对钟表部件进行热处理的方法与流程

本发明涉及一种对钟表部件进行热处理的方法。本发明还涉及一种通过这种处理方法获得的钟表部件。本发明还涉及一种包括这种钟表部件的钟表机芯。本发明另外涉及一种包括这种部件或这种机芯的钟表。
背景技术：
：传统上，钟表用品、特别是由碳钢(20ap、finemac、law100x等等)和马氏体不锈钢(4c27a、laborm 、x35st 等等)制成的钟表心轴以及由铜基合金(例如合金cube2)或durnico钢制成的部件在加热炉中分批次进行热处理，随后在油浴中进行淬火以获得所需特性。这样做的结果是，取决于批次的尺寸以及该批次的零件各自的加热和冷却速率(特别是取决于它们在该批次内的位置)，零件的材料特性具有潜在的不均匀性。此外，需要大量能源来为加热炉升温并且保持该温度。事实上，这种类型的加热炉通常每天持续操作24小时并且每周持续7天以确保其热稳定性。这表示，取决于加热炉的功率，每个加热炉的年用电量预计为100000kwh至163000kwh。由淬火钢制成的钟表部件，例如小齿轮、弹簧、中间轮、杠杆或心轴(非详尽式列举)，的传统制造按照以下步骤进行：-通过杆材车制心轴，或者通过带材压制二维零件；-加热炉热处理，通常以3000个零件的批次在800℃下保持15至90秒；-油淬火(120℃)；-对零件进行后处理(打磨、抛光等等)。文件fr1165357给出了用于制造这种类型的部件的替代方案，涉及在200至800℃的温度下进行多种热处理，之后是受到一定控制的冷却阶段。所有这些替代方案都涉及加热炉。文件jps58058271描述了一种对钢制成的钟表部件进行热处理的方法。该方法包括为部件的多个零件赋予不同的硬度值的步骤。通过激光对单独的部件进行热处理是公知的，并且尤其是作为多个专利申请或专利的主题。例如，文件ep0147190、ep0130749和jps58197223描述了齿轮的激光热处理。这种处理是局部的、尤其是局限于轮的表面，并且激光束和零件的相对运动是协调一致的，以扫描要进行处理的区域。技术实现要素：本发明的目的是提供一种对钟表部件进行热处理的方法，其增强了现有技术中公知的方法。特别地，本发明提出了一种能够完全地、重复地且节能地对钟表部件进行热处理的方法。一种根据本发明的热处理方法由权利要求1限定。执行该方法的多种方式由权利要求2至6限定。一种根据本发明的部件由权利要求7限定。一种根据本发明的钟表机芯由权利要求8限定。一种根据本发明的钟表由权利要求9限定。附图说明附图通过举例的方式表示出对钟表部件进行热处理的装置的一个实施方式以及钟表的多个实施方式。图1是热处理装置的实施方式的示意图。图2至图7表示钟表的多个实施方式。图8和图9表示通过激光束照射部件的常规取向。具体实施方式下文中描述对部件1进行热处理的装置的实施方式。该装置包括：-产生激光束l的元件10；-用于移动激光束以使激光束聚焦或指向部件1的元件11；-产生气流g的元件12；以及-能够以协同的方式控制多个元件的操作从而实施热处理方法的计算器或计算机20。用于移动激光束的元件11例如包括电动反射镜11a，其允许激光束指向部件。替代地，该元件可以是用于移动产生激光束的元件10的致动器11b或用于移动部件1的致动器11c。产生气流的元件12例如包括使气体流动的风扇或释放加压气体的喷嘴。计算机20包括存储介质或存储器。这种装置能够通过按序地启动多个元件来实施根据本发明的热处理方法，并因此对部件进行处理。下文中描述施加于钟表部件1的热处理方法的实施方式。钟表部件1例如是钟表机芯的轴，尤其是腕表机芯轴，特别是心轴，尤其是可以包含有小齿轮、杠杆、中间轮、凸轮、杠杆、桥板、弹簧、大齿轮的心轴，或者总体上是需要热处理来获得最终特性的任何小尺寸钟表零件。优选地，该部件具有：-小于10mm或小于8mm或小于7mm或小于6mm或小于5mm的最大尺寸，和/或-小于20mm2或小于15mm2或小于10mm2或小于6mm2或小于4mm2或小于2mm2或小于0.5mm2的最大投射表面面积，和/或-小于10mm3或小于8mm3或小于6mm3或小于4mm3或小于1.5mm3或小于0.8mm3或小于0.5mm3的体积。例如，该部件可以具有：-1mm至4.5mm的最大直径，和/或-0.35mm至8mm的长度或厚度。例如，该部件由金属制成、尤其是钢、特别是碳钢(finemac等等)。在方法的第一步骤中，通过使用激光束照射部件、即通过将激光束聚焦在部件上来加热部件。优选地，激光束是静态激光束或者是固定激光束。优选地，部件的全部体积或者几乎全部体积被均匀地加热。换句话说，部件不会为了仅对部件表面的一部分进行处理而被加热。在该第一步骤中，激光束聚焦在部件上，使得部件表面的绝大部分被激光束照射。例如，激光束照射部件的与激光束的方向(投射方向)平行的至少80％的投射表面，甚至部件的与激光束的方向平行的至少90％的投射表面。例如，激光束可以如图8所示那样聚焦在心轴的中心部分上，从而避免小直径的端部过热，同时通过导热性确保材料被加热到所需温度。特别地，部件可以是心轴并且激光束可以以心轴为中心，尤其是被居中为使得可以避免照射心轴的端部。在通过使用激光束照射部件而对部件进行加热但是部件相对于激光束移动(尤其是部件是移动的但是激光束是固定的，或者部件是固定的但是激光束是移动的)的情况下，至少在给定的时刻，优选在至少80％或至少90％的辐照时长期间，激光束照射部件的与激光束的方向平行的至少80％的投射表面，或者部件的与激光束的方向平行的至少90％的投射表面。因此，上述两个段落中所述的表面百分比是以下比值(商)：-(i)激光束在该激光束的方向上在与该激光束成直角的平面上的投影(或光斑)与(ii)部件在该激光束的方向上在与该激光束成直角的所述平面上的投影之间的相交表面的面积，比上-部件在该激光束的方向上在与该激光束成直角的所述平面上的投影的面积。如图9所示，在与激光束成直角的平面上，激光束显然可以照射比部件的投影面积更大的面积，从而实现更均匀的加热。在这种情况下，上述百分比为100％。还优选的是，激光束聚焦在部件上使得整个部件或几乎整个部件被激光束照射。这能够均匀地通过激光完全加热每个部件。部件因此可被快速且重复地加热。优选地，要进行处理的部件1被定位在激光束l的中心。优选地，激光束是静态的并且不扫描部件。在这种情况下，激光束不相对于框架和/或相对于部件移动。替代地，激光束可以扫描部件的表面，以使其尽快地完全达到所需温度，从而在不产生局部过热的情况下使其均匀地升温。可以通过使部件相对于框架移动来执行所述扫描，激光束相对于框架保持静止或固定。例如，可以在连续的加热炉中进行的加热期间通过相对于激光束来输送部件来执行这种扫描。替代地，可以通过使激光束相对于框架移动来执行扫描，部件相对于框架保持静止或固定。为了使方法的效率最大化，部件被定向为给入射光束展现出尽可能大的表面。例如，对于心轴或小齿轮，激光束的入射角与部件的纵向方向成直角，如图8所示。例如，对于杠杆、凸轮或桥板，激光束的入射角与部件的最大表面成直角，如图9所示。优选地，部件可以在加热期间相对于激光束移动。例如，为了在生产程序中提高方法的集成度，部件可以在激光束下方移动，从而执行生产线上的热处理阶段。例如，部件可以在用于输送部件的输送链上在激光束下方平移移动。因此，部件可以穿过激光束(例如当部件在传送带上被驱动时)。以使得辐照的时长允许部件加热到所需温度的速度穿过激光束，以用于执行所需的热处理。例如，部件可以在激光束下方旋转移动，但是部件尤其是通过轴或卡盘被保持在机床(例如车床或加工中心)上。因此，部件可以在激光束的中心处旋转(例如围绕与激光束平行或垂直的轴线)，以使部件上的辐照均匀化。该第一加热步骤能够使整个部件达到允许进行相变的温度。例如，第一加热步骤能够使部件在小于5秒的时间内达到约800℃的温度。例如，通过启动产生激光束l的元件10并且可能地启动用于移动激光束的元件11a或11b以使用激光束照射部件来实施该第一步骤。在第一步骤结束时，停止使用激光照射部件。随后，在第一步骤之后，在方法的第二步骤中，部件在气流g中(尤其是空气流或者是中性或惰性气体流)进行冷却。围绕部件产生气流。这允许部件被快速冷却。优选地，气流允许部件进行淬火，即使得部件的微结构固定成确定的构造。与传统使用的油相比，使用气体来执行冷却防止了发暖作用影响部件，或者防止了斑点外观。这还能够容易地控制淬火质量。此外，由此消除了由不受控制的冷却产生的、例如导致局部缺乏淬火的几何缺陷。部件可因此被非常快速地且重复地被冷却。例如，该第二步骤是通过启动产生气流的元件12来实施的。初步计算的结果是能够通过20mw至50w的功率进行均匀加热。这些计算结果考虑到要进行处理的部件的多种参数，例如其尺寸(长度、直径和体积)、部件表面针对所用激光的波长的反射率、材料的温度系数、尤其是用于制造部件的材料的热容。因此，理论上，直径为2mm且长度为6mm的由finemac钢制成的杆材应在具有几瓦功率的激光束下在5秒内达到810℃的温度。已经在多种部件上进行了测试，以验证上述计算。6w的功率能够有效地使体积约为0.07mm3的钟表心轴型部件(如图2所示)达到足以使其冶金状态改性的温度，并因此进行所需的热处理。例如，诸如轴、杆、心轴、杠杆、凸轮、指针、小齿轮或大齿轮的部件可通过这种方式进行处理。在下表中概括出这些部件的常规尺寸。部件部件的常规体积(mm3)近似投射面积(mm2)摆轮心轴6至83.5至4摆轴0.5至11.2至2杠杆3至4.510至18凸轮2至35至8日期指针0.2至0.61.5至3秒小齿轮0.6至12至3.5大齿轮2至86至16能够实现预期结果的方法的主要参数是：-部件的材料、其导热率以及其针对激光束的波长的反射系数；-部件被激光束照射的体积和延伸量；-部件的几何形状以及其相对于激光束的入射角的取向；-激光的固有参数，例如其频率、波长、功率以及光斑直径；-辐照时长，其例如为4至12秒；-气流的特性，包括气体的性质以及其流速。与在为了能够使整个批次都通过加热炉达到800℃的处理时长内(即，平均为1小时)而具有约13.5kwh的消耗的3000个部件的批次的热处理相比，通过激光对相同数量的部件进行逐个部件的处理的消耗仅为0.025kwh(6.1w×(3000部件×5秒)/3600秒)。其结果是十分经济且对生态有益的。此外，现今针对这种类型的热处理使用的加热炉持久地运行，无需两周的年度维护时段。因此，维持加热炉的年度总消耗量约为100000kwh(13.5kwh的加热炉)至163000kwh(20kwh的加热炉)。.另外，传统的分批次在水/油中进行淬火导致在部件的表面上形成气泡，这减缓了冷却。通过在根据本发明处理的部件上吹送空气而进行淬火获得的热梯度明显更大，尤其是从一个部件到另一个重复性更强。除了部件质量方面的这些优点之外，在气流中进行淬火避免了油的使用并因此避免了对部件进行清洁。作为变型，可以在特殊的气氛中(保护气体、受控气氛、真空)进行处理，以保持部件的表面状态并因此避免任何氧化。与在热处理炉中分批次进行处理并之后通过将部件的吊篮浸入到液体中进行淬火的传统技术相比，本发明能够极大地减小处理的能源成本。本发明还能够增强多个部件之间处理的重复性。通过实施上述方法获得了图2、3、4、5、6和7所示的根据本发明的部件1的实施方式。图2至7中的部件1分别是摆轴、杠杆、带轴的小齿轮、凸轮、大齿轮和弹簧。钟表机芯3的实施方式包括上述部件1。钟表5的实施方式包括上述部件1。上文已经描述了多种钟表部件。然而，本发明可应用于任何其他部件，特别是任何其他微机械部件。特别地，其可以应用于表机芯的半成品，尤其是例如尺寸与钟表杠杆类似的桥板。本发明能够用通过激光束完整地或完全地加热部件并随后在气流中冷却部件来替代在传统的加热炉中分批次地(例如，多于1000个部件的批次)进行热处理并随后进行油淬火。处理后获得的部件的冶金特性类似于通过现有技术公知的处理获得的冶金特性。然而，增强了热处理的重复性(消除了同一批次的经处理的部件之间的分散以及批次之间的分散)。此外，极大地减小了热处理的能耗。事实上，用短激光脉冲替代了每天24小时且每年350天将加热炉持续地保持在目标温度下。即使密集地使用(每天8小时)保持温度的加热炉，年节约量也至少为50000kwh。当前第1页12