攻牙底孔表是一段公差帶,不是一個數字

一張做得很乾淨的攻牙鑽孔對照表在 r/MechanicalEngineering 拿了 456 分,最高票留言是一位資歷 27 年的設計者,說要把它發給團隊裡的新人。對一張做得好的表,這是很合理的反應。不過那張表為了塞進一頁而壓掉了什麼,值得知道。它出處的那份標準列的其實是另一種東西,而導言裡有一句話,方向跟多數人的直覺相反。

標準表上列的到底是什麼

攻牙前的鑽頭尺寸有自己的國際標準,ISO 2306,1972 年由小型工具委員會發布, 2022 年覆審之後仍然是現行版本。它的適用範圍一句話就把口訣講完了: 鑽頭直徑約等於螺紋的公稱直徑減去牙距。M6×1 配 5.00 mm 的鑽頭。

但那張表比口訣有意思。每一列帶的是 5H、6H、7H 各等級的小徑最大值,一個小徑最小值,最後才是鑽徑。 鑽頭是一段公差走到最後的實務選擇,不是規格本身。

螺紋小徑最小小徑最大(6H)鑽徑
M3 × 0.52.4592.5992.50
M4 × 0.73.2423.4223.30
M5 × 0.84.1344.3344.20
M6 × 14.9175.1535.00
M8 × 1.256.6476.9126.80
M10 × 1.58.3768.6768.50
M12 × 1.7510.10610.44110.20

所以 M6 的孔不是 5.00 mm。6H 的內牙,它可以是 4.917 到 5.153 mm 之間的任何值, 那條帶將近 0.24 mm 寬,而 5.00 只是裡面的一個點。 6H 裡那個字母與那個數字各自在管什麼, 見牙的公差等級

標準有講要往哪一邊偏,而且不是直覺的那一邊

ISO 2306 導言的原話: 在相關的小徑公差範圍內,鑽孔愈大,攻牙愈經濟,絲攻斷裂的風險也愈低。

把這句話對照一般的反射動作:孔小一點牙就滿一點,牙滿一點接合就牢一點。 標準沒有在跟你爭強度。它說的是:一旦落在公差裡面,整條帶產出的都是合格的內牙, 而靠近上緣那一端,切削成本比較低、斷絲攻的次數比較少。

這個取捨站得住,是因為接合通常壞在別的地方。 設計目標是讓螺絲先斷、不要讓內牙先剝,而那需要多少牙合長度, 見牙合長度要多少; 至於公開的那些牙合規則彼此為什麼對不起來, 見牙合規則彼此不一致。 你手上真正能動的變數是長度,不是把小徑最後那幾個絲擠出來。

那個百分比,標準裡根本沒有

現場的表會標牙合百分比,通常是 75%。這整件事 ISO 一個百分比都沒有用。 那是業界慣例,而且它量的是尖 V 牙的深度,也就是沒有被截平的那個三角形。 公制的算式是 % = 76.98 ×(D − 孔徑)÷ P

ISO 的基本牙型把那個三角形截掉了。內牙的基本小徑落在 D − 1.0825 P, 而尖 V 的牙根會在 D − 1.299 P。 兩者的比值是 5/6,而且跟尺寸無關。

所以 83% 是每一支合格公制內牙的上限。 把 M6×1 那一列換算過來,6H 那條帶從 小徑最小值處的約 83%,走到最大值處的 65%, 而 ISO 2306 的鑽徑落在 77%。 一張提供「100% 牙合」的表,提供的是 4.70 mm 的孔, 那個值低於小徑最小值。那不是「比較積極的選擇」,那是一支通不過規的內牙。

M8×1.25 是同一個形狀:6.647 mm 處是 83%,6.912 處是 67%, 6.80 mm 的鑽頭是 74%。數字會動,上限不會。

鑽頭不等於孔,有兩個原因

ISO 2306 的第一句話,就是一張「哪些東西會讓實際孔徑離開鑽頭標稱值」的清單: 鑽尖研磨的精度、被鑽的材料、使用的潤滑劑, 以及加工時的對心、進給與轉速。 一張表不可能知道其中任何一項,這也是標準自己把那些表稱為「指引」的原因。

第二個原因比較怪,而且值得隨身帶著。 攻比較軟的材料時,金屬有被擠向牙根的傾向, 攻出來的內牙小徑可能比鑽出它的那支鑽頭還小。 標準補了一句:材料愈硬這個傾向愈弱,有時候完全沒有。

這解釋了一個很多人熟悉的下午:鑽頭沒選錯,塞規進不去,而件是鋁的。 孔在鑽完的時候是對的,是攻牙把它移走的。 而往小徑帶的大端移,正是標準基於另一個理由早就建議過的方向。

以上都不適用於自己做出牙來的螺絲。 自攻與攻牙成形螺絲的孔是用扭矩窗口定的,不是用小徑定的, 見引孔要開多大; 三角牙那一類則見孔才是那個變數

表上的數字為什麼那麼整

鑽徑那一欄不是公差帶的中點,也不是算出來的。 它是標準麻花鑽系列裡最接近而且好用的尺寸。ISO 2306 說除了四個標星號的以外, 全部選自 ISO/R 235。導言接著補上:使用者在某些應用上自行選擇鑽徑可能有益, 但應盡可能使用有庫存的直徑

這句話值得講給剛算出 5.03 mm、正在到處找鑽頭的人聽。 那張表早就做過同一個妥協。它停在 5.00,是因為 5.00 買得到, 也因為標準寧可你在帶裡偏高一點,也不要你卡在一個買不到的數字上。

孔上圖之前先定案的幾件事

  • 圖上寫牙的等級,不要寫鑽頭。真正要成立的是攻完之後的小徑, 而 6H 就是在講那條帶。把鑽頭尺寸寫在圖上是一條製程指令, 而它對某個人的材料一定會是錯的。
  • 要偏帶的哪一端,刻意決定。標準基於攻牙成本與絲攻壽命建議偏大端。 如果你要偏小端,那應該是一個帶著理由的決定,不是一個習慣。
  • 把材料講出來。軟合金會在攻牙時把小徑收回去,硬的不會。
  • 不要標百分比,或者標清楚是哪一套慣例。 它不是 ISO 的量,而且超過 83% 之後它描述的是一支過不了規的內牙。
  • 講一下這個孔外面還有沒有別的牙。如果同一道壁的外側也走著螺紋, 剩下的肉由外螺紋的小徑與內螺紋的大徑決定,而 外面用粗牙的話,它用完的時候比兩個公稱尺寸看起來的早

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

M6 的攻牙底孔要鑽多大?

ISO 2306 給的是 5.00 mm,而它的規則是鑽徑約等於公稱直徑減牙距。比較有用的答案是:6H 的內牙,小徑可以落在 4.917 到 5.153 mm 之間的任何位置,而 5.00 mm 只是那條帶裡的一個點,被選中是因為它是有庫存的鑽頭尺寸。你要瞄準哪一個點,是那張表默默替你做掉的決定。

底孔鑽小一點是不是比較強?

那會讓牙裡多一些材料,但 ISO 2306 建議的偏向相反:它說在小徑公差範圍內,鑽孔愈大,攻牙愈經濟,絲攻斷裂的風險也愈低。設計目標是讓螺絲先斷、不要讓內牙先剝,而換得那件事的變數是牙合長度,不是小徑最後那幾個絲。我們查不到量化整條帶強度損失的已發表實測,所以本篇不給那個數字。

為什麼各家的攻牙底孔表對不起來?

因為它們是在把一段公差壓成一個數字,而且不是每一家都挑同一個點;也因為其中很多是從「牙合百分比」那套慣例算出來的,不是從小徑界限算出來的。那個百分比是業界慣例,量的是尖 V 牙的深度,而 ISO 在這件事上完全不用百分比。

真的做不到 100% 牙合嗎?

在那套慣例底下做不到,而且原因不在絲攻。那套慣例是拿尖 V 三角形當分母的,而 ISO 的基本牙型把內牙截在 D 減 1.0825 P 的小徑上。兩者的比值是 5/6,所以 83% 是任何尺寸、任何合格內牙的上限。照那個尺度切到 100%,孔徑會低於小徑最小值,那支牙過不了規。

孔在攻牙前量起來是對的,塞規卻進不去,發生了什麼事?

如果件是軟合金,ISO 2306 的導言就寫了那個機制:攻牙時材料有被擠向牙根的傾向,所以攻出來的內牙小徑可能比鑽出它的鑽頭還小。標準也註明材料愈硬這個傾向愈弱,有時完全沒有。往小徑帶的大端移是常見的處理方式,而那正好也是標準基於絲攻壽命建議的同一個方向。

參考資料

ISO 2306:1972 讀的是公開的預覽 PDF;那個年代的標準篇幅短,預覽含完整的導言、適用範圍與 Table 1,本篇引用的每一個尺寸都出自那張表。百分比的換算是我們自己算的,依據 ISO 68-1 的基本牙型,並拿 ISO 2306 的 Table 1 驗證過:D 減 1.0825 P 在 M6×1 得到 4.9175 mm,而表上印的是 4.917 mm。76.98 這個常數與「標牙合百分比」這個做法都是業界慣例,我們沒有把它們追到任何標準文件,不應歸給 ISO。ISO 965-1、ISO 68-1 與 ISO 235 的目錄編號沒有用第二個來源交叉核對。Table 1 是粗牙系列;細牙在同一份標準的 Table 2,本篇沒有複製它的數字。

詢價

詢價如果含攻牙孔,請給牙的等級與母材,不要給鑽頭尺寸。 要成立的是那條帶,而在軟合金上,鑽頭離開之後攻牙還會再把孔移動一次。

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