Kỳ 2: LỊCH SỬ NGẮN GỌN VỀ SỰ PHÁT MINH CỦA BU LÔNG

Thoạt nhìn, một chiếc bu lông có vẻ giống như một vật dụng rất đơn giản để giữ mọi thứ lại với nhau, là yếu tố phổ biến nhất được sử dụng trong xây dựng và thiết kế máy. Nhưng hãy tìm hiểu sâu hơn một chút vì sự ra đời của hai loại ốc vít được sử dụng phổ biến là đai ốc và bu lông đã thay đổi lịch sử thế giới.
 

Thời kỳ cổ đại

Người đầu tiên mô tả xoắn ốc là nhà khoa học Hy Lạp Archimedes (khoảng 287 TCN trước Công nguyên 212). Archimedes Spiral là một xoắn ốc khổng lồ trong một hình trụ bằng gỗ được sử dụng để nâng cao nước từ một cấp độ khác và tưới cho đồng ruộng. Nhà phát minh thực sự có thể không phải là Archimedes. Có lẽ ông chỉ mô tả một cái gì đó đã tồn tại vì lịch sử của ren có thể bắt nguồn từ 400 năm trước Công nguyên hoặc xa hơn nhiều. Người thợ thủ công Ai Cập cổ đại đã thiết kế nó để sử dụng thủy lợi ở cả hai bên sông Nile. Thời La Mã đã phát triển chiếc đinh vít đầu tiên, được làm bằng đồng, hoặc thậm chí bằng bạc.

(Ứng dụng xoắn ốc thời Hy Lạp)

Giai đoạn trung đại

Trong thời Trung cổ, thợ mộc sử dụng đinh gỗ hoặc móng tay kim loại để kết nối đồ nội thất và cấu trúc bằng gỗ. Bu lông có ren và đai ốc ăn khớp đóng vai trò như một dây buộc chỉ có từ thế kỷ 15 dựa trên bản in đầu tiên về những chiếc đinh vít xuất hiện trong một cuốn sách vào đầu thế kỷ này. Vào thế kỷ 16, công nhân làm móng bắt đầu sản xuất đinh tán với các hình xoắn ốc có thể kết nối mọi thứ một cách an toàn hơn.

(Các loại bu lông)

Thời kỳ cách mạng công nghiệp

Cuốn “Lịch sử của ngành công nghiệp đai ốc và bu lông ở Mỹ” của WR Wilbur năm 1905 thừa nhận rằng chiếc máy đầu tiên để sản xuất bu lông và vít được chế tạo bởi Besson ở Pháp vào năm 1568, người sau này đã giới thiệu một thước đo hoặc tấm cắt vít để sử dụng trên máy tiện. Năm 1641, công ty Hindley of York của Anh đã cải tiến thiết bị này và nó được sử dụng rộng rãi. Năm 1797 ở London, Maudsley đã phát minh ra một máy tiện vít chính xác được làm hoàn toàn bằng kim loại. Năm sau, Wilkinson chế tạo một chiếc máy làm các loại hạt và bu lông phổ biến có thể nối các mảnh kim loại lại với nhau được thay thế bằng bu lông và đai ốc kim loại.

Trên khắp Đại Tây Dương ở Hoa Kỳ, một số lịch sử được ghi lại của chiếc bu lông có thể được tìm thấy trong Bảo tàng Vận chuyển Hoa Kỳ. Đai ốc trên những chiếc xe được chế tạo vào đầu những năm 1800 phẳng hơn và vuông vắn hơn so với những chiếc xe sau này, có các góc vát trên đai ốc và bề mặt được cắt bớt bu lông. Chế tạo bu lông vào thời điểm này là một quá trình phức tạp và tốn nhiều công sức.
 

Ban đầu, ren vít cho ốc vít được làm bằng tay nhưng không lâu sau, do nhu cầu tăng đáng kể, cần phải đẩy nhanh quá trình sản xuất. Tại Anh vào năm 1760, J và W Wyatt đã giới thiệu một quy trình nhà máy để sản xuất hàng loạt ren vít. Tuy nhiên, cột mốc quan trọng này dẫn đến một thách thức khác: Mỗi công ty sản xuất ren, đai ốc và bu lông của riêng mình nên có rất nhiều loại ren vít có kích thước khác nhau trên thị trường, gây khó khăn cho các nhà sản xuất máy móc.

Mãi đến năm 1841, Joseph Whitworth mới tìm ra giải pháp. Sau nhiều năm nghiên cứu thu thập các vít mẫu từ nhiều xưởng ở Anh, ông đề xuất tiêu chuẩn hóa kích thước của các ren vít ở Anh. Trong khi vấn đề này đang được giải quyết ở Anh, người Mỹ cũng đang cố gắng làm điều tương tự và bắt đầu sử dụng chủ đề Whitworth. Năm 1864, William Sellers đề xuất dạng ren 60 độ và nhiều bước ren khác nhau cho các đường kính khác nhau. 

Trong Thế chiến thứ nhất, sự thiếu nhất quán giữa các ren vít ở các quốc gia khác nhau đã trở thành một trở ngại rất lớn cho nỗ lực chiến tranh; trong Thế chiến thứ hai, nó trở thành một vấn đề lớn hơn đối với các lực lượng Đồng minh. Năm 1948, Anh, Mỹ và Canada đã đồng ý về chỉ thống nhất làm tiêu chuẩn cho tất cả các quốc gia sử dụng phép đo hệ Anh. Nó sử dụng cấu hình tương tự như ren hệ mét DIN trước đây được phát triển ở Đức vào năm 1919. Đây là sự kết hợp giữa dạng tốt nhất của dạng ren Whitworth (gốc tròn để cải thiện hiệu suất mỏi) và ren Người bán (góc sườn 60 độ và phẳng chào mào). Tuy nhiên, bán kính gốc lớn hơn của luồng Hợp nhất tỏ ra có lợi hơn so với cấu hình số liệu DIN. Điều này dẫn đến chỉ số đo lường ISO được sử dụng ở tất cả các nước công nghiệp ngày nay.

Điều mà đa số các nhà nghiên cứu về chủ đề này đồng ý là cuộc Cách mạng Công nghiệp đã thúc đẩy sự phát triển của đai ốc và bu lông và đưa chúng vững chắc trên bản đồ như một thành phần quan trọng trong thế giới kỹ thuật và xây dựng. Những phát triển quan trọng nhất trong quy trình bắt vít và bu lông ngày nay đã được thực hiện trong suốt 150 năm qua
 

Thời kỳ hiện đại

Những người làm việc trong ngành đã chứng kiến ​​rất nhiều sự tinh chỉnh của bu lông trong suốt những thập kỷ gần đây. Với sự ra đời của các lớp thuộc tính hệ mét hiện đại và các cập nhật gần đây đối với các tiêu chuẩn ISO liên quan, việc mô tả độ bền của bu lông và các phương pháp thử nghiệm được sử dụng để thiết lập các thuộc tính của chúng giờ đây đã được xác định rõ hơn. Khi ngành công nghiệp vật liệu thô trở nên phức tạp hơn, DNA của bu lông đã thay đổi từ thép sang các vật liệu khác lạ hơn để đáp ứng nhu cầu thay đổi của ngành.
 

Công nghệ bu lông ngày nay đã tiến một bước dài kể từ những ngày bu lông và ốc vít được làm bằng tay và chúng ta chỉ có thể lựa chọn giữa các loại bu lông và đai ốc thép cơ bản. Ngày nay, các giải pháp như Nord-Lock đã phát minh ra những cải tiến đáng kể trong công nghệ bắt vít, bao gồm cả hệ thống khóa nêm. Chúng ta có thể lựa chọn vòng đệm bằng thép không gỉ hoặc tráng kẽm được lắp ráp sẵn, đai ốc bánh xe được thiết kế cho vành thép phẳng, hoặc bu lông combi, được tùy chỉnh cho các ứng dụng khác nhau.

Trong 20 năm qua, đã có rất nhiều những sự thay đổi và phát triển về kiểu dáng, kích cỡ và chất liệu làm bu lông, đai ốc như hợp kim làm từ niken có thể hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao như bộ tăng áp và động cơ trong đó thép không hoạt động tốt. Nghiên cứu gần đây tập trung vào bu lông kim loại nhẹ như nhôm, magiê và titan. Có thể thấy sự phát triển của đai ốc, bu lông từ thô sơn đến hiện đại đòi hỏi sự ra đời và phát triển của công cụ hỗ trợ vặn, siết bu lông ngày càng hiện đại hơn.