Винты являются представителями большого семейства резьбовых крепежных элементов, в которое входят также болты, резьбовые шпильки, саморезы по дереву и металлу. Конструктивно любой винт состоит из рабочего стержня, с нанесенной на нее резьбой и элемента, служащего для передачи крутящего момента. В качестве последнего могут выступать головки разной формы, под ключ или с шлицами под отвертку, а также просто шлицы, расположенные в торце стержня. Винты служат для соединения деталей и, в некоторых случаях, могут являться осью для вращения детали или направляющей.
Наиболее распространенными являются машиностроительные винты и крепеж, используемый с деревом. Винты, применяемые для соединения металлических деталей, используются с гайками или требуют отверстия с нарезанной резьбой. Винты для работы с деревом удерживается в материале благодаря конической форме и резьбе, захватывающей древесину.
Первые винты и оборудование для их изготовления
Несмотря на то, что первые крепежные элементы, схожие по конструкции и принципу работы с винтами, появились более 2 тысяч лет назад, считается, что современный металлический винт был впервые изготовлен в эпоху Возрождения. Первые винты изготавливались мастерами вручную, поэтому вряд ли можно было найти два абсолютно одинаковых метиза. Массовое внедрение такого крепежа было невозможно из-за трудоемкого и длительного процесса изготовления резьбы. Винты позднего Средневековья были дорогими и редкими изделиями до создания в 1586 году первого станка для производства резьбовых изделий. Изобретатель аппарата, Жак Бессон, был придворным инженером короля Франции Карла IX и разработка станка финансировалась за счет казны. Устройство сложно было назвать производительным, но оно дало толчок для развития техники в этом направлении.
Первая машина, которая могла выпускать винты серийно, была создана в Англии, в 1760 году братьями Джобом и Уильямом Уайт. Устройство могло производить до 10 изделий в минуту, что казалось в XVIII столетии настоящим чудом. Тем не менее, современный метод производства резьбового крепежа имеет мало общего с технологией братьев Уайт. Концепция, используемая производителями сегодня, была разработана опять же в Англии, инженером Генри Модсли, в начале XIX столетия. Машина Модсли была первой, использующей для нарезки резьбы метчики и плашки, и именно поэтому она считается прародительницей токарно-винторезного станка. Еще одна заслуга британского изобретателя – это создание стандартов для резьбовых элементов. До внедрения этих правил каждый изготавливал винты так, как ему хотелось и ни о какой совместимости не было и речи. Генри Модсли первый заговорил о том, что любой винт с заданным размером, должен подходить к внутренней резьбе того же размера, нарезанной на гайке или в отверстии.
Одновременно с англичанином Модсли работали над проблемой массового производства винтов и за океаном. Инженер Дэвид Уилкинсон разработал винторезно-токарный станок собственной конструкции и даже получил на свое детище патент. Чуть позже, в 1845 году, появился более совершенный станок разработки Стивена Финча, а сразу же после Гражданской войны изобретатель и рационализатор Кристофер Уокер продемонстрировал полностью автоматический токарный станок, способный массово производить винты с параметрами высокой точности. Первая фабрика по выпуску резьбовых метизов, принадлежащая компании Abom and Jackson, открылась в 1810 году в Америке, на Род-Айленде. К 1895 году производство стало настолько массовым, что компании, выпускающие винты, стали объединяться в отдельные профсоюзы.
Современное производство винтов: технология и материалы
Несмотря на то, что основные положения о винтах, озвученные Генри Модсли, остались незыблемыми, технология нарезки резьбы на винтах в наши дни практикуется очень редко и в основном при изготовлении специального крепежа, используемого в наукоемких сферах человеческой деятельности. В массовом производстве метизов сегодня применяется технология прокатки, в основе которой лежит метод обработки, предложенный в 1836 году американцем Уильямом Кином.
В наши дни для производства винтов чаще всего используют низкоуглеродистые сорта стали. Также производители применяют и другие материалы, например нержавеющую сталь, латунь, сплавы никеля и алюминия и даже полимеры. При создании винта качество металла играет очень важную роль, так как в ином случае добиться необходимой точности размеров будет невозможно.
Для работы берется проволока, которая рубится на отрезки, сопоставимые по длине с будущими метизами. После этого, по одной из сторон проволочного отрезка машина наносит два удара, формируя головку. Затем, в зависимости от типа и назначения винта, могут использоваться два способа создания резьбы:
- Нарезка;
- Накатывание.
Первый способ, сложный и очень точный, выполняется по методу, предложенному Модли, на токарно-винторезном станке. В этом случае заготовка фиксируется в станке и ей придают крутящий момент. В процессе вращения к будущему винту подводят резец, который и формирует резьбу. Как мы уже говорили, этот способ применяется редко, для винтов с особыми требованиями к качеству. В массовом производстве распространен способ накатывания, при котором на стержень винта воздействуют ролики, на цилиндрической поверхности которых нанесен профиль. Резьба, в этом случае, образуется путем выдавливания роликами. Такое производство обходится дешевле и обеспечивает точность, достаточную для большинства областей применения винтов.
Крепеж с готовой резьбой перемещают в установку, наносящую защитное или декоративное покрытие на поверхность детали. После финишной обработки продукция направляется на проверку качества, после чего ее ждет склад готовой продукции и магазины строительных материалов и метизов.