“工具五金标准化现状和发展”国际论坛演讲（四）——手工具与紧固件之间的关系论述
手工具中的套筒扳手、呆扳手、梅花扳手、棘轮扳手、螺钉旋具与内六角扳手是驱动螺栓、螺母、螺钉的必备工具。
手工具与紧固件之间的关系它体现在三个方面：最小扭矩关系、扳拧形式设计关系、公差配合关系。作者主观认为公差配合为重要关系。
上述三者关系，制造工厂处理得当它将给使用者带来无限的效益。
论述一 扭矩关系
紧固件是应用最广泛的机械基础件，需求量很大。呆扳手、梅花扳手、套筒扳手、螺钉旋具、内六角扳手与螺栓、螺母和螺钉有着驱动与被驱动关系，尤其论点中三个方面极为重要，它影响到工具与紧固件两者使用功能与寿命。
如果两者公差处在极限尺寸也将影响螺栓的最小预紧力；尤其呆扳手刚性差更为明显；请看扳手与紧固件之间最小扭矩关系图。
扳手与紧固件之间最小扭矩关系图
图中红色曲线为六角螺栓扭矩曲线，绿色是呆板手扭矩曲线；它们两者紧紧挨着。一旦两者配合间隙处在极限尺寸；从实验室表明工作时不是面接触而是线接触，紧固件棱角宏观发生圆滑态势明显。
从扳手与紧固件之间最小扭矩关系曲线图明显看出工具最小扭矩必须大于紧固件最小扭矩。
论述二 扳拧形式设计关系
在ISO 4759-1《紧固件公差；第一部分螺栓和螺母 产品等级》；中国的GB/T 3103.1《紧固件公差 螺栓、螺钉、螺柱和螺母》两标准规定了A级、B级、C级三种。产品等级由公差精度确定，A级精度最高、C级精度为最低。对紧固件扳拧部位分为二种型式:外扳拧、内扳拧。
外扳拧的螺栓、螺母紧固件对边宽度s（被驱动部位）ISO 4759-1《紧固件公差；第一部分 螺栓和螺母 产品等级》标准，确定了A级B级公差为h13-h14，C级在h14、h15、h16、h17之间。外扳拧的形状一般为六角形状与四方形状。
内扳拧的紧固件主流为内六角螺钉和头部驱动为槽形状的螺钉。例如：一字槽、十字槽等等。
内六角螺钉驱动部位对边宽度s只有A级精度，没有B与C级精度。
内扳拧的紧固件它对应的常用工具为螺钉旋具中各种螺丝批、各种旋具头和内六角扳手；它们驱动对象是螺钉。工作部驱动形式是一字槽、十字槽、米字槽、四方形、内六角形、一字开口形、两翼形、三翼形、四翼形、内六角花形、内十二角形等（附图）。
外扳拧的紧固件它对应的常用工具为套筒扳手、呆扳手、梅花扳手,它们驱动对象是螺栓与螺母。
内扳拧的紧固件它对应的常用工具为螺钉旋具中各种螺丝批、各种旋具头和内六角扳手；它们驱动对象是螺钉。
内扳拧头部设计形式
工具在使用过程，内扳拧的内六角扳手对角宽度e在施加大力矩时会变圆甚至打滑。十字槽螺钉旋具紧固螺钉时操作中既要径向旋转力又要轴向推力，会引起打滑定位不准，导致螺钉头部的损伤。十字槽螺钉旋具在紧固PH3以上螺钉，容易造成操作工人手腕的疲劳。
外扳拧扳手和内扳拧旋具均存在以上类似缺陷，这是设计上和公差配合的因素；尤其外扳拧扳手与紧固件的配合均为间隙配合。外扳拧扳手制造时对边尺寸s孔的公差在上极限偏差，紧固件的六角对边宽度s在下极限偏差就很容易发生上述现象，内扳拧也是如此。下面将美国浩明公司在研发内六角花形（TORX）螺钉旋具设计的极致案例给大家分享。
上世纪60年代，美国浩明全球科技有限公司研发出系列的TORX（内六角花形）螺钉旋具和与其匹配的紧固件，其产品也有外扳拧式与内扳拧式。它大量的运用在航空制造业及高端制造中。上世纪90年代又研发出TORX PLUS（增强内六角花形）；它由六个椭圆弧齿形几何结构组成（见图），能够承受更大的扭力，使螺钉旋具的使用寿命更长，并能消除螺钉旋具打滑的缺陷。
其特点是0゜驱动角，消除了内应力，改善了驱动螺钉的性能；使螺钉旋具齿口的扭矩强度增加25%N.m，提高了驱动螺钉时安全系数。
能用于直径从M0.6到M24的螺栓与螺钉；其优点该驱动工具的寿命增加了100%，减少驱动工具齿部塑性变形的概率，具有较大力矩的传速能力、缩短了装配线上停机等待，改善了驱动工具与紧固件接合部的配合。
同时在驱动螺栓或螺钉时减轻了操作工人的疲劳。浩明公司认为TORX PLUS胜过任何有竞争力的驱动螺栓与螺钉技术 ，其拥有最充分的接触面，椭圆弧齿形的几何结构形式十分独特，它能使扳手或旋具与紧固件螺钉头接合部的啮合程度达到最佳，使驱动螺钉的驱动力分布在整个啮合表面，从而延长了工具的使用寿命，而且传速的力矩为最大。
这是其它驱动螺栓与螺钉都做不到的。TORX PLUS具有较高的力矩传速特性,排除了在紧固标准件引起内应力。TORX PLUS的技术，是驱动螺栓或螺钉唯一能够确保力矩达到最佳状态的驱动方法。TORX PLUS驱动的工作部侧壁是笔直的,而且TORX PLUS旋具完全包容螺栓或螺钉头的槽口，减少工作时打滑的可能性，降低了因打滑损伤螺钉头表面的概率。
美国浩明公司TORX产品设计的如此完美，关键是浩明公司即制定了内六角花形（TORX）工具标准，同时又制定了内六角花形螺栓与螺母产品标准；这样对公差配合的把控非常到位。
论述三 公差配合关系
外扳拧式的套筒扳手、呆扳手、梅花扳手，ISO 4759-1给定的是一个基轴制的配合；所谓的基轴制就是基本公差为一定的轴的公差带，与不同基本偏差孔的公差带形成各种配合的一种规则，它是一个基轴制间隙配合；也就是说六角螺栓与螺母其对边宽度s上极限偏差为零，是一个负公差的基准轴。
ISO 4759-1《紧固件公差；第一部分 螺栓和螺母 产品等级A.B和C级》标准规定了A级螺栓、螺母公差等级为h13-h14。ISO 691《螺钉和螺母用装配工具扳手和套筒扳手的开口常用公差》和中国GB/T 4390《扳手开口和扳手孔常用公差》规定了套筒扳手、呆扳手、梅花扳手对边尺寸s公差，它的公差带是一个正公差。
为了更能理解我们举个示例：8mm的扳手，从ISO 691《螺钉和螺母用装配工具扳手和套筒扳手的开口常用公差》，中国GB/T 4390《扳手开口和扳手孔常用公差》标准中查出下极限偏差+0.03mm上极限偏差+0.15mm；驱动M5的螺栓其六角头对边宽度s=8mm,从GB/T 1803《极限与配合 尺寸至18mm孔、轴公差带》标准查出h13上极限偏差为零，下极限偏差负0.22mm。
如果扳手对边尺寸s在上极限尺寸，紧固件六角螺栓对边宽度s在下极限尺寸（孔大轴小），它们最大间隙0.37mm，此时精度最差摆动角11度；如果扳手对边尺寸s在下极限尺寸、紧固件六角螺栓对边宽度s在上极限尺寸（孔小轴大），它们最小间隙0.03mm，此时质量精度最佳摆动角1.5度。
如从模具寿命来说；紧固件工厂会将模具设计为接近下极限尺寸（凹模最小）；工具制造工厂会将模具设计为上极限尺寸（镦棒或拉刀最大），这样两家工厂的模具寿命最长；但会出现上述的最大间隙0.37mm，产品精度不高，虽然这概率小，但理论上是存在的。
假设我们将8mm的扳手与M5的螺栓两者公差进行优化，扳手对边尺寸s下极限偏差+0.04mm、上极限偏差+0.08mm（相当于D9)；紧固件六角螺栓与螺母对边宽度s上极限偏差为零，下极限偏差 -0.06mm（相当于h10=IT10)。它们是基轴制的间隙配合，配合代号D9/h10。
这样它们两者间隙处在min0.04mm、max0.14mm之间；与之前0.37mm配合间隙比较，精度提高2倍之多，标准公差IT往前推进了3个等级;摆动角减少7°左右。
要体现出我国制造大国工具产品的精度，工具与紧固件均要优化公差带走向高端；在制定标准时要优选好公差带；这非常重要。
标准公差IT分20个等级(Standard Tolerance)，即IT01-IT18，它与孔H&轴h公差带是对应关系（IT13=h13)；【标准公差给定的数值与孔H、轴h的极限偏差中的公差带的绝对值是一样的】。通过上述案例分析，引用ISO标准生产的工具与紧固件配合的标准公差处在IT13-IT17之间，可以说在标准公差等级15-19位置，这足以说明工具与紧固件的制造精度提升空间很大。
所以中国在制定标准时，也不能一味按ISO的标准去套，应该按本国行业内制造水平去制定出符合本国国情的标准，尽可能将标准公差IT值往前推移，这样才能体现出标准的先进性、创新性和前瞻性。同时也体现出制造大国的优势 ；使中国尽快步入世界采标先进国家行列。
内扳拧紧固件的螺钉旋具，从紧固件孔的公差看不出是基孔制还是基轴制，但它们的配合公差比外扳拧要小的多。ISO 2936《内六角扳手》标准规定了内六角扳手为h11公差带（它高出扳手2个IT等级），是基准轴，内六角螺钉是一个基轴制配合的孔；紧固件工厂要围绕内六角扳手公差来生产，因为内六角扳手是一个上极限偏差为零的负公差带的基准轴。
通过论述，上述标准对扳手&螺钉旋具在制造过程选用的是基轴制配合中的间隙配合；很遗憾没有优先采用基孔制原则。外扳拧工具按螺栓、螺母去配合；内扳拧工具按六角扳手与螺钉旋具去配合。
结论
我国手工具标准为工具五金标准化分技术委员会管理；紧固件为全国紧固件标准化技术委员会管理，两者之间无互通渠道；不像本文中的美国浩明公司即制定工具标准又制定产品标准，两者有双边兼容的管理权限；所以对公差的定论很精准。
我们会出现扳手&螺钉旋具与紧固件公差匹配不理想之处，在配合制上不符合公差配合优先采用基孔制原则；尤其C级螺栓、螺母公差可以宽容到h17级（IT17级）处在标准公差等级的尾部，显现出ISO 4759-1标准不足。故此我们很有意义来探讨《手工具扳手&螺钉旋具与紧固件公差配合的论述》。
目前在工具制造过程还存在公差带处在间隙最大化边缘现象、理论上叫极限尺寸；尤其小微企业，加之紧固件工厂制造的螺栓、螺母、螺钉驱动部的公差较宽，以及ISO 4759-1现行标准给定的公差参数IT标准公差等级水准低下，导致两者公差配合不在最佳理想状态；使用时会发生打滑、工具失效、工件损坏、更严重造成人身事故。所以工具与紧固件驱动部的扳拧形式创新设计、公差配合非常重要。
随着全球制造加工水平能力的提升，计算机软件不断地嵌入工作母机，设备智能化越来越高。上述公差已经沿用了二十几年；能否将 ISO 4759-1《紧固件公差；第一部分 螺栓和螺母产品等级A.B和C级》公差带至少往上提升1-2个水准点；例如：h13-h14提升为h11-h12（标准公差等级IT11-12级）;建议取消C级精度的螺栓与螺母紧固件。ISO 691《螺钉和螺母用装配工具扳手和套筒扳手的开口常用公差》和中国GB/T 4390《扳手开口和扳手孔常用公差》也要相应优化工具的公差带。
所以借此机会向国际标准化组织第29技术委员会ISO/TC 29/SC 10 提出修订议案。并通过你们望能转交给ISO/TC 2 紧固件技术委员会SC 7紧固件基础标准分委员会探讨。我国工具五金标准化分技术委员会与紧固件标准化技术委员会，两者是否能打通技术交流渠道 实现开放融合。
不管是外扳拧还是内扳拧工具制造工厂；尤其是套筒工厂、扳手工厂、螺钉旋具工厂、内六角扳手工厂一定要关注所对应的紧固件；制定好企业标准，用好材料，设计好产品外形、掌握好表面加工纹理，做好热处理与表面处理；生产出一流的高端产品。为中国制造2025从工业大国到工业强国做好标准制定与贯彻工作。工具是人类文明的助推剂；努力做好工具给人类带来更多的幸福指数。
