工作台教學
木螺絲與預鑽導孔
導孔直徑、木材密度與紋向,決定螺絲的固定能力。依據 Wood Handbook 說明規則,並提供計算範例。
光桿、螺紋根徑與導孔
木螺絲有光滑的桿部與帶螺紋的部分,螺紋中央的核心稱為螺紋根部。Wood Handbook 指出,多數木螺絲的螺紋根徑平均約為光桿直徑的三分之二;其抗拔力公式假設,針葉樹材導孔約為螺紋根徑的 70%,闊葉樹材則約為 90%。
表格將上述比例套用於常見螺絲號數,光桿直徑採自 Wood Handbook 表 8-9。實際螺絲隨製造商與螺紋類型而異,因此配合度很重要時,請量測所用螺絲的螺紋根徑。具有鑽頭狀尖端的自鑽螺絲,設計上可免預鑽孔。
| 螺絲號數 | 光桿直徑 | 螺紋根徑(約) | 針葉樹材導孔(70%) | 闊葉樹材導孔(90%) |
|---|---|---|---|---|
| #4 | 2.8 mm | 1.9 mm | 1.3 mm | 1.7 mm |
| #6 | 3.5 mm | 2.3 mm | 1.6 mm | 2.1 mm |
| #8 | 4.2 mm | 2.8 mm | 1.9 mm | 2.5 mm |
| #10 | 4.8 mm | 3.2 mm | 2.3 mm | 2.9 mm |
密度與固定能力
從木材側面鎖入的螺絲,其抗拔力隨比重的平方增加。Wood Handbook 的試驗公式為 p = 108.25 × G² × D × L,單位為牛頓;D 是光桿直徑,L 是螺紋鎖入深度,兩者單位皆為公釐。密度加倍,固定能力約增為四倍,因此在輕質松木中會使木材崩牙的螺絲,在橡木中可能牢固得多。
這些是短時間試驗的破壞負載,不能當作設計值。非常長的螺絲在緻密闊葉樹材中效益有限,因為螺絲本身會先受拉斷裂;從端面鎖入的螺絲,平均只能承受側面鎖入負載的 75%,且結果變異更大。
粒片板
粒片板常見的破壞方式,是板材中的螺紋崩牙。Wood Handbook 給出的 8 號螺絲、鎖入深度 15.9 mm 的最大扭矩為 3.16 + 0.0096 × 密度,單位 N·m:密度 600 kg/m³ 時約為 8.9 N·m,800 kg/m³ 時約為 10.8 N·m。導孔直徑介於螺紋根徑的 50% 至 90% 時,抗拔力無顯著差異。
適度鎖緊能在抗拔力與崩牙之間取得最佳折衷:將鎖緊扭矩從最大值的 60% 提高至 90%,抗拔負載僅增加約 3%。
實作要點
手冊指出,用肥皂潤滑螺絲,可更容易鎖入緻密木材,且對抗拔力影響很小。預鑽孔也能減少劈裂:釘釘子時,直徑約為釘徑 90% 的導孔可略微提高抗拔力,並避免或減少劈裂,對緻密樹種尤其有幫助。
一支 #8 螺絲(光桿直徑 4.17 mm),螺紋鎖入火炬松(G = 0.51)25 mm:108.25 × 0.51² × 4.17 × 25 ≈ 2,935 N。若鎖入美國白橡木(G = 0.68),約為 5,218 N,約為前者的 1.8 倍。