解密：苹果Apple Watch的制作工艺

翠花

        ppleWatchEdition上所使用的黄金有两种颜色，一个是接近金原色的黄，另外一种是玫瑰金色。两种款式的材质均为合金，在18k金中按照一定的比例混合了银、铜、钯，并调试出相应的颜色。

        关于AppleWatch黄金版的材质此前就已经有不少传言，它所使用的并不是普通的18k黄金，而是经过特殊加工工艺的处理。JonyIve在后续接受外媒采访时也印证了这一消息，表示特殊的加工工艺使得金原子的聚合更加紧密，从而使AppleWacthEdition版的金质外壳更加坚硬耐磨。而这仅仅是AppleWatch的材质和生产加工工艺的一个缩影。

        一如既往，AppleWatch的官方宣传片着重强调了产品的生产加工的细节，AtomicDelights对影片中所展示的内容条分缕析，为我们带来了更多信息。

        黄金

        AppleWatchEdition上所使用的黄金有两种颜色，一个是接近金原色的黄，另外一种是玫瑰金色。两种款式的材质均为合金，在18k金中按照一定的比例混合了银、铜、钯，并调试出相应的颜色。视频中，JonyIve深情地讲述了AppleWatchEdition所采用的18k黄金的与众不同之处：它有着两倍于普通黄金的硬度，这就打消了人们对于Edition版手表外壳在硬度和耐磨性上的疑虑。而古往今来，无数的炼金术师和冶金学家为了克服和弥补黄金固有的缺陷几乎将它和元素周期表上的所有金属元素进行了一轮排列组合，以获得具有某种特性的合金。

        劳力士在日内瓦普朗莱乌特（Plan-les-Ouates）设立了一座室内铸造厂生产此类贵金属；宇舶（Hublot）则在2011年研制出了防刮耐磨的“魔力金”。苹果的专利则显示它已经找到一种能够同时减少黄金的比重降低成本又能增加其耐用性的技术。视频显示，苹果似乎并没有使用什么独特的冶金技术，而是多了一道“加工硬化”工序，也就是增加18k金的硬度。

        加工硬化（WorkHardening）是金属加工的专业术语：

        金属材料在再结晶温度以下塑性变形时，会发生强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象，又称冷作硬化。产生的原因是金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现错位的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力。加工硬化的程度通常用加工后与加工前表面显微硬度的比值和硬化深度来表示。

       



        加工硬化最突出的一个结果就是金属的强度、硬度和耐磨性都会有大幅度的提高。坦克、拖拉机的履带经常会用到加工硬化工艺。视频中，黄金首先被加工成实心的金块，而不是手表的大致轮廓。然后通过专业的工具进行精细打磨，剔除瑕疵。

        如果你还是感觉加工硬化过于抽象的话，可以找一个长条状的金属片或者是曲别针，抓住两端来回掰。你会发现在来回掰动的过程中，要花费的力气会稍微有些增大，直到金属片最后断为两段。但在这其中的一段时间里，你所作的工作可以称之为加工硬化，金属的某些特性在这一过程中也发生了变化。把所花费的力气再增大数千倍，把金属片换成价值5万美元的金块，这就是苹果在加工硬化过程中所做的工作了。

        接下来，苹果用平面铣刀对黄金铸锭进行切削，将铸锭控制在一个特定的厚度，精确度可以达到0.01mm。之所以要保证如此的精确度是因为铸锭表面的不平整会直接影响到所加工部件的最终硬度。

       



        接下来是真正的压缩加工硬化流程，金属铸锭在滚压机下方经过数个来回，每次整体的厚度被压缩几微米。整个流程结束后，剩下的就是一块平整的高密度合金铸坯，硬度和厚度也都控制在了目标水平上。

       



        之后，苹果在视频中省略了不少的流程，直接展示了一个接近于AppleWatch轮廓的铸坯。上图中，铸坯还有加工过的痕迹，边角也更加硬朗。在下面一张用超声波密度检测仪侦测瑕疵时，铸坯的内侧边角上已经被打磨出了斜面倒角。也就是说苹果将铸坯从一台数控铣床（CNC）上挪到另外一台上，仅仅是为了给铸坯切割出倒角？这是从视频中所发现的疑问，也不排除仅仅是为了视频拍摄的需要，苹果把流程做了一些调整。

       



       


        接下来的部分就是用超声波探测仪检测铸坯的密度，从而将不合格的产品剔除出去，严格来讲这应该叫做超声浸没探伤技术，对于一款消费级的产品来说，这一步骤常常会被省略掉，很多高级腕表也不例外。因为消费级的产品往往不需要如此高的精度，只有高强度持续工作的医疗植入式器械，以及飞机发动机中的旋转部件才会需要严格的探伤检测。这一过程不仅费时，而且需要有专门定制的设备，并且花费巨资。苹果对细节的苛求在这里可见一斑。

       



        面的截图展示的是铸件通过中间的小孔被固定住，然后用专门定制的数控铣床将铸坯切削出全半径的边缘。另外，从图中可以清晰地看出苹果采用的是一个比较高的圆柱形工件夹具，所以极有可能使用的是五轴铣刀，右侧按键、DigitalCrown（数字表冠）、麦克风孔也会在这一过程中切割成形。

       



        随后的视频中，苹果展示了设计精巧、锯齿状DigitalCrown，不过是已经加工完成的产品，并没与太多的细节。用于切割锯齿纹路的刀具看起来像是定制的，刀轴的四周偏软，用以增加硬度和刀具的使用寿命。

       



        表扣部分的加工流程苹果更是一带而过。AtomicDelights认为这一过程可能远比表壳部分更加有意思。苹果重新设计的表扣表面更加复杂，这也可能是苹果首次使用表面仿形铣床加工零部件。苹果在大批量生产的消费级产品中向来有着出色的品控，这其中一部分原因在于它善于将生产过程分解为更为简单的挤压或冲压等2.5D刀具路径，同时保持产品的精确性和复杂度。而如果表扣部件也采用3D铣削的话，会更加复杂，同时也会耗费更多的时间。

       



        在最后的抛光部分，苹果在视频中成是由人工完成的。反观前面的视频内容，苹果的自动化加工技术已经达到了很高的水平，并且渗透到产品的几乎所有环节和几乎所有部件，我们无法确认整个的抛光流程是否都是由手工完成，这么做的原因是因为人的眼睛或者是人的加工手法会比机器更加精确，亦或者仅仅是为产品增加一点手工制作的高贵气质，我们不得而知。

        不锈钢

        不锈钢是制作高级腕表的常用材料。苹果在AppleWatch上使用的材质相对保守一些，采用的是316L不锈钢没有采用液态金属，也没有使用很复杂的切割工艺。316L不锈钢也常被称为医用不锈钢，这种材料多用在医疗器械以及食品加工设备中，原因很简单：防止内部组件中金属原子的渗透。而正是出于相同的原因，316L不锈钢成了在手表中应用最为广泛的一种合金材料。手表厂商在数十年的时间里都在尽力降低镍过敏的影响，其中劳力士和欧米茄已经将镍过敏现象降低到几乎不可感知的状态了。因此，AtomicDelights猜测苹果在金属冶炼和加工过程中也一直在极力避免镍过敏情况的出现。