Специальные инженерные пластмассы оказались не просто доступными для использования в кварцевых часах, но и открыли недоступные ранее возможности.

Применение природных смол (канифоли, шелака, янтаря, воска, битумов и т.п.) в качестве вяжущих пластичных материалов было известно с древних времен. Начало же производства и применения пластмасс на основе искусственных материалов относится к 3-ей четверти 19 столетия.
При производстве механических часов на протяжении конца XIX и почти всего XX века делались попытки применить пластмассы, но, как правило, они не шли далее применения  их для деталей внешнего оформления крупногабаритных часов, стекла и герметизирующих прокладок в наручных часах.  Применению же пластмасс  для конструкционных деталей механизмов механических наручных часов препятствовали весьма высокие требования к прочностным характеристикам материалов для них.

Ведь из-за миниатюрности механизма относительные нагрузки, создаваемые заводной пружиной (контактные, изгибающие, скручивающие и др.), нередко в несколько раз превышают аналогичные нагрузки в других механических системах. Именно в связи с этим в опорах колесной передачи наручных часов применяют часовые камни, контактная прочность  и износостойкость которых в несколько раз превышает характеристики закаленной стали, для шестерен  используют закаленные инструментальные стали, а работающие с ними в паре колеса изготавливают из специальных латуней, обеспечивающей, даже без смазки, в этой паре металлов один из самых низких коэффициентов трения, и тем самым высокую долговечность механизма.

С момента появления пластмасс из искусственных материалов их разработчики, наряду с созданием пластмасс общего назначения (бытовых, электроизоляционных и т.п.), стремились создать пластмассы, способные заменить металлы в различных механических системах. Эти пластмассы принято называть инженерными или конструкционными. В настоящее время для обозначения этого класса пластмасс применяют аббревиатуру ENPLAs или SUPER ENPLAS. Типичным примером ENPLAs является POM (полиацетал), появившейся на рынке в 1960 году благодаря фирме Dupon (США) и ставшей первой ENPLAs, рекламируемой производителем в качестве заменителя металлов.

От обычных пластмасс, используемых в производстве упаковки и т.п. бытовых целях, ENPLAs отличаются следующими характеристиками:
 ENPLAs обладают высокой термостойкостью, механической прочностью, прочностью на удар и превосходными другими механическими характеристиками.
 ENPLAs используются главным образом для промышленных целей.
 ENPLAs имеют термостойкость более 100гр. С.
 ENPLAs это материалы, которые могут быть использованы вместо металлов.
 
 Супер ENPLAs это ENPLAs, которые имеют наиболее высокие механические свойтва и термостойкость  их более 150гр. С.
 Первые наручные кварцевые аналоговые часы и первые ENPLAs появились практически одновременно. Уже тогда, анализируя особенности работы и конструкции кварцевых аналоговых механизмов для наручных часов, их разработчики оценили перспективы применения в них ENPLAs.
 Прежде всего, невозможно было обойтись без применения пластмасс в электронной части кварцевого механизма: печатных платах, изоляторах токосьемников и т.п. Вместе с тем просматривалась возможность применения пластмасс и в механической части кварцевого механизма. Предпосылками этого являлось то, что детали механизма в кварцевых часах, во-первых,  испытывают в десятки раз меньшие нагрузки, чем в механических, а во-вторых, эти нагрузки действуют гораздо меньшее время.  И механические часы, и кварцевые, имеют стрелочную колесную передачу и календарь. В механических часах, помимо этого, есть еще один узел, требующий для своей работы много энергии – спуск. Именно это и приводит к большим нагрузкам, испытываемым деталями механических часов. 

 В механических часах колесная передача находится под нагрузкой заводной пружины. Минимальный момент, развиваемый ею, должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить энергией узел баланса. Максимальный момент, который развивает до конца зажатая пружина, в несколько раз больше минимального, и детали механизма должны иметь достаточный запас прочности, чтобы не выйти из строя. В кварцевых часах момент, развиваемый шаговым двигателем, постоянен, и повышенного запаса прочности не требуется. В кварцевых часах нет ускоряющей колесной передаче, а в замедляющей (стрелочной) возможно применить зубчатую передачу с эвольвентным профилем зуба, имеющую очень  высокий коэффициент полезного действия, что снижает нагрузки.  В отличие от механических часов, где детали постоянно находятся под нагрузкой заводной пружины, в кварцевых часах нагрузка прикладывается к передаче только в течение очень короткого промежутка времени (тысячные доли секунды), когда шаговый двигатель делает свой шаг. 

 На базе такого сравнения и соответствующих расчетов стало ясно, что детали кварцевых часов испытывают нагрузки в 10...20 меньше, и для их изготовления нет необходимости применять материалы со сверхвысокими прочностными качествами и высочайшей износостойкостью.
 Прочностные и другие механические характеристики ENPLAs в полной мере соответствовали техническим требованиям кварцевых механизмов. Это и предопределило то,  что в настоящее время детали из пластмассы составляют основную часть деталей кварцевых часов. Применение пластмасс в часах оказалось не только возможно, но и выгодно по следующим причинам:
 ЕNPLAs являются самосмазывающимися материалами и обладают чрезвычайно высокими антифрикционными свойствами. Малый коэффициент трения в паре «пластмасса-металл» и «пластмасса- пластмасса» позволил в несколько раз  снизить затраты энергии и  нагрузки в механической части кварцевых часов. Соответственно, стало возможным уменьшения толщины и диаметра колес, и, как следствие, создание серийных сверхминиатюрных механизмов диаметром менее 10 мм и сверхтонких толщиной менее 2 мм, что для механических часов было возможно только на уровне искусства «Левши». Уникальные свойства пластмасс позволили  практически полностью отказаться от смазки даже опор колесной передачи.
ЕNLAs  имеют высокую коррозионную стойкость - отпала необходимость применения защитных покрытий деталей.

Высокая пластичность ЕNPLAs дает возможность получить изделия любых форм, в том числе и тех, которые из металла могут быть получены только механической обработкой нескольких  деталей с последующей сборкой. Из ENPLAs можно без труда получить деталь с множеством мелких элементов, таких как штифты, направляющие отверстия, поддерживающие выступы, что облегчает ориентацию в процессе сборки. Благодаря этому в оказалось легко произвести автоматическую сборку кварцевых механизмов, в которых под одним мостом размещено до двух десятков колес. Автоматическая сборка металлических же деталей вызывает существенные трудности. 

 Размещение практически всей колесной передачи в сложных многофункциональных кварцевых механизмах (хронографах, мультихронографах) под одним мостом приводит к снижению  их «этажности». Толщина таких механизмов в 2-4 раза меньше, чем у механических аналогов с меньшим количеством функций.

Большинство металлических деталей в часах изготавливаются индивидуально. Детали из ENPLAs получают методом литья, когда за один цикл может быть изготовлено несколько десятков и даже сотен деталей. Групповая технология существенно ускоряет производство и снижает стоимость.

Плотность (удельный вес) пластмасс в 6 раз меньше, чем у латуни. Казалось бы, для наручных часов проблема веса не столь важна, но тот кто станет носить кварцевые часы в элегантном оформлении, после таких же механических, сразу почувствует, что его новое приобретение кажется невесомым. Таким образом, использование специальных инженерных пластмасс в кварцевых часах не просто оказалось допустимым, но и открыло недоступные ранее возможности: Именно этим объясняется растущая популярность пластмассы как материала для изготовления кварцевых механизмов.

Опубликовано в журнале "Часовой Бизнес " №4-2002

Портал профессионалов часового бизнеса TimeSeller.ru
При перепечатке активная ссылка обязательна

Теги: 4-2002 Технологии и материалы