硅胶产品弹性结构设计

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1、第五章 Rubber Keypad力度曲线 一. Silicon Rubber力度曲线. Silicon Rubber Keypad的Click Feeling(手感).Force(力度)及Stroke(行程)是Silicon Rubber Keypad产品的三个主要参数,也是Keypad模具结构设计的三个决定性因素.此三个因素的相互 关系可以用Force-Stroke曲线来表示. 芞1. 典型力度曲线

2、 AF: Actuating Force CF: Contact Force MF: Max Rebounce Force RF: Min Rebounce Force SA: Actuation Distance S : Travel Distance (Stroke). 图1所示的力度曲线是电话机 Keypad所用的典型力度曲线.实际上,不同设备要求Keypad有 不同的力度曲线.其Key的结构和手感都不相同(见表1所示).因种类较多,

3、本文不作逐一探讨,仅讨900MHZ无绳电话 所用之 Keypad的力度曲线. 桶1. 典型结构及其力度曲线 二.力度曲线与Click Feeling的关系. Click Feeling是由于斜壁不胜负荷时被压跨产生的断落感.即力度曲线(见图2)中由A点到C 点的力度突变产生的感觉.所以,Click Feeling的好坏取决于AF和CF的差值.严格说来,Silicon Rubber Feeling取决于AF-CF与AF比值的大小. 即: Click Feeling = (AF-CF) X 100%

4、 AF 当Click Feeling=30%时,绝大部分人可以感到有手感,但不太好. 当Click Feeling =40%时,则手感 较好. 图2.曲型曲线 图3. Feeling差曲线 图4.Feeling好曲线 (AF-CF)/AF比

5、值越大,手感越好.但应注意,此比值会受其它条件限制而不可能达到100%. 以AF=150g时为例:理论上说,为保证Keypad顺利回弹,RF须大于18g ,RF 与CF之间必有损耗,若损 耗为20g,则CF=38,而Click Feeling =(AF-CF)¸AF X 100%=(150-38)¸150 X 100%=74.6%.但实际中, 由于Keypad还须克服与胶壳之摩擦力,避免Jamkey,故RF须大于50g. RF与CF差值大多数情况下 超过20g.所以设计时,ClickFeeling取40%即能满足使用要求,而且Vendor也能做到.对本公司现用 产品来说,Click

6、Feeling要求越来越高,所以,Click Feeling若低于30%则不能接受. 三. 影响力度曲线的因素. 影响Silicon Rubber Keypad力度曲线的因素有五个. 1.斜壁角度. Silicon Rubber Keypad的斜壁角度q常用37°~53° 本公司900MHZ无绳电话 所用Keypad,q取42°~48° 其中45°最常用. 图5.Key斜壁角度. 服点 在上方 服点 在中心 服点

7、 在下方 Key斜壁角度q不同,斜壁压跨时屈服点位置不同.力度曲线也不一样.Click Feeling也随之变化. 图6. q=37°时曲线 图7. q=45°时曲线 图8. q=53°时曲线 当仅变化斜壁角度,其它结构及尺寸不变时,q越大,Click Feeling越好,屈服点上升.但斜壁寿 命越短,当 q大于53°时,斜壁屈服有问题. 2. 斜壁厚度. 斜壁厚度对力度的影

8、响很直观.厚度越大,力度就越大.具体关系见表2和表3. 表2. 每0.01mm斜壁厚相应的force Silicon Rubber 每0.01mm壁厚所增加的力度 40度料 约2克 50度料 约3克 60度料 约4克 表3. 150g 时Keypad斜壁厚度. Rubber 硬度 Key斜壁厚度 40度 0.750mm 50度 0.470mm 60度 0.375mm 我们公司常用60度rubber AF=1

9、50g 的keypad,所以斜壁厚度一般为0.375mm.斜壁厚度不单 影响力度的大小,对力度曲线最大的影响之处在于影响Click Feeling. 相同模具结构,用相同材料.改变斜壁厚,得到不同力度曲线. 图9.斜壁为0.40时曲线 图10.斜壁为0.50时曲线 图11. 斜壁为0.60时曲线 从图9-图11可看出: 斜壁厚度增加,AF增加,CF增加.AF-CF则降低.Click Feeling变差.

10、 斜壁厚度减小,AF减小,CF减小,AF-CF则增加,Click Feeling变好. 3. 材料硬度. 常用Rubber Keypad的材料硬度为40度~60度,Rubber的硬度较高时,刚性较好,对力度贡献 较大(见表2).但硬度对AF和CF的影响程度不一致,从而影响到Rubber Keypad的Click Feeling. 如果要求相同大小力度,用不同硬度的Silicon Rubber,相同的模具结构(仅调整斜壁保证AF 一致),则得到不

11、同的力度曲线. 图12. 用40度料时 图13. 用50度料时 图14. 用60度料时 力度曲线 力度曲线 力度曲线 从曲线上看出,材料的硬度越高,AF-CF值越大,所以Click Feeling越好. 4.斜壁长度. 斜壁长度在我们图纸上没有固定,但Vendor在设计模

12、具时,其取值相当重要,对click Feeling 影响很大.因行程(Stroke)一定,Key下压距离有限,如果斜壁太长,Key下压达到行程时,斜壁仅已 弯曲,没有撗箍鐢,所以 无Click Feeling.当斜壁斜角为45°时,Y值应取为与S相同或相近(见图15). Y=S或S+0.1 Y太大,Key达到S后斜壁还没有压跨. 图15. Key斜壁长与S关系 图16.Key斜壁太长时情形 5. Ke

13、y尺寸大小对曲线影响. Key尺寸大时,则四周斜壁越长,Key的撝С艛越大,AF就越大.所以同一片RubberKeypad,若 Key大小不一致但力度要求一样时,大Key的斜壁比小Key的斜壁要薄. 其力度曲线分别为: 图17. 小Key力度曲线 图18.大Key力度曲线 四.力度曲线与行程的关系. 力度曲线与行程的关系是:行程是指打断力度曲线时K

14、ey下降的距离.如果Key下方无东西 托位,力度曲线应如图19所示,那么在S处被打断时,则曲线变成图20所示.所以同一个模具,如果 . 使用不同行程,可以得到图21所示的一组曲线. 图19.无S时力度曲线 图20,行程为S时 图21, 行程分别为S1. 力度曲线

15、 S.S2时的曲线组 知道行程与曲线的关系后,特别要指出的是:撌指刑钍且蛭谐烫≡斐傻臄这一说法是 错误的.具体分析如下: 要求A=150g时,改变第三节中讨论的因素, 可以得到图22一组曲线, 如果要求AF-CF=60, S=0.80时,则选曲线1 S=1.0 时,则选曲

16、线2 S=1.2 时,则选曲线3. 芞22 AF相同的不同曲线 如果我们要求S=0.80,但Vendor由于某些原因,模具做好以后,实际曲线为曲线2,则手感当然 很差,只有当S改为1.0时才能达到手感要求.但这不是因为 S=0.8错误,而是Vendor模没有做好. 但如果做

17、模时给定S=1.0,而模做好以后我们把S改为0.8,则手感差不是Vendor的责任. 说明:怎样按照产品要求设计模具,以达到要求的曲线,是非常深奥的问题,有些Keypad专业 厂家也没能总结出完整的数据或图表,而是靠工模师傅的经验来设计模具.另一方面,有的 vendor虽做过大量研究,得出了一些经验数据,但这些资料被厂家视为高度机 密,不会外泄.所 以本文不作深入探讨. 五.力度曲线与能量损失. Silicon Rubber与其它高分子物质一样,在受力变形时吸收能量,造成能量损耗所以Keypad

18、力度曲线中,压力线与回弹线不重复.两线间的面积即为能量损失的 大小.但面积计算不方便, 所以能量损耗大小用下列公式计算: 能量损耗 = AF-MF X100% AF 能量损耗影响因素有3个. 1.Silicon Rubber原料. 不同型号的原料吸能程度不一样, 原料供应商的Spec中应有此方面 的数据.另外,硬度较大的材料能量

19、 损失多. 图23.力度曲线与能量损耗 2. 模具结构. 斜壁越直,能量损失越大. 斜壁各参数设计不合理,是能量损失的主要因素. 3. 力度大小对能量损失也有关系. 力度越大,能量损失越高. 六. 常用Keypad曲线 要求. 我们所生产的900MHZ无绳电话 对所用Keypad的Click Feeling等要求越

20、来越严.但要求太 高,Vendor又做不到,所以须找出一个合理规定,既满足本公司要求,又使Vendor可以接受. 如下为我们常用Keypad曲线, 同时在第十 章讨论如何给出一个合理的曲线. A.Handset 所用Silicon Rubber Keypad曲线. AF=150±30g. AF=150±30g. Click ³30%

21、 Click ³30% S=0.8mm RF³50g S=0.8~0.9mm RF³50g 图24.有Membrane时曲线. 图25.无Membrane时曲线. B.Base 所用Silicon Rubber Keypad曲线.

22、 AF=150±30g. AF=180±30g Click ³30% Click ³ 30% S=1.0~1.2mm RF³50g S=1.0~1.2mm RF³50g

23、 图26. Keypad上塑胶硬Key 图27. Keypad上塑胶硬Key 较小,弹臂较细时曲线 较大,弹臂较粗时曲线 说明: 图24曲线适用于有Membrane时. 图25曲线适用于无Membrane时 ,行程可以稍大(即加上Membrane的行程). 图26表示Keypad上为塑胶硬Key(Hard Key Top)时, 此曲线适用于塑胶Key较小,连接臂较细时. 图27表示Keypad上为塑胶硬Key(Hard Key Top)时, 此曲线适用于塑胶Key较大,连接臂较粗时.