鎢鋼上套過盈連接方式的研制

鄧蘋 劉海華 郭新剛 潘明 林勝成

摘 要：文章研究出一種鎢鋼上套與不銹鋼表身新型連接方法，即鎢鋼上套與不銹鋼表身之間過盈連接方法。研究結(jié)果表明，該方法連接可靠、耐久性好，成本較膠水粘接方法無明顯增加，且不會(huì)出現(xiàn)溢膠和因膠水老化致使的粘接力下降（甚至喪失）等不良問題。

關(guān)鍵詞：鎢鋼；手表；過盈；配合；不銹鋼

中圖分類號(hào)：H714 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）21-0093-03

Abstract： In this paper， a new method of connecting tungsten steel upper sleeve and stainless steel watch body is developed， that is， interference connection method between tungsten steel upper sleeve and stainless steel watch body. The results show that this method has the advantages of reliable connection， good durability， no obvious increase in cost compared with the adhesive bonding method， and there are no bad problems such as glue overflow and adhesive strength decrease （or even loss） caused by glue aging.

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

1 概述

不銹鋼表身配鎢鋼上套表殼主體部件表身為不銹鋼材料，表身上面是裝飾功能鎢鋼上套；不銹鋼表身配鎢鋼上套手表由于重量比全鎢鋼手表輕，而且鎢鋼上套具有良好的耐磨性、清晰分明的棱線和厚重的金屬質(zhì)感而深受消費(fèi)者喜愛，公司每年都推出此種構(gòu)造的新款作為主打產(chǎn)品。由于鎢鋼上套硬度較高、彈性較差，上套加工難度較大以及工藝上有很多限制；加上表身與上套為兩種不同特性的材料，所以兩者之間的連接結(jié)構(gòu)單一，鎢鋼上套與不銹鋼表身常規(guī)連接方式為膠水粘接。

現(xiàn)行鎢鋼上套與表身之間粘接使用膠水有液體二合一膠水或固體熱熔膠片，常規(guī)粘接方法生產(chǎn)過程中出現(xiàn)如下問題：（1）使用液體二合一膠水粘接的表殼經(jīng)人工汗浸泡24小時(shí)后，約有4%上套會(huì)出現(xiàn)松脫，不能滿足粘接100%合格驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求；（2）使用固體熱熔膠片粘接的表殼經(jīng)過175℃烘烤，在此溫度條件下電鍍玫瑰金的部品（表身或上套）會(huì)出現(xiàn)輕微變色，不能滿足手表外觀要求。基于以上存在問題，本文研制了鎢鋼上套與不銹鋼表身連接新方法。

2 研制過程

2.1 提出方案

方案一——焊接方法原理：在表身配合位增加放焊料的凹槽，在上套底部相應(yīng)位置增加凸臺(tái)，用高頻焊接方式使上套、表身連接，連接示意圖見圖1（a）；方案二——過盈方法原理：鎢鋼上套結(jié)構(gòu)與常規(guī)一樣，表身配合部位加工成兩段結(jié)構(gòu)，兩段外徑相差0.18mm，下半段外徑與上套內(nèi)徑過盈配合實(shí)現(xiàn)連接，連接示意圖見圖1（b）。方案三：塑料圈方法原理：鎢鋼上套通過磨削或放電加工方式加工放置塑料圈臺(tái)階，表身配合部位加工成兩段結(jié)構(gòu)，兩段外徑相差0.18mm，下半段外徑與上套內(nèi)的塑料圈通過塑性變形實(shí)現(xiàn)連接，連接示意圖見圖1（c）。

2.2 方案試驗(yàn)

從樣板圖紙?jiān)O(shè)計(jì)到試驗(yàn)，分別對(duì)3種方案從加工成本、加工難易度、實(shí)施效果方面進(jìn)行試驗(yàn)。（1）焊接方法：加工樣板5件，在上套與表身之間加入適量的焊膏，再進(jìn)行高溫焊接，待冷卻至室溫后備用。連接結(jié)果通過測試上套與表身之間的配合頂力及外觀進(jìn)行評(píng)價(jià)。（2）過盈方法：加工樣板5件，過盈量參考不銹鋼過盈配合結(jié)構(gòu)，由于鎢鋼上套的硬度高、彈性小，設(shè)計(jì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜁r(shí)過盈量比不銹鋼小、過盈配合高度比不銹鋼低；連接結(jié)果通過測試上套與表身之間的配合頂力及外觀進(jìn)行評(píng)價(jià)。（3）塑料圈方法：加工樣板5件，配合尺寸參考不銹鋼過盈結(jié)構(gòu)，由于鎢鋼上套的臺(tái)階高度、內(nèi)徑尺寸精度達(dá)不到不銹鋼上套的尺寸精度，而且上套不需參與防水，為了提高連接的可靠性，設(shè)計(jì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜁r(shí)應(yīng)適當(dāng)加大塑料圈配合高度及壓縮量。連接結(jié)果通過測試上套與表身之間的配合頂力及外觀進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.3 方案評(píng)估

（1）焊接方法：加工成本：上套凸臺(tái)、焊接導(dǎo)致成本增加，比常規(guī)結(jié)構(gòu)約增加4.50元/件加工成本；加工難易度：配合面平坦度要求不高，加工難度一般；實(shí)施效果：配合頂力優(yōu)良，但外觀上達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，焊料溢出，會(huì)影響產(chǎn)品外觀，焊接后需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行二次加工。（2）過盈方法：加工成本：與常規(guī)結(jié)構(gòu)比較配合部切削加工時(shí)間略長，成本變化無明顯增加；加工難易度：配合面平坦度要求不高，加工難度一般；實(shí)施效果：配合頂力優(yōu)良，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，不會(huì)影響產(chǎn)品外觀，外觀上可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。（3）塑料圈方法：加工成本：上套臺(tái)階位需磨削或放電加工，加工成本比常規(guī)多約3.00元/件；加工難易度：配合面平坦度要求不高，加工難度一般；實(shí)施效果：配合頂力適中，但上套與表身間隙偏大，會(huì)影響產(chǎn)品外觀，外觀上達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)結(jié)果表明，過盈方法是鎢鋼上套與不銹鋼表身的最佳連接方法。

3 設(shè)計(jì)實(shí)施

3.1 過盈量及連接頂力

為了100%保證鎢鋼上套與表身連接的可靠性，須驗(yàn)證能滿足連接頂力的最佳過盈量；選取內(nèi)徑尺寸在同一尺寸段的5561上套20件，然后加工不同外徑尺寸的不銹鋼試件，裝配后測試其配合的頂力。試驗(yàn)結(jié)果表明，過盈量為0.01mm～0.02mm時(shí)，其連接頂力均小于40.00N；過盈量為0.03mm～0.04mm時(shí)，其連接頂力均小于50.00N；過盈量為0.05mm～0.06mm時(shí)，其連接頂力均小于60.00N～80.00N；過盈量為0.07mm～0.08mm時(shí)，其連接頂力均小于90.00N～100.00N；過盈量為0.09mm～0.10mm時(shí)，其連接頂力均小于140.00N～180.00N；當(dāng)連接頂力小于或等于50.00N時(shí)，鎢鋼上套與表身配合不牢靠，鎢鋼上套可在不銹鋼表身上旋轉(zhuǎn)；當(dāng)連接頂力大于或等于50.00N小于等于90.00N時(shí)，鎢鋼上套與不銹鋼表身之間配合緊密，經(jīng)正、側(cè)面兩次撞擊試驗(yàn)（撞擊試驗(yàn)是按照QB/T1898-1993《鐘表 防震試驗(yàn)》的試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)：將過盈連接的鎢鋼上套表殼固定于撞擊試驗(yàn)機(jī)上，以正面（CH位）和側(cè)面（9H位）上，受末速度為3.13m/s（90°）的沖擊錘各沖擊一次。）后，鎢鋼上套與不銹鋼表身依然連接緊密，無松動(dòng)、開裂等不良現(xiàn)象；但當(dāng)連接頂力大于90.00N時(shí)，鎢鋼上套殘留應(yīng)力過大，放置24小時(shí)以上即會(huì)出現(xiàn)鎢鋼上套斷裂脫落的現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果表明，鎢鋼上套與不銹鋼表身過盈連接的最佳過盈量為0.05mm～0.06mm，最佳連接頂力為60.00N～80.00N。

3.2 導(dǎo)向角度

由于鎢鋼上套的硬度比不銹鋼表身的硬度大，所以要驗(yàn)證及確定最佳的倒角，以確保裝配有良好的導(dǎo)向。如表1所示，通過對(duì)倒角分別為50°、55°、60°試驗(yàn)樣板進(jìn)行正交測試。試驗(yàn)結(jié)果表明，不銹鋼表身角度為60°、鎢鋼上套角度為55°時(shí)裝配力度符合目標(biāo)，此組合角度為最佳導(dǎo)向角度。

3.3 上套高度

鎢鋼上套高度比不銹鋼表身低，裝配留有間隙；相反鎢鋼上套高度比不銹鋼表身高，會(huì)引起上套刮手。通過用不同高度上套裝配對(duì)比，測試結(jié)果見表2。試驗(yàn)結(jié)果表明，鎢鋼上套高度比不銹鋼表身高度高出值在0.00mm～0.10mm之間時(shí)，鎢鋼上套不銹鋼表殼的裝配間隙小于或等于0.10mm，且表殼不會(huì)有明顯的刮手感。

4 裝配的可靠性測試

為了進(jìn)一步驗(yàn)證試驗(yàn)樣板的裝配可靠性，使用以上經(jīng)檢測裝配間隙以及防水性合格的樣板進(jìn)行一系列可靠性試驗(yàn)，包括裝配頂力測試、撞擊試驗(yàn)、落下試驗(yàn)和震動(dòng)試驗(yàn)；頂力測試是按手表驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求裝配頂力60.00N～80.00N；撞擊試驗(yàn)是按照QB/T1898-1993《鐘表 防震試驗(yàn)》的試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)，撞擊試驗(yàn)包括一次9時(shí)位撞擊（即沖擊作用位置在9H一側(cè)且平行于表盤面的手表側(cè)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(rèn)手表裝配的可靠性；落下試驗(yàn)是按照QB/T1898-1993《鐘表 防震試驗(yàn)》的試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)，分別按照手表的CH、FH、3H、6H、9H、12H共6面進(jìn)行落下試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為從1m的高度自然下落至硬木板表面上確認(rèn)手表裝配的可靠性；震動(dòng)試驗(yàn)參考ISTA1A-2001《國際安全運(yùn)輸協(xié)會(huì)測試條件》進(jìn)行測試，對(duì)手表的裝配、運(yùn)輸安全和可靠性進(jìn)行測試。試驗(yàn)結(jié)果表明，300件試樣板的上套不良率達(dá)到了預(yù)期效果，裝配可靠性同時(shí)滿足裝配頂力、震動(dòng)試驗(yàn)、落下試驗(yàn)及撞擊試驗(yàn)要求，即此次試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了當(dāng)初設(shè)定的目標(biāo)。

5 結(jié)論

鎢鋼上套與不銹鋼表身采用過盈連接方法連接可有效解決因膠水粘接溢膠問題及因膠水老化致使鎢鋼上套表在佩戴使用過程中脫落問題。采用過盈連接方法制備的鎢鋼上套表，其不僅連接可靠，耐久性好，成本較膠水連接方法無明顯增加。鎢鋼上套與不銹鋼表身過盈連接的最佳過盈量為0.05mm～0.06mm，最佳連接頂力為60.00N～80.00N，最佳鎢鋼上套高度為鎢鋼上套高度比不銹鋼表身高度高出值在0.00mm～0.10mm之間時(shí)。

參考文獻(xiàn)：

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