虎牌螺絲
搓牙還是車牙：毛胚比成品還細
結論先講：搓出來的牙不是被切進材料裡，是被推出材料外的。 毛胚起始徑大約在有效徑附近——低於成品的外徑—— 模具把金屬向外擠出來形成牙峰。沒有東西被移除，所以沒有切屑，也沒有被切斷的纖維流。 光是這一個幾何事實，就解釋了疲勞差異、成本差異， 以及一種會讓零件外觀完美無缺的失效模式。
兩種製程並排看
| 搓牙（冷成型） | 車牙（車刀、板牙、絲攻） | |
|---|---|---|
| 起始毛胚 | 小於成品牙，接近有效徑 | 等於成品外徑 |
| 材料 | 被推移——沒有切屑 | 被移除——有切屑，而切屑總得排到某個地方 |
| 牙底的纖維流 | 順著牙形走，連續不中斷 | 被切斷——纖維筆直穿過牙底 |
| 牙底的殘留應力 | 壓應力——延緩裂縫萌生 | 最好是中性，最差是拉應力 |
| 牙腹表面 | 被輾光並加工硬化 | 切削原狀，刀痕橫越牙形 |
第一列請再看一次，因為那是最常被搞錯的一件事。 一支搓出來的 M3 螺絲，不是從 3 mm 的棒料上把材料削掉。 它從更細的開始，然後長大。 如果你量了線材與成品，發現線材比較細，那沒有任何問題 ——那就是製程正常運作的樣子。
整場爭論都在牙底
螺絲的疲勞裂縫從牙底開始，因為那裡截面最小、應力集中最高。 兩種製程的所有差異，最後都收斂到這一個位置：
- 切削正好在那裡把纖維切斷，讓纖維斷面暴露在零件應力最高的位置
- 搓牙則是把纖維繞著牙底彎過去，讓它連續地順著輪廓走
- 搓牙同時把牙底留在壓應力狀態。外加的拉力必須先抵消掉這個壓應力，才有辦法開始撐開裂縫
公開的比較資料普遍把搓牙的疲勞壽命放在車牙之上， 但數字隨材質、熱處理與試驗方法而不同。 把「機制」當成可靠的部分，把「數字」當成參考 ——各家資料在方向上一致，在幅度上並不一致。
M6 以下幾乎沒有選擇題
- 牙底越小，好處越大。 M2 的細牙，牙底圓角只有零點幾毫米，在那裡被切斷的纖維佔負荷路徑的比例大得多
- 在小毛胚上車牙又慢又脆弱。 把 M1.6 的毛胚夾到夠剛性、切得出乾淨的牙，是一個治具問題，而搓牙沒有這個問題
- 產量會做出決定。 搓牙是以「每分鐘幾支」計算的成型作業；車牙是以「每支幾秒」計算的
所以「是搓的還是車的」很少是該問小螺絲供應商的問題 ——M6 以下答案幾乎都是搓的。 真正能分辨供應商的是下一層：模具是怎麼被監控的。
沒有人看得到的那種失效
搓牙模會磨損。它不會用「崩角」這種在零件上看得出來的方式壞掉—— 它是漸進地磨，而結果是有效徑會漂移。
- 零件看起來完美。牙峰、牙腹、表面在目檢與投影機輪廓下都正常
- 然後它們開始過不了通止牙規——或者更糟，在供應商那邊過了，鍍層加上自己那一份之後，在客戶線上咬死
- 因為是漸進發生的，固定的終檢抽樣會抓得很晚。 抓得早的是生產過程中的量測頻率，不是終點更嚴的界限
這就是為什麼「鍍層的討論」和「模具的討論」其實是同一場討論。 有效徑漂向公差上緣，再加上一個 公差本來就沒有替它留空間的鍍層， 產出的就是「素材過得了牙規、鍍完卡死」的零件 ——而過程中沒有任何單一步驟出錯。
搓牙修不掉的東西
- 不好的線材。 夾雜物、裂紋與脫碳層會連同其他東西一起被搓進牙裡， 而牙底正是你最不希望它們出現的位置—— 材質證明就是為了這件事存在的
- 流不動的材料。 搓牙需要延展性；抗拒冷成型的材質或硬度，會在牙峰裂開而不是成型， 這跟限制頭部成型的是同一個約束
- 後面才進去的氫。 搓出來的牙疲勞更強，但如果電鍍把氫送進硬化的零件裡， 它一樣會延遲破斷
什麼時候車牙才是對的答案
- 量非常小，模具成本攤不下去
- 搓不到的特徵——殼件的內牙、斷續牙、緊鄰凸肩而沒有退刀空間的牙
- 材料已經硬化到不會冷成型的程度
- 非標準牙型，沒有現成模具，而一筆訂單不足以支撐開一副
注意這幾項沒有一項跟品質有關。 它們談的是幾何、硬度與數量。 在大量的外牙上選車牙而不是搓牙，等於接受一個比較弱的牙底， 而且沒有換到任何補償—— 報價意外地便宜時，這一點值得確認一下。
三個值得問的問題
而滾牙這件事確定之後，還有第二個問題，答案沒那麼好看： 在你的預力下，熱處理後滾牙值不值得多付那筆錢。
- 牙規在生產過程中多久量一次，而不是生產完才量？
- 有效徑有記錄數值，還是只記合格／不合格？記錄數值看得到漂移；只記合格與否，看到的只有「它不再合格」的那一刻
- 牙規是在鍍前還是鍍後量？只在鍍前量，等於配合從來沒有在它出貨的狀態下被檢查過
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
搓出來的牙比車出來的牙強嗎？
在疲勞上是，而原因就在牙底。切削正好在截面最小、應力集中最高的位置把纖維切斷，讓纖維斷面暴露在疲勞裂縫起始的地方。搓牙則把纖維繞著牙底彎過去、順著輪廓連續走，而且讓牙底處於壓應力，外加拉力必須先抵消這個壓應力，裂縫才可能撐開。公開的疲勞比較在幅度上隨材質與試驗方法而異，但方向一致偏向搓牙。
為什麼毛胚比成品的螺絲直徑還小？
因為搓牙是把材料推移而不是移除。毛胚起始徑大約在有效徑附近，低於成品外徑，模具把金屬向外擠出來形成牙峰。沒有材料被切掉，所以沒有切屑。如果你量進料線材與成品螺絲、發現線材比較細，那是製程正常運作，不是錯誤。
小螺絲是搓的還是車的？
大約 M6 以下幾乎都是搓的。牙底越小疲勞好處越大；把很小的毛胚夾到夠剛性以車出乾淨的牙是個治具問題，而搓牙避開了它；搓牙是以每分鐘幾支計算的成型作業，車牙是以每支幾秒計算。正因為答案幾乎都一樣，對小螺絲供應商更有用的問題是：搓牙模是怎麼被監控的。
搓牙模磨損在零件上會怎麼表現？
表現成有效徑漂移，不是看得見的缺陷。模具是漸進磨損而不是崩角，所以牙峰、牙腹與表面在目檢與投影機輪廓下都正常，有效徑卻在移動。零件開始過不了通止牙規，或在供應商端過了、加上鍍層之後在客戶線上咬死。因為是漸進發生，生產過程中的量測頻率才抓得到，固定的終檢抽樣會抓得很晚。
什麼情況下應該車牙而不是搓牙？
量非常小、模具成本攤不下去時；內牙與其他搓不到的特徵；材料已經硬化到不會冷成型時；以及沒有現成模具的非標準牙型。這些理由沒有一項跟品質有關，談的是幾何、硬度與數量。在大量的外牙上選車牙，等於接受一個比較弱的牙底而沒有換到任何補償。
參考資料
- Thread rolling — Wikipedia
- ISO 965-1 — ISO general purpose metric screw threads — Tolerances — Part 1
- ISO 898-1 — Mechanical properties of fasteners made of carbon steel and alloy steel
- ASTM F2281 — Standard Specification for Stainless Steel and Nickel Alloy Bolts, Hex Cap Screws, and Studs, for Heat Resistance and High Temperature Applications（熱處理後成型牙）
詢價
在比價，而其中一家便宜得有點意外？ 問三件事：牙是搓的還是車的、生產過程中牙規多久量一次、量測是在鍍前還是鍍後。 這三個答案分辨供應商的可靠程度，遠高於單價—— 而且製程受控的供應商，這三題可以當場回答。