螺丝
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螺丝钉（英语：threaded screw）也简称螺钉（screw）或螺丝（汉语口语的误称，“螺丝”其实指的是螺纹），是一种常见的螺纹紧固件，在家具、电器、机械、建筑物甚至骨科都广泛使用，一般材质为金属或塑料。螺钉的主要功能是利用螺纹的正向力和摩擦力提供较为可靠的纵向拉力将两个物体接合在一起，或者提供可以固定某一物体位置的挂点。螺钉因为依赖螺纹抓固，可以比只依赖摩擦力的钉子更牢固，有需要时也可随意移除或重新嵌紧并能重复使用。
螺钉和螺栓在功能原理上相似，都是通过螺旋运动进行加固，但是不会配合螺帽使用。螺钉的结构与普通钉子相似，由钉头（head）和钉杆（shaft）两部分组成。主要起到固定作用的是钉杆，形状可呈圆柱、圆锥或柱锥混合形，外表全长或半长刻有倾斜盘绕的凹凸缘沟（螺纹），在旋转时可以嵌入并抓住紧贴的物体凹面并将纵向应力分散到螺纹的全部接触面上。螺钉通常会被拧入事先在目标物体上钻好的圆形凹洞内，通常为了抓固更稳可能还会在凹洞内壁刻入螺纹向应的螺旋线（即所谓的“内螺纹”或“阴性螺纹”）或嵌入内径与螺纹吻合的螺旋金属圈；而一些自攻螺钉（self-tapping screw）因为螺纹够坚硬可以在较软的材料上切削出内螺纹；另外一些末端有尖头或攒头设计的螺钉则干脆可以在尚未打孔的物体上钻出空洞并挤出内螺纹。
一般螺钉的头部直径较大，常见的横截面形状的有圆形、方形、正六边形等。如果钉头截面为多边形设计，可以用扳手套住钉头施加力矩转动螺钉；如果钉头截面是圆形，则顶部通常会凹槽或凹洞，以便插入螺钉旋具转动螺钉。最常见圆式钉头的凹纹有一字型和十字型（“菲利普斯型”），此外还有多边形的凹纹比如方形、六角形和星形等等。较突出的顶部亦令螺丝不会钻得太深入而穿过物料，及提高螺丝对物料的压力。有些螺丝不会设计较大直径的顶部，例如固定螺钉即为一例；其它螺钉的头部则可能有扁平或“埋头”（countersunk）设计，可以将整个钉头隐藏在目标物体内不暴露出来。
大部份螺钉的螺纹都有一定的方向，以顺时针方向旋转时可将螺钉拧紧，这种螺钉称为右旋螺钉。与上述相反的左旋螺钉只有在特定情形下使用，因为有些应用下右旋螺钉会因为受到逆时针方向的外力而松脱，所以就需要使用左旋螺钉，例如脚踏车的左侧踏板就会使用左旋螺钉。不过汽车左右侧的车轮都是用右侧螺钉旋紧，没有资料显示车轮松脱与旋纹方向有直接关系[1]。
螺钉和螺栓的区别
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在中国大陆，比较小的螺栓被称为螺钉，无端帽的螺栓就称为螺杆。美国出版的《机械设计手册》中有关螺钉和螺栓的差异说明如下：
螺栓是一种外圈有螺纹的紧固件，目的在将螺栓插入孔中，固定组合件，而且一般会配合螺帽，旋转螺帽来旋紧或是旋松螺栓。螺钉也是一种外圈有螺纹的紧固件，目的在将杆部插入孔中，固定组合件，而且一般会配合孔上已有的内螺纹，或是由螺丝在孔上产生的内螺纹的帽，一般会旋转钉头来旋紧或是旋松螺钉。若一紧固件有外螺纹，在组合好之后只能透过旋转螺帽来旋紧或旋松，那就是螺栓（例如扁圆头螺栓、轨条螺栓、防松螺栓）。若一紧固件有外螺纹，不配合螺帽使用，那就是螺钉（例如木头螺钉、自攻螺钉）[2]。
上述的差异和ASME B18.2.1一致，也和一些字典上螺钉[3][4]及螺栓的定义一致 [5][6][7]。
不过也存在其他的定义方式。例如, 螺钉一般为尖尾牙，无须预钻孔；螺栓一般牙尾平整，需要搭配螺帽或须预钻孔。
分类
[编辑]分类有相多总，主要为机械牙螺钉、自攻螺钉和钻尾螺钉三种。
机械牙螺钉
[编辑]机械牙螺钉主要应用于建筑工程、车用、机械、电子、航太等。正常使用会搭配螺帽，或已预钻内牙的孔使用。在不管头形之下，机械牙的制造是最简单的。市场上，除了低公差的航太用螺钉，超微小的手机精密螺钉（公差最低），与医疗用（植牙）的螺钉，基本上相同的标准机械牙扣件制作上并没有差别。
自攻螺钉
[编辑]自攻螺钉主要应用于建筑工程、木用、装潢等。相较于机械牙螺钉需要的预钻孔，自攻螺钉完全省略这个步骤。在1960－1980年代，号称台湾的高科技产业。因其便利性一直都是欧美建筑工程上的主流扣件。
钻尾螺钉
[编辑]钻尾螺钉主要应用于建筑工程、屋顶、铁皮屋等。在钻尾螺钉还没开发之前，多数铁钣都能预钻孔，部分1mm薄板还勉强能用自攻牙入，但是晃动。因此钻尾螺钉的设计多数为细牙。
材料
[编辑]螺钉及螺栓一般是用钢制成，若需要有良好的耐蚀性及耐候性（例如医疗植入物中的小螺钉），则会选用不锈钢、青铜、钛、矽青铜或蒙乃尔合金。
不同材料之间的伽凡尼腐蚀可以用选择适当的材料来避免（例如在双层玻璃轨道中使用铝制螺丝）。若要耐蚀性非常好，强度中等，或是需要绝缘，可以用塑胶材质，例如尼龙或聚四氟乙烯。
一般来说螺钉为了避免腐蚀，会加上表面涂层（如不锈钢螺钉上镀锌）或是用其他方式改善材料表面的特性。
选择螺钉材料需考虑其体积、需要强度、耐蚀性、接合金属、成本及温度。
制造
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螺钉的制造可以分为三个步骤：锻头、攻螺纹以及镀层。螺钉的原料是成卷的金属丝，大型螺钉的原料可能是棒材，原料会依螺钉尺寸，切割为适合加工的长度，之后再进行锻头，是冷加工锻造螺钉头部的程序，锻头会让螺钉头的部份成形，机器中模具的形状会决定螺钉头的外形，例如平头螺钉的模具对应部份也是平的。若是较复杂的形状，会用二次锻头程序，使螺钉头可以完整成形，使用此生产方式的原因是其高产率，而且在本质上没有废料。若是螺钉头上有槽的螺丝，会需要一个额外的步骤来产生螺钉头上的槽，这会用开槽机（slotting machine）来进行。
锻头后的螺钉会进行攻螺纹，有些是利用螺旋滚压成形（thread rolling）的方式处理，有些则是用切削的方式处理经过。接下来会用木头及皮革类材料进行滚筒抛光，清理工件并且抛光。大部份的螺钉需要有镀层来防止腐蚀，可能是电镀锌或是或是加上黑氧化物镀层。
螺钉起子的种类
[编辑]现在的螺钉会设计有不同形状的头，配合不同的螺钉起子使用，因此需要搭配的螺钉起子才能转松或转紧，美国最常见的一字及十字的螺钉起子，六角形、方形头的（罗伯森螺钉）、六角星形的在一些领域也会用到，有些起子是用在量产品的自动组装中，有些少见的起子是用在一些防止篡改的应用中，例如一些不该由家庭维修人员打开维修的电器用品。
历史
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希腊数学家阿尔库塔斯曾经描述过螺钉的原理。在西元第一世纪时，地中海世界已开始将木头螺钉用在螺旋压机中，可以由橄榄中压制橄榄油，也可以从葡萄中榨汁酿酒。在十五世纪之前，欧洲很少用金属螺钉作为紧固件[8]。
维尔托德·罗伯津斯基证明手持的螺钉起子在中古时期就已经存在（最晚为西元1580年），不过到了十八世纪才配合有螺纹紧固件的商业化，开始广为使用[9]。
在螺纹紧固件广为使用之前，有许多不同的紧固方式。多半和木工及锻造有关，和机械加工较无关，用到的概念像定缝销钉及销、楔形物、榫卯、楔形榫头、钉子、锻焊及其他用皮革或纤维打结后绑束起来。在十九世纪中之前，造船时会用开口销、销螺栓或是铆钉固定，当时也有黏合剂，但种类不像现代这里多。
一直用十八世纪有机床可以大量生产螺钉后，金属螺钉才变成常用的紧固件，此技术约在1760年代及1770年代发展[10]，沿著二个分开的工艺途径，但很快就融合了：[11]木头螺钉（用在木头固定上的金属材质螺钉）是用单一用途、高产率的机床加工，以及低量、模具车间式生产的V螺纹机械螺钉，可以选择各种不同的螺距。
上述第一种工艺途径是由英国斯塔福德郡的雅各及威廉·惠雅特兄弟（brothers Job and William Wyatt）先提出[12]，他们在1760年申请一项专利，现在顶多可以称为螺钉机的早期版本，它利用导螺杆来导引切削刀刃产生所需的螺距[12]，螺钉槽型是由旋转锉产生，当时的主轴静止不动。到1776年他们才建好第一个木工螺丝厂，并且开始营运[12]。他们的企业失败了，不过新的业主营运好转，在1780年代一天生产了16,000颗螺钉，只需要30个工人[13]，这种工业生产的生产性及产能是现在工业的标准，但在当时是革命性的突破。
同时，英国的工具制造者杰西·拉姆斯登也在从事刀具和冲模工，遇到螺钉切削的问题，在1777年他发明了第一台令人满意的螺钉车床[14]。英国工程师亨利·莫兹利因为用他的螺钉车床将此技术普及化，因此享有盛名，使用的螺钉车床是1797年及1800年车床，其中包括导螺杆、滑座、变齿轮的齿轮组，都是工业生产的标准比例。他统一了惠雅特兄弟及拉姆斯登生产螺钉的方式，利用已经在生产木工螺钉的方式来生产机械螺钉，是刺激生产的商品化。他的公司在十年后仍然是工具机的领导品牌。当时的苏格兰工程师詹姆斯·内史密斯误述了莫兹利“发明”了滑座，这是不正确的，莫兹利使得车床得以普及化。
工具
[编辑]一般旋紧或旋松螺丝的手工具称为螺钉起子，若需使用电源，称为电动螺钉起子。电钻若配合一些配件，也可以当电动螺钉起子使用。若螺钉旋紧的力矩需较精准，可以利用扭力限制起子，提供足够又不会太大的扭力。若是六角头的螺钉，一般会使用扳手固定。
螺纹标准
[编辑]有关螺纹的螺距、直径等相关标准，有许多不同的系统加以规范，但世界上大多数地区已用ISO公制螺纹（M系列螺纹）取代旧有的系统，定义在国际标准ISO 68-1中[15]，其他系统中较常用的有英制惠氏标准螺纹（B.S.W螺纹(B.S.F)）、英国协会螺纹（B.A.螺纹）及统一螺纹标准等。
其他的固定方式
[编辑]固定物体除了使用螺钉外，也可以使用钉子、铆钉、大头针、弹性销、焊接、焊锡、硬焊、黏合剂、胶带等。
相关条目
[编辑]参考资料
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- ^ 立法會九題：政府提醒車主及駕駛者妥善保養車輛. 香港立法会. 2004-10-13 [2013-05-04]. （原始内容存档于2020-12-02）.
- ^ Oberg et al. 2000，第1492页.
- ^ Cambridge Dictionary of American English. Cambridge University Press. [2008-12-03]. （原始内容存档于2008-12-06）.
- ^ allwords. [2008-12-03]. （原始内容存档于2021-04-17）.
- ^ Merriam Webster Dictionary bolt. [2008-12-03]. （原始内容存档于2021-04-18）.
- ^ Compact Oxford English Dictionary bolt. Oxford. [2008-12-03]. （原始内容存档于2007-09-30）.
- ^ Cambridge Advanced Learner's Dictionary bolt. Cambridge University Press. [2008-12-03]. （原始内容存档于2008-12-06）.
- ^ Am_Wood_Screws (PDF), [2010-04-30], （原始内容存档 (PDF)于2012-05-31）.
- ^ Rybczynski 2000，第34, 66, 90页.
- ^ Rybczynski 2000，第75–99页.
- ^ Rybczynski 2000，第99页.
- ^ 12.0 12.1 12.2 Rybczynski 2000，第75页.
- ^ Rybczynski 2000，第76页.
- ^ Rybczynski 2000，第97–99页.
- ^ ISO 68-1:1998 ISO general purpose screw threads – Basic profile – Part 1: Metric screw threads. International Organization for Standardization. [2015-01-24]. （原始内容存档于2016-03-03）.
- Oberg, Erik; Jones, Franklin D.; Horton, Holbrook L.; Ryffel, Henry H., Machinery's Handbook 26th, New York: Industrial Press Inc., 2000, ISBN 0-8311-2635-3.
- Rybczynski, Witold, One good turn: a natural history of the screwdriver and the screw, Scribner, 2000, ISBN 978-0-684-86729-8, LCCN 00036988, OCLC 462234518. Various republications (paperback, e-book, braille, etc).
- 螺丝种类介绍-无头螺丝 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- 螺丝知识王 — 公制英制常见规格对照表 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- 螺丝中英文对照表 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- 螺丝中日文对照表 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- 螺丝英制与公制换算对照表 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
