不銹鋼材質手表防水結構研究

摘 要：針對不銹鋼材質手表多種常用防水結構進行對比研究，研究內容包括防水結構特點、分析跌落試驗、耐水壓試驗、冷凝試驗等3項研究測試，分析各防水結構防水性能的強弱。結果表明：“I”形密封圈結構防水性能優于止口扣合結構；螺紋旋緊結構防水性能最佳，尤其在防水要求高的情況。

關鍵詞：手表；防水結構；不銹鋼材質

1 概述

手表是精密計時儀器，防水手表可以避免機心因進水而造成計時不準或損壞，還可以有效防止手表內部表盤、表針等零件變色、腐蝕等。然而我們的手表在佩戴使用過程中無時無刻不暴露在外部環境中，那么手表也自然不能避免日曬雨淋，已經嚴重威脅到了手表的功能。因此，在手表的設計過程及加工過程中，對手表的防水性能要求也越來越嚴格。

2 不銹鋼材質手表防水結構

防水手表是指手表具有一定的抗水壓力，可以防止水進入手表內。不銹鋼材質手表的防水結構一般分為：（1）止口扣合結構；（2）“I”形密封圈結構；（3）螺紋旋緊結構；（4）鎖螺絲結構。

2.1 圖1a為止口扣合結構，屬于過盈配合[1]，采用O形圈密封組件配合后的間隙，O形圈只作為密封件。常用于手表表殼-上套部位配合、表殼-后蓋部位配合。裝配時需要注意的是先將O形圈安裝在上套或后蓋止口位，采用壓力機壓入法將上套或后蓋平衡壓入表殼。過盈連接一般屬于不可拆卸的固定連接，具有構造簡單、同軸度好的特點。在裝配過程中，上套或后蓋的止口位發生彈性變形，配合面之間產生壓力，由于長期承受壓力而變形松弛，那么反復拆裝可能會導致配合失效從而失去防水性能。

2.2 圖1b為“I”形密封圈結構，采用“I”型密封圈密封組件配合后的間隙，“I”形密封圈既是密封件，又是連接件。常用于手表表殼-上套部位、表殼-玻璃部位配合。目前市場上手表使用的玻璃一般為藍寶石玻璃或石英玻璃，均屬于剛性玻璃，不能和表殼采用過盈配合，因此，采用“I”形密封圈結構。

2.3 圖1c為螺紋旋緊結構，其特點是配合組件配合部位采用螺紋結構，采用O形圈密封組件配合后的間隙，O形圈只作為密封件。常用于手表表殼-后蓋、表殼-表冠部位配合。螺紋聯接是一種廣泛使用的可拆卸的固定連接，具有結構簡單、連接可靠、裝拆方便等優點[2]。螺紋旋緊結構可產生較大的旋緊力，可使O形圈產生大于其他結構的變形，適用于高度防水手表。

2.4 圖1d鎖螺釘結構，其特點是配合組件由均勻分布螺釘鎖緊，采用O形圈密封組件配合后的間隙，O形圈只作為密封件。常用于手表表殼-后蓋部位配合。此結構將表殼及后蓋均勻分布同等數量相互配合的螺紋孔及沉孔以配合螺釘鎖緊，通過鎖緊螺釘確保表殼及后蓋的固定連接。

3 手表密封圈

手表的防水結構有很多，但大多都需要同時配合各種類型的密封圈來達到防水的功能。

O形圈是手表最常用的一種密封件，對于溝槽尺寸設計及O形圈規格選用都是至關重要的。手表用O形圈的材料一般采用丁腈橡膠NBR[3]，除材料之外，O形圈很重要的一個指標是它的硬度，數值越大表示硬度越高。在同樣壓力下，硬度越高，抗擠出（變形甚至撕裂）的能力就越強。因此，手表防水要求越高，應選用硬度越高的O形圈材料。

“I”形密封圈是手表最常用的一種密封緊固件。手表用“I”形密封圈的材料一般采用ZYTEL，是一種含玻璃纖維和凱夫拉爾纖維合成的熱塑膠。具有高抗沖擊和抗磨損的能力，還具有尺寸穩定、切削性能好等特點。

4 跌落試驗

將止口扣位結構表殼和“I”形密封圈結構表殼均在1米及2米高處做自由落體運動，重復50次。發現在1米高處時，兩種結構均無脫落現象，而在2米高處時，止口扣位結構發生脫離現象。

止口扣合結構的配合組件采用過盈連接，過盈連接的承載能力是由摩擦而來的，且與壓入力大小差不多，此結構為實現可反復拆裝的需求設計了導入角及導出角，為可拆卸性的過盈連接。故而在瞬間受到足夠的沖擊力時，表殼-上套或表殼-后蓋之間會發生脫離現象。

“I”形密封圈結構，通過“I”形密封圈的壓縮量產生的壓力將配合組件與“I”形密封圈配合在一起。因“I”形密封圈具有良好的彈性性能，在壓力作用下能均勻地向各個方向傳遞截面面積，在溝槽中有較高的填充度，故而在壓力變化時，能減少密封圈的往復移動。這也就表明其具有工作可靠性高、密封性好的特點。而且手表在跌落瞬間受到沖擊力時，“I”形密封圈本身的彈性會起到一定緩沖作用。此結構解決止口扣合結構配合組件之間脫離的隱患，同時進一步凸顯“I”形密封圈結構防水功能的優勢。

5 耐水壓性能、冷凝試驗[4]

測試目的：測試各種防水結構表殼的防水性能。

測試設備：WF 300C（0-3ATM）或WF 350（0-10ATM）試水機、宏輝WF 205恒溫電熱板。

測試內容：以真水加壓來測試表殼的防水性能。真水采用蒸餾水，用一端封口的橡膠管密封在裝好的表殼的壩管處，將表殼放入真水1分鐘內加壓至額定壓力（3ATM、5ATM、10ATM），保持10分鐘，然后在1分鐘之內將壓力降至常壓。然后進行冷凝試驗，將表殼置于50℃的恒溫電熱板上，加熱15分鐘，然后用常溫水滴滴到表玻璃上，1分鐘后擦去水滴，觀察表玻璃內表面是否出現凝霧。

實驗表明：給定的額定壓力為3ATM時，四種防水結構的防水性能均為良好。考慮成本控制、加工工藝難易程度等因素，設計時一般采用止口扣位結構。額定壓力為5ATM以上時，止口扣位結構防水性能相比其他三種結構而言偏弱。額定壓力為10ATM以上時，止口扣位結構的表殼出現進水的現象，此結構不適用于10ATM以上的防水要求的手表設計，建議此時采用“I”形密封圈結構及螺紋旋緊結構。

6 結束語

雖然手表采用了密封防水結構，在日常生活中還是會出現一些不可避免的現象：經常上條、撥針校時，表冠或壩管內的密封圈會逐漸磨損；表玻璃受溫度影響而熱脹冷縮，會使它與表殼之間出現空隙；后蓋的密封圈因老化或汗水影響出現腐蝕現象，都會使手表的防水性能下降。建議最好每隔1-2年將手表送到維修點去測試防水性能，更換新的密封圈。石英表更換電池，機械表清洗加油之后都會做防水測試，保證每只手表開過后蓋后仍具備良好的防水性能。

手表的防水性能是衡量手表質量的一項重要指標，防水性能的好壞直接影響到手表的功能。因此不論是手表防水結構的改進、新的防水性能測試方法以及發現新的密封性能更好材料都是值得我們繼續深入研究的方向。

參考文獻

[1]邢閩芳，房強汗，蘭利潔.互換性與技術測量[M].北京：清華大學出版社，2011.

[2]吳宗澤.機械設計師手冊（上冊）[M].北京：機械工業出版社，2002.

[3]郝木明.機械密封技術及應用[M].北京：中國石化出版社，2010.

[4]QB/T1897-1993.中國防水手表[S].北京：中國輕工業出版社，1994.