趙 凱, 葉凝香, 鄒振宇, 張毅浩

(深圳市周大福珠寶制造有限公司 材料研發(fā)實(shí)驗(yàn)室,廣東 深圳 518081)

0 引言

黃金首飾歷來(lái)都是我國(guó)珠寶消費(fèi)首選品類,尤其隨著時(shí)代文化的發(fā)展,消費(fèi)者在審美方面轉(zhuǎn)向追求時(shí)尚、品質(zhì)潮流的觀念日趨強(qiáng)烈,這促使相關(guān)珠寶公司在產(chǎn)品方面更加多元化發(fā)展。例如一種運(yùn)用于黃金項(xiàng)鏈或者手鏈中的足金扣(圖1,圖片來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)),其設(shè)計(jì)順應(yīng)時(shí)尚潮流,符合年輕人追求美觀、時(shí)尚的審美取向;同時(shí)避免了一些常規(guī)扣(如足金M扣、S扣)因太軟做成搭扣不牢固的弊端,滿足了消費(fèi)者對(duì)品質(zhì)的追求。但在消費(fèi)者實(shí)際購(gòu)買佩戴過(guò)程中,該類足金扣內(nèi)部金合金彈簧(14K)卻存在易折斷及失去彈性效能的缺陷(圖2),不符合當(dāng)下消費(fèi)者對(duì)該類黃金首飾產(chǎn)品質(zhì)量保證的訴求,從而發(fā)生了一定比例的客訴。本文從消費(fèi)者投訴該類產(chǎn)品的根本原因著手,分析了該類產(chǎn)品中14K成分彈簧的特點(diǎn),著重探討了其制作工藝流程存在的風(fēng)險(xiǎn),并對(duì)制作流程中的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行相關(guān)識(shí)別,為保證該類產(chǎn)品中14K彈簧質(zhì)量品質(zhì)的穩(wěn)定提出了一些參考建議。

圖1 足金扣(互聯(lián)網(wǎng)圖片)

圖2 缺陷彈簧

1 彈簧特點(diǎn)

(1)足金扣中14K彈簧在安全性方面有著先天優(yōu)勢(shì),但其組成元素種類的局限性使其性能與不銹鋼材料同種彈簧相比差距較大。

(2)主體與彈簧懸殊的質(zhì)量比決定了14K彈簧在整個(gè)結(jié)構(gòu)中的實(shí)際大小,導(dǎo)致了其所受應(yīng)力就會(huì)相對(duì)集中,長(zhǎng)時(shí)間處于往復(fù)循環(huán)開合狀態(tài)會(huì)降低其使用壽命。

(3)14K彈簧在足金首飾扣中樣小且輕,與純足金(≥999.9‰)外殼搭配組成的首飾扣在成色方面能夠達(dá)到足金的成色,即國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定“足金含量不小于990‰”的要求[1],頗受消費(fèi)者喜歡。

(4)14K彈簧有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易加工的優(yōu)勢(shì),其是由圓形截面線材沿其軸線卷繞,端部(扭臂)適合于傳遞扭矩的扭轉(zhuǎn)彈簧[2]。

從以上特點(diǎn)可知:足金扣中的14K彈簧雖有優(yōu)勢(shì),但存在的缺陷同樣明顯?？傮w來(lái)講,要使14K彈簧上述存在的缺陷有所改善,可以從材料制作工藝方面進(jìn)行優(yōu)化或改進(jìn)。參考相關(guān)彈簧文獻(xiàn)資料[3],與此同時(shí)結(jié)合首飾扣中彈簧的實(shí)際使用情況,足金彈簧扣中14K彈簧應(yīng)具備成色均勻、強(qiáng)度高、抗疲勞性強(qiáng)、耐腐蝕、易加工的特點(diǎn)。所以,有必要針對(duì)14K彈簧在制作過(guò)程中存在的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析探討。

2 工藝流程

14K彈簧制作需將貴金屬金原料及相關(guān)補(bǔ)口熔煉、鑄造、鍛造、成線,之后才能置于專屬機(jī)器上進(jìn)行彈簧制作。在貴金屬首飾領(lǐng)域,制作14K彈簧材料的加工一般遵循以下流程(圖3)。

圖3 14K貴金屬?gòu)椈芍谱髁鞒?/p>

3 質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)及識(shí)別

從以上制作過(guò)程可知:制作加工流程涉及環(huán)節(jié)較多,而各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)材料的性能均會(huì)產(chǎn)生一定的影響,對(duì)能否生產(chǎn)出符合性能要求的彈簧產(chǎn)生了決定性的作用。故應(yīng)該加強(qiáng)制作工藝流程中風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的識(shí)別,進(jìn)而對(duì)相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行控制,確保產(chǎn)品的合格性。本章節(jié)主要從以下方面探討了彈簧制作工藝流程中存在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

3.1 成色均勻性

金合金熔煉后形成的合金材料均勻與否是制作14K金合金彈簧的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別點(diǎn)。其可通過(guò)主體成色的均勻性進(jìn)行表征。

眾所周知,金合金材料均勻性取決于其組成元素是否能夠處于一種或幾種具有相同組分或相同結(jié)構(gòu)的狀態(tài)[4]。當(dāng)金合金材料處于均勻狀態(tài)時(shí),其特定相關(guān)物化性能就會(huì)趨于一致性,從而表現(xiàn)出合金穩(wěn)定特性,具體表現(xiàn)在材料的機(jī)械性能、耐腐蝕性能、熱處理效果等方面。在機(jī)械加工方面,均勻的金合金材料不僅可減少來(lái)自材料內(nèi)部的影響,而且可以避免加工過(guò)程由于晶粒位移引起材料內(nèi)部產(chǎn)生扭曲效應(yīng)造成外表破碎狀態(tài)的情況[5]。而金合金材料是否均勻,筆者從合金的熔煉材料量燒損、熔煉設(shè)備及熔煉方式方面進(jìn)行了總結(jié)。

首先,正確的熔煉方式不僅可以很好地控制合金中金組分均勻分布,而且可以大大降低金合金中賤金屬補(bǔ)口的燒損,尤其是配方比例中占比較大的補(bǔ)口元素,其損耗可能導(dǎo)致合金材料主體成色偏高,從而影響材料性質(zhì),增大后續(xù)工序不確定風(fēng)險(xiǎn)。如14K材料補(bǔ)口中含鐵時(shí),其他賤金屬補(bǔ)口的揮發(fā)會(huì)導(dǎo)致合金中鐵含量的增加,當(dāng)達(dá)到一定量時(shí),其抗變色性能就會(huì)降低,不再適合首飾的制作[6]。除此之外,也應(yīng)根據(jù)實(shí)際操作過(guò)程中補(bǔ)口的燒損量,在理論配比的基礎(chǔ)上添加相應(yīng)的燒損補(bǔ)口元素,這樣熔煉出的金合金材料更加貼近理論配比,避免成色偏離預(yù)定目標(biāo)成色。

其次,熔煉設(shè)備方面常使用感應(yīng)熔煉電爐,按頻率可分為工頻、中頻和高頻,其具有高功率密度和可重現(xiàn)性好的特點(diǎn)[7]。而使用特制坩堝進(jìn)行熔煉的中頻感應(yīng)熔爐,其具有熔煉效率高、元素?zé)龘p少、收得率穩(wěn)定、溫度好控制、操作方便、污染小、能變換熔煉不同種類的金屬液等優(yōu)點(diǎn)[8]。故選擇中頻感應(yīng)電爐為佳。

最后,熔煉時(shí)間長(zhǎng)短、溫度高低、熔煉材料添加順序、冷卻方式等因素也會(huì)對(duì)金合金熔煉效果產(chǎn)生一定影響,故針對(duì)于不同種類的金合金,也應(yīng)注意根據(jù)金合金的相關(guān)特性及材料配比嚴(yán)格控制相關(guān)參數(shù)以防合金成分偏析。

3.2 材料強(qiáng)度

參考不銹鋼彈簧材料制作要求,可以將金合金材料成線過(guò)程中材料的硬度、抗拉強(qiáng)度、可塑性作為質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別點(diǎn)。其可以通過(guò)拉力機(jī)及硬度計(jì)測(cè)試數(shù)值進(jìn)行表征。

由于合金材料的硬度反映了材料抵抗局部變形的能力,抗拉強(qiáng)度反映了合金材料斷裂階段抵抗外力的過(guò)程[9]。針對(duì)足金扣中14K彈簧出現(xiàn)問題(圖2),筆者從彈簧制作工藝流程強(qiáng)度控制方面進(jìn)行了總結(jié)。

由圖3流程可知:在貴金屬首飾制造領(lǐng)域,14K彈簧的材料主要是通過(guò)機(jī)械擠壓出相應(yīng)的形狀再使用圓孔刀具進(jìn)行相應(yīng)的切削加工。機(jī)械力作用促使了金合金材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重組,從而使金合金材料硬度大幅度增加,對(duì)加工造成了難度,此時(shí)金合金材料塑性太小容易導(dǎo)致金合金材料硬脆,加工容易出現(xiàn)材料崩裂或劈裂現(xiàn)象(圖4)。同時(shí),拉拔過(guò)程中材料處于由粗變細(xì)的過(guò)程,其抗拉強(qiáng)度隨著擠壓的增加而增大,并且在圓孔刀具的擠壓力作用下,受垂直于切削速度方向擠壓應(yīng)力產(chǎn)生擴(kuò)展塑性變形,以及在切削力的作用下受沿切削速度方向拉應(yīng)力產(chǎn)生伸長(zhǎng)塑性變形,促使硬度增加[10-11]。所以鍛造和拉拔過(guò)程是金合金材料硬度與抗拉強(qiáng)度同步提升的一個(gè)階段,在這個(gè)過(guò)程中需要格外注意保持金合金材料的可塑性,否則易出現(xiàn)線材拉斷或劈裂的情況(圖5)。經(jīng)過(guò)相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證,14K金合金材料在630 ℃、30 min、氣體保護(hù)氛圍條件下進(jìn)行退火操作,可使其硬度維持在170～220 HV(2N/10s),有利于冷加工[12-13]。

圖4 壓線加工合金棒材劈裂情況

因此,在擠壓機(jī)切削過(guò)程中通過(guò)輔以適當(dāng)?shù)耐嘶鸩僮?可以保證金合金材料的硬度、抗拉強(qiáng)度及可塑性,使制作相應(yīng)線徑彈簧的14K金合金線材能夠滿足制作彈簧的要求。

3.3 耐腐蝕性

合金材料通常會(huì)進(jìn)行相關(guān)的耐腐蝕性試驗(yàn)以驗(yàn)證合金表面質(zhì)量的好壞,故金合金材料的耐腐蝕性能可作為14K金合金材料制作彈簧的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別點(diǎn)。其通過(guò)相關(guān)鹽霧試驗(yàn)前后材料表面的圖片是否有明顯變化進(jìn)行表征。

作為一種常與首飾鏈搭配的搭扣,足金扣避免不了與人的皮膚接觸,而人的皮膚由于體表汗液的原因會(huì)產(chǎn)生pH值4.2～7.5的氛圍。由于足金扣中彈簧成色屬于14K金,且補(bǔ)口中多含其他賤金屬等易氧化成分,在中性偏酸性條件下極易發(fā)生化學(xué)腐蝕引起產(chǎn)品性能缺陷,從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。故筆者針對(duì)金合金材料耐腐蝕性能對(duì)合金材料的重要性進(jìn)行了總結(jié)。

良好的耐腐蝕性一方面可保證材料表面不會(huì)因出現(xiàn)裂紋、凹陷的質(zhì)量缺陷從而對(duì)產(chǎn)品加工過(guò)程或成品質(zhì)量造成影響,另一方面也保證產(chǎn)品光澤不會(huì)在腐蝕環(huán)境下變色[14]。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,首飾合金中一般會(huì)加入一些常見耐腐蝕元素,如添加一定量的鎳可提高抗腐蝕性能,或改變其補(bǔ)口成分配比、或添加其他微量元素等方法,以盡量避免材料元素產(chǎn)生氧化夾雜;或通過(guò)細(xì)化晶粒等方式得到平整光亮的鑄態(tài)表面,但要注意添加微量元素的含量以防產(chǎn)生偏聚,形成硬質(zhì)點(diǎn)而影響表面性能[15],在加工階段造成加工缺陷從而對(duì)材料的耐腐蝕性造成影響。

除此之外,金合金材料良好的表面質(zhì)量可有效保護(hù)加工的設(shè)備及刀具,不會(huì)對(duì)其造成損傷從而在后續(xù)加工中對(duì)金合金材料造成更嚴(yán)重的表面缺陷,出現(xiàn)金合金材料表面產(chǎn)生裂紋、劈裂或斷裂的現(xiàn)象。

3.4 抗疲勞性

模擬消費(fèi)者的使用習(xí)慣及方式,以完整產(chǎn)品扣的開合次數(shù)作為判斷14K彈簧的抗疲勞性能好壞的依據(jù),故抗疲勞性應(yīng)作為一種產(chǎn)品是否達(dá)標(biāo)的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別點(diǎn)。其可通過(guò)圖6的試驗(yàn)方式依據(jù)儀器顯示的開合數(shù)字表征。

圖6 14K彈簧疲勞性測(cè)試

由于足金彈簧扣以打開、閉合為一個(gè)循環(huán)周期,使用過(guò)程中必然重復(fù)該操作方式,故其內(nèi)部14K彈簧需滿足不折斷且保持彈力至完成規(guī)定開合次數(shù)的要求,而該過(guò)程體現(xiàn)了14K彈簧產(chǎn)品的抗疲勞性能。但實(shí)際操作中,受于14K彈簧樣小且輕特點(diǎn)的限制,很難對(duì)彈簧進(jìn)行直接測(cè)定,故筆者以完整彈簧扣產(chǎn)品作為測(cè)試對(duì)象,針對(duì)彈簧在產(chǎn)品中所起到的具體功能,使用圖6的方式進(jìn)行相關(guān)模擬測(cè)試。

筆者認(rèn)為,因?yàn)橄M(fèi)者對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量好壞的直觀判斷就是耐用,提前采用抽檢的方式對(duì)生產(chǎn)端的足金彈簧扣進(jìn)行類似檢測(cè),可以判斷出生產(chǎn)端產(chǎn)品內(nèi)14K彈簧抗疲勞性能是否滿足消費(fèi)者使用要求。

3.5 可加工性

制作彈簧線材的可加工性應(yīng)作為一種質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別點(diǎn)。其可利用投影儀器對(duì)制作出的彈簧大小、姿態(tài)等進(jìn)行測(cè)量后與設(shè)計(jì)圖紙比較來(lái)表征。

由于彈簧機(jī)利用一對(duì)或幾對(duì)滾輪壓住絲材并進(jìn)行旋轉(zhuǎn),推動(dòng)絲材向前運(yùn)動(dòng),并依靠上、下圈徑桿的限位及導(dǎo)向作用使絲材成形。在這個(gè)過(guò)程中線材會(huì)受到擠壓力及相應(yīng)的拉力,所以拉拔出來(lái)的材料要具備相應(yīng)的硬度及抗拉強(qiáng)度,同時(shí)線材成形需要良好的可塑性,故并不是能夠拉拔成絲的線材都可以用來(lái)制作彈簧。

筆者認(rèn)為,高硬度可保證送線過(guò)程中線材不會(huì)被壓變形,且在送樣推力作用下直接被扯斷;高抗拉強(qiáng)度則可保證線材擁有大于送樣推力的屈服強(qiáng)度而不變形被扯斷;可塑性好則利于彈簧尺寸、大小的成形,保證彈簧姿態(tài)的準(zhǔn)確性。

3.6 其他

除了以上關(guān)于材料方面的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)之外,彈簧機(jī)設(shè)備類型的選擇也是一個(gè)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別點(diǎn)。

由于足金扣的結(jié)構(gòu)及成色要求決定了彈簧的大小,故要求設(shè)備的精密度必須控制在0.02 mm左右。而人工智能設(shè)備的使用可以對(duì)其姿態(tài)、尺寸、形狀等產(chǎn)品信息參數(shù)方面進(jìn)行控制,進(jìn)而生產(chǎn)出更加精細(xì)化的產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的電子化設(shè)備相比,可依據(jù)其精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)功能全程跟蹤傳輸?shù)男畔?shù)據(jù),確保信息傳輸?shù)木珳?zhǔn)性、有效性和及時(shí)性,避免了數(shù)據(jù)經(jīng)常會(huì)發(fā)生傳輸中斷、傳輸失誤等問題[16]。

因此,應(yīng)盡量采用信息化智能高的彈簧機(jī)設(shè)備進(jìn)行彈簧產(chǎn)品的最后加工,以確保產(chǎn)品的可靠性。

4 總結(jié)

足金扣作為首飾中常用的配件,具有使用方便、時(shí)尚潮流等特點(diǎn),得到了廣大消費(fèi)者的認(rèn)可,但目前足金扣在佩戴使用中其內(nèi)部14K彈簧存在易折斷、失去彈性等缺陷。為降低生產(chǎn)14K彈簧的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn),可從合金材料的成色、強(qiáng)度、耐腐蝕性、抗疲勞性及可加工性等方面加強(qiáng)相關(guān)的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別,以達(dá)到質(zhì)量控制及消除相關(guān)缺陷的目的。此外,對(duì)于智能化信息設(shè)備的使用要積極推廣,有利于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程各指標(biāo)的監(jiān)控及程序執(zhí)行,極大提高效率的同時(shí)也可最大程度地減少人為因素帶來(lái)的干擾。