硅胶产品弹性结构设计

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.

AF: Actuating Force CF: Contact Force MF: Max Rebounce Force RF: Min Rebounce Force SA: Actuation Distance S : Travel Distance (Stroke).

芞1. 典型力度曲线

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 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% 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力度曲线的因素有五个. 1.斜壁角度.

Silicon Rubber Keypad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.

Key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.Click Feeling也随之变化.

?服点 在下方 ?服点 在中心 ?服点 在上方

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,Click Feeling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force

Silicon Rubber 40度料 每0.01mm壁厚所增加的力度 约2克 50度料 60度料 表3. 150g 时Keypad斜壁厚度. Rubber 硬度 40度 50度 60度 约3克 约4克 Key斜壁厚度 0.750mm 0.470mm 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 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.

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.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16.Key斜壁太长时情形

图15. Key斜壁长与S关系

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

知道行程与曲线的关系后,特别要指出的是:撌指刑 错误的.具体分析如下:

钍且蛭谐烫斐傻臄这一说法是

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 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 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.

Click 30%

S=0.8mm RF50g

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 30% Click  30% S=1.0~1.2mm RF50g S=1.0~1.2mm RF50g

AF=15030g.

Click 30%

S=0.8~0.9mm RF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 说明:

图24曲线适用于有Membrane时.

较大,弹臂较粗时曲线

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.