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，且不會出現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。

關鍵詞：鎢鋼；手表；過盈；配合；不銹鋼

中圖分類號：H714 文獻標志碼：A 文章編號：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感而深受消費者喜愛，公司每年都推出此種構造的新款作為主打產品。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構單一，鎢鋼上套與不銹鋼表身常規連接方式為膠水粘接。

現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，常規粘接方法生產過程中出現如下問題：（1）使用液體二合一膠水粘接的表殼經人工汗浸泡24小時后，約有4%上套會出現松脫，不能滿足粘接100%合格驗收標準要求；（2）使用固體熱熔膠片粘接的表殼經過175℃烘烤，在此溫度條件下電鍍玫瑰金的部品（表身或上套）會出現輕微變色，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，在上套底部相應位置增加凸臺，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：鎢鋼上套結構與常規一樣，表身配合部位加工成兩段結構，兩段外徑相差0.18mm，下半段外徑與上套內徑過盈配合實現連接，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階，表身配合部位加工成兩段結構，兩段外徑相差0.18mm，下半段外徑與上套內的塑料圈通過塑性變形實現連接，連接示意圖見圖1（c）。

2.2 方案試驗

從樣板圖紙設計到試驗，分別對3種方案從加工成本、加工難易度、實施效果方面進行試驗。（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，再進行高溫焊接，待冷卻至室溫后備用。連接結果通過測試上套與表身之間的配合頂力及外觀進行評價。（2）過盈方法：加工樣板5件，過盈量參考不銹鋼過盈配合結構，由于鎢鋼上套的硬度高、彈性小，設計試驗模型時過盈量比不銹鋼小、過盈配合高度比不銹鋼低；連接結果通過測試上套與表身之間的配合頂力及外觀進行評價。（3）塑料圈方法：加工樣板5件，配合尺寸參考不銹鋼過盈結構，由于鎢鋼上套的臺階高度、內徑尺寸精度達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，設計試驗模型時應適當加大塑料圈配合高度及壓縮量。連接結果通過測試上套與表身之間的配合頂力及外觀進行評價。

2.3 方案評估

（1）焊接方法：加工成本：上套凸臺、焊接導致成本增加，比常規結構約增加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；實施效果：配合頂力優良，但外觀上達不到設計要求，焊料溢出，會影響產品外觀，焊接后需要對產品進行二次加工。（2）過盈方法：加工成本：與常規結構比較配合部切削加工時間略長，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；實施效果：配合頂力優良，結構簡單，易于實現，不會影響產品外觀，外觀上可達到設計要求。（3）塑料圈方法：加工成本：上套臺階位需磨削或放電加工，加工成本比常規多約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；實施效果：配合頂力適中，但上套與表身間隙偏大，會影響產品外觀，外觀上達不到設計要求。試驗結果表明，過盈方法是鎢鋼上套與不銹鋼表身的最佳連接方法。

3 設計實施

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，須驗證能滿足連接頂力的最佳過盈量；選取內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。試驗結果表明，過盈量為0.01mm～0.02mm時，其連接頂力均小于40.00N；過盈量為0.03mm～0.04mm時，其連接頂力均小于50.00N；過盈量為0.05mm～0.06mm時，其連接頂力均小于60.00N～80.00N；過盈量為0.07mm～0.08mm時，其連接頂力均小于90.00N～100.00N；過盈量為0.09mm～0.10mm時，其連接頂力均小于140.00N～180.00N；當連接頂力小于或等于50.00N時，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；當連接頂力大于或等于50.00N小于等于90.00N時，鎢鋼上套與不銹鋼表身之間配合緊密，經正、側面兩次撞擊試驗（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：將過盈連接的鎢鋼上套表殼固定于撞擊試驗機上，以正面（CH位）和側面（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、開裂等不良現象；但當連接頂力大于90.00N時，鎢鋼上套殘留應力過大，放置24小時以上即會出現鎢鋼上套斷裂脫落的現象。試驗結果表明，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，所以要驗證及確定最佳的倒角，以確保裝配有良好的導向。如表1所示，通過對倒角分別為50°、55°、60°試驗樣板進行正交測試。試驗結果表明，不銹鋼表身角度為60°、鎢鋼上套角度為55°時裝配力度符合目標，此組合角度為最佳導向角度。

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，會引起上套刮手。通過用不同高度上套裝配對比，測試結果見表2。試驗結果表明，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，鎢鋼上套不銹鋼表殼的裝配間隙小于或等于0.10mm，且表殼不會有明顯的刮手感。

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60.00N～80.00N；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，300件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。

參考文獻：

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

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