主弹簧制造技术

用于由马达弹簧驱动的机器、特别是用于计时器的主弹簧，其由金属玻璃材料的带状物制成。该带状物是单片的并且具有大于５０μｍ的厚度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及由金属玻璃材料制成的、用于由马达弹簧驱动的机器、 特别是用于计时器的主弹簧。
技术介绍
在EP0942337中已经提出了包括由无定形金属制成的马达弹簧的手 表。实际上，上述文献仅仅描述了由包括与环氧树脂结合的无定形金属 带状物的厚度达50pm的层压板制成的簧片。作为一个变形，已经提出了 通过点焊所述弹簧自由形状的两个末端和变形点来组合该簧片。这种簧片的主要问题在于在它的形成操作期间和在接下来这种弹簧 经受的重复折弯和展开操作期间中要将层压板分层的高风险。这种风险 在树脂严重老化和失去其特性时更加严重。该解决方案将保证所述弹簧的功能性能和疲劳性能。而且，所述弹 簧的理论形状的建议模型没有考虑层压材料的性能。选择使用多个薄的簧片结合在一起的原因是因为获得更厚金属玻璃 簧片的困难，虽然通过快速淬火用来制造厚度在大约10~大约30微米范 围内的带状物的处理技术是公知的，该淬火处理技术是20世纪70年代 期间为了无定形带状物的磁特性而开发的。显然这样的解决方案不能满足主弹簧必须达到的扭矩、可靠性和使 用寿命的要求。关于尤其是由Nivaflex⑧的合金制成的传统弹簧，原始合金带状物通 过两个步骤形成主弹簧國将该带状物自己巻起来以便形成紧密螺旋线(弹性变形)，然后在火 炉内处理以定型这样的形状。这个热处理对机械特性来说也是重要的， 因为它能够通过改变其晶体结构(沉积硬化)使该材料的屈服强度得到增强；以及-该螺旋形弹簧被巻起来，因此塑性变形冷却以便得到它确定的形状。 这也提高了容许应力的级別。所述合金的机械特性和最后形状是结合这两个步骤的结果。对于普 通合金，单独的热处理将不会获得所期望的机械特性。为了以期望的方式改性所述晶体结构，固定晶体金属合金需要以相 当高的温度进行相对长的热处理(持续几个小时)。对于金属玻璃来说，材料的机械特性本质上依赖于它的无定形结构， 并且在固化后立即获得，不象由Nivaflex⑧合金制成的普通弹簧的机械特 性，其是通过在它们的制造过程中不同阶段的 一 系列的热处理来获得。 因此，不象Nivaflex⑧合金，随后通过热处理的固化是不必要的。通常，只有巻起操作才给所述弹簧有最佳的形状，因此一旦所述弹 簧被巻绕，将提供在它的整个长度上具有最大应力的所述簧片。相反， 对于由金属玻璃制造的弹簧，最终最佳的形状仅仅由单独的热处理定型， 而高机械特性仅依赖于它的无定形结构。金属玻璃的机械特性不被热处 理或被塑性变形所改变，因为这种机理是完全不同于那些在晶体材料内 所遇到的那些机理。本专利技术的目的在于至少部分地消除上述的不足。
技术实现思路
为了这个目的，本专利技术的主题是权利要求1所述的用于由马达弹簧 驱动的机器的主弹簧。通过从金属玻璃的单片带状物制作主弹簧，充分受益于这类材料的 优点是可能的，尤其是它储存高密度弹性能量以及利用显著恒定的扭矩 来恢复它的能力。与例如Nivaflex⑧的普通合金相比，这些材料的最大应 力和杨氏模量值能够使o2/E的比值增加。 附图说明这些附图简要地和以实施例的方式阐述了根据本专利技术的主弹簧的一 种实施方式。-图l是巻绕在发条盒内的弹簧的平面图； -图2是在发条盒内非巻绕的弹簧的平面图； -图3是自由状态的弹簧的平面图； -图4是由金属玻璃制造的主弹簧的巻绕/非巻绕图表。 具体实施例方式在下面给出的例子中，用来形成主弹簧的带状物是通过应用轮子淬 火技术(也被称为平面流铸技术)制作的，其是用于通过快速冷却制作 金属带状物的技术。喷射的熔化金属被推上快速旋转的冷却轮子。该轮 子的速度、喷射孔的宽度和喷射压力是定义所制作的带状物的宽度和厚 度的参数。也可以应用其他带状物制作技术，例如双辊铸轧。在本例中，使用了合金Ni53Nb2oZr8Ti,oCo6Cu3。将10 20克的合金 布置在被加热至1050。C到1150。C之间的传送管嘴内。该管嘴孔的宽度在 0.2mm到0.8mm之间。该管嘴与该轮之间的距离在O.lmm到0.3mm之 间。被沉积上熔化金属的该轮是由铜合金制造的，并且被以5 20m/s范 围的切向速度驱动。施加来使熔化金属通过该嘴喷出的压力在10 ~ 50KPa 之间。只有这些参数正确的组合才能形成具有大于50pm的厚度，典型地在 50^irn到150pm之间，和大于1米长度的带状物。对于经受纯弯曲的带状物，最大弹性力矩由下面方程式给出Mfflax:^0鹏 (1 )其中e是该带状物的厚度; 》是该带状物的高度;以及 C7皿是最大弯曲应力;当主弹簧经历从巻绕状态到非巻绕状态时，该主弹簧释放它的能量。 目的在于计算该弹簧在它的自由状态下必须具有的形状以便每个部分在 它的巻绕状态承受最大弯曲力矩。下面图1-3描述了该主弹簧的三种结构，即巻绕状态、非巻绕状态和自由状态。对于这些计算，将在巻绕状态下(参见图1 )的该弹簧视为具有互相 紧巻绕的阿基米德螺旋。在这种情况下，在曲线横坐标上的任何一点都可以被写成rn=rcore+ne (2)其中rn是在巻绕状态下第n圏的半径; rc。re是发条盒芯的半径; n是巻绕圈数；e是所述带状物的厚度。此外，每一圈的曲线横坐标上的长度被给出为Ln=rne (3)其中Ln是第n圈的曲线横坐标上的长度; rn是在巻绕状态下第n圈的半径;以及 9是延伸的角度——在一 圈情况下，6=2兀。 在自由状态下弹簧的形状通过考虑进曲率半径误差来计算，以便将 该弹簧在整个长度上被加压到amax,这里J___1 = ^m肪=20"咖x ")其中i ;是在自由状态下第n圏的半径;M隨是最大力矩; E是杨氏模量;以及 I是惯性力矩[单位mm勺；因此，为了计算在自由状态下该弹簧的理论形状，所有我们需要的 是计算下面的要素1.由方程式(2)得到在巻绕状态下第n圈的半径，其中11=1， 2，…；2. 由方程式(3)得到第n圈的曲线横坐标上的长度；3. 由方程式(4)得到在自由状态下第n圈的的半径；以及最后4. 由方程式(3)#到第n圈的弧度，但是通过用i ;取代rn，以顺过保持 步骤2计算的弧长度U。用这些参数，现在构造在自由状态下的弹簧以便将该弹簧的每部分被加压到Om狄是可能的(图3)。该金属玻璃带状物通过在由铜或具有高热传导性的合金制造的高速 旋转的轮子上快速地固化该熔化金属而获得。为了使液态的金属成玻璃 状，要求有最小的临界冷却速率。如果所述冷却太慢，那么所述金属由 于晶体化而固化并且失去它的机械特性。对于特定的厚度，确保最大冷 却速率是重要的。冷却速率越高，原子将耗费越少的时间来衰减，自由 体积浓度将越高。从而所述带状物的延展性将得到提高。在大约0.7xTg (玻璃化温度)K的温度以下，通过启动和随后的滑 动带传播，非均匀地发生所述金属玻璃的塑性变形。所述自由体积作为 滑动带成核位置，并且有更多的成核位置，那么所述变形就更少地局部 化以及断裂之前所述变形就越大。因此平面流铸技术步骤是获得所述带状物的机械和热力学特性的关 键步骤。在Tg-lOO K和Tg之间，当温度升高10 K时粘度伴随温度迅速下降 大约一个数量级。在Tg下的粘度大概是等于1012Pa.s，不宜赖于讨论中的 所述合金。因此制作该粘性结构的模型是可能的，以便在这种情况下所 述带状物产生它本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于由马达弹簧驱动的机器的主弹簧，该主弹簧特别用于计时器，该主弹簧由金属玻璃带状物制成，其中，所述带状物是单片的并且具有大于５０μｍ的厚度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：多米尼克格里蒂，托马斯居格，文森特冯尼德豪泽恩，
申请(专利权)人：劳力士有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]