鎢鋼上套柔性連接方式研制

馬野皓 劉海華 郭新剛 潘明

摘 要：介紹研發一種新的連接方式，在不銹鋼表身與鎢鋼上套之間通過柔性材料進行連接，以減緩鎢鋼上套裝配時的徑向受力，從而降低因鎢鋼上套斷裂的不良損耗，同時這樣可以豐富公司的產品結構，為鎢鋼手表設計提供更大的設計空間。并對其可靠性能進行了測試研究。研究結果表明，鎢鋼上套不良率達到了預期效果，裝配可靠性同時滿足裝配頂力、震動試驗、落下試驗及撞擊試驗要求。

關鍵詞：鎢鋼;手表;過盈;配合;不銹鋼

中圖分類號：TG142.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）19-0048-02

Abstract： This paper introduces the development of a new connection method， which is connected by flexible material between the stainless steel body and the tungsten steel upper sleeve， so as to slow down the radial force during the assembly of the tungsten steel upper sleeve， so as to reduce the bad loss due to the fracture of the tungsten steel upper sleeve. At the same time， it can enrich the product structure of the company and provide more design space for the design of tungsten steel watches. Its reliable performance is tested and studied. The results show that the failure rate of tungsten steel reaches the expected effect， and the assembly reliability meets the requirements of assembly jacking force， vibration test， drop test and impact test.

Keywords： tungsten steel; watch; interference; fit; stainless steel

1 概述

鎢鋼手表因具有良好的耐磨性、清晰分明的棱線和厚重的金屬質感而深受消費者喜愛，鎢鋼手表有全鎢鋼與半鎢鋼手表兩類，本課題的研究對象是市場上比較熱銷的半鎢鋼結構手表，這種結構手表的表身使用不銹鋼材料、上套使用鎢鋼材料;手表行業的不銹鋼表身與鎢鋼上套不同材料零件之間的連接通常使用膠水粘接與剛性過盈連接兩種方式，采用膠水粘接的鎢鋼手表經長時間佩戴會出現因膠水老化引起上套脫落的潛在風險。通過剛性過盈連接方式，此結構很好地解決了因膠水老化引起上套脫落問題。但會出現因鎢鋼上套裝配后受力不均引起上套斷裂的問題。為了徹底解決鎢鋼手表過盈配合結構的上套斷裂不良率較高的問題，鑒于鎢鋼材料在加工工藝存在許多局限，必須研發一種新的連接方式，設想在不銹鋼表身與鎢鋼上套之間通過柔性材料進行連接，以減緩鎢鋼上套裝配時的徑向受力，從而降低因鎢鋼上套斷裂的不良損耗，同時這樣可以豐富公司的產品結構，為鎢鋼手表設計提供更大的設計空間。

鎢鋼是以WC與Co粉為主要原料，采用粉末冶金方法經一系列加工工藝混合、壓制、燒結成型所得的合金材料;鎢鋼屬于硬質合金，又稱為鎢鈦合金。硬度可以達到89-95HRA，正因如此，鎢鋼的產品（常見的有鎢鋼手表）具有良好的耐磨性、硬度高而且不怕退火的特性，但鎢鋼材料質地較脆容易斷裂。鎢鋼材料因具有極高的硬度，所以其加工特別困難，目前鎢鋼材料主要的加工方法有如下幾種：（1）電火花加工（包括快走絲、中走絲、慢走絲等線切割加工，電火花放電加工）;（2）焊接加工：銅焊、銀焊加工;（3）磨削加工：包括無心磨、內圓磨、平面磨、工具磨等磨削加工，所用砂輪一般為金剛石砂輪，具體視工藝要求選擇;（4）激光加工：可用激光切割成形、打孔，但是切割的厚度受激光機的功率約束。手表行業使用的柔性材料主要有橡膠類及塑料類兩類;橡膠類柔性材料主要有丁腈橡膠NBR50、NBR60、NBR70、硅膠SILICON;塑料類柔性材料主要有UPE、Hytrel、Teflon、Zytel等。

2 研制過程

2.1 提出并確定最佳方案

針對本課題所提出研制目標，主要針對橡膠類與塑料類兩種柔性材料展開提出方案，分別有四種方案。方案1：使用橡膠類柔性材料密封，使用螺釘固定上套，螺孔位置占用表盤空間，須確認外觀能否滿足設計要求;方案2：使用塑料類柔性材料密封，通過中套連接上套與表身，不銹鋼中套高出鎢鋼上套，會降低手表耐磨性;方案3：使用塑料類柔性材料密封，柔性材料放置在上套內側，柔性材料外露會影響表盤開面尺寸;方案4：使用塑料類柔性材料密封，柔性材料放置在上套外側，上套高度方向會占用手表空間。

2.2 各種柔性連接方案的試驗及評估

針對以上提出4個柔性連接方案，從試驗方案、試驗樣板圖紙設計、樣板裝配到樣板測試，對4種方案分別從加工成本、加工難易度、實施效果等方面進行試驗、評估，試驗得出評價結果。方案1：成本高而且表盤開面尺寸不能滿足設計要求;方案2：成本高而且手表耐磨性略差;方案3：加工成本及難度一般，但須后續優化裝配外觀;方案4：加工成本與難度不大，但裝配外觀不能滿足多數手表設計要求。

根據以上一系列的分析實驗和對比，可以看出橡膠類柔性材料彈性較大主要起到密封作用，而連接表身與鎢鋼上套須通過增加連接件（如螺釘）才能實現;塑料類柔性材料即同時兼有密封及連接兩種功能，以上2、3、4三種方案均采用塑料類柔性材料，經試驗結果方案3具有明顯優勢，為此我們選擇方案3的鎢鋼手表總體方案，后續的試驗是以此方案進行展開。

2.3 柔性材料放置方式選擇

從上面方案3的試驗看出，表身與鎢鋼上套之間的間隙須進一步縮減，經討論及初步設計提出柔性材料放置在上套底部、表身中部及表身頂部三種隱藏方式，以達到縮減間隙目的，以下是三種方式的試驗過程及結果。（1）柔性材料放置在上套底部。原理：在上套底部加工隱藏柔性材料的凹槽，在表身中部加工裝配倒角及V型防滑溝，通過柔性材料彈性變形使上套、表身實現連接。實驗結論為：成本高而且加工難度較大，實施效果差。（2）柔性材料放置在表身頂部方案原理：表身頂部加工放置柔性材料凹槽，裝配導向倒角設置與鎢鋼上套的底部，結構簡圖見圖1。實驗結論為：裝配功能及裝配外觀都出現存在缺陷。（3）柔性材料放置在表身中部。原理：在表身中部加工放置柔性材料的凹槽，柔性材料須經輕微拉伸后才能裝配到凹槽中，裝配導向倒角設計在鎢鋼上套底部，如圖1。實驗結論為：結構簡單，易于實現加工。

2.4 柔性材料的選擇

目前手表行業常用的塑料類柔性材料主要有UPE（摩擦系數小、耐磨損性能極好、耐沖擊性能好、耐各種化學藥品的腐蝕、吸水性極低，斷裂拉伸強度60.8N，斷裂伸長率230%）、Hytrel（在室溫和低溫的環境下有優異的柔韌性、優異的耐曲撓性及彈性、優異的抗應力松弛，斷裂拉伸強度20N，斷裂伸長率50%）、Zytel（高抗沖擊和抗磨損能力、抗紫外線性能好、耐油性好、耐熱性良好、尺寸穩定，斷裂拉伸強度35.3N，斷裂伸長率5.7%）三種，本次試驗針對這三種特性各異的柔性材料測試并做出選擇選用Zytel柔性材料。

3 設計實施

3.1 外觀設計

確定手表結構，設計試驗樣板圖。為了全面確認新連接結構的合理性，選用5561、5562男、女對表作為驗證試驗對象，外觀設計效果圖見圖4。

3.2 樣板制作

設計好的圖紙發行給采購部及工模車間進行配件采購和表殼加工，樣板數量男女表分別制作各20件。實施效果：對試驗對象樣板的表身、上套及柔性材料進行全數檢測，檢測結果功能尺寸符合圖紙尺寸要求。

3.3樣板裝配

對已經制作完畢的5561、5562表身、上套、柔性材料的相關配合尺寸測量后進行裝配，然后測試全數檢測裝配間隙及防水性能。試驗結果表明，5561、5562樣板20件沒出現上套斷裂不良，及上套裝配不良率為0%，裝配防水性全部合格。

4 裝配的可靠性測試

為了進一步驗證試驗樣板的裝配可靠性，使用以上經檢測裝配間隙以及防水性合格的樣板進行一系列可靠性試驗，包括裝配頂力測試、撞擊試驗、落下試驗和震動試驗;頂力測試是按手表驗收標準要求裝配頂力不小于5.0kg; 撞擊試驗是按照QB/T1898-1993《鐘表 防震試驗》的試驗條件進行試驗，撞擊試驗包括一次9時位撞擊（即沖擊作用位置在9H一側且平行于表盤面的手表側面上）和一次面上撞擊（即撞擊作用位置在垂直于表盤面的表玻璃上）確認手表裝配的可靠性;落下試驗是按照QB/T1898-1993《鐘表 防震試驗》的試驗條件進行試驗，分別按照手表的CH、FH、3H、6H、9H、12H共6面進行落下試驗，試驗條件為從1m的高度自然下落至硬木板表面上確認手表裝配的可靠性;震動試驗參考ISTA1A-2001《國際安全運輸協會測試條件》進行測試，對手表的裝配、運輸安全和可靠性進行測試。試驗結果表明，5561、5562兩組測試樣板的上套不良率達到了預期效果，裝配可靠性同時滿足裝配頂力、震動試驗、落下試驗及撞擊試驗要求，即此次試驗實現了當初設定的目標。

5 結束語

鎢鋼上套柔性連接方式解決了鎢鋼上套裝配斷裂的技術難題，按月度平均7000件產量計算每月可以減少上套斷裂不良560件，約每月可減少不良費用10640元;同時鎢鋼手表新的連接技術為設計提供更多空間，可以最大程度地滿足消費者需求;提升了公司新結構開發和創新能力;將相應上套與表身配合參數納入設計標準“上套設計規范”中，以便于后續新款結構設計參照;并將此鎢鋼上套新連接方式的成果申請實用新型專利。為今后鎢鋼手表設計提供更大的設計空間。

參考文獻：

[1]劉詠，羊建高.梯度與新型結構硬質合金[M].長沙：中南大學出版社，2010.

[2]周書助.硬質合金生產原理和質量控制[M].北京：冶金工業出版社，2014.

[3]QB/T1249-2013《機械手表》[Z].