不銹鋼材質手表防水結構研究

摘 要：針對不銹鋼材質手表多種常用防水結構進行對比研究，研究內(nèi)容包括防水結構特點、分析跌落試驗、耐水壓試驗、冷凝試驗等3項研究測試，分析各防水結構防水性能的強弱。結果表明：“I”形密封圈結構防水性能優(yōu)于止口扣合結構；螺紋旋緊結構防水性能最佳，尤其在防水要求高的情況。

關鍵詞：手表；防水結構；不銹鋼材質

1 概述

手表是精密計時儀器，防水手表可以避免機心因進水而造成計時不準或損壞，還可以有效防止手表內(nèi)部表盤、表針等零件變色、腐蝕等。然而我們的手表在佩戴使用過程中無時無刻不暴露在外部環(huán)境中，那么手表也自然不能避免日曬雨淋，已經(jīng)嚴重威脅到了手表的功能。因此，在手表的設計過程及加工過程中，對手表的防水性能要求也越來越嚴格。

2 不銹鋼材質手表防水結構

防水手表是指手表具有一定的抗水壓力，可以防止水進入手表內(nèi)。不銹鋼材質手表的防水結構一般分為：（1）止口扣合結構；（2）“I”形密封圈結構；（3）螺紋旋緊結構；（4）鎖螺絲結構。

2.1 圖1a為止口扣合結構，屬于過盈配合[1]，采用O形圈密封組件配合后的間隙，O形圈只作為密封件。常用于手表表殼-上套部位配合、表殼-后蓋部位配合。裝配時需要注意的是先將O形圈安裝在上套或后蓋止口位，采用壓力機壓入法將上套或后蓋平衡壓入表殼。過盈連接一般屬于不可拆卸的固定連接，具有構造簡單、同軸度好的特點。在裝配過程中，上套或后蓋的止口位發(fā)生彈性變形，配合面之間產(chǎn)生壓力，由于長期承受壓力而變形松弛，那么反復拆裝可能會導致配合失效從而失去防水性能。

2.2 圖1b為“I”形密封圈結構，采用“I”型密封圈密封組件配合后的間隙，“I”形密封圈既是密封件，又是連接件。常用于手表表殼-上套部位、表殼-玻璃部位配合。目前市場上手表使用的玻璃一般為藍寶石玻璃或石英玻璃，均屬于剛性玻璃，不能和表殼采用過盈配合，因此，采用“I”形密封圈結構。

2.3 圖1c為螺紋旋緊結構，其特點是配合組件配合部位采用螺紋結構，采用O形圈密封組件配合后的間隙，O形圈只作為密封件。常用于手表表殼-后蓋、表殼-表冠部位配合。螺紋聯(lián)接是一種廣泛使用的可拆卸的固定連接，具有結構簡單、連接可靠、裝拆方便等優(yōu)點[2]。螺紋旋緊結構可產(chǎn)生較大的旋緊力，可使O形圈產(chǎn)生大于其他結構的變形，適用于高度防水手表。

2.4 圖1d鎖螺釘結構，其特點是配合組件由均勻分布螺釘鎖緊，采用O形圈密封組件配合后的間隙，O形圈只作為密封件。常用于手表表殼-后蓋部位配合。此結構將表殼及后蓋均勻分布同等數(shù)量相互配合的螺紋孔及沉孔以配合螺釘鎖緊，通過鎖緊螺釘確保表殼及后蓋的固定連接。

3 手表密封圈

手表的防水結構有很多，但大多都需要同時配合各種類型的密封圈來達到防水的功能。

O形圈是手表最常用的一種密封件，對于溝槽尺寸設計及O形圈規(guī)格選用都是至關重要的。手表用O形圈的材料一般采用丁腈橡膠NBR[3]，除材料之外，O形圈很重要的一個指標是它的硬度，數(shù)值越大表示硬度越高。在同樣壓力下，硬度越高，抗擠出（變形甚至撕裂）的能力就越強。因此，手表防水要求越高，應選用硬度越高的O形圈材料。

“I”形密封圈是手表最常用的一種密封緊固件。手表用“I”形密封圈的材料一般采用ZYTEL，是一種含玻璃纖維和凱夫拉爾纖維合成的熱塑膠。具有高抗沖擊和抗磨損的能力，還具有尺寸穩(wěn)定、切削性能好等特點。

4 跌落試驗

將止口扣位結構表殼和“I”形密封圈結構表殼均在1米及2米高處做自由落體運動，重復50次。發(fā)現(xiàn)在1米高處時，兩種結構均無脫落現(xiàn)象，而在2米高處時，止口扣位結構發(fā)生脫離現(xiàn)象。

止口扣合結構的配合組件采用過盈連接，過盈連接的承載能力是由摩擦而來的，且與壓入力大小差不多，此結構為實現(xiàn)可反復拆裝的需求設計了導入角及導出角，為可拆卸性的過盈連接。故而在瞬間受到足夠的沖擊力時，表殼-上套或表殼-后蓋之間會發(fā)生脫離現(xiàn)象。

“I”形密封圈結構，通過“I”形密封圈的壓縮量產(chǎn)生的壓力將配合組件與“I”形密封圈配合在一起。因“I”形密封圈具有良好的彈性性能，在壓力作用下能均勻地向各個方向傳遞截面面積，在溝槽中有較高的填充度，故而在壓力變化時，能減少密封圈的往復移動。這也就表明其具有工作可靠性高、密封性好的特點。而且手表在跌落瞬間受到?jīng)_擊力時，“I”形密封圈本身的彈性會起到一定緩沖作用。此結構解決止口扣合結構配合組件之間脫離的隱患，同時進一步凸顯“I”形密封圈結構防水功能的優(yōu)勢。

5 耐水壓性能、冷凝試驗[4]

測試目的：測試各種防水結構表殼的防水性能。

測試設備：WF 300C（0-3ATM）或WF 350（0-10ATM）試水機、宏輝WF 205恒溫電熱板。

測試內(nèi)容：以真水加壓來測試表殼的防水性能。真水采用蒸餾水，用一端封口的橡膠管密封在裝好的表殼的壩管處，將表殼放入真水1分鐘內(nèi)加壓至額定壓力（3ATM、5ATM、10ATM），保持10分鐘，然后在1分鐘之內(nèi)將壓力降至常壓。然后進行冷凝試驗，將表殼置于50℃的恒溫電熱板上，加熱15分鐘，然后用常溫水滴滴到表玻璃上，1分鐘后擦去水滴，觀察表玻璃內(nèi)表面是否出現(xiàn)凝霧。

實驗表明：給定的額定壓力為3ATM時，四種防水結構的防水性能均為良好。考慮成本控制、加工工藝難易程度等因素，設計時一般采用止口扣位結構。額定壓力為5ATM以上時，止口扣位結構防水性能相比其他三種結構而言偏弱。額定壓力為10ATM以上時，止口扣位結構的表殼出現(xiàn)進水的現(xiàn)象，此結構不適用于10ATM以上的防水要求的手表設計，建議此時采用“I”形密封圈結構及螺紋旋緊結構。

6 結束語

雖然手表采用了密封防水結構，在日常生活中還是會出現(xiàn)一些不可避免的現(xiàn)象：經(jīng)常上條、撥針校時，表冠或壩管內(nèi)的密封圈會逐漸磨損；表玻璃受溫度影響而熱脹冷縮，會使它與表殼之間出現(xiàn)空隙；后蓋的密封圈因老化或汗水影響出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，都會使手表的防水性能下降。建議最好每隔1-2年將手表送到維修點去測試防水性能，更換新的密封圈。石英表更換電池，機械表清洗加油之后都會做防水測試，保證每只手表開過后蓋后仍具備良好的防水性能。

手表的防水性能是衡量手表質量的一項重要指標，防水性能的好壞直接影響到手表的功能。因此不論是手表防水結構的改進、新的防水性能測試方法以及發(fā)現(xiàn)新的密封性能更好材料都是值得我們繼續(xù)深入研究的方向。

參考文獻

[1]邢閩芳，房強汗，蘭利潔.互換性與技術測量[M].北京：清華大學出版社，2011.

[2]吳宗澤.機械設計師手冊（上冊）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[3]郝木明.機械密封技術及應用[M].北京：中國石化出版社，2010.

[4]QB/T1897-1993.中國防水手表[S].北京：中國輕工業(yè)出版社，1994.