硅胶产品弹性结构设计

1、1Rubber Keypad Research Report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 AF: Actuating ForceCF: Contact ForceMF: Max Rebounce ForceRF: Min Re

2、bounce ForceSA: Actuation DistanceS : 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,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 Feelin

3、g的好坏取决于AF和CF的差值.严格说来,SiliconRubber Feeling取决于AF-CF与AF比值的大小. 即: Click Feeling = (AF-CF) X 100% 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

4、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 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

5、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

6、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0.750mm50度0.470mm60度0.375mm 我们公司常用60度rubber AF=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Click

7、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. 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

8、. 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.

9、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. Key尺寸大小对曲线影响. Key尺寸大时,则四周斜壁越长,Key的撝艛越大,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

10、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 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

11、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. Silicon Rubber与其它高分子物质一样,

12、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, 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 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

13、要求. 我们所生产的900MHZ无绳电话 对所用Keypad的Click Feeling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Silicon Rubber Keypad曲线. AF=150±30g. AF=150±30g. Click ³30% Click ³30% S=0.8mm RF³50g S=0.80.9mm RF³50g 图24.有Membrane时曲线. 图25.无Membrane时曲线. B.Base 所用Silicon Rubber Keypad曲线. AF=150±30g. AF=180±30g Click ³30% Click ³ 30% S=1.01.2mm RF³50g S=1.01.2mm RF³50g 图26. Keypad上塑胶硬Key 图27. Keypad