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螺纹丝锥底孔尺寸:公制粗牙与 UNC/UNF

覆盖 15 个公制粗牙规格与 17 个 UNC/UNF 规格的丝锥底孔与螺纹几何,含分材料余量、% 牙型饱满率、通规/止规判定逻辑与扭矩算例。

公制粗牙螺纹 M3–M30:几何尺寸与丝锥底孔(ISO 724 / ISO 2306)

规格P(mm)大径 D(mm)内螺纹小径 D1(mm)外螺纹小径 d3(mm)中径 d2(mm)底孔,钢(mm)底孔,铸铁(mm)底孔,铝(mm)% 牙型饱满率(钢件底孔)精度等级 / 量规来源
M30.53.0002.4592.3872.6752.52.62.6–2.777.06H / ISO 1502S3, S5
M40.74.0003.2423.1413.5453.33.43.4–3.577.06H / ISO 1502S3, S5
M50.85.0004.1344.0194.4804.24.34.3–4.477.06H / ISO 1502S3, S5
M61.06.0004.9174.7735.3505.05.15.1–5.277.06H / ISO 1502S3, S5
M81.258.0006.6476.4667.1886.86.86.8–7.073.96H / ISO 1502S3, S5
M101.510.0008.3768.1609.0268.58.68.6–8.777.06H / ISO 1502S3, S5
M121.7512.00010.1069.85310.86310.210.310.3–10.479.26H / ISO 1502S3, S5
M142.014.00011.83511.54612.70112.012.112.1–12.277.06H / ISO 1502S3, S5
M162.016.00013.83513.54614.70114.014.114.1–14.277.06H / ISO 1502S3, S5
M182.518.00015.29414.93316.37615.515.615.6–15.777.06H / ISO 1502S3, S5
M202.520.00017.29416.93318.37617.517.617.6–17.777.06H / ISO 1502S3, S5
M222.522.00019.29418.93320.37619.519.619.6–19.777.06H / ISO 1502S3, S5
M243.024.00020.75220.31922.05121.021.121.1–21.277.06H / ISO 1502S3, S5
M273.027.00023.75223.31925.05124.024.124.1–24.277.06H / ISO 1502S3, S5
M303.530.00026.21125.70627.72726.526.626.6–26.777.06H / ISO 1502S3, S5
如何读这张表。 看螺纹标注时的优先顺序:ISO 261/262(系列)→ ISO 965-1(公差等级)→ ISO 724(基本尺寸)。D1(内螺纹小径)、d3(外螺纹小径)与 d2(中径)按 ISO 724 基本螺纹公式 D − 1.082532P、D − 1.226869P、D − 0.649519P 算出,与标准公布值逐位吻合。钢件底孔一列取标准值(ISO 2306,D − P 圆整到最接近的标准钻头);铸铁和铝件两列来自丝锥厂商的车间经验值——请标注为“厂商推荐”,而非 ISO 值。% 牙型饱满率 =(D − 钻头直径)/(1.299 × P):D − P 的钻头算得 77.0%(M8 为 73.9%,因为 6.75 向上圆整到 6.8);同一支钻头厂商图表上印的是 ≈75%——差别在于是否计入牙顶,本页采用可复算的公式值。M8 的铸铁单元格:D − P + 0.1 = 6.85 向下圆整到最接近的标准钻头 6.8,所以在 M8 这一档,铸铁余量被圆整吃掉了。

加工铝件时 M8×1.25 的底孔用多大?

6061 铝件用 6.9 mm,对应 67.7% 牙型饱满率;孔要受力时降到 6.8 mm(73.9%);最大不要超过 7.0 mm(61.6%)——到那个旋合程度,拉脱强度只有 73.9% 那支钻头的 0.83×。

步骤项目数值
1Basic dimensions (ISO 724 formulas)d2 = 7.188, D1 = 6.647, d3 = 6.466 mm
2Steel tap drill (ISO 2306: D − P)8 − 1.25 = 6.75 → nearest standard drill 6.8 mm (73.9%)
3Cast iron / aluminium allowance (vendor practice)cast iron 6.8 mm (+0.1 rounds down to 6.8 at M8); aluminium 6.9–7.0 mm
4Engagement check6.8 → 73.9%; 6.9 → 67.7%; 7.0 → 61.6%
5Verdictsteel and cast iron 6.8; aluminium 6.9 standard, 7.0 only for thin walls + long engagement + non-load-bearing (pull-out 0.83×)

M8 内螺纹的小径是多少?

6.647 mm——这是螺母侧(内螺纹)的 D1;螺栓侧的小径 d3 是 6.466 mm。把这两个数弄混,是审图最常犯的错。表中每个单元格背后的公式:

尺寸项ISO 724 公式M8 × 1.25归属
D1 internal minorD − 1.082532 × P6.647 mm攻出的内孔(螺母侧)——丝锥切出来的就是这个尺寸
d3 external minorD − 1.226869 × P6.466 mm螺栓侧——完全是另一个数
d2 pitch diameterD − 0.649519 × P7.188 mmGO/NO-GO 量规实际控制的尺寸

1/4-20 UNC 的底孔用多大的钻头?

用 #7 钻头,0.2010 in(5.11 mm),牙型饱满率 75.4%;5.0 mm 的公制钻头不能代替,配合会偏紧。相邻的 UNC 规格列在下面供对照:

规格TPI底孔钻头钻头(mm)% 牙型饱满率
#10-24 UNC24#253.8074.8
1/4-20 UNC20#75.1175.4
5/16-18 UNC18F6.5376.9

M10 和 3/8-16 是一回事吗?

不是——10.000 mm 对 9.525 mm,这 0.47 mm 的差距让应力截面少了 12.6%(58.0 降到 50.7 mm²);只能应急替代,BOM 里绝不能当作等强度互换。整套跨体系对照:

公制D(mm)最接近的 UNUN 大径(mm)ΔD(mm)风险说明
M33.00#4-402.84−0.16low螺距不同(0.5 对 0.635)——螺母不能互换
M44.00#8-324.17+0.17low螺纹同样不能混用
M55.00#10-244.83−0.17low—
M66.001/4-206.35+0.35mediumM6 的通孔(6.6)会跟 1/4 螺栓干涉
M88.005/16-187.94−0.06low最接近的一对——但 5/16 的 As 是 34.4 对 36.6 mm²(−6.2%)
M1010.003/8-169.53−0.47mediumAs 由 58.0 → 50.7 mm²,损失 12.6%——低风险档里损失最大的一处
M1212.001/2-1312.70+0.70high必须铰孔;As 升到 92.7——这是装不进去,不是强度更高
M1414.009/16-1214.29+0.29medium汽车行业常见的混用
M1616.005/8-1115.88−0.12lowAs 156.7 → 147.6 mm²(−5.8%)
M2020.003/4-1019.05−0.95highAs 244.8 → 218.2 mm²(−10.9%)——并非等强度
M2424.001-825.40+1.40high无法替代——1-8 根本进不了 M24 的孔

M12、性能等级 10.9 的螺栓拧多少扭矩?

K = 0.20、70% Rp0.2 时为 133 N·m(预紧力 55.5 kN)——而站得住脚的区间是 106–160 N·m,因为 K 在 0.16–0.24 之间。只给扭矩数字、不交代 K,就是假精度:

K(摩擦状态)扭矩(N·m)状态
0.16106.5充分润滑 / 镀锌 + 蜡
0.18119.8轻涂油——图纸上标 120 N·m 就是按这个 K 来的
0.20133.1来料原状的一般情况(本表的取值基准)
0.22146.4发黑 + 轻微锈蚀
0.24159.8干态 / 重复使用的螺纹——这里给 120 N·m 只能达到 53% 利用率(41.7 kN)

M10、8.8 级螺栓能承受多大预紧力?

70% 利用率下是 26.0 kN——Rp0.2 取 640 MPa 乘 As 58.0 mm²,对应 K = 0.20 时的 52 N·m。算式背后的等级性能:

性能等级标准Rm 名义值(MPa)Rm 最小值(MPa)Rp0.2 / ReL 名义值(MPa)Rp0.2 / ReL 最小值(MPa)材料
8.8ISO 898-1800800 (≤ M16) / 830 (> M16)640640 (≤ M16) / 660 (> M16)碳钢,调质(Q&T)
10.9ISO 898-110401040940940合金钢,调质(Q&T)
12.9ISO 898-11220122011001100合金钢,调质(Q&T)
A2-70ISO 3506-1700700450450奥氏体不锈钢 304 系
A4-80ISO 3506-1800800600600奥氏体不锈钢 316 系

8.8 级螺栓能用 A2-70 不锈钢替代吗?

可以,但必须降扭矩——A2-70 的屈服强度是 450 MPa,8.8 级是 640 MPa,承载能力降到 70%,M10 的扭矩要从 52 降到 37 N·m。下面是算出来的扭矩表(M = K × d × F,K = 0.20、70% Rp0.2——数值是计算值,不是标准表里的现成条目;实际 K 在 0.16–0.24 之间,所以任何数值都请按 ±20% 看):

性能等级M6M8M10M12M16M20预紧力 F(kN)
8.8112652912254399.0 / 16.4 / 26.0 / 37.8 / 70.2 / 109.7
10.916397613333064413.2 / 24.1 / 38.2 / 55.4 / 103.1 / 161.1
12.919458915638675415.5 / 28.2 / 44.7 / 64.9 / 120.6 / 188.5
A2-7081837641583086.3 / 11.5 / 18.3 / 26.5 / 49.4 / 77.1
A4-80102549852114118.5 / 15.4 / 24.4 / 35.4 / 65.8 / 102.8
A2/A4 caution——————失效形式是粘着咬死,不是屈服:扭矩再降 10–15%,并使用防咬合剂

铝件用 6.8 mm 底孔,为什么螺纹老是滑牙?

铝件容易粘刀,攻丝扭矩会突然飙升——厂商的解法是把钻头放大,而不是加大扭矩。三列数值的三种含义如下,包括 M8 铸铁那一档圆整上的怪现象:

列依据规则
Tap drill, steelstandard — ISO 2306 (D − P, nearest standard drill)可以连同标准号一起引用
Tap drill, cast ironshop practice — vendors recommend D − P + 0.1厂商推荐值,不是 ISO 值;M8 这一档 +0.1(6.85)向下圆整到最接近的标准钻头 6.8,余量就被圆整吃掉了——“铸铁没有余量”只是针对 M8 的说法,不是通则
Tap drill, aluminiumshop practice — vendors recommend D − P + 0.1 to +0.2厂商推荐值,不是 ISO 值——放大钻头是拿螺纹旋合长度去换更低的攻丝扭矩

要拧多少牙,螺栓才能发挥全部强度?

钢件旋合一个直径、铝件旋合 1.5 个直径,这是车间通行的经验规则;低于这个数,决定破坏载荷的就是螺纹本身,而不是螺栓杆:

材料经验规则实例
Steel≥ 1 × D engagement钢件攻丝孔的标准做法
Aluminium≥ 1.5 × D engagement或者用钢丝螺套
Any — thin engagement% thread cuts pull-out almost proportionallyM8 在 61.6% 旋合下,拉脱强度只有 73.9% 那支钻头的 0.83×

M14 粗牙的螺距是多少?

2.0 mm——和 M16 一样,所以 M14 和 M16 的丝锥老是拿错,尽管两者大径差了 2 mm。粗牙螺距阶梯:

规格P(mm)说明
M81.25—
M101.5—
M121.75—
M142.0螺距与 M16 相同
M162.0螺距与 M14 相同
M18 / M20 / M222.5—
M24 / M273.0—
M303.5—

同一规格下 UNC 和 UNF 有什么区别?

大径完全相同(1/4 in = 0.2500 in,两者一样),变的只有 TPI,20 对 28;1/4-20 的螺栓能拧进 1/4-28 的孔,但拧两牙就咬死。#4-40(70.8%)、#8-32(69.0%)和 #12-24(72.1%)的牙型饱满率(%)偏低,是号数钻头系列本身造成的,不是数据错误——要强度就改 UNF,或把旋合加长:

规格系列TPI大径 D(in)D1(in)d3(in)d2(in)底孔钻头% 牙型饱满率
1/4-20UNC200.25000.19590.18870.2175#7 (5.11 mm)75.4
1/4-28UNF280.25000.21130.20620.2268#3 (5.41 mm)79.8

M16 的应力截面是多少?

按 ISO 898-1 是 157 mm²——8.8 级屈服(640 MPa)时可承受 100.3 kN,10.9 级(940 MPa)147.3 kN,12.9 级(1100 MPa)172.4 kN。下面是公布的 As 阶梯,全部按 π/4·((d2+d3)/2)² 重算并核对一致:

规格As(mm²)公式重算值说明
M620.120.1 ✓—
M836.636.6 ✓—
M1058.058.0 ✓—
M1284.384.3 ✓—
M16157156.7 ✓—
M20245244.8 ✓—
M24352.5formula-derived — ISO 898-1 publishes 353 mm²替代表用的就是这个推导值:按公式 π/4·((d2+d3)/2)² 算出,不是查公布表得来的(GAP-2 脚注)
1-8 UNC394.8formula-derived同样标注为推导值的脚注

能用 12.9 级螺栓代替 10.9 级吗?

强度上可以——1220 MPa 对 1040 MPa——但 12.9 级塑性更低,电镀后对氢脆敏感得多,必须去氢烘烤;受冲击载荷的接头,未经评审不要替换:

对比项结论
Static strengthRm 1220 对 1040 MPa,Rp0.2 1100 对 940 MPa——更强
Ductility延伸率更低——断裂前几乎不给征兆
Plated 12.9去氢烘烤实际上是强制的;ISO 898-1 对 1000 MPa 以上有更严的规定
Impact-loaded joints未经工程评审不要替代

螺纹通规(GO)过得了,螺母却还是拧不下去,为什么?

因为通规(GO)只验证最大实体一侧:它检查内螺纹的中径最小值和小径最小值——中径最大值要靠止规(NO-GO)塞规,而两支规都看不出直线度、倒角质量和长旋合累积起来的螺距误差:

量规检查内容合格判定
GO plug内螺纹的中径最小值和小径最小值(最大实体一侧)必须在自重下旋入整个螺纹长度
NO-GO plug中径最大值(最小实体一侧)旋入不得超过两个牙
6H datum6H 的 EI = 0,所以通规(GO)的下限就是基本 D1量规实际极限还要带 ISO 1502 公差——查到所购标准之前,这部分属于已声明的空缺

UNC 和 UNF 的底孔表一共包含哪些规格?

号数钻头和字母钻头才是图纸上的规范写法;毫米那一列只是换算(× 25.4),不是另一种选择——买钻头按号数报,绝不要拿圆整过的公制钻头顶替:

规格系列TPI大径 D(in)D1(in)d3(in)d2(in)底孔钻头钻头(mm)% 牙型饱满率来源
#4-40UNC400.11200.08490.08130.0958#432.2670.8S7, S8
#6-32UNC320.13800.10420.09970.1177#362.7177.6S7, S8
#8-32UNC320.16400.13020.12570.1437#293.4569.0S7, S8
#10-24UNC240.19000.14490.13890.1629#253.8074.8S7, S8
#12-24UNC240.21600.17090.16490.1889#164.5072.1S7, S8
1/4-20UNC200.25000.19590.18870.2175#75.1175.4S7, S8
5/16-18UNC180.31250.25240.24430.2764F6.5376.9S7, S8
3/8-16UNC160.37500.30730.29830.33445/16 in7.9477.0S7, S8
1/2-13UNC130.50000.41670.40560.450027/64 in10.7278.2S7, S8
5/8-11UNC110.62500.52660.51350.566017/32 in13.4979.4S7, S8
3/4-10UNC100.75000.64170.62730.685021/32 in16.6772.2S7, S8
1-8UNC81.00000.86470.84660.91887/8 in22.2277.0S7, S8
1/4-28UNF280.25000.21130.20620.2268#35.4179.8S7, S8
5/16-24UNF240.31250.26740.26140.2854I6.9174.8S7, S8
3/8-24UNF240.37500.32990.32390.3479Q8.4379.4S7, S8
7/16-20UNF200.43750.38340.37620.405025/64 in9.9272.2S7, S8
1/2-20UNF200.50000.44590.43870.467529/64 in11.5172.2S7, S8

这些数值怎么用

  • 同一公称螺纹的 D1(内螺纹小径)和 d3(外螺纹小径)是两个不同的数——用 6.466 而不是 6.647 去检 M8 攻丝孔,是设计室最经典的错。
  • 每个 D1/d3/d2 单元格都由 ISO 724 公式重算(D − 1.082532P、D − 1.226869P、D − 0.649519P);M8 和 1/4-20 与 ISO 724 / ASME B1.1 公布值逐位吻合,所以哪个单元格对不上,就是抄录错误。
  • 钢件底孔一列引用 ISO 2306;铸铁和铝件两列是厂商推荐的车间经验值,不是 ISO 值——在工艺卡上引用时要照此注明。M8 这一档铸铁的 +0.1 向下圆整成 6.8,所以“铸铁不留余量”只在这一档成立。
  • 所有扭矩值都是算出来的(M = K × d × F,K = 0.20、70% Rp0.2),不是标准表里的条目;实际 K 在 0.16–0.24 之间,所以只报扭矩、不报 K 和利用率,就是假精度。90% 利用率时把预紧力乘 1.286(一次性装配的接头,按 VDI 2230)。
  • 牙型饱满率(%)按公式(D − 钻头直径)/(1.299 × P)给出:标准钻头算得 77.0%(M8 为 73.9%);厂商图表对同一支钻头印的是 ≈75%,因为他们把牙顶折掉了——本页采用可复算的公式值。
  • 量规极限:6H 的 EI = 0,所以通规(GO)的下限就是基本 D1;但 GO/NO-GO 的实际制造极限要查 ISO 1502 / ASME B1.2 的量规表(付费文本——已声明为空缺)。通规(GO)管中径最小 + 小径最小(最大实体一侧);止规(NO-GO)管中径最大值。
  • M24(352.5 mm²)和 1-8(394.8 mm²)的应力截面是公式推导值,不是查 ISO 898-1 得来的——标准里 M24 公布的是 353 mm²;凡是用到的地方都已标注。
  • 细牙螺纹(M8×1、M10×1.25……)按设计不在本页范围内——底孔不同、旋合也不同;另外各家厂商的丝锥推荐值有 ±0.05 mm 的差异,我们按冲突记录,不做拉平处理。

常见问题

加工铝件时 M8×1.25 的底孔用多大?
6061 铝件用 6.9 mm,牙型饱满率 67.7%;受力部位用 6.8 mm(73.9%);最大不超过 7.0 mm(61.6%)。
M8 内螺纹的小径是多少?
6.647 mm(D1,螺母侧);螺栓侧的 d3 是 6.466 mm——两者混用是审图最经典的错。
1/4-20 UNC 的底孔用多大的钻头?
#7 钻头,0.2010 in(5.11 mm),牙型饱满率 75.4%;用 5.0 mm 公制钻头配合会偏紧。
M10 和 3/8-16 是一回事吗?
不是——大径 10.000 对 9.525 mm,应力截面下降 12.6%(58.0 → 50.7 mm²);只能应急替代。
M12、性能等级 10.9 的螺栓拧多少扭矩?
K = 0.20、70% Rp0.2 时为 133 N·m(55.5 kN);K 在 0.16–0.24 之间,可靠区间是 106–160 N·m。
M10、8.8 级螺栓能承受多大预紧力?
70% 利用率下是 26.0 kN(640 MPa × 58.0 mm²)——K = 0.20 时对应 52 N·m。
8.8 级螺栓能用 A2-70 不锈钢替代吗?
可以,但必须降扭矩:A2-70 屈服强度 450 对 640 MPa,M10 的扭矩从 52 降到 37 N·m(另加防咬合剂)。
铝件用 6.8 mm 底孔,为什么螺纹老是滑牙?
铝件粘刀、攻丝扭矩会突然飙升——把孔放到 6.9 mm(67.7%),旋合长度保持在 2× 直径以上。
要拧多少牙,螺栓才能发挥全部强度?
钢件一个直径,铝件 1.5 个直径;低于这个数,决定破坏载荷的就是螺纹(M8 在 61.6% 时拉脱强度为 0.83×)。
M14 粗牙的螺距是多少?
2.0 mm——和 M16 一样,所以车间老是拿错丝锥。
同一规格下 UNC 和 UNF 有什么区别?
大径相同(1/4 in = 0.2500 in),TPI 不同(20 对 28);1/4-20 的螺栓能拧进 1/4-28 的孔,但拧两牙就咬死。
M16 的应力截面是多少?
按 ISO 898-1 是 157 mm²——8.8 级 100.3 kN,10.9 级 147.3 kN,12.9 级屈服时 172.4 kN。
能用 12.9 级螺栓代替 10.9 级吗?
强度上可以(1220 对 1040 MPa),但 12.9 级塑性更低、电镀后易氢脆——要去氢烘烤,受冲击的接头要另行评审。
螺纹通规(GO)过得了,螺母却还是拧不下去,为什么?
通规(GO)只检查中径最小值和小径最小值(最大实体一侧);止规(NO-GO)检查中径最大值——直线度、倒角和螺距误差要另做检查。

标准与来源

  • S1 — ISO 261:1998,ISO 一般用途米制螺纹——总方案(iso.org/standard;系列与直径选择)
  • S2 — ISO 262:1998,螺钉、螺栓和螺母的选用规格(iso.org/standard;M3–M30 选型)
  • S3 — ISO 724:1993,基本尺寸(iso.org/standard;D1/d2/d3 公式已对照公布的 M8 行核验)
  • S4 — ISO 965-1:2013,公差与基础数据(iso.org/standard;6H / 6g 等级)
  • S5 — ISO 2306:1972,攻丝前使用的钻头(iso.org/standard;D − P 规则)
  • S6 — ISO 1502:1996,米制螺纹的量规与检验(iso.org/standard;GO/NO-GO 体系;量规极限表仍属已声明的空缺)
  • S7 — ASME B1.1-2019,统一英制螺纹(asme.org;UNC/UNF 几何已对照公布的 1/4-20 行核验)
  • S8 — ASME B1.2-1983(R2007),统一螺纹的量规与检验(asme.org;2B 量规体系;量规极限表仍属已声明的空缺)
  • S9 — ISO 898-1:2013,紧固件机械性能(iso.org/standard;8.8/10.9/12.9 数值与 As;M24 的 As 公布值 353 mm²)
  • S10 — ISO 3506-1:2020,不锈钢紧固件(iso.org/standard;A2-70 / A4-80)
  • S11 — Machinery's Handbook 第 31 版(industrialpress.com;% 牙型饱满率公式、底孔表、K 因子范围)
  • S12 — VDI 2230 第 1 部分(2015),螺栓连接的系统计算(0.7 / 0.9 利用率,M = K·d·F 模型)
  • S13 — 丝锥厂商实践经验(OSG / Gühring / Emuge 的常见推荐):铸铁与铝件余量——车间经验值,非标准值
  • S14 — FED-STD-H28/2B,统一螺纹联邦标准(UNC/UNF 系列交叉核对)

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