ขนาดรูเจาะนำ

วิธีคำนวณ

เปอร์เซ็นต์เกลียวคืออะไร

ดอกต๊าปตัดไม่ได้ขยายรู แต่ตัดร่องเกลียวลงไปในผนังรูเจาะ ยอดเกลียวในที่ได้จึงอยู่ที่ผิวรูเจาะเดิมพอดี รูเจาะยิ่งเล็ก ยอดเกลียวในยิ่งยื่นเข้าหาแกน และสัมผัสกับเกลียวของสลักเกลียวได้ลึกขึ้น เปอร์เซ็นต์เกลียว (Percentage of thread หรือ Thread engagement) บอกความสูงของเกลียวในที่ได้นี้ เทียบกับความสูงอ้างอิง $0.6495\,P$ ต่อข้าง

เมื่อเขียนเป็นเส้นผ่านศูนย์กลาง ความสูงเกลียวลดขนาดรูทั้งสองด้าน สูตรที่ใช้กันทั่วไปในงานช่างจึงเป็น

$$d_{\text{drill}} = D - \frac{\%}{100} \times 1.299\,P \qquad \% = \frac{D - d_{\text{drill}}}{1.299\,P} \times 100$$

เมื่อ

• $d_{\text{drill}}$ คือขนาดดอกสว่านเจาะรูนำ (มม.)
• $D$ คือเส้นผ่านศูนย์กลางระบุของเกลียว (มม.) เช่น M8 คือ 8 มม.
• $P$ คือระยะพิตช์ของเกลียว (มม.)
• $\%$ คือเปอร์เซ็นต์เกลียว
• $1.299\,P$ คือสองเท่าของความสูงอ้างอิง $0.6495\,P = \tfrac{3}{4}H$ เมื่อ $H = 0.866\,P$ คือความสูงของสามเหลี่ยมมูลฐานของเกลียวเมตริก

ความสูงอ้างอิงมาจากไหน

เกลียวทุกแบบเริ่มจาก สามเหลี่ยมมูลฐาน (Fundamental triangle) ซึ่งเป็นสามเหลี่ยมด้านเท่ามุม 60° ฐานกว้างเท่าระยะพิตช์ จึงสูง $H = \tfrac{\sqrt{3}}{2}P = 0.866\,P$ เกลียวจริงไม่มียอดแหลม แต่ตัดยอดและโคนของสามเหลี่ยมให้เป็นผิวเรียบ ความสูงเกลียวจึงขึ้นอยู่กับว่ามาตรฐานนั้นตัดยอดและโคนออกเท่าใด

ความสูงอ้างอิง $0.6495\,P$ มาจาก เกลียว American National ของสหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นต้นแบบของเกลียว Unified และเกลียวเมตริก ISO เกลียวแบบนี้มีผิวเรียบกว้าง $P/8$ ทั้งที่ยอดและที่โคน แต่ละด้านจึงตัดความสูงออก $H/8$ เหลือความสูงเกลียว

$$H - \tfrac{H}{8} - \tfrac{H}{8} = \tfrac{3}{4}H = 0.6495\,P$$

ตารางและสูตรรูเจาะนำในคู่มือช่างเครื่องกล เช่น Machinery's Handbook ใช้ความสูงนี้เป็นเกลียว 100% มาตั้งแต่ยุคนั้น และยังใช้กันต่อมาแม้มาตรฐานเกลียวจะเปลี่ยนไปแล้ว โปรไฟล์พื้นฐานของ ISO ตัดยอดเกลียวในออกมากกว่า คือผิวเรียบที่ D1 กว้าง $P/4$ ตัดความสูงออก $H/4$ ความสูงของเกลียวในตามแบบจึงเหลือเพียง $\tfrac{5}{8}H$ ความสูงต่าง ๆ เทียบกับความสูงอ้างอิงได้ดังนี้

ความสูงต่อข้าง	ค่า	เปอร์เซ็นต์เกลียว
สามเหลี่ยมมูลฐาน (ยอดแหลม) $H$	$0.866\,P$	133%
เกลียว American National $\tfrac{3}{4}H$ (ความสูงอ้างอิง)	$0.6495\,P$	100%
เกลียวนอก ISO วัดถึงโคนมน $\tfrac{17}{24}H$	$0.6134\,P$	94%
เกลียวใน ISO ตามโปรไฟล์พื้นฐาน $\tfrac{5}{8}H$ (รูเจาะ = D1)	$0.5413\,P$	83%
รูเจาะ $D - P$	$0.5\,P$	77%

ดังนั้นสำหรับเกลียวเมตริก 100% เป็นเพียงตัวเลขอ้างอิง ไม่ใช่เกลียวที่ทำได้จริง รูเจาะขนาด $D_1 = D - 1.0825\,P$ ให้เกลียวเต็มโปรไฟล์ที่ 83% แล้ว เกลียวที่เกิน 83% ไม่ได้ทำให้เกลียวสูงขึ้นอีก ดอกต๊าปต้องตัดเนื้อที่ยอดเกลียวออกเพิ่ม ซึ่งเพิ่มแรงบิดโดยไม่ได้ความแข็งแรงเพิ่ม เครื่องคำนวณจะเตือนเมื่อรูเจาะเล็กกว่า D1

อีกด้านหนึ่ง มาตรฐานยอมให้รูในของเกลียวในใหญ่กว่า D1 ได้ตามเกณฑ์ความคลาดเคลื่อน เช่น M8 เกรด 6H ยอมให้รูในอยู่ระหว่าง 6.647 ถึง 6.912 มม. หรือเกลียวประมาณ 67% ถึง 83% ดอกสว่าน 6.8 มม. (74%) จึงอยู่กลางช่วงนี้พอดี ส่วนรูเจาะที่ใหญ่กว่าขอบบนจะได้เกลียวที่เกินเกณฑ์ความคลาดเคลื่อน

ควรเลือกกี่เปอร์เซ็นต์

เกลียว 77% ให้รูเจาะนำประมาณ $D - P$ ซึ่งเป็นกฎที่ช่างจำกันทั่วไป เช่น M8 ใช้ดอกสว่าน 6.8 มม. ข้อมูลที่อ้างกันแพร่หลายระบุว่าเกลียวประมาณ 75% รับแรงได้ราวร้อยละ 95 ของเกลียวเต็ม แต่ใช้แรงบิดในการต๊าปเพียงราวหนึ่งในสามของเกลียว 100% การเพิ่มเปอร์เซ็นต์เกลียวจึงได้ความแข็งแรงเพิ่มขึ้นน้อยมาก แต่เสี่ยงดอกต๊าปหักมากขึ้น เพราะเกลียวที่ยาวพอ (ประมาณ 1 ถึง 1.5 เท่าของ D ในเหล็ก) มักแข็งแรงกว่าสลักเกลียวอยู่แล้ว

• 50% ถึง 65% วัสดุแข็งหรือเหนียวที่ตัดยาก เช่น สเตนเลสและไทเทเนียม หรือเกลียวที่ลึกกว่า 1.5 เท่าของ D
• 65% ถึง 77% งานทั่วไปในเหล็กกล้าและอะลูมิเนียม
• 77% ถึง 83% วัสดุอ่อน เช่น อะลูมิเนียมหล่อหรือพลาสติก หรือเกลียวสั้นในแผ่นบาง ที่ต้องการเนื้อเกลียวให้มากที่สุด

ดอกต๊าปรีด

ดอกต๊าปรีด (Forming tap) ไม่ตัดเนื้อวัสดุ แต่กดผนังรูให้เนื้อวัสดุไหลขึ้นเป็นยอดเกลียว เนื้อที่ถูกกดลงไปเป็นร่องเกลียวจึงกลายเป็นยอดเกลียวที่ยื่นเข้าหาแกน รูเจาะนำจึงใหญ่กว่าของดอกต๊าปตัดมาก ผู้ผลิตดอกต๊าปใช้สูตร

$$d_{\text{drill}} = D - 0.0068 \times \% \times P$$

เปอร์เซ็นต์เกลียวในสูตรนี้ มีความหมายเดียวกับของดอกต๊าปตัด คือความสูงของเกลียวที่ได้ วัดที่ปลายยอดเกลียว เทียบกับ $0.6495\,P$ หรือพูดอีกแบบคือบอกเส้นผ่านศูนย์กลางรูในของเกลียวที่รีดเสร็จ $\approx D - \tfrac{\%}{100} \times 1.299\,P$ เช่น M8 เกลียว 65% ได้รูในประมาณ 6.94 มม. เท่ากับดอกต๊าปตัดที่ 65% สิ่งที่ต่างกันคือขนาดรูเจาะ ดอกต๊าปตัดเจาะรูเท่ากับรูในที่ต้องการเลย ส่วนดอกต๊าปรีดเจาะรูใหญ่กว่า แล้วกดเนื้อให้ไหลเข้าไปถึงระดับนั้น ภาพด้านล่างเทียบเกลียว 65% ของดอกต๊าปทั้งสองชนิด

ร่องแยกเป็นเรื่องปกติของเกลียวรีด ยิ่งเปอร์เซ็นต์ต่ำ ร่องยิ่งลึก ที่ประมาณ 100% สูตรให้รูเจาะ $D - 0.68\,P$ ใกล้กับเส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์ $D_2 = D - 0.6495\,P$ ซึ่งมีเนื้อพอเติมยอดเกลียวเต็ม ร่องแยกจึงปิด เกลียวรีดรับแรงที่สีข้างเกลียวเหมือนเกลียวตัด ร่องที่ยอดจึงลดความแข็งแรงไม่มาก ตัวเลข 0.0068 เป็นค่าที่ผู้ผลิตกำหนดจากการทดลอง แต่ละรายต่างกันเล็กน้อย

ผู้ผลิตส่วนใหญ่แนะนำเกลียวรีด 55% ถึง 75% เครื่องคำนวณนี้ตั้งค่าเริ่มต้นไว้ที่ 65% เช่น M8 ได้รูเจาะ 7.45 มม. ใช้ดอกสว่าน 7.4 มม. เนื่องจากเปอร์เซ็นต์มีความหมายเดียวกัน เกณฑ์ความคลาดเคลื่อนของรูในจึงใช้ได้กับเกลียวรีดด้วย M8 เกรด 6H ต้องการเกลียวอย่างน้อยประมาณ 67% (ค่าแน่นอนขึ้นกับระยะพิตช์) ค่าเริ่มต้น 65% จึงได้รูในใหญ่กว่าเกณฑ์เล็กน้อย แต่เมื่อปัดเป็นดอกสว่าน 7.4 มม. จะได้เกลียวประมาณ 71% ซึ่งอยู่ในเกณฑ์ ถ้างานต้องผ่านเกจ 6H ให้ตรวจว่ารูในอยู่ในช่วงนี้ การรีดเกลียวสูงเกินไปทำให้เนื้อวัสดุไม่มีที่ไป แรงบิดสูงขึ้นมากจนดอกต๊าปหักได้ ส่วนการเจาะรูเล็กเกินไปเพียงเล็กน้อยก็ส่งผลมากกว่าดอกต๊าปตัด ดังนั้นควรใช้ค่าจากแคตตาล็อกของดอกต๊าปที่ใช้จริง ดอกต๊าปรีดใช้ได้กับวัสดุเหนียวที่ยืดตัวได้ เช่น เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ สเตนเลส อะลูมิเนียม และทองแดง ไม่เหมาะกับเหล็กหล่อหรือวัสดุเปราะ