原來你是這樣的遊絲——遊絲的由來以及是怎樣煉成的

在機械錶當中,遊絲是機械鐘錶運轉的“心臟”。當然,在遊絲還沒有出現的時候,機械錶是依靠鐘擺作為振盪器實現能量分割和走時。後來遊絲的出現,為後來懷錶和腕錶的出現也極有幫助。

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遊絲的作用

遊絲的直徑很小,往往只有1釐米,但是卻十分重要,遊絲的結構一般是扁平狀的,帶有一個末端上繞曲線。你看到左右擺動的擺輪,其實是因為遊絲的作用。遊絲每一次的闊張收縮,都像是在畫一個完美的圈,要很穩定才可以和擺輪配合,纖細的遊絲確保了擺輪能夠以恆定的頻率來回擺動。因此,遊絲如果出現瑕疵,可能會導致腕錶走時不精準。遊絲的材料、有效長度、厚度、寬度都對整個系統有著本質的影響。

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為了腕錶走時更加趨向完美,鐘錶業一直在探尋更加完美的遊絲材料,比如鎳鉻鋼合金Nivarox遊絲,我們很熟悉的硅遊絲等等,都是我們在探尋路上的一些里程碑式的發現。

關於遊絲的起源

至於遊絲的起源,其實也備受爭議。業內共識,是克里斯蒂安·惠更斯在1675年的時候發明了首枚帶有擺輪(Balance Wheel)和遊絲的機芯,但是根據之後發生的一些事情,事實似乎並非如此。

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羅伯特•胡克

2006年,羅伯特•胡克(Robert Hooke)的筆記填補了之前英國皇家學會(Royal Society)會議記錄當中的一些令人困惑的空白。胡克的這個筆記我們稱它為“Hooke Folio”,在裡面他直接否認了之前克里斯蒂安·惠更斯發明了遊絲這個說法。

1635年,羅伯特•胡克出生於英國懷特島的弗雷斯沃特村一個教會家庭,長大後的胡克是個“學霸”,他在牛津大學學習,並且拿到了全額獎學金。但是胡克這個人其實處境相對比較尷尬,他曾經和牛頓有過沖突,這和他之後所面臨的事件有著很大的關係。不得不說,胡克是一個“全才”,他提出過光的波動說,建立了彈性體變形與力成正比的定律,即胡克定律。顯微鏡和望遠鏡的功勞也是來自於胡克。從這裡就可以看出來,胡克是個全面發展的科學家。那麼他和克里斯蒂安·惠更斯之間的糾葛從何說起?

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後來胡克從皇家學會借用了會議紀錄草稿,將缺失的會議紀錄記下來。不過經過了一次教訓之後,胡克並沒有將紀錄下來的筆記交給皇家學會的第一秘書,Henry Oldenburg。這說起來也不簡單。Henry Oldenburg不僅僅是皇家學會回憶記錄員,而且他還在國際科學家學會當中(international network of scientists)做外交秘書(foreign secretary )。因為這一層關係,他極有可能曾把胡克的理論給惠更斯。後來,直到2006年,胡克的這份筆記在英格蘭南部漢普郡的一處房屋裡面發現了,為此,英國皇家學會花了94萬英鎊買下這份筆記。

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上面說到,克里斯蒂安·惠更斯於1675年發明了首枚帶有擺輪(Balance Wheel)和遊絲的機芯。自此以往,後繼者蕭規曹隨,腕錶調速機構的變化甚小。擒縱推動擺輪,反之,受到擺輪的約束。擺輪的振動調節時間的流動:擺輪每擺動一次,齒輪系前進一定距離。它的作用,類似於時鐘鐘擺的作用。纖薄的盤繞遊絲,確保擺輪以恆定的頻率來回擺動。

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生產過程

傳統的遊絲由鐵鎳合金,如Nivarox製成,其彈性幾乎不受溫度的影響。Nivarox是Nicht Variabel Oxydfest(不可變,不氧化)的縮寫,這種合金與瑞典諾貝爾獎得主查爾斯·埃杜德·紀堯姆發明的Invar合金(FeNi36%)屬於同類。

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若想製造遊絲,首先要結合高技術工業精密和手工作業,憑藉超精密金屬層壓技術,生產出可鍛造的金屬片。通過連續的步驟將金屬絲變成細遊絲需要數天的時間。容差通常低於0.1微米(100納米),因為遊絲輪廓的細微變化都會對腕錶性能產生影響。這項技術眾所周知,差異之處在於滿足必要精度的商業秘密。

遊絲的製造過程涉及多個質量程序、質量控制、清潔和熱處理等等。以下僅列出主要的生產步驟:

拉絲

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用於逐漸縮減合金線直徑的金剛石模具

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多種不同的,用於拉伸遊絲的金剛石模具

一切都從直徑0.6毫米的鐵鎳合金線開始,根據所需遊絲,合金線被精確拉伸至60-70微米(即0.06-0.07毫米)。然後通過多個金剛石模具(連續20次),逐漸縮小其直徑以達到最終寬度。想要拉出超過1千米的合金線,大概需要兩週的時間,特別是合金線越長,每次拉絲耗時越久。

小貼士:拉伸後的遊絲直徑相差0.3微米,作用在機芯上,其速率變化可達每天300秒。

輥壓扁平

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合金線裝在輥軸上

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扁平合金線的尺寸也由激光控制

在這個階段,合金線還是圓的,然後需要將其輥成矩形條帶。合金線通過精密輥軸壓平,結果用激光測量。如果檢測到任何差異,機器可自行校正。這是生產過程中最微妙的步驟之一,精度至關重要,因為0.1微米差異會導致機芯每天200/300秒的速率變化。

切削

接著將合金線切成規律線段,注意要比最終遊絲的期望長度稍長,以便進行調整,這可能是生產過程中最簡單的步驟。

卷繞/熱處理

進行熱處理之前,需要將其卷繞成螺旋形(通常每次4條),以確保它們維持形狀,並增強其機械性能。

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遊絲卷繞後用於熱處理的烤爐

通過搖動盒子將它們分散開來。與所有其他操作的執行方式相比,這是一個非常傳統而簡單的過程,但仍然是最有效的方法。根據每條遊絲的規格,使用切割工具(內切)調整內部尺寸。

分類/配對

檢查擺輪和遊絲,並測試其性能,以便分類(擺輪按慣性,遊絲按強度)進而配對。如果需要,可以藉助激光制導工具,對擺輪慣性進行調整平衡。

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焊接

激光焊接——將遊絲固定在擺輪樞軸上。然後檢查遊絲長度,如果需要,進行切割(外切割)。

補足配平

檢查並調整擺輪及遊絲旋轉方式,以至平衡。

塑造末端曲線

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塑造末端曲線

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帶有末端曲線的遊絲

末端曲線允許遊絲同心擴展和收縮。由於難以精確地塑造這樣的小曲線,所以這是一步非常微妙的操作。需得手工作業,以平遊絲為例。採用特定工具按壓遊絲末端,按照具體分類樣式標準,塑造末端曲線。

說了這麼多,你是不是對一枚小小的遊絲有了新的認識?

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