製造科學|鍛造工藝——從 Apple Watch 不鏽鋼外殼談起

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如果您也對機械加工感興趣的話,您是否想過,Apple Watch 的不鏽鋼外殼為什麼那麼輕、那麼漂亮?

製造科學|鍛造工藝——從 Apple Watch 不鏽鋼外殼談起

首先說材質

Apple Watch外殼採用的是316L不鏽鋼,也就是製表行業常說的“精鋼”

316L是一種醫用級不鏽鋼,它高強度耐腐蝕,常用於醫療和食品行業,為什麼呢?主要是因為這種材料內部的金屬原子不容易產生滲透,這是也製表行業常使用它的原因——雖然它內部含鎳(Ni)大約是10%到14%之間,但是不會對皮膚產生“鎳過敏”

製造科學|鍛造工藝——從 Apple Watch 不鏽鋼外殼談起

Apple Watch 的316L不鏽鋼外殼的表面,還覆加了一層類鑽碳(DLC),展現出的效果好似一種深邃的黑色星空,同時在一定程度上抵抗劃痕。

然後說工藝

不鏽鋼錶殼製造有一個共同的難題,那就是重量與強度的矛盾——

厚一點吧,太重;薄一點吧,易變形。

Apple Watch 對製造的精益求精在這裡體現出來了:

不鏽鋼錶殼採用了“冷鍛”工藝,也即所謂的“塑性變形”(plasticdeformation)。

為什麼採用這種鍛造工藝呢?一圖以蔽之:

製造科學|鍛造工藝——從 Apple Watch 不鏽鋼外殼談起

圖中依次分別為:鑄造(Casting)、機床加工(machined)、鍛造(Forging)。

從圖中可以看出金屬內部晶粒結構的變化,鍛造出的晶格是完整的,類似於一種流線的走向,完美地適應零件的結構,這樣的零件從力學角度上來看是最優化的。而Apple Watch的316L外殼經過鍛造,強度、硬度均提高了 80% 左右。

其實,鍛造工藝非常有歷史了,古代鐵匠打鐵利用的就是鍛造的原理,這樣打出的鐵器強度更高。

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鑄造與鍛造,怎麼選擇?

最後說說“鑄劍”與“鍛劍”

那麼,古代的寶劍,是鑄造還是鍛造的?按理說應該是鍛造啊,可以為什麼只聽過“鑄劍”沒聽過“鍛劍”呢?

第一個原因,因為最早的金屬都是青銅的,只能是鑄而不能鍛,所以“鑄劍”這個名稱就延留下來了。

第二個原因,可能是因為“鍛劍”這個名稱,也太不吉利了呀!

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“鍛劍”聽起來像“斷劍”


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