硅胶产品弹性结构设计

RubberKeypadResearchReport15第五章RubberKeypad力度曲线一.SiliconRubber力度曲线.SiliconRubberKeypad的ClickFeeling(手感).Force(力度)及Stroke(行程)是SiliconRubberKeypad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.AF:ActuatingForceCF:ContactForceMF:MaxRebounceForceRF:MinRebounceForceSA:ActuationDistanceS:TravelDistance(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有芞1.典型力度曲线RubberKeypadResearchReport16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,本文不作逐一探讨,仅讨900MHZ无绳电话所用之Keypad的力度曲线.二.力度曲线与ClickFeeling的关系.ClickFeeling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,ClickFeeling的好坏取决于AF和CF的差值.严格说来,SiliconRubberFeeling取决于AF-CF与AF比值的大小.即:ClickFeeling=(AF-CF)X100%AF当ClickFeeling=30%时,绝大部分人可以感到有手感,但不太好.当ClickFeeling=40%时,则手感较好.桶1.典型结构及其力度曲线RubberKeypadResearchReport17图2.曲型曲线图3.Feeling差曲线图4.Feeling好曲线(AF-CF)/AF比值越大,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ClickFeeling=(AF-CF)AFX100%=(150-38)150X100%=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,ClickFeeling要求越来越高,所以,ClickFeeling若低于30%则不能接受.三.影响力度曲线的因素.影响SiliconRubberKeypad力度曲线的因素有五个.1.斜壁角度.SiliconRubberKeypad的斜壁角度常用3753本公司900MHZ无绳电话所用Keypad,取4248其中45最常用.图5.Key斜壁角度.RubberKeypadResearchReport18Key斜壁角度不同,斜壁压跨时屈服点位置不同.力度曲线也不一样.ClickFeeling也随之变化.图6.=37时曲线图7.=45时曲线图8.=53时曲线当仅变化斜壁角度,其它结构及尺寸不变时,越大,ClickFeeling越好,屈服点上升.但斜壁寿命越短,当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forceSiliconRubber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0.750mm50度0.470mm60度0.375mm服点在下方服点在中心服点在上方RubberKeypadResearchReport19我们公司常用60度rubberAF=150g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ClickFeeling.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.ClickFeeling变差.斜壁厚度减小,AF减小,CF减小,AF-CF则增加,ClickFeeling变好.3.材料硬度.常用RubberKeypad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RubberKeypad的ClickFeeling.如果要求相同大小力度,用不同硬度的SiliconRubber,相同的模具结构(仅调整斜壁保证AFRubberKeypadResearchReport20一致),则得到不同的力度曲线.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ClickFeeling越好.4.斜壁长度.斜壁长度在我们图纸上没有固定,但Vendor在设计模具时,其取值相当重要,对clickFeeling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ClickFeeling.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+0.1Y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.Key尺寸大小对曲线影响.RubberKeypadResearchReport21Key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Key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S.S2时的曲线组RubberKeypadResearchReport22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1S=1.0时,则选曲线2S=1.2时,则选曲线3.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.SiliconRubber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,芞22AF相同的不同曲线RubberKeypadResearchReport23所以能量损耗大小用下列公式计算:能量损耗=AF-MFX100%AF能量损耗影响因素有3个.1.SiliconRubber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ClickFeeling等要求越来越严.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SiliconRubberKeypad曲线.AF=15030g.AF=15030g.Click30%Click30%S=0.8mmRF50gS=0.8~0.9mmRF50g图24.有Membrane时曲线.图25.无Membrane时曲线.RubberKeypadResearchReport24B.Base所用SiliconRubberKeypad曲线.AF=15030g.AF=18030gClick30%Click30%S=1.0~1.2mmRF50gS=1.0~1.2mmRF50g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(HardKeyTop)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(HardKeyTop)时,此曲线适用于塑胶Key较大,连接臂较粗时.