钨钢上套过盈连接方式的研制

邓苹 刘海华 郭新刚 潘明 林胜成

摘 要：文章研究出一种钨钢上套与不锈钢表身新型连接方法，即钨钢上套与不锈钢表身之间过盈连接方法。研究结果表明，该方法连接可靠、耐久性好，成本较胶水粘接方法无明显增加，且不会出现溢胶和因胶水老化致使的粘接力下降（甚至丧失）等不良问题。

关键词：钨钢；手表；过盈；配合；不锈钢

中图分类号：H714 文献标志码：A 文章编号：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

不锈钢表身配钨钢上套表壳主体部件表身为不锈钢材料，表身上面是装饰功能钨钢上套；不锈钢表身配钨钢上套手表由于重量比全钨钢手表轻，而且钨钢上套具有良好的耐磨性、清晰分明的棱线和厚重的金属质感而深受消费者喜爱，公司每年都推出此种构造的新款作为主打产品。由于钨钢上套硬度较高、弹性较差，上套加工难度较大以及工艺上有很多限制；加上表身与上套为两种不同特性的材料，所以两者之间的连接结构单一，钨钢上套与不锈钢表身常规连接方式为胶水粘接。

现行钨钢上套与表身之间粘接使用胶水有液体二合一胶水或固体热熔胶片，常规粘接方法生产过程中出现如下问题：（1）使用液体二合一胶水粘接的表壳经人工汗浸泡24小时后，约有4%上套会出现松脱，不能满足粘接100%合格验收标准要求；（2）使用固体热熔胶片粘接的表壳经过175℃烘烤，在此温度条件下电镀玫瑰金的部品（表身或上套）会出现轻微变色，不能满足手表外观要求。基于以上存在问题，本文研制了钨钢上套与不锈钢表身连接新方法。

2 研制过程

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，在上套底部相应位置增加凸台，用高频焊接方式使上套、表身连接，连接示意图见图1（a）；方案二——过盈方法原理：钨钢上套结构与常规一样，表身配合部位加工成两段结构，两段外径相差0.18mm，下半段外径与上套内径过盈配合实现连接，连接示意图见图1（b）。方案三：塑料圈方法原理：钨钢上套通过磨削或放电加工方式加工放置塑料圈台阶，表身配合部位加工成两段结构，两段外径相差0.18mm，下半段外径与上套内的塑料圈通过塑性变形实现连接，连接示意图见图1（c）。

2.2 方案试验

从样板图纸设计到试验，分别对3种方案从加工成本、加工难易度、实施效果方面进行试验。（1）焊接方法：加工样板5件，在上套与表身之间加入适量的焊膏，再进行高温焊接，待冷却至室温后备用。连接结果通过测试上套与表身之间的配合顶力及外观进行评价。（2）过盈方法：加工样板5件，过盈量参考不锈钢过盈配合结构，由于钨钢上套的硬度高、弹性小，设计试验模型时过盈量比不锈钢小、过盈配合高度比不锈钢低；连接结果通过测试上套与表身之间的配合顶力及外观进行评价。（3）塑料圈方法：加工样板5件，配合尺寸参考不锈钢过盈结构，由于钨钢上套的台阶高度、内径尺寸精度达不到不锈钢上套的尺寸精度，而且上套不需参与防水，为了提高连接的可靠性，设计试验模型时应适当加大塑料圈配合高度及压缩量。连接结果通过测试上套与表身之间的配合顶力及外观进行评价。

2.3 方案评估

（1）焊接方法：加工成本：上套凸台、焊接导致成本增加，比常规结构约增加4.50元/件加工成本；加工难易度：配合面平坦度要求不高，加工难度一般；实施效果：配合顶力优良，但外观上达不到设计要求，焊料溢出，会影响产品外观，焊接后需要对产品进行二次加工。（2）过盈方法：加工成本：与常规结构比较配合部切削加工时间略长，成本变化无明显增加；加工难易度：配合面平坦度要求不高，加工难度一般；实施效果：配合顶力优良，结构简单，易于实现，不会影响产品外观，外观上可达到设计要求。（3）塑料圈方法：加工成本：上套台阶位需磨削或放电加工，加工成本比常规多约3.00元/件；加工难易度：配合面平坦度要求不高，加工难度一般；实施效果：配合顶力适中，但上套与表身间隙偏大，会影响产品外观，外观上达不到设计要求。试验结果表明，过盈方法是钨钢上套与不锈钢表身的最佳连接方法。

3 设计实施

3.1 过盈量及连接顶力

为了100%保证钨钢上套与表身连接的可靠性，须验证能满足连接顶力的最佳过盈量；选取内径尺寸在同一尺寸段的5561上套20件，然后加工不同外径尺寸的不锈钢试件，装配后测试其配合的顶力。试验结果表明，过盈量为0.01mm～0.02mm时，其连接顶力均小于40.00N；过盈量为0.03mm～0.04mm时，其连接顶力均小于50.00N；过盈量为0.05mm～0.06mm时，其连接顶力均小于60.00N～80.00N；过盈量为0.07mm～0.08mm时，其连接顶力均小于90.00N～100.00N；过盈量为0.09mm～0.10mm时，其连接顶力均小于140.00N～180.00N；当连接顶力小于或等于50.00N时，钨钢上套與表身配合不牢靠，钨钢上套可在不锈钢表身上旋转；当连接顶力大于或等于50.00N小于等于90.00N时，钨钢上套与不锈钢表身之间配合紧密，经正、侧面两次撞击试验（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：将过盈连接的钨钢上套表壳固定于撞击试验机上，以正面（CH位）和侧面（9H位）上，受末速度为3.13m/s（90°）的冲击锤各冲击一次。）后，钨钢上套与不锈钢表身依然连接紧密，无松动、开裂等不良现象；但当连接顶力大于90.00N时，钨钢上套残留应力过大，放置24小时以上即会出现钨钢上套断裂脱落的现象。试验结果表明，钨钢上套与不锈钢表身过盈连接的最佳过盈量为0.05mm～0.06mm，最佳连接顶力为60.00N～80.00N。

3.2 导向角度

由于钨钢上套的硬度比不锈钢表身的硬度大，所以要验证及确定最佳的倒角，以确保装配有良好的导向。如表1所示，通过对倒角分别为50°、55°、60°试验样板进行正交测试。试验结果表明，不锈钢表身角度为60°、钨钢上套角度为55°时装配力度符合目标，此组合角度为最佳导向角度。

3.3 上套高度

钨钢上套高度比不锈钢表身低，装配留有间隙；相反钨钢上套高度比不锈钢表身高，会引起上套刮手。通过用不同高度上套装配对比，测试结果见表2。试验结果表明，钨钢上套高度比不锈钢表身高度高出值在0.00mm～0.10mm之间時，钨钢上套不锈钢表壳的装配间隙小于或等于0.10mm，且表壳不会有明显的刮手感。

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60.00N～80.00N；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，300件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 结论

钨钢上套与不锈钢表身采用过盈连接方法连接可有效解决因胶水粘接溢胶问题及因胶水老化致使钨钢上套表在佩戴使用过程中脱落问题。采用过盈连接方法制备的钨钢上套表，其不仅连接可靠，耐久性好，成本较胶水连接方法无明显增加。钨钢上套与不锈钢表身过盈连接的最佳过盈量为0.05mm～0.06mm，最佳连接顶力为60.00N～80.00N，最佳钨钢上套高度为钨钢上套高度比不锈钢表身高度高出值在0.00mm～0.10mm之间时。

参考文献：

[1]刘咏，羊建高.梯度与新型结构硬质合金[M].湖南：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.