從事緊固件多年，你知道螺栓的歷史來(lái)源嗎？

　　乍一看，螺栓只是將東西連在一起，似乎平凡無(wú)奇。但是深究下去，您就會(huì)意識(shí)到，比起第一印象，看似無(wú)足輕重的螺栓和螺絲背后其實(shí)隱藏著更多秘密。沒(méi)有它們，所有器具和機(jī)器都會(huì)支離破碎。

　　螺栓是建筑和機(jī)械設(shè)計(jì)中最常用的零件之一。它們將各種東西連在一起——從電動(dòng)牙刷和門鉸鏈中的螺絲，到用來(lái)固定建筑物中的混凝土支柱的大量螺栓，林林總總，包羅萬(wàn)有。但是，您有否曾停下來(lái)想過(guò)它們實(shí)際上來(lái)自哪里?

德國(guó)《波拉徳火器史》收錄的一篇成稿于1475年的手稿中，詳細(xì)記載并繪出了最早的火繩槍，其槍機(jī)是用兩顆帶溝槽的螺絲釘固定在槍托上的。之所以使用螺絲釘，是為了應(yīng)對(duì)槍管連續(xù)引爆火藥時(shí)所產(chǎn)生的震動(dòng)，使槍機(jī)不致因此從槍托上松脫。

　　早期的螺絲釘都是通過(guò)手工制作的。在制作時(shí)，要先鍛造出螺絲釘?shù)尼斉?，再用錘子在釘胚上敲出釘頭和圓形的釘身；然后，用鋸子在釘頭上鋸出一道溝槽，再使用一種叫做“板牙”的螺絲鋼板制造螺紋。

　　由于制作工序復(fù)雜且價(jià)格昂貴，早期的螺絲釘是論個(gè)賣的，其應(yīng)用并不廣泛。直到16世紀(jì)中葉，它的應(yīng)用領(lǐng)域也僅限于盔甲、火槍以及鐘表制造等為數(shù)不多的行業(yè)。

　　雖然螺紋的歷史可以追溯到公元前400年，但現(xiàn)代螺栓和螺絲工藝中最重要的發(fā)展卻是在過(guò)去150年間取得，而專家們對(duì)微不足道的螺母和螺栓的起源持有不同看法。Frederick E. Graves在他的文章《螺母與螺栓》 中提出，螺紋栓和配套螺母用作緊固件的歷史只能追溯到15世紀(jì)。他依據(jù)15世紀(jì)早期的一本書中第一次出現(xiàn)以印刷形式記錄的螺絲，得出該結(jié)論。

　　但是，Graves也承認(rèn)盡管螺紋栓可以追溯到15世紀(jì)，然而沒(méi)有螺紋的螺栓卻可以追溯到羅馬時(shí)代，當(dāng)時(shí)這些螺栓被用來(lái)「閂門，作為開關(guān)門的轉(zhuǎn)軸和楔形螺栓：閂條或螺桿上帶有槽口，可將楔子插入當(dāng)中，讓螺栓無(wú)法移動(dòng)。」他還表示羅馬人用青銅甚至是銀制造出第一個(gè)螺絲。螺紋為手工挫制，或是先將金屬絲繞在螺桿上，焊接后形成螺紋。

　　根據(jù)螺栓專家Bill Eccles的研究，螺紋的歷史還要更早些。阿基米德發(fā)現(xiàn)了螺旋原理，并用于建造提水的設(shè)備。但是，有跡象顯示螺旋抽水機(jī)或許誕生于埃及，時(shí)間早于阿基米德時(shí)期。該設(shè)備用木頭建造，被用來(lái)灌溉土地以及排出船艙底的污水。Eccles在他的網(wǎng)站上寫道：「但是許多人都認(rèn)為螺紋在公元前400年前后由〔希臘哲學(xué)家〕阿爾希塔斯發(fā)明。阿爾希塔斯被稱為力學(xué)創(chuàng)始人，與柏拉圖屬于同一時(shí)代?！?/span>

阿基米德

　　歷史可以分成兩個(gè)部分：公元前400年前后，螺紋問(wèn)世，人們用它來(lái)提水、壓榨葡萄汁釀酒等；而緊固件本身的歷史則大概已有400年左右。步入15世紀(jì)，古騰堡在他印刷機(jī)的緊固件中使用螺絲。接著，使用螺絲的趨勢(shì)日漸廣泛，使用范圍更擴(kuò)大到時(shí)鐘和裝甲等物品。據(jù)Graves表示，萊奧納多·達(dá)·芬奇在15世紀(jì)晚期和16世紀(jì)早期留下的筆記本中載有一些關(guān)于螺紋切削機(jī)床的設(shè)計(jì)。

德國(guó)《沃爾夫格城堡中世紀(jì)家庭全書》中記錄的世界最早的螺絲切割機(jī)。書中繪有螺絲釘連接金屬的圖片，這說(shuō)明，至少在15世紀(jì)時(shí)，螺絲釘就已經(jīng)出現(xiàn)。

　　但是關(guān)于這個(gè)話題，多數(shù)研究者都同意的是，工業(yè)革命加快了螺母和螺栓的發(fā)展，并且使它們成為工程和建筑領(lǐng)域里的重要零部件。

　　W.R. Wilbur在1905年出版的《美國(guó)螺母和螺栓行業(yè)的歷史》中承認(rèn)，第一臺(tái)用來(lái)制造螺栓和螺絲的機(jī)器由貝松（Besson）于1568年在法國(guó)制造，Besson后來(lái)引入了螺紋切削牙規(guī)或板牙，用于車床中。1641年，英國(guó)公司Hindley of York對(duì)該設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)，使之得到廣泛運(yùn)用。

1579年，雅克?貝松設(shè)計(jì)的螺絲切割車床。

　　在大西洋彼岸的美國(guó)，關(guān)于螺栓的歷史記錄可在Carriage Museum of America中找到。19世紀(jì)初用于車輛上的螺母，要比后來(lái)的扁平而方正，后來(lái)的螺母都有倒角，螺栓被加工為平頭形狀。在這個(gè)時(shí)期，生產(chǎn)螺栓是一個(gè)繁瑣而又艱苦的過(guò)程。

　　緊固件的螺紋起初以手工制成，但是沒(méi)過(guò)多久，由于需求大增，有必要加快生產(chǎn)流程。1760年在英國(guó)，J and W Wyatt引入工廠制造流程，大規(guī)模生產(chǎn)螺紋。但是，這個(gè)重大發(fā)展帶來(lái)了另一個(gè)挑戰(zhàn)：每家公司都生產(chǎn)自己的螺紋、螺母和螺栓，因此市場(chǎng)上充斥著大量不同尺寸的螺紋，給機(jī)械制造商帶來(lái)不少麻煩。

　　直到1841年，約瑟夫·惠特沃斯 成功找到解決方案。經(jīng)過(guò)多年研究及收集許多英國(guó)工廠的樣本螺絲，他建議為英國(guó)的螺紋尺寸制定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，以便英格蘭廠家生產(chǎn)的螺栓和格拉斯哥廠家生產(chǎn)的螺母可以配在一起使用。他的提議是，螺紋面的角度以55度為標(biāo)準(zhǔn)，每英寸的螺紋扣數(shù)應(yīng)該根據(jù)不同的直徑來(lái)界定。

　　當(dāng)這個(gè)問(wèn)題在英國(guó)得到解決之時(shí)，美國(guó)人也在想方設(shè)法解決同樣的問(wèn)題，并且開始使用惠氏螺紋。1864年，威廉?塞勒斯 提出了60度的螺紋牙型和多種螺距，可適用于不同的直徑。這后來(lái)發(fā)展成美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的粗牙系列和細(xì)牙系列。相比英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，他們的螺紋牙型具有扁平的牙底和牙頂。相比擁有圓形牙底和牙頂?shù)幕菔蠘?biāo)準(zhǔn)，它更容易進(jìn)行生產(chǎn)。但是，人們發(fā)現(xiàn)惠氏螺紋在動(dòng)態(tài)應(yīng)用方面的性能更出色，而且惠氏螺紋的圓形牙底能改善老化問(wèn)題。

　　第一次世界大戰(zhàn)期間，不同國(guó)家的螺紋缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，成為抗戰(zhàn)的一大障礙；第二次世界大戰(zhàn)期間，對(duì)盟軍來(lái)說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題變得更加嚴(yán)重了。1948年，英國(guó)、美國(guó)和加拿大就統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)螺紋達(dá)成一致，并以此作為所有使用英制單位的國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)使用的牙型與德國(guó)于1919年制定的DIN公制螺紋類似，是惠氏螺紋牙型和塞勒斯螺紋的最佳組合。但是，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)螺紋的牙底半徑更長(zhǎng)，事實(shí)證明比DIN公制螺紋牙型更有利。這促成了ISO公制螺紋的產(chǎn)生，亦即今天所有工業(yè)化國(guó)家廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)。

　　最近幾十年，在這個(gè)行業(yè)工作的人見(jiàn)證了螺栓的許多調(diào)整。Eccles回憶說(shuō)：「我在35年前開始涉足這個(gè)行業(yè)，當(dāng)時(shí)螺栓的優(yōu)勢(shì)不像今天這么明顯。隨著現(xiàn)代公制類別的引入，以及最近對(duì)相關(guān)ISO標(biāo)準(zhǔn)的更新，現(xiàn)在關(guān)于螺栓優(yōu)勢(shì)的描述和用來(lái)確定其特性的測(cè)試方法，都更加清晰了?！?/span>

　　由于原料工業(yè)變得更加發(fā)達(dá)，螺栓的DNA也從鋼鐵變成了其他更新奇的材料，以滿足日新月異的行業(yè)需求。過(guò)去20年，鎳基合金領(lǐng)域有所發(fā)展。鎳基合金可在高溫環(huán)境下工作，比如渦輪增壓器和發(fā)動(dòng)機(jī)，而鋼鐵在該環(huán)境下的表現(xiàn)則不佳。近期研究專注于輕金屬螺栓，比如鋁、鎂和鈦。

　　如今的螺栓技術(shù)相比手工制造的螺栓和螺絲，以及客戶只能選擇堿性鋼螺母和螺栓的時(shí)代，已有長(zhǎng)足發(fā)展。今天，很多企業(yè)在螺栓技術(shù)方面取得了巨大改善，當(dāng)中包括楔入制鎖系統(tǒng)?？蛻艨蛇x擇預(yù)裝的鋅涂層或不銹鋼墊圈、專為平底鋼輪輞設(shè)計(jì)的車輪螺母或者為不同應(yīng)用定制的組合螺栓。

　　現(xiàn)在，人們也更加強(qiáng)調(diào)分析接頭。Eccles 解釋：「過(guò)去，人們習(xí)慣于只根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定緊固件的尺寸，然后雙手合十祈禱它的成效。如今，人們更加關(guān)注在制造產(chǎn)品和推向市場(chǎng)前，分析和確保產(chǎn)品效能的工作?！?/span>