斜孔螺钉接合:螺钉规格、强度与局限

斜孔是在一块构件上斜着钻出的带沉孔的孔,螺钉可以小角度进入,拧进另一块的面或边。夹具定角度和深度,阶梯钻头一次下钻同时完成沉孔和引导孔,整个接头不到一分钟完成,也不用等胶干。

它快,而且在施工过程中能把零件保持对位,所以门框骨架、工房柜子、夹具和拆装家具里到处是它。但它本质上仍是一颗部分拧进端面或窄边的螺钉,所以值得知道它在哪里就不再是正确答案了。

Woodgears 的 Matthias Wandel 在试验台上破坏椅子尺度的接头,加载点在距立柱 20 厘米处。他的云杉斜孔螺钉接头在 115、110、140 磅时破坏,2 英寸 7 号螺钉从立柱中拔出。把同一根横档拧进槭木立柱后升到 140 磅,破坏形式是横档在斜孔周围劈裂。槭木上用 2 英寸 8 号螺钉时,接头达到 220 磅,最终斜孔处劈开。

同一台设备上的对照:榫卯在云杉上平均 172 磅,槭木上达到 300 和 270 磅;圆榫在云杉上平均 135 磅,槭木上 230 到 245 磅。

数字只是一半。Wandel 报告说,所有螺钉接头在彻底破坏之前很久就已经张开好几度——超过了他认为家具可接受的程度;他的结论是:对强度要紧的家具应避免螺钉接头,而锯马、脚手架和包装箱则完全适用,因为在那里渐进屈服反而有用。

Kreg 自己的选型指南把厚度放在第一位,并明确指出:家居建材店卖的木材多按名义尺寸命名,而名义尺寸大于实际板厚,所以必须先量实际厚度,再定螺钉长度和夹具定位环的位置。

螺纹类型跟着木材走。

• 粗牙用于软木和人造板:松木、雪松、冷杉、云杉、杨木、山杨、椴木、灰胡桃、胶合板、刨花板、中纤板和三聚氰胺板。密度低、纤维松,需要深而强势的螺纹才咬得住。
• 细牙用于硬木:栎木、槭木、樱桃木、桦木、白蜡木、胡桃木、桃花心木、山核桃。粗牙会撕裂致密纤维、把板劈开;细牙不那么强势,但牙数更多,保持了握持力。

最后看使用环境:室内用镀锌螺钉,任何要放在室外的都用耐腐蚀螺钉。

• 门框骨架——两根横档加两根竖挺,平放在工作台上,没有需要对抗的夹持力。这正是这套系统当初为之设计的场景。
• 工房柜子、夹具、工作台底座——速度和可拆卸性胜过最后那 40% 的强度。
• 从下方固定桌面——拧进围板,需要给木材变形留余量时用长圆孔或卡扣。
• 胶合板柜体——用粗牙,而且螺钉要打进层板的面上,不要打进脆弱的板边。
• 柜背板和箱底板——这是 Wandel 自己划出的例外:用螺钉把背板固定到五斗柜后面、把底板固定到箱子底部,完全可以。

不该用的地方:椅架、桌架,以及其他承受反复摇晃的结构。他的试验发现这种接头在破坏前先张开,而对坐在上面的人来说,一把已经张开的椅子就已经是坏的了。

量出板的实际厚度,把夹具定位环和钻头上的限位环都调到对应位置,再用同一批料的边角先试钻一个孔。拧螺钉之前先把两个零件夹紧——斜孔螺钉在就位时会把零件往侧面拉,不夹的话接头会错位。

即便如此也要在贴合面上上胶。螺钉相当于一个永久留在原位的夹具;而在顺纹对顺纹的贴合面上,胶出的力比螺钉更多。《木材手册》关于端面的结论在这里同样适用:端面的孔隙度比径面或弦面高出许多倍,胶液会过度渗入,所以别指望端面的胶合接触能加多少分。

最后,别把斜孔开在要露面的表面上。市面上有补孔塞,但它们永远不会完全消失,尤其在上色之后——补塞的端面吃色方式跟周围的板面不一样。