钨钢上套柔性连接方式研制

马野皓 刘海华 郭新刚 潘明

摘 要：介绍研发一种新的连接方式，在不锈钢表身与钨钢上套之间通过柔性材料进行连接，以减缓钨钢上套装配时的径向受力，从而降低因钨钢上套断裂的不良损耗，同时这样可以丰富公司的产品结构，为钨钢手表设计提供更大的设计空间。并对其可靠性能进行了测试研究。研究结果表明，钨钢上套不良率达到了预期效果，装配可靠性同时满足装配顶力、震动试验、落下试验及撞击试验要求。

关键词：钨钢;手表;过盈;配合;不锈钢

中图分类号：TG142.1 文献标志码：A 文章编号：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

鎢钢手表因具有良好的耐磨性、清晰分明的棱线和厚重的金属质感而深受消费者喜爱，钨钢手表有全钨钢与半钨钢手表两类，本课题的研究对象是市场上比较热销的半钨钢结构手表，这种结构手表的表身使用不锈钢材料、上套使用钨钢材料;手表行业的不锈钢表身与钨钢上套不同材料零件之间的连接通常使用胶水粘接与刚性过盈连接两种方式，采用胶水粘接的钨钢手表经长时间佩戴会出现因胶水老化引起上套脱落的潜在风险。通过刚性过盈连接方式，此结构很好地解决了因胶水老化引起上套脱落问题。但会出现因钨钢上套装配后受力不均引起上套断裂的问题。为了彻底解决钨钢手表过盈配合结构的上套断裂不良率较高的问题，鉴于钨钢材料在加工工艺存在许多局限，必须研发一种新的连接方式，设想在不锈钢表身与钨钢上套之间通过柔性材料进行连接，以减缓钨钢上套装配时的径向受力，从而降低因钨钢上套断裂的不良损耗，同时这样可以丰富公司的产品结构，为钨钢手表设计提供更大的设计空间。

钨钢是以WC与Co粉为主要原料，采用粉末冶金方法经一系列加工工艺混合、压制、烧结成型所得的合金材料;钨钢属于硬质合金，又称为钨钛合金。硬度可以达到89-95HRA，正因如此，钨钢的产品（常见的有钨钢手表）具有良好的耐磨性、硬度高而且不怕退火的特性，但钨钢材料质地较脆容易断裂。钨钢材料因具有极高的硬度，所以其加工特别困难，目前钨钢材料主要的加工方法有如下几种：（1）电火花加工（包括快走丝、中走丝、慢走丝等线切割加工，电火花放电加工）;（2）焊接加工：铜焊、银焊加工;（3）磨削加工：包括无心磨、内圆磨、平面磨、工具磨等磨削加工，所用砂轮一般为金刚石砂轮，具体视工艺要求选择;（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机的功率约束。手表行业使用的柔性材料主要有橡胶类及塑料类两类;橡胶类柔性材料主要有丁腈橡胶NBR50、NBR60、NBR70、硅胶SILICON;塑料类柔性材料主要有UPE、Hytrel、Teflon、Zytel等。

2 研制过程

2.1 提出并确定最佳方案

针对本课题所提出研制目标，主要针对橡胶类与塑料类两种柔性材料展开提出方案，分别有四种方案。方案1：使用橡胶类柔性材料密封，使用螺钉固定上套，螺孔位置占用表盘空间，须确认外观能否满足设计要求;方案2：使用塑料类柔性材料密封，通过中套连接上套与表身，不锈钢中套高出钨钢上套，会降低手表耐磨性;方案3：使用塑料类柔性材料密封，柔性材料放置在上套内侧，柔性材料外露会影响表盘开面尺寸;方案4：使用塑料类柔性材料密封，柔性材料放置在上套外侧，上套高度方向会占用手表空间。

2.2 各种柔性连接方案的试验及评估

针对以上提出4个柔性连接方案，从试验方案、试验样板图纸设计、样板装配到样板测试，对4种方案分别从加工成本、加工难易度、实施效果等方面进行试验、评估，试验得出评价结果。方案1：成本高而且表盘开面尺寸不能满足设计要求;方案2：成本高而且手表耐磨性略差;方案3：加工成本及难度一般，但须后续优化装配外观;方案4：加工成本与难度不大，但装配外观不能满足多数手表设计要求。

根据以上一系列的分析实验和对比，可以看出橡胶类柔性材料弹性较大主要起到密封作用，而连接表身与钨钢上套须通过增加连接件（如螺钉）才能实现;塑料类柔性材料即同时兼有密封及连接两种功能，以上2、3、4三种方案均采用塑料类柔性材料，经试验结果方案3具有明显优势，为此我们选择方案3的钨钢手表总体方案，后续的试验是以此方案进行展开。

2.3 柔性材料放置方式选择

从上面方案3的试验看出，表身与钨钢上套之间的间隙须进一步缩减，经讨论及初步设计提出柔性材料放置在上套底部、表身中部及表身顶部三种隐藏方式，以达到缩减间隙目的，以下是三种方式的试验过程及结果。（1）柔性材料放置在上套底部。原理：在上套底部加工隐藏柔性材料的凹槽，在表身中部加工装配倒角及V型防滑沟，通过柔性材料弹性变形使上套、表身实现连接。实验结论为：成本高而且加工难度较大，实施效果差。（2）柔性材料放置在表身顶部方案原理：表身顶部加工放置柔性材料凹槽，装配导向倒角设置与钨钢上套的底部，结构简图见图1。实验结论为：装配功能及装配外观都出现存在缺陷。（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，柔性材料须经轻微拉伸后才能装配到凹槽中，装配导向倒角设计在钨钢上套底部，如图1。实验结论为：结构简单，易于实现加工。

2.4 柔性材料的选择

目前手表行业常用的塑料类柔性材料主要有UPE（摩擦系数小、耐磨损性能极好、耐冲击性能好、耐各种化学药品的腐蚀、吸水性极低，断裂拉伸强度60.8N，断裂伸长率230%）、Hytrel（在室温和低温的环境下有优异的柔韧性、优异的耐曲挠性及弹性、优异的抗应力松弛，断裂拉伸强度20N，斷裂伸长率50%）、Zytel（高抗冲击和抗磨损能力、抗紫外线性能好、耐油性好、耐热性良好、尺寸稳定，断裂拉伸强度35.3N，断裂伸长率5.7%）三种，本次试验针对这三种特性各异的柔性材料测试并做出选择选用Zytel柔性材料。

3 设计实施

3.1 外观设计

确定手表结构，设计试验样板图。为了全面确认新连接结构的合理性，选用5561、5562男、女对表作为验证试验对象，外观设计效果图见图4。

3.2 样板制作

设计好的图纸发行给采购部及工模车间进行配件采购和表壳加工，样板数量男女表分别制作各20件。实施效果：对试验对象样板的表身、上套及柔性材料进行全数检测，检测结果功能尺寸符合图纸尺寸要求。

3.3样板装配

对已经制作完毕的5561、5562表身、上套、柔性材料的相关配合尺寸测量后进行装配，然后测试全数检测装配间隙及防水性能。试验结果表明，5561、5562样板20件没出现上套断裂不良，及上套装配不良率为0%，装配防水性全部合格。

4 装配的可靠性测试

为了进一步验证试验样板的装配可靠性，使用以上经检测装配间隙以及防水性合格的样板进行一系列可靠性试验，包括装配顶力测试、撞击试验、落下试验和震动试验;顶力测试是按手表验收标准要求装配顶力不小于5.0kg; 撞击试验是按照QB/T1898-1993《钟表 防震试验》的试验条件进行试验，撞击试验包括一次9时位撞击（即冲击作用位置在9H一侧且平行于表盘面的手表侧面上）和一次面上撞击（即撞击作用位置在垂直于表盘面的表玻璃上）确认手表装配的可靠性;落下试验是按照QB/T1898-1993《钟表 防震试验》的试验条件进行试验，分别按照手表的CH、FH、3H、6H、9H、12H共6面进行落下试验，试验条件为从1m的高度自然下落至硬木板表面上确认手表装配的可靠性;震动试验参考ISTA1A-2001《国际安全运输协会测试条件》进行测试，对手表的装配、运输安全和可靠性进行测试。试验结果表明，5561、5562两组测试样板的上套不良率达到了预期效果，装配可靠性同时满足装配顶力、震动试验、落下试验及撞击试验要求，即此次试验实现了当初设定的目标。

5 结束语

钨钢上套柔性连接方式解决了钨钢上套装配断裂的技术难题，按月度平均7000件产量计算每月可以减少上套断裂不良560件，约每月可减少不良费用10640元;同时钨钢手表新的连接技术为设计提供更多空间，可以最大程度地满足消费者需求;提升了公司新结构开发和创新能力;将相应上套与表身配合参数纳入设计标准“上套设计规范”中，以便于后续新款结构设计参照;并将此钨钢上套新连接方式的成果申请实用新型专利。为今后钨钢手表设计提供更大的设计空间。

参考文献：

[1]刘咏，羊建高.梯度与新型结构硬质合金[M].长沙：中南大学出版社，2010.

[2]周书助.硬质合金生产原理和质量控制[M].北京：冶金工业出版社，2014.

[3]QB/T1249-2013《机械手表》[Z].