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手表的选择与加工 工业设计0902杨超0109106226 手表介绍 手表类型及其原理 手表结构分析 手表案例分析 目录 手表介绍 手表 或称为腕表 是指戴在手腕上 用以计时 显示时间的仪器 手表通常是利用皮革 像胶 尼龙布 不锈钢等材料 制成表带 将显示时间的 表头 束在手腕上 1914年第一次世界大战爆发 各国军方意识到 免手提 腕表的重要性 这才启发了一般民众对手戴腕表的热切需求 1926年 发明了第一块自行上弦的腕表 从1960年起 传统的圆形表样普遍受到接受 瑞士对腕表的进一步改进 就是把怀表所具有的计时 日历 陀飞轮及自动发条装置加以微型化 而装设于腕表上 1952年在美国 法国和瑞士生产出第一块电子表 1967年 纳沙泰尔的电子钟表中心开发出第一块石英手腕表 并在1970年以不同瑞士品牌的名字开始大量生产 自此 新的技术开始快速开发 返回目录 手表类型及其原理 利用了一个周期恒定的 持续振动的振动系统 把振动时的振动周期乘以振动次数 就等于所经过的时间 时间 振动周期 振动次数 根据 电生磁 磁生电 的物理现象设计而成 即由电能转换为磁能 再由磁能转换为机械能 带动时分针运转 达到计时目的 用 石英晶体 作为振荡器 通过电子分频去控制马达运转 带动指针 走时精度很高 机械表 机械表通常可分为两种 手上炼及自动上炼手表两种 这两款机械的动力来源皆是靠机芯内的发条为动力 带动齿轮进而推动表针 只是动力来源的方式有异 手上炼的机械表是靠手动上炼 机芯的厚度较一般自动上炼的表薄一些 相对的整只手表的重量就较轻 而自动上炼的手表 是利用机芯底部的自动盘左右摆动而产生的动力来驱动发条产生能源 但相对的手表本的厚度会较一般的手上炼手表厚一些 工作原理 发条是为手表提供能量的零件 圈绕在条盒内 利用条轴上的铣方槽上紧发条 条轴的方槽是由上条机构驱动 手表在无复上条情况下 即能走时36到50小时左右 由于发条经受明显的应力 时常会导致断裂 因此 当前 采用合金材料 使发条几乎不断裂 发条储存一定的能量 以均匀小量地分配给振荡器 为此 提供的能量通过轮列组 由轮列组以相同比例缩减传输力的同时增加圈数 该轮列组包括4只轮和4只齿轮 后3只轮是铆压在前3只齿轮上 在该示意图上 斜线表示动件之间的啮合 而横线则表示动件铆接在相同轴上 第一只轮是圆周铣齿的条盒轮 最后一只轮是擒纵机构齿轮 擒纵轮铆压在该齿轮上 擒纵轮属于分配机构及计数器 条盒轮转一圈约6小时 在此段时间内 擒纵齿轮和擒纵轮转约3600圈 这数字代表第一只轮和最后一只轮之间的旋转频率比 该比例始终在此数值范围内 一般都设法使齿轮和分轮在手表的中心 并每小时转一圈 特性 机械手表作为精密机械计时仪器和装饰用品 必须同时具备实用性和装饰性 质量优良的表走时准确 使用方便 工艺精细 外表美观 上足发条可连续走时36小时以上 经久耐用 一些表还具有防水 防震 防磁性能 保养常识 机械表是靠机械齿轮及发条的带动而转动 转动难免产生摩擦 所以日久必需加油 润滑 以减低零件磨损率 否则等到出毛病才送修 往往问题已经很严重 机械表最好每年都要回娘家 检查看看有无使用不当或进水的情形 尤其当地的气候湿热 汗水 雨水加上脏空气等长年累积 对机械造成慢性侵蚀 损害的频率和程度都比欧美 日本偏高很多 所以 定期检查 非常重要 然后每三年需作一次彻底的清洗 保养 通常手表上表明的30米或50米等防水是指在实验室测得的数据 用的是纯水 平常手表的防水需求也仅限于佩戴淋浴 洗手 切不可游泳 潜水 泡澡 这会对手表造成严重损害 电子表 电子表是内部装配有电子元件的表 一般分液晶显示数字式和石英指针式两种 戴电子表的人一定都为它的方便和准确性好而感到高兴 它不但能显示时间 而且能显示星期和日期 工作原理 第一代是摆轮游丝电子手表 是以摆轮游丝作为振荡器 以微型电池为能源 通过电子线路驱动摆轮工作 第二代是音叉电子手表 是以金属音叉作为振荡器 用电子线路输出脉冲电流 使机械音叉振动 第三代是指针式石英电子手表 是应用石英谐振器作为振荡器 通过电子分频器后驱动步进马达带动轮系和指针 第四代是是数字式石英电子表 它也是采用石英谐振器作为振荡器 不同的是它经过分频 计数和译码后应用显示器件以数字的形式来显示时间 特性 电子手表计时准确 不用每天上弦 价格便宜 很受消费者喜爱 保养 由于它全是电子器件 佩带时与机械表有些不同要求 用晶液显示的电子表 在阳光曝晒或长期高温条件下容易老化 受潮后 最容易发生故障 受剧烈振动时 晶液玻璃和石英晶体容易损坏 使用一年左右 发现手表数字乱跳 显时模糊或计时功能不正常时 应更换新电池 以免电池漏液损破电子器件 为了节省电池 应尽量少用照果灯和闹时装置 石英表 是用 石英晶体 作为振荡器 通过电子分频去控制马达运转 带动指针 走时精度很高 电子行针表 即是将电子机芯与石英机芯组合而成的 既有电子显示又有表针行走指示的手表 工作原理 当水晶接受到外部的加力电压 就会有变形及伸缩的性质 相反 若压缩水晶 便会使水晶两端产生电力 这样的性质在很多结晶体上也可见到 称为 压电效果 石英表就是利用周期性持续 发振 的水晶 为我们带来准确的时间 首先 将石英表内的水晶片上加电 水晶便会以32768赫兹的周波数 正确地振动 然后必须将此频率化成1Hz 电流一秒间的一次变化 的信号电流周波数 再增加些信号的幅度 由于因振动而产生的电流甚弱 跟着些信号电流再发动转子齿轮 表上的秒针便会随之发动 特性 好处是准确 重量轻及保养较容易 缺点是 一般石英电池寿命只有一两年 常需更换 再者是利用石英振荡的手表 常使用了五 八年后石英振荡会衰退 相对的准确度会降低 此时便需换装 但由于现代工业的发达 人工费用高涨 用人工来换装众多细小的零件太不符合成本 所以石英表若出现大故障 通常原厂皆会要求直接换一个新的机芯 保养 一般情况下石英表不需要保养 因为石英表里有电容器 电解液会慢慢变干 所以理论上的使用寿命在15年左右 1避免强烈冲击 现在手表虽有防震功能 仍应避免突来之冲击 故做运动时 最好将手表取下 2勿近磁性物品 手表零件为金属制品 虽有防磁装置 但遇磁性物体时 易使时间不准 故最好少放于收音机 电视机等电器品旁边 3请勿使手表接近溶剂 水银 化妆用喷雾剂 清洁剂 粘剂或油漆 否则表壳 表带等会脱色 变质或受损 4远离樟脑物质 樟脑有分解油脂之作用 易导致手表机件油脂被分解 使之故障 返回目录 机械表结构 机械表内部结构图示意图 机械表结构 轴轮 采用青铜和镍合金等制成 具有抗磁的性能 保证时间的准确性 摆轮 利用铜和钢两种材质对于温度的不同膨胀系数 使温差变化对于机械钟表产生的影响改变 主夹板 夹板 轮列 用含有30 40 锌成分的铜与锌的合金制成 刻度 指针 发光材料 能够在黑暗中发出光亮的材料 机械表结构 摆轮游丝 一种膨胀系数极小的钢镍合金 以防止热胀冷缩 影响手表精度 夹板 齿轮 垫片 采用了钢铁与少量的碳合成的金属 具有良好的防腐蚀性能 机械表结构 整机械表整体结构 机械表结构 1 不锈钢表壳 全钢表壳 加工特性 1 韧性大 切屑不易切离 2 高温强度高 硬度高 3 切削粘附性强 切削过程易产生刀瘤 4 导热率低 切削时刀刃易过热 失去切削性能或磨损 5 材料的夹杂物微粒使刀具易磨损 6 加工硬化作用强烈 7 不锈钢切屑不易折断 切削过程中容易起阻塞作用 2 铜合金表壳 半钢表壳 1 工艺性能良好 易于铸造 焊接 易切削等 2 具有化学稳定性强 抗拉强度大 有抗腐蚀性 可塑性 延展性 机械表结构 3 陶瓷材料化学成分是ZrO2 纯氧化锆无色 略有透视效应 如加入微量的色素离子可呈现各种鲜艳的颜色 色泽比较柔和 1 材料硬度高 耐腐蚀 耐高温 色泽不变 2 具有良好的物理特性 适合制作小而复杂的零件 4 钛表壳钛金属质地坚硬 比钢硬30 同时比钢要轻 1 机械加工性能好 2 抗腐蚀性强 耐人体汗液的腐蚀 而且与人体不发生过敏反应 3 无磁性 无毒 钛是无磁性金属 在很大的磁场中也不会被磁化 5 钨钛合金表壳材料坚硬 不易磨损和划伤 抗腐蚀性好 其它材料 黄金表壳水晶表壳木表壳石头表壳 贵金属表带 价格昂贵 做工细致 很豪华 适合高介表及珠宝表等等 在特殊场合佩带 钢链表带 价格适中 高低档货色齐全 其优点系耐用 粗旷豪迈 有运动感 主要缺点有部分皮肤会引起过敏 表带清洁不易 容易藏污纳垢 真皮表带 种类相当多 价差亦极悬殊 有鳄鱼皮 蜥蜴皮 驼鸟皮 牛皮 羊皮有 魔鬼皮 水蛇皮 优雅手表必须搭配顶级皮表带 方能展现整体典雅的气质 佩带舒适是其优点 主爱要缺点是易受潮 保养困难 不耐用是其致命伤 帆布或尼龙表带 价格便宜 主要用于军表 运动表 会吸水 易生异味 塑胶表带 价格最廉 主要搭配电子时尚流行表 图案设计多样化 五彩缤纷 但有尚未长大的感觉 硅橡胶表带 渐受到表商的青睐 主要用于防水 潜水表上 今后其运用会越来越广 硅橡胶具有极佳物理特性 无毒 耐高低温 耐酸硷 有弹性 易保养 1 蓝宝石镜面蓝宝石为天然金刚石的一种 与氧化铝合成后具高抗磨损与防蚀效果 硬度为2200 2300域氏 钢硬度的七倍 莫氏硬度9 其硬度仅次于钻石 硬度高 光通性好 磨擦力小 耐高温 抗磨损 常用做手表表镜和透视底盖 2 矿物水晶玻璃镜面硬度为500 800域氏 莫氏硬度5 通常为抛光后再加强硬度 但硬度仍略逊于蓝宝石水晶镜面 3 合成玻璃镜面塑料玻璃指的就是压克力 过去的表多半使用这种材质 现在仍有不少表款在使用 其缺点是容易刮伤 且透明度稍差 但因为具有弹性 不易破裂 所以又叫做安全玻璃 4 防眩镜面防眩镜面就是在镜片上电镀多层膜 使其附着于镜片上以防止光线折射 类似汽车隔热纸 又叫做多层膜或彩衣 电子表结构 电子表内部结构示意图 电子表结构 电子表整体结构示意图 1表壳 材料通常PC 15 玻纤 但大多手表现在改用ABS 主要原因省钱 2面圈较多用钢圈电镀银流行银灰色 塑胶件入水需特别注意 因生产时表面极易产生熔合线和气纹 入水需MOLDFLOW分析 3内影 手盘从上看印指针刻度件 材料AB 4底盖一般选材ABS PC 15 玻纤设计5表带材料PU90手感较好 成型佳 模具设计一般材料PU85085较软 成型极易产生毛边 白色时特明显 有行位设计时需特别注意不可行整面 特殊情况尽可能用手动行位代替材料PU70以下非常软 成型困难 电子表结构 石英表结构 石英表内部结构 在之前的介绍中提到了石英表工作原理的不同 其内部结构的差异就在于 机械表的是依靠发条为原动力 而石英表则是依靠电池 所以在内部结构上大体差异不大 不进行详细介绍了 可以参考上述中机械表内部结构材料的分析 这里着重介绍手表手工艺加工方法 现代加工工艺的成熟以及新材料的普及对手表的整体来说有了性能上的大幅度提高 但是依旧有很多的手表品牌坚持着部分部件的手工工艺加工 保证其高端品质 接下来为大家介绍一些经典的手工艺加工方法 手工艺加工介绍 镶字块用金属冲压而成的刻度标记 主要铆压在表盘上手表品牌雕刻珐琅在金属表面进行雕刻并且填充珐琅材质的工艺倒角对于机芯零部件的边角进行人手打磨的工序纹路雕刻通常在表盘上出现的各种纹路与线条雕刻工艺应用在表壳或机芯等处的手工技艺 手工艺加工介绍 手工艺加工介绍 抛光应用于表壳加工 机芯零部件等方面的一种打磨工艺移印利用涂墨印版在表盘上印制数字刻度等的工艺氚氢的同位素 用于催化表盘上的荧光刻度以及指针荧光条发出亮光镂空通过雕刻表壳和机芯等部件使其展现通透的工艺 石英表结构 石英表整体结构 表壳加工工艺 石英表的整体结构材料与机械表的更是类似 很多精品的手表品牌坚持了很多零部件的手工艺加工方式 表壳作为手表的最大一个零部件 接下来介绍两种金属表壳加工的工艺流程 表壳加工工艺 一 不锈钢表壳加工典型工艺 一 表壳毛坯冷冲压加工成形及机械加工工艺采用冷挤工艺的目的是为了达到表壳成品毛坯的少切削以及边部无切削 从而提高生产效率 对不锈钢不适宜进行较大变形量的一次成形 冷冲压加工表壳的主要特点 1 加工工艺较简单 工序较少 机械加工量少 2 镦挤内外形较精确 棱角清晰 3 粗糙度低 4 加工设备简单 易于实现自动化 但此工艺对模具精度要求较高 工艺适合中小企业进行手表表壳的加工 生产成本较小 同时也适合自动化程度较高的企业采用 工艺过程 用板料冲裁法制备毛坯 冲孔 冲开档及落料 成形 第一次扩孔 第二次扩孔 挤压拉光 镦粗和挤压联合成形 表壳镦挤成形过程6道工序 其中前一道为分离工序 后五道为变形工序 表壳加工工艺 加工工艺设计分析 1 毛坯制备 分两道工序进行 1 冲孔 冲开挡将4 54x45x1000MM的不锈钢带料放在80吨曲轴压力机上 预先将中心孔及开档冲出 按毛坯体积 或重量 与成品体积 或重量 相等的原则来确定中心孔直径 以保让成品尺寸的要求 孔径过大 势必增加整个材料的厚度 浪费材料 过小将影响凸模强度 统机表壳通常控制在直径22毫米左右 另外 开挡要留有适当圆角 便于金属在变形中流动 使工件角头得到补充 一般选择R 3MM 图1 2 落料该工序是以中心孔定位 开档定向 在80吨曲抽压力机上将毛坯分离下来 将下料工序分两次完成 是为了简化模具加工 凸模形状简单 强度好 表壳加工工艺 2 成形该工序是先将毛坯中心孔略顶出一个凸起 并弯起四爪 这道工序的关键是将中心孔周边金属挤成表壳的反圈 3 扩孔扩孔工序是为了形成反圈并使毛坯充满凹模型腔 第一次扩孔尺寸为 20 25毫米 第二次扩孔尺寸为 25 28毫米 最后扩孔 28 29 5MM 扩孔过程中料壁将变薄 后道工序扩孔的绝对变形程度应逐渐减小 以使其相对变形程度趋于均匀 以变形程度较大的对称铀方向的断面收缩率来说 每次扩孔的相对变形程度约为20 4 挤压拉光本工序的目的 除了进一步降低工件边部的粗糙度及提高外形尺寸精度 确保制件顺利进入精整凹模型腔内以外 还要使远离对称轴方向的四个角头 在挤拉过程中 沿纵向进一步产生变形 使尺寸加厚 以弥补在精整时出现的角头缺料现象 通过挤拉工件 使其周边达到较高的尺寸精度和较低的粗糙度 表壳加工工艺 5 精整成形该工序除完成最后扩孔任务 28 29 5MM 外 还将完成毛坯几何尺寸和粗糙度的要求 从变形的特点分析 工件外形尺寸在模腔内变形属于镦粗变形 金属充满型腔后 多余金属外溢形成飞边 反圈 机心台及前角面变形 属于挤压变形 实际上该工序是镦粗与挤压联合成形 上述各道工序的变形比较可以看出 在上述各道工序中 每次扩孔前要进行软化处理 共三次 及三次表面处理 以改善材料的挤压性能 上述各道工序完成后 进行机械加工 磨削加工 直至最后成品 二 表壳毛坯热挤压成形及机械加工工艺所谓热挤压就是将金属坯件加热到再结晶温度以上 在热状态下进行体积成形的工艺方法 金属坯件加热后 可大大降低极限强度 捉高塑性 可减少模具载荷与压力机吨位 有利于成形 热挤压成形工艺主要用于手表表壳毛坯成形加工 也是国内各厂多致采用的工艺路线 其缺点是毛坯容易产生翘曲和缺料现象 加工质量较低 毛坯加工余量大 表壳加工工艺 毛坯的加工方法手表表壳材料分全钢和半钢两种 由于成形方式不同 所用的材料形式也有区别 一种为板料 一种为棒料 用扳料加工毛坯时 是在压力上冲裁下料 其优点是生产率高 缺点是材料利用率低 陈了无废料剪裁外 利用率在60 左右 用棒料加工毛坯时 一般有两种方法 一种是用模具在压力上切取毛坯 共优点是生产率高 材料利用率高 几乎能达到90 以上 缺点是切断面较粗糙 而且有微小的斜度和压扁变形 另一种是用切削加工制取毛坯 其优点是毛坯两端面粗糙度较低 而且平行 没有压扁变形 缺点是生产效率低 切削损耗大 材料利用率只达60一80 加热设备的选择 毛坯加热设备一般采用箱式电炉 对电炉要求升温快 炉膛温度均匀 便于调节控制温 压力机的选择 热挤压成形一般采用摩擦压力机为宜 因摩擦压力机在封闭挤压时遇到毛坯过多或者超载 也不会损坏床身和模具 同时挤压速度比较理想 操作方便 也可以采用普通闭式100吨曲轴冲床 但工作速度保持在每分钟3 6米为宜 表壳加工工艺 工艺路线设计 毛坯制备 热压压坑 压形 切边 切脚冲孔 车表壳前后端面及内径 钻铰柄轴孔 粗车正脚及车防水槽 磨削 钻环孔 精车正脚 车螺纹 粗车止口 去毛刺 检验 防水试验1 毛坯制备将厚6 5毫米的不锈钢条料在100吨冲床上用剪裁模裁成料块 2 热压压坑将料块放进电炉内加热 温度控制在850一950 然后将加热的料块在100吨的冲床上用压坑模压出形状 同轴度应保持在 0 80毫米以内 3 压形这是一道主要的成形工序 把前道工序加工的坯料加温至850一1050 在315吨的冲床上用压型模挤压正脚 反脚与反圈 并保证四脚原厚度均匀 另外 在加热坯件过程中要控制时间 必须防止工件过烧 形成 脱皮 4 切边将压形后带毛边的坯料加热至300 左右 在40吨冲床上用切边模切出外形及开档 表壳加工工艺 5 切脚冲孔在40吨冲床上用切脚冲孔模冲出内孔和外形 其同轴度要保证在 0 40毫米以内 以上工序完成后 进行机械加工 磨削加工 6 车表壳前 后平面及内径在表壳气动车床上用外型夹具及内径夹具分则进行的三道车削工序 按照定位基准的要求先车后平面及内径 然后车平面 最后扩大内径 7 钻 铰柄轴孔在气动车上钻柄轴孔并车平头 为了提高效率也可在专用多工位机床上加工 钻孔后须铰孔 8 粗车正脚 车防水槽 车反脚与反卷在气动车上依次进行这三道车削工序 9 磨削工序在外圆磨床 砂轮车床 磨平机上分别进行各磨削工序 包括磨周边 磨脚头 磨开档等 10 钻环孔在专用钻床或小台钻上用环孔床花钻钻四孔 四孔距边缘相等 11 精车正脚在气动车床上进行四脚精车 表壳加工工艺 12 车螺纹在半自动螺纹车床上 以内径及前平面定位 通过凸轮控制螺纹进刀 一般分6 7次完成螺纹加工 13 精车止口正卷 在自动车床上用内径央具 精车正面止口 表壳的机加工序 切削及磨削 至此全部完毕 14 去毛刺 擦光及抛光在机加工结束后 主要进行抛光工序 预先还要在擦光机内用煤油 抛光膏 钢珠等混合液对表壳振动擦光 抛光工序在专用抛光机上用夹布抛轮分别抛开档 抛正脚 抛横边与脚头 抛反卷 抛正卷等 抛光时要防止表壳脚面等处变形 15 对表壳进行检验 分拣 装配并进行防水检验把装好柄轴 旋紧后盖的表壳放入加压检验容器内 加压2 2 5大气压 稳压2分钟 减压后取出擦干 进行