Schroeven: Geschiedenis, Materialen, Ontwerp, Productie en Kwaliteitsstandaarden

Achtergrond

Schroeven behoren tot de familie van draadvastmakers die ook bouten, stiften en gespecialiseerde typen zoals timmerschroeven en auto-kopschroeven omvatten. Ze komen in twee hoofdvormen: machineschroeven, die een constante diameter hebben en meestal met moeren worden gebruikt, en houtschroeven, die afbuigen om het hout te grijpen. De draden kunnen rechts- of linkshandig, getapt, recht of parallel zijn.

Geschiedenis

Hoewel het concept van een schroef teruggaat tot ongeveer 200 v.Chr., ontstond de metaalschroef zoals we die vandaag kennen tijdens de Renaissance. Vroegere schroeven werden met de hand gefijld, wat massaproductie onmogelijk maakte. De doorbraak kwam in 1586 toen Jacques Besson de eerste schroefsnijmachine introduceerde, wat de weg baande voor toekomstige innovaties.

In 1760 patentteerden de Engelse broers Job en William Wyatt een automatische schroefsnijapparaat dat 10 schroeven per minuut kon produceren, een cruciale stap naar industriële productie. Begin 19e eeuw ontwikkelden Henry Maudslay in Engeland en David Wilkinson in de VS de eerste aangedreven schroefsnijbanken. Opvolgende vooruitgang omvatte Stephen Finch's draaibank met gereedschappen (1845) en Christopher Walker's volledig automatische bank na de Burgeroorlog.

De eerste schroeffabriek, Abom & Jackson, opende in 1810 in Rhode Island. In 1895 organiseerden Amerikaanse schroeffabrikanten vakbonden die een minimumloon van $1,75 voor een tien-uurs dag voor leden en $1,25 voor leerlingen eisten. Innovaties vervolgden, zoals John E. Sweet's hoekige draadsnijmethode, die een complete draad van één kant snijde.

In 1836 ontwikkelde William Keane draadrollen, een proces dat, na beginproblemen, de dominante productiemethode werd omdat het draden produceert zonder materiaal weg te snijden, wat de sterkte behoudt en de precisie verbetert.

Grondstoffen

Schroeven worden meestal gesmeed uit laag- tot middelkoolstofstaal draad, maar roestvrij staal, messing, nikkellegeringen en aluminiumlegeringen worden ook gebruikt wanneer hogere sterkte of corrosieweerstand vereist is. De kwaliteit van het metaal is cruciaal om scheuringen te voorkomen. Een koude kopmachine snijdt een draadlengte, vormt vervolgens de kop met één of twee stampen. Daarna vormt een kop-sleufmachine de schroefblanken. Oppervlakteafwerkingen moeten compatibel zijn met het metaal; veelvoorkomende coatings zijn zink, cadmium, nikkel en chroom verplating voor extra bescherming.

Ontwerp

Voor een eendraadige schroef is de gang gelijk aan de steek. In een tweedraadige schroef is de gang twee keer de steek; voor driedraadige schroeven is het drie keer de steek. De steek - de afstand tussen twee aangrenzende draden - wordt ook uitgedrukt als het aantal draden per inch of per centimeter. De gang meet hoever de schroef per omwenteling vooruitgaat.

Het Productieproces

Bewerking is voorbehouden aan unieke of miniatuur schroeven. De overgrote meerderheid wordt geproduceerd via draadrollen, wat sneller, minder afvalgevoelig en economischer is.

Koude Kopvorming

• Draad wordt vanaf een rol door een vooraf-rechtmachine gevoerd, vervolgens automatisch op lengte gesneden en in een matrice geperst tot een kop. De machine gebruikt een open of gesloten matrice; de gesloten matrice levert hogere precisie. Koude kopvorming produceert typisch 100-550 schroefblanken per minuut.

Draadrollen

• Koud-gevormde blanken worden automatisch vanuit een trilhopper naar de draadrolmatrijzen gevoerd.
• De blank wordt gevormd met een van drie methoden:
  • Hefboommatrij: een stationaire matrij en een bewegende matrij rollen de blank.
  • Centrumloze cilindrische matrij: de blank rolt tussen twee of drie ronde matrijzen.
  • Planeetrotatiematrij: de blank blijft stationair terwijl meerdere matrijzen eromheen draaien.
• Draadrollen indrukken de draad in de blank in plaats van het weg te snijden, behoudend materiaalsterkte en bereikend hogere dimensionale nauwkeurigheid. De planeetrotatiematrij is het meest productief, bereikend 60-2.000 onderdelen per minuut.

Kwaliteitscontrole

In 1928 stelde de Nationale Schroefdraadcommissie uitwisselbaarheidsstandaarden vast. De 1948 Internationale Verklaring van Akkoord aanvaarde het Unified Schroefdraadsysteem. ISO introduceerde in 1966 een wereldwijde standaard, die metrieke en inches maten met grove en fijne steken definieert. Deze standaarden waarborgen consistente kwaliteit wereldwijd.