墻壁開關按鈕高低差研究

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

墻壁開關從拇指開關，到中板開關，再到現在的大板開關。大板按鈕開關已經成為一種流行趨勢。越來越被人們接受和喜愛。為了適應市場需求，開關行業推出大板開關。雖然結構多樣，但是原理基本一致。由于大板按鈕的結構特點，也暴露處一些之前其他結構都未發生的質量問題。按鈕高低差就是其中一個。

本文旨在通過對大板按鈕高低差進行研究分析，找出影響按鈕高低差的因素，為以后墻壁開關按鈕設計提供了參考依據。

1 按鈕高低差簡介

1.1 按鈕高低差定義

高低差：多位開關按鈕在靜止狀態下與相鄰按鈕垂直安裝平面方向高度差值。

墻壁開關從之前的功能電器，漸漸發展成為如今的裝飾開關。不但要滿足開關功能要求，還要滿足家居裝飾作用。而多位開關按鈕的高度不一，高低差作為開關的外觀特質，不但影響開關外觀質量，也影響用戶體驗。更是體現企業的設計能力和制造水平。由于按鈕高低差影響因素較多，按鈕高低差也是開關行業的難題，至今都未能有效解決。

1.2 按鈕高低差測量判定

按鈕高低差測量判定通常采用塞尺測量法和投影測量法。

塞尺量測法：通過采用標準塞尺比對相鄰按鈕之間臺階差，確定相鄰按鈕之間的高低差值。

投影測量法：通過采用投影儀對開關進行側面投影，標記相鄰按鈕輪廓，對并按鈕輪廓進行尺寸標記。確定相鄰按鈕之間的高低差值。

2 按鈕高低差分析

2.1 常見開關產品高低差類型

通過大量市場調研和數據分析整理，現在市面上大板按鈕開關結構類型主要有以下幾種：

1）蹺板式開關結構（如圖1）；

圖1 蹺板式開關

2）擺桿式開關結構（如圖2）。

圖2 擺桿式開關

其中上述兩種結構中，根據按鈕與過渡件裝配方式又可以分類2種：

1）按鈕與過渡件一體式結構；

2）按鈕與過渡件分體式結構。

考慮按鈕高低差主要由于裝配誤差和零件尺寸公差引起。產品零件數量和安裝方式直接影響按鈕高低差。故本文以蹺板式結構，按鈕與過渡件分體式大板開關為分析對象。

為符合國標GB/T 16915.1要求和便于產品安裝，現在市面上大板按鈕開關主要以按鈕可拆卸結構為主，該結構方式為按鈕與過渡件通過扣位進行裝配[1]。過渡件與壓板通過軸孔結構進行裝配。壓板與固定架通過扣位進行裝配。

通過開關的裝配方式，影響開關按鈕高低差的主要零件是按鈕、過渡件、壓板、固定架。由于篇幅原因，本文將以4位開關高低差為例。

影響按鈕高低差主要因素是關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行分開研究。

2.2 設計階段計算分析

尺寸鏈計算分析，根據開關零部件裝配關系，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，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雜，進行分步計算。

首先計算按鈕撥打角度尺寸公差。通過開關結構繪制尺寸鏈矢量簡圖（如圖3）。

圖3 按鈕角度尺寸鏈

由幾何關系有：

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圖（如圖4）。

圖4 按鈕高低差尺寸鏈

由幾何關系有：

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料作為生產開關零件的最主要原料，大面積使用。而開關零件加工主要以注塑工藝為主。由于模具結構的復雜性，通常存在模內冷卻不充分，凸模、凹模存在溫差，澆口位置和尺寸不合理等因素。導致零件翹曲。從而影響按鈕高低差。

通過對開關現有結構零件模流分析，設定注塑參數及材料參數。并定義按鈕高低差方向為Z方向。

分析結果顯示按鈕翹曲變形0.49 mm（如圖5）。

圖5 按鈕模流分析結果

壓板翹曲變形0.14 mm（如圖6）。

圖6 壓板模流分析結果

固定架翹曲變形0.13 mm（如圖7）。

圖7 固定架模流分析結果

模流分析結果顯示，按鈕、壓板、固定架注塑過程都會產品翹曲變形。

2.4 成品裝配后的變形情況分析

通過開關裝配關系和尺寸鏈計算分析。零件翹曲對開關按鈕高低差的變動值（如表1）。

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

表1 零件翹曲對按鈕高低差變動值

3 按鈕高低差改善

3.1 零件翹曲改善

1）優化按鈕模具進澆平衡，保證按鈕注塑壓力一致性。

2）對左右兩側按鈕采用預變形設計。

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

調整壓板扣位，增加壓板左右兩側扣位，有效改善壓板翹曲對按鈕高低差影響。

3.3 優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，不與過渡件配合。

4 結論

通過對按鈕高低差的定義和分析，我們可以得知，關鍵零件的尺寸公差和翹曲變形影響程度較大。在后續產品設計和注塑生產過程中，需要對零件關鍵尺寸進行檢驗和監督，通過對新產品的關鍵尺寸和翹曲變形進行控制，保證后續產品按鈕高低差符合設計要求，同時提升產品外觀質量和用戶體驗。