墻壁開關(guān)按鈕高低差研究

陳棟棟 潘小軍 宛俊杰 郭 濤 王 震

（寧波公牛電器有限公司 慈溪 315314）

引言

墻壁開關(guān)從拇指開關(guān)，到中板開關(guān)，再到現(xiàn)在的大板開關(guān)。大板按鈕開關(guān)已經(jīng)成為一種流行趨勢(shì)。越來(lái)越被人們接受和喜愛。為了適應(yīng)市場(chǎng)需求，開關(guān)行業(yè)推出大板開關(guān)。雖然結(jié)構(gòu)多樣，但是原理基本一致。由于大板按鈕的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，也暴露處一些之前其他結(jié)構(gòu)都未發(fā)生的質(zhì)量問(wèn)題。按鈕高低差就是其中一個(gè)。

本文旨在通過(guò)對(duì)大板按鈕高低差進(jìn)行研究分析，找出影響按鈕高低差的因素，為以后墻壁開關(guān)按鈕設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

1 按鈕高低差簡(jiǎn)介

1.1 按鈕高低差定義

高低差：多位開關(guān)按鈕在靜止?fàn)顟B(tài)下與相鄰按鈕垂直安裝平面方向高度差值。

墻壁開關(guān)從之前的功能電器，漸漸發(fā)展成為如今的裝飾開關(guān)。不但要滿足開關(guān)功能要求，還要滿足家居裝飾作用。而多位開關(guān)按鈕的高度不一，高低差作為開關(guān)的外觀特質(zhì)，不但影響開關(guān)外觀質(zhì)量，也影響用戶體驗(yàn)。更是體現(xiàn)企業(yè)的設(shè)計(jì)能力和制造水平。由于按鈕高低差影響因素較多，按鈕高低差也是開關(guān)行業(yè)的難題，至今都未能有效解決。

1.2 按鈕高低差測(cè)量判定

按鈕高低差測(cè)量判定通常采用塞尺測(cè)量法和投影測(cè)量法。

塞尺量測(cè)法：通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)塞尺比對(duì)相鄰按鈕之間臺(tái)階差，確定相鄰按鈕之間的高低差值。

投影測(cè)量法：通過(guò)采用投影儀對(duì)開關(guān)進(jìn)行側(cè)面投影，標(biāo)記相鄰按鈕輪廓，對(duì)并按鈕輪廓進(jìn)行尺寸標(biāo)記。確定相鄰按鈕之間的高低差值。

2 按鈕高低差分析

2.1 常見開關(guān)產(chǎn)品高低差類型

通過(guò)大量市場(chǎng)調(diào)研和數(shù)據(jù)分析整理，現(xiàn)在市面上大板按鈕開關(guān)結(jié)構(gòu)類型主要有以下幾種：

1）蹺板式開關(guān)結(jié)構(gòu)（如圖1）；

圖1 蹺板式開關(guān)

2）擺桿式開關(guān)結(jié)構(gòu)（如圖2）。

圖2 擺桿式開關(guān)

其中上述兩種結(jié)構(gòu)中，根據(jù)按鈕與過(guò)渡件裝配方式又可以分類2種：

1）按鈕與過(guò)渡件一體式結(jié)構(gòu)；

2）按鈕與過(guò)渡件分體式結(jié)構(gòu)。

考慮按鈕高低差主要由于裝配誤差和零件尺寸公差引起。產(chǎn)品零件數(shù)量和安裝方式直接影響按鈕高低差。故本文以蹺板式結(jié)構(gòu)，按鈕與過(guò)渡件分體式大板開關(guān)為分析對(duì)象。

為符合國(guó)標(biāo)GB/T 16915.1要求和便于產(chǎn)品安裝，現(xiàn)在市面上大板按鈕開關(guān)主要以按鈕可拆卸結(jié)構(gòu)為主，該結(jié)構(gòu)方式為按鈕與過(guò)渡件通過(guò)扣位進(jìn)行裝配[1]。過(guò)渡件與壓板通過(guò)軸孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝配。壓板與固定架通過(guò)扣位進(jìn)行裝配。

通過(guò)開關(guān)的裝配方式，影響開關(guān)按鈕高低差的主要零件是按鈕、過(guò)渡件、壓板、固定架。由于篇幅原因，本文將以4位開關(guān)高低差為例。

影響按鈕高低差主要因素是關(guān)鍵零件的尺寸公差及零件翹曲變形。為便于分析，把尺寸公差和零件翹曲變形進(jìn)行分開研究。

2.2 設(shè)計(jì)階段計(jì)算分析

尺寸鏈計(jì)算分析，根據(jù)開關(guān)零部件裝配關(guān)系，在不考慮零件翹曲變形的影響下，繪制尺寸鏈圖。由于按鈕撥打需要角度翻轉(zhuǎn)，涉及直線尺寸和角度尺寸，所以該尺寸鏈為平面尺寸鏈[2]。

考慮該平面尺寸鏈復(fù)雜，進(jìn)行分步計(jì)算。

首先計(jì)算按鈕撥打角度尺寸公差。通過(guò)開關(guān)結(jié)構(gòu)繪制尺寸鏈?zhǔn)噶亢?jiǎn)圖（如圖3）。

圖3 按鈕角度尺寸鏈

由幾何關(guān)系有：

尺寸鏈各邊向AG投影，得：

AG=AC1+C1D1+D1E1-E1G

其中尺寸各邊與AG夾角為αi，

L0=L2cosα2+L3cosα3+L4sinα4-L5cosα5

同理，繪制高低差尺寸鏈簡(jiǎn)圖（如圖4）。

圖4 按鈕高低差尺寸鏈

由幾何關(guān)系有：

尺寸鏈各邊向LH投影，得：

MH=JK’+K’L’+L’M

其中尺寸各邊與LH夾角為βi，

L′0=L′2+L′3cosβ3+L′4sinβ4

可知：αi+βi=90°，α2=α3=α4=α5。

2.3 零件翹曲變形翹曲變形的影響分析

通常PC料作為生產(chǎn)開關(guān)零件的最主要原料，大面積使用。而開關(guān)零件加工主要以注塑工藝為主。由于模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，通常存在模內(nèi)冷卻不充分，凸模、凹模存在溫差，澆口位置和尺寸不合理等因素。導(dǎo)致零件翹曲。從而影響按鈕高低差。

通過(guò)對(duì)開關(guān)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)零件模流分析，設(shè)定注塑參數(shù)及材料參數(shù)。并定義按鈕高低差方向?yàn)閆方向。

分析結(jié)果顯示按鈕翹曲變形0.49 mm（如圖5）。

圖5 按鈕模流分析結(jié)果

壓板翹曲變形0.14 mm（如圖6）。

圖6 壓板模流分析結(jié)果

固定架翹曲變形0.13 mm（如圖7）。

圖7 固定架模流分析結(jié)果

模流分析結(jié)果顯示，按鈕、壓板、固定架注塑過(guò)程都會(huì)產(chǎn)品翹曲變形。

2.4 成品裝配后的變形情況分析

通過(guò)開關(guān)裝配關(guān)系和尺寸鏈計(jì)算分析。零件翹曲對(duì)開關(guān)按鈕高低差的變動(dòng)值（如表1）。

從表1結(jié)果可得，按鈕、固定架、壓板的翹曲變形對(duì)開關(guān)按鈕高低差影響較大。如何控制上述關(guān)鍵零件的翹曲，是解決開關(guān)按鈕高低差的關(guān)鍵因素之一。

表1 零件翹曲對(duì)按鈕高低差變動(dòng)值

3 按鈕高低差改善

3.1 零件翹曲改善

1）優(yōu)化按鈕模具進(jìn)澆平衡，保證按鈕注塑壓力一致性。

2）對(duì)左右兩側(cè)按鈕采用預(yù)變形設(shè)計(jì)。

3）提高固定架凹模溫度，改善凸模、凹模溫差。

3.2 成品裝配改善

調(diào)整壓板扣位，增加壓板左右兩側(cè)扣位，有效改善壓板翹曲對(duì)按鈕高低差影響。

3.3 優(yōu)化零件裝配的尺寸鏈

減少零件配合的尺寸鏈，按鈕直接與壓板配合，不與過(guò)渡件配合。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)按鈕高低差的定義和分析，我們可以得知，關(guān)鍵零件的尺寸公差和翹曲變形影響程度較大。在后續(xù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和注塑生產(chǎn)過(guò)程中，需要對(duì)零件關(guān)鍵尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)和監(jiān)督，通過(guò)對(duì)新產(chǎn)品的關(guān)鍵尺寸和翹曲變形進(jìn)行控制，保證后續(xù)產(chǎn)品按鈕高低差符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)提升產(chǎn)品外觀質(zhì)量和用戶體驗(yàn)。