螺栓裡面再攻一個牙,剩下的肉比兩個直徑看起來的少
有人貼了一個不鏽鋼小件,外面 M8、裡面 M6,說兩層牙之間大概只剩半釐米的肉。兩百四十一分、一百一十七則回覆。能不能加工不歸我們講。歸我們的是那個減法,因為界定壁厚的兩個面都是公開的數字,就在一份 ISO 表的免費預覽裡。答案是 0,233 公釐,兩個螺距裡只有一個會動它,而同一張表在 2023 年以前給的是另一個答案。
ISO 724:2023 給的外螺紋小徑是 d3 = d − 1,226 869 P。 M8 × 1,25 算出來是 6,466 公釐。 而 M6 的內螺紋會一路切到它自己的大徑,也就是 6,000 公釐。 中間剩下的是 (6,466 − 6,000) ÷ 2 = 0,233 公釐,每一邊。
ISO 的小數點寫成逗號,本頁沿用。 底下每一個數字,不是直接抄自公開的表,就是兩個公開數字的一次相減, 我們每次都會講明是哪一種。
貼文裡那個件
機械工程論壇上一則貼文,兩百四十一分、一百一十七則回覆。 發文者問兩個不鏽鋼小件能不能加工出來。描述很短也很精確: 那根螺栓外面是 M8 牙、裡面是 M6 牙, 「兩層牙之間只剩大約 0.5 到 0.6 公釐的壁厚」, 而整組東西必須塞進直徑 11 公釐、長度 15 公釐裡面。 做得出來嗎?手鎖會不會撐得住?
這兩題我們都不回答。 本頁不給加工建議、不對強度表態、不評論那個件該不該存在, 也不寫任何工具、材料或製造商的名字。我們讀的是貼文,不是回覆。
可以回答的是那句話中間那個數字。 兩層同軸螺紋之間的壁厚,是兩個面之間的一次相減,而這兩個面的直徑都印在表上。
是哪兩個面
從軸心往外走,最後碰到的材料是外螺紋的牙底。 從外面往內走,材料第一次結束的地方是內螺紋的牙底。 所以壁厚被兩個牙底夾著,而牙底剛好是標準裡兩個最不好記的符號所在。
- 外側界線是 d3,外螺紋的小徑。M8 × 1,25 表上給 6,466
- 內側界線是 D,內螺紋的大徑,也就是公稱尺寸。M6 就是 6,000
陷阱在內側那條線上。 很容易順手抓成攻牙孔的小徑 D1,M6 × 1 是 4,917, 因為那才是跟底孔鑽頭同一個量級的數字。 拿它去減會得到 (6,466 − 4,917) ÷ 2 = 0,775 公釐, 是真實值的 3,3 倍。 絲攻不會停在自己的小徑上。它一路切到大徑,而你的壁厚就在那裡結束。
還有一個量法值得點名,因為它落的位置很微妙。 從外螺紋的節徑,M8 × 1,25 是 7,188,量到內螺紋的大徑, 得到 0,594 公釐,正好落在貼文說的 0.5 到 0.6 之間。 我們無從得知貼文那個數字是怎麼來的,也沒有說事情就是這樣。 會提它只是因為節徑圓柱是很容易被抓到的一條線, 而它剛好說明了:同一道壁厚,三種看起來都說得通的量法,可以差這麼遠。
哪個直徑屬於哪一層牙,最好在動手之前先弄清楚。 這件事寫在攻牙底孔表那一頁,這裡不重複。
兩個螺距裡只有一個會動它
內孔的 M6 不動,只換外面的螺距。同一張表的 d3 那一欄就夠用了。
M8 × 1,25,d3 = 6,466 → 壁厚
0,233 公釐
M8 × 1,d3 = 6,773 → 壁厚
0,387 公釐
M8 × 0,75,d3 = 7,080 → 壁厚
0,540 公釐
這三次相減是我們算的。三個 d3 是表上的。
從粗牙換到 M8 表上最細的那一種,壁厚變成 2,32 倍。 現在反過來動內側,把 M6 × 1 換成 M6 × 0,75。壁厚完全沒動, 因為不管螺距是多少,內螺紋的大徑都是 6,000。 絲攻切到公稱尺寸,跟它的螺距無關。
把標準自己的公式整理一下就得到通式,而這個整理是我們做的:
單邊壁厚 = (d − D) ÷ 2 − 0,613 435 × P, d 是外側公稱直徑,D 是內側公稱直徑, P 只取外側的螺距。內側的螺距根本沒出現在式子裡。
而且到 M12 就沒了
同樣的配置往上推:外面永遠是粗牙,裡面永遠是小 2 公釐的公稱尺寸。 下面每一個壁厚都是表上兩個數字的一次相減。
- 外 M6 × 1、內 M4:(4,773 − 4,000) ÷ 2 = 0,387 公釐
- 外 M8 × 1,25、內 M6:(6,466 − 6,000) ÷ 2 = 0,233 公釐
- 外 M10 × 1,5、內 M8:(8,160 − 8,000) ÷ 2 = 0,080 公釐
- 外 M12 × 1,75、內 M10:(9,853 − 10,000) ÷ 2 = −0,074 公釐
每一列,兩個公稱直徑之間單邊都是一公釐。 變的是螺距,而吃掉壁厚的就是螺距。 到了 M12 粗牙,外螺紋的牙底直徑 9,853 已經跑到攻牙孔大徑 10,000 裡面去了。在設計牙型上,根本沒有一道壁可以薄。
這不是一個加工上的判決,也不是在說世界上沒有中空的 M12。 它講的是一種幾何:外面粗牙、裡面小兩公釐,這種幾何在哪裡合不起來。
這個數字在 2023 年變了
接下來這一段,會讓任何拿舊版在算的人停一下。 在第三版之前,同一張表給的是另一個答案。
ISO 724:1993 的小徑只有一欄,欄頭寫著 D1, d1。一個數字,內外螺紋共用。 它第 5 節列了公式,最後一條是 d1 = d − 2 × (5/8) H = d − 1,082 5P, 深度跟內螺紋一模一樣。
2023 版把那一欄劈成兩半,還分別標了名字。 內螺紋,平頂,D1。外螺紋,圓弧牙底,d3。 而前言把這個變更寫得很白:符號條文裡 新增了 d3、H1、h3 三個符號, 而且「外螺紋小徑 d3 的數值與公式已加入 Table 1 與第 5 節」。 範圍條文裡的「基本牙型」也在同一次改成了「設計牙型」。
那就把前面那四列用 1993 的數字再跑一次。以下是我們拿公開數值算的:
M6/M4:0,459 M8/M6:0,323 M10/M8:0,188 M12/M10:+0,053
而 2023 的數字是 0,387、0,233、0,080、−0,074。
M12 那一列在舊表上存在,在新表上不存在。 同樣的公稱尺寸、同樣的螺距、同一個標準編號,只是版本不同。 而且這個差距不是隨機的:舊值每邊剛好多出 0,072 168 × P, M8 粗牙是 0,090 公釐,M12 粗牙是 0,127 公釐。 螺距越粗,舊數字把你放得越遠。到 M10 那一列,它是實際壁厚的 2,35 倍。
兩個深度為什麼不一樣,答案在分數裡。 內螺紋切到基本三角形的 5/8,而設計牙型上的外螺紋切到 17/24。 兩者之比剛好是 17/15, 這是我們拿標準的係數算的:1,226 869 ÷ 1,082 532 = 1,133 3。
這些是基本尺寸,不是實際零件的界限
上面全部都是設計牙型。 真的零件是照公差等級做出來的,而最後一個意外就在公差那裡。
ISO 965-1:1998 收了基本偏差表。它的兩個大欄頭寫的是 內螺紋 D2, D1 與 外螺紋 d, d2。 公差位置 H 在表上每一個螺距的偏差都是零,h 也是。 位置 g 在螺距 1,25 是 −28 微米,1,75 是 −34。
現在把那兩個欄頭跟界定我們這道壁的兩個直徑對一下。 d3 和 D,一個都不在裡面。 這是一句關於「那張表列了什麼」的觀察,不是在說那兩個直徑沒有公差。 它們的界限訂在那份文件的別處,而免費預覽在我們讀到之前就結束了, 本頁不去猜。
這也就是整個答案誠實的形狀。 0,233 公釐是設計牙型留下來的量。 它可以拿來規劃,但它不是任何東西的下限。 照實際公差等級做出來的零件沒有義務剛好是這個數, 而公差往哪邊推,是那幾條我們沒讀到的條文的事。
可以帶走的幾點
- 壁厚被兩個牙底夾著:外螺紋的小徑,和內螺紋的大徑,也就是公稱尺寸
- 量到攻牙底孔會多出大約三倍。外 M8 內 M6 是 0,775 對 0,233
- 只有外側的螺距會動壁厚。把內側從 M6 × 1 換成 M6 × 0,75,一點都不動
- 壁厚 = (d − D) ÷ 2 − 0,613 435 P,P 取外側,這是我們把標準自己的公式整理出來的
- 外粗牙配小兩公釐的內牙,在 M10 到 M12 之間用完:0,387、0,233、0,080,然後是負的
- ISO 724 在 2023 年以前給的外螺紋小徑不一樣。1993 版內外共用一欄、都是 d − 1,082 5P;2023 版另外加了 d3 = d − 1,226 869 P
- 舊數字每邊高估 0,072 168 P,所以螺距越粗、錯得越多
- 以上全部是設計牙型。公差等級是另一個問題,而 ISO 965-1 的免費預覽沒有把它講完
貼文問的是這個件做不做得出來。那還是要交給實際要切它的人。 表格能定下來的是一件更小、但值得先定下來的事: 在大家開始爭可行性之前,至少要先爭同一個數字, 而三個講理的人可以從同一張圖上挑出三個不一樣的。
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
外面 M8、裡面 M6,中間還剩多少壁厚?
在設計牙型上,單邊 0,233 公釐。ISO 724:2023 給 M8 × 1,25 外螺紋的小徑是 6,466 公釐,而 M6 的內螺紋會切到它的大徑 6,000 公釐,兩者相差的一半就是 0,233 公釐。這是基本尺寸,不是有公差的實際零件的界限。
我自己算出來比較大,為什麼?
通常是內側那條線抓錯了。M6 × 1 攻牙孔的小徑是 4,917 公釐,拿它去減會得到 0,775 公釐,大約是三倍,但絲攻不會停在那裡。若從外螺紋的節徑 7,188 公釐量起,會得到 0,594 公釐。材料真正結束的地方,是內螺紋的大徑。
內側改用細牙,壁厚會變厚嗎?
不會。不管螺距多少,內螺紋的大徑就是公稱尺寸,所以 M6 × 0,75 和 M6 × 1 留下的壁厚完全一樣。會動壁厚的只有外側的螺距:M8 × 1,25、M8 × 1、M8 × 0,75 分別是 0,233、0,387、0,540 公釐。
有沒有公式?
把標準自己的 d3 公式整理一下,單邊壁厚 =(d − D)/ 2 − 0,613 435 × P,d 是外側公稱直徑,D 是內側公稱直徑,P 只取外側螺距。內側螺距不在式子裡。整理是我們做的,係數是標準的。
這種配置到多大就不行了?
外面粗牙、裡面小兩公釐的話,壁厚依序是外 M6 內 M4 的 0,387 公釐、外 M8 內 M6 的 0,233、外 M10 內 M8 的 0,080,到外 M12 內 M10 變成 −0,074。M12 粗牙的外螺紋牙底直徑 9,853 公釐已經跑進攻牙孔大徑 10,000 公釐裡面,設計牙型上什麼都不剩。
ISO 724 改過嗎?
改過。1993 版的小徑只有一欄,欄頭是 D1, d1,其中 d1 = d − 1,082 5P,內外同深。2023 年的第三版把它拆成兩欄:內螺紋平頂的 D1,和外螺紋圓弧牙底的 d3,而 d3 = d − 1,226 869 P。前言寫明 d3 的數值與公式是這一版才加入 Table 1 與第 5 節的。
差多少?
舊值每邊高估 0,072 168 × P,這是我們拿兩個係數算的。M8 粗牙是 0,090 公釐,M12 粗牙是 0,127 公釐。外 M8 內 M6 那一列,從 1993 的 0,323 公釐變成 2023 的 0,233 公釐;而外 M12 內 M10 那一列,從勉強成立變成不成立。
公差會讓它變好還是變壞?
本頁不講,因為 ISO 965-1:1998 的免費預覽在能回答這件事的條文之前就結束了。我們能報告的是:它的基本偏差表,內螺紋欄頭是 D2, D1,外螺紋欄頭是 d, d2,而界定這道壁的那兩個直徑一個都不在裡面。它們的界限訂在那份文件的別處。
貼文裡那個件到底做不做得出來?
本頁不回答,也不試圖回答。它不給加工或強度建議、不評論任何特定零件、不寫任何工具或供應商名稱。它確立的是:是哪兩個公開的數字決定了那道壁,讓可行性的討論至少可以從同一個數字開始。
參考資料
- ISO 724:2023《ISO 通用公制螺紋 基本尺寸》第三版,2023 年 4 月。十頁免費預覽,Table 1 完整可見
- ISO 724:1993 第二版。九頁免費預覽,第 5 節與 Table 1 可見
- ISO 965-1:1998《公制螺紋公差》。十一頁免費預覽,讀到基本偏差表
- r/MechanicalEngineering,一個牙裡面還有一個牙的零件,帶出了「還剩多少肉」這個問題
本篇下載並讀了三份免費預覽:ISO 724:2023(目錄號 85104,十頁,Table 1 完整可見)、ISO 724:1993(目錄號 4958,九頁,第 5 節與 Table 1 可見)、ISO 965-1:1998(目錄號 5393,十一頁,讀到印刷第 9 頁)。引用自這些表的每一個數字,都是把該頁算繪成圖檔用眼睛核對過的,不是靠文字擷取,因為舊版掃描檔的下標會被讀壞。以下各項是我們自己的算術,不是任何一份文件的敘述:壁厚由外螺紋小徑與內螺紋大徑界定這件事;本頁每一個壁厚數值,每一個都是兩個公開直徑之差的一半;整理過的通式(d − D)/ 2 − 0,613 435 P;內側螺距不進入該式這個觀察;M8 粗牙與最細牙之間 2,32 倍這個比值;兩版之間每邊 0,072 168 P 的高估,以及 M8 的 1,39 倍與 M10 的 2,35 倍;還有兩個牙深之比 17/15。以上全部是設計牙型。實際螺紋是照公差等級做的,而本頁不說公差往哪邊推,因為 ISO 965-1 的免費預覽在能回答的條文之前就結束了;能看到的是,基本偏差表的欄頭是內螺紋 D2, D1 與外螺紋 d, d2,而界定這道壁的兩個直徑一個都不在裡面。這是一句關於那張表列了什麼的觀察,不是在說那兩個直徑沒有公差。ISO 68-1 沒有讀,所以本頁沒有一句在描述圓弧牙底的半徑或滾牙牙底的實際形狀,ISO 261 與 ISO 5408 也沒有讀。我們不給加工建議、不對強度表態、不對貼文那個件該不該做表示意見,也不寫任何工具、材料或製造商名稱。我們不知道貼文那個壁厚數字是怎麼量的,上面提到的節徑量法只是一個示例,不是對它的解釋。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。哪個直徑屬於哪一層牙寫在另一頁,這裡不重複。
詢價
如果圖上有一層牙套在另一層牙外面,在其他事情之前最該先講定的, 是你們兩邊減的是哪兩個直徑。 把兩個公稱尺寸和兩個螺距寄給我們,我們會告訴你設計牙型還剩多少, 以及在講更多之前,我們需要你先給我們哪些關於公差等級的資訊。