離散度, 以及該離散度佔平均值的百分比。 這裡的六個標準差指的是平均值上下各三個標準差, 而標準說那涵蓋常態分布母體的 99,73 %。 然後跨兩個接頭再算:合併平均扭矩、平均值偏移、 合併扭矩離散度,以及它佔合併平均的百分比。

平均值偏移是最有意思的那一個。 它的定義是:同一支工具,在同一個刻度上, 跑在兩種不同扭矩速率的接頭上時,平均扭矩的差。 你的起子在松木裡幹的事和在鋼裡幹的事之間那道落差,標準給了它一個名字, 而整個測試就是為了替它標一個數。

測試是每個接頭二十五個讀數,所以一次性能測試五十個讀數,這是我們加的。 而方法裡有一句話值得單獨引出來: 「工具應牢固地固定在測試台上,以防止操作者造成任何影響。」 印出來的那個數字,是把人拿掉之後這支工具的表現。

招牌數字是在軟接頭上量的

有一條定義值得讀兩遍。額定扭矩是: 由製造商定義的、一支工具在低扭矩速率接頭上受測時所能達到的最高平均扭矩。 也就是 L 接頭,那個要轉兩圈的。

所以規格表上那個數字,是在標準自己說工具必須應付的那個範圍的容易那一端訂出來的; 至於另一端會跑多遠,是合併扭矩離散度在告訴你。 兩件事都出自同一份文件,而通常只有一件會離開工廠。

大家最容易鎖過頭的那種工具,不在範圍內

適用範圍有一份排除清單,而且很短。

「本文件不適用於衝擊式或脈衝式扳手棘輪扳手,或帶有棘輪式離合器的扳手; 以及其他以不連續增量推進緊固件、每一次增量都要克服靜摩擦的工具。」

2017 年版到這裡就停了。1994 年版的同一句話後面還有一個理由,而那個理由後來被拿掉了: 這些工具被排除,「特別是因為這些工具所施加的扭矩, 無法用傳統類型的儀器量測」

本頁沒有一句在描述衝擊起子的行為, 因為這份文件不管它們,而我們不打算用猜測去填那個空白。 舊版留下來的是:截至 1994 年,一般量扭矩的辦法在它們身上行不通。 那是一句關於儀器的話,不是關於那些工具好不好的話。

而且事後回去量,量到的也不是它

1994 年版的測試方法裡還有一句,走得比關於工具的任何一句都遠。

「本國際標準認知到,靜態的殘餘扭矩量測, 與接頭狀態(張力)之間的相關性很差。 因此,依本國際標準所做的所有性能量測, 都應在鎖緊過程中動態取得。」

把扳手放回一個已經鎖緊的緊固件上,量到的是「再讓它動一次需要多少扭矩」, 而標準說那跟你真正在乎的東西相關性很差。 所以量測必須在接頭正在被做出來的時候取得, 所以沒有人能靠事後複量去終結一場關於既成接頭的爭論。

這種懷疑一旦你開始找,到處都是。 一份鋼構螺栓規範在 1951 年印了一張扭矩表,然後 三年後就憑著正負四十個百分點的變異把它撤掉; 而美國的聯邦電氣標準 從頭到尾沒有印過任何扭矩數字。 三份互不相干的文件,同一個習慣:不要單獨相信那個數字。

這份標準拒絕做的事

文件自己的前言裡寫了兩條界限,而這兩條決定了任何一個公布的數字該怎麼讀。

  • 這個方法是設計來在實驗室環境裡量性能的,而且「不打算作為廠內例行檢驗測試」
  • 「仍然是一份基礎的測試程序,並不試圖訂定合格判準」。任何最低性能要求都是使用者的責任

所以標準會告訴你一支工具會跑掉多少。 它不會告訴你,對你正在做的東西而言,跑掉多少算可以接受。 那個判斷,在第一個讀數被量到之前就已經交還給你了。

可以帶走的幾點

  • 扭矩速率屬於接頭,不屬於工具,單位是牛頓米每轉
  • 兩種測試接頭相差二十四倍:一種大約十二分之一圈就滿載,另一種大約要兩圈
  • 同一個刻度,兩種接頭都要測,而兩個平均值之間的差有名字,叫平均值偏移
  • 這個方法量的是離散度,以涵蓋 99,73 % 讀數的 6s 帶寬報告,不是一個扭矩
  • 額定扭矩是在軟接頭上訂出來的,也就是範圍裡容易的那一端
  • 每個接頭二十五個讀數,而且工具要牢固固定,讓操作者影響不了它
  • 衝擊式與脈衝式扳手不在這份標準的範圍內。1994 年版說理由是它們施加的扭矩無法用傳統儀器量測;2017 年版保留了排除,把理由拿掉了
  • 靜態殘餘扭矩與接頭狀態的相關性很差,所以量測要在鎖緊過程中動態取得
  • 標準不訂合格判準。什麼叫夠好,留給使用者

五十年的功夫濃縮成一句話,而那句話比任何一個數字都更像忠告。 標準用它自己的方式同意了他。 它從來不說扭矩應該是多少。 它花了十五頁去量:同一支工具、同一個刻度,會差多遠。

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

ISO 5393 到底在量什麼?

量的是扭矩重現性,標準稱之為離散度。它提供的是量測這個離散度的方法:跨一段扭矩速率、跨製造商定義的扭矩調整範圍、跨一定數量的操作循環。它是實驗室方法,並不打算作為廠內例行檢驗測試。

什麼是扭矩速率?

緊固件在螺紋接頭中前進時,扭矩隨角位移的增加量,單位是牛頓米每轉。它是被鎖那個接頭的性質,不是動手鎖的那支工具的性質。

那兩種測試接頭差多少?

在 1994 年版裡,高扭矩速率接頭從十分之一升到滿載只轉 27 度,從零算起大約 30 度;低扭矩速率接頭要轉不少於 650 度,從零算起大約 720 度。也就是十二分之一圈對上整整兩圈,我們除出來是二十四倍。

為什麼一定要測兩種接頭?

因為標準說這兩個高低速率橫跨了影響工具扭矩輸出的實務條件範圍。同一支工具在同一個刻度上要跑兩種,而兩個平均扭矩之間的差會被報告為平均值偏移。

工具的額定扭矩就是它能給的最大扭矩嗎?

它的定義是:由製造商定義的、工具在低扭矩速率接頭上受測時所能達到的最高平均扭矩。那是軟接頭,要轉兩圈的那一種。標準本身也預期同一支工具在硬接頭上會表現不同,並且把那件事另外量化。

這份標準涵蓋衝擊起子嗎?

不涵蓋。適用範圍排除了衝擊式或脈衝式扳手、棘輪扳手或帶棘輪離合器的扳手,以及其他以不連續增量推進緊固件的工具。本頁沒有一句在描述那種工具的行為。1994 年版給了排除的理由,說這些工具施加的扭矩無法用傳統類型的儀器量測;2017 年版保留排除、拿掉理由。

我可以事後拿扭力扳手回去複查一顆鎖好的螺絲嗎?

就標準自己的用途而言,它不建議。它明說靜態的殘餘扭矩量測與接頭狀態,也就是張力,之間的相關性很差,因此要求它的所有性能量測都必須在鎖緊過程中動態取得。

標準有說性能到什麼程度算合格嗎?

沒有。它的前言說它仍然是一份基礎的測試程序,並不試圖訂定合格判準,而任何最低性能要求都是使用者的責任,要依該工具實際用途的需求來訂。

那我的螺絲到底該鎖多緊?

本頁不回答,也不給任何鎖緊建議。它確立的是:為什麼同一個刻度換個材料就帶不走。決定扭矩爬多快的是接頭而不是工具,而量工具的那份標準,把它的兩個參考接頭訂在相差二十四倍的地方。

參考資料

本篇下載並讀了兩份免費預覽:ISO 5393:2017(目錄號 63133,十五頁,讀到印刷第 9 頁)與 ISO 5393:1994(目錄號 11429,九頁,讀到評估條文)。這是本站第一次使用動力工具委員會的標準,而兩版中所引用的每一個數字,都是把該頁算繪成圖檔用眼睛核對過的,不是靠文字擷取。高低扭矩速率接頭的角度值,27 度與 650 度以及它們的合計 30 度與 720 度,出自 1994 年版,因為 2017 年版的預覽在它自己的測試接頭條文之前就結束了。2017 年版前言說該版對測試接頭與測試方法的規定做了一些變更,而用該版取得的結果預期不會與前一版有顯著差異;那是文件自己的措辭,我們沒有宣稱 2017 的數值相同。以下各項是我們自己的算術,不是任一版的敘述:720 除以 30 是二十四、650 除以 27 也差不多;30 度是十二分之一圈而 720 度是兩圈;每個接頭二十五個讀數、兩個接頭合計一次測試五十個;以及 0,5 到 2 000 牛頓米的適用範圍上下相差四千倍。這份標準明文排除衝擊式與脈衝式扳手、棘輪扳手與帶棘輪離合器的扳手,所以本頁沒有一句在描述那種工具的行為。我們不推薦任何扭矩值、不給鎖緊建議、不評論任何工具、不寫任何品牌。1994 年版 5.2.1 關於高速率接頭的那一句在掃描原件上有破損,我們只使用可辨讀的部分,也沒有逐字引用它。ISO 2787、EURAMET 的校正指引,以及 2017 年版的附錄 A 到 G 都沒有讀。我們讀的是貼文本身,不是回覆,本頁不出現任何論壇使用者名稱。

詢價

如果產線上有一個鎖緊數字,那麼隨著緊固件需求一起寄給我們最有用的東西, 是那個接頭由什麼構成,以及扭矩在爬升的時候緊固件會轉多少。 那才是工具真正在乎的量, 也是決定一個刻度能不能從這個件活著走到下一個件的量。

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