墙壁开关按钮脱扣力影响因素分析

2022-01-17郭德斌查海林

日用电器 2021年12期

关键词：力值喷漆测试数据

王莎郭德斌查海林王震詹锋

（宁波公牛电器有限公司慈溪 315314）

引言

随着墙壁开关行业不断发展，开关产品不断地更新迭代，不仅出现了新的结构、外观，而且大板开关作为当下主流的产品，其品质也变得参差不齐，而开关按钮脱扣力作为影响开关使用的重要参数指标，也在潜移默化的发生着变化。

本文旨在通过对大板按钮脱扣力进行研究分析，找出影响按钮脱扣力大小的因素，为以后墙壁开关按钮设计提供了参考依据。

1 按钮脱扣力简介

在GB/T 2099.9-2008第十三章13.7[1]（开关类产品参考GB/T 16915.1-2014第十三章13.3[2]）的介绍中，规定了用以确保防触电功能的盖、盖板或其零件应在两个或多个点上用有效的固定件固定在正常位置上,其中13.3.2中对于不靠螺钉固定，且拆卸时，要朝几乎垂直于安装/支承表面的方向力才能拆卸的盖、盖板或起动元件，规定了相应的力值范围。在本文中，我们将这种拆卸时要朝几乎垂直于安装/支承表面的方向力成为按钮脱扣力（这里的按钮是一种泛指，它涵盖了国标中所描述的盖和盖板的定义，为了简化描述方式，本文统一称之为按钮）。通过对普通用户、专业用户（电工、产品设计工程师等）和特殊用户（孩童等）进行调研，得出最佳按钮脱扣力值范围为：10 ～45 N。

2 按钮脱扣力影响因素分析

2.1 喷涂工艺对按钮脱扣力的影响

墙壁开关中，介于开关产品的美观性要求会经常使用喷漆工艺对按钮进行喷漆美化，使其呈现不同的外观颜色。

为判断喷漆工艺对按钮脱扣力的影响，在这里我们选取两组产品（一组用喷漆按钮的成品100件、另一组用无喷漆按钮组装的成品100件，其余条件保持相同），通过按钮脱扣力检测设备对三位开关（本文测试开关均用三位开关）的左中右按钮单边脱扣力进行力值检测，得到测试数据（如图 1）。

图1 喷漆与未喷漆所测脱扣力力值（实测）

通过测试可知喷漆按钮的脱扣力较无喷漆按钮的脱扣力大10 N左右，且脱扣力值浮动范围也更大，更不稳定。因此，为了保证最佳按钮脱扣力值范围为：10～45 N，需要控制无喷漆按钮的脱扣力范围在10 ～30 N之间。

2.2 PC材料差异性对按钮脱扣力的影响

按钮原材料由不同的材料组成，其中PC料作为生产按钮的最主要原料，大面积使用，而PC料之间由于供应商不同也存在着差异性。

为判断材料的差异性对按钮脱扣力的影响，在这里我们选取两组产品（一组用杰事杰PC注成的按钮组装的成品100件、另一组用科思创PC注成的按钮组装的成品100件，其余条件保持相同），通过脱扣力检测设备对三位开关的左中右按钮单边脱扣力进行力值检测，得到测试数据（如图 2）。

图2 不同PC料所测脱扣力力值情况（实测）

通过测试可知用杰事杰料比用科思创料按钮脱扣力偏大一些，但总体变化不大，因此不同品牌的PC料对按钮脱扣力影响不大。

2.3 结构设计对按钮脱扣力的影响

2.3.1 扣位刚度对按钮脱扣力的影响

通过CAE理论分析，确定扣位刚度的主要关键尺寸为肋筋厚度A、筋高差B、扣位筋高度C（如图 3）。

图3 影响按钮扣位刚度关键尺寸

再运用控制变量法确定A、B、C三处对按钮脱扣力的影响程度，用CAE进行模拟分析。

实验1：变量A分别取： 0.3 mm、0.6 mm、0.9 mm三组，其余结构参数保持不变（B取1 mm，C取4.3 mm）。

实验2：变量B分别取：1 mm、0.7 mm、0.4 mm、0.1 mm三组，其余结构参数保持不变（A取0.6 mm，C取4.3 mm）。

实验3：变量C分别取：4.3 mm、3.9 mm、3.5 mm、3.1 mm四组，其余结构参数保持不变（A取0.6 mm，B取1 mm）。

得到CAE分析数据（如图 4），其中通过图4可知对扣位刚度影响最敏感的是肋筋厚度A，以此作为后续分析的主要数据。为保证按钮脱扣力的最佳范围值，无喷漆按钮的脱扣力范围需保证在在10 N～30 N之间，从图4的“CAE分析：B变化”图中可知B值在0.1～1 mm范围内，数值越小所需脱扣力值越大，当B取1 mm时，所需力值已接近30 N，因此筋高差B取1 mm为最佳。扣位筋高度C对按钮脱扣力影响较小，且C取值受外观影响较大，根据产品策划情况而定，暂不做分析。

图4 实验1.2.3力值情况（CAE分析）

根据上述分析肋筋厚度A对按钮脱扣力的影响较大，对其进行实测分析，变量A分别取： 0.3 mm、0.6 mm、0.9 mm三组，其余结构参数保持不变，每组100个三位开关成品。通过脱扣力检测设备对三位开关的左中右按钮单边脱扣力进行力值检测，得到测试数据（如图5）。

图5 变量A力值情况（实测）

通过实测可知，A取0.6mm时，脱扣力最符合设计需求。

2.3.2 按钮整体刚度对按钮脱扣力的影响

按钮整体刚度主要由按钮主壁厚尺寸决定，通过控制变量法调整主壁厚分别为：1.6 mm、2.0 mm、2.4 mm三种方案（如图6）进行CAE理论分析，得到分析数据：

图6 三种方案示意图

壁厚1.6 mm时，脱扣力力值14.3 N；

壁厚2.0 mm时，脱扣力力值14.7 N；

壁厚2.4 mm时，脱扣力力值14.8 N。

通过CAE分析可知，按钮整体刚度对脱扣力的影响不明显，再对其进行实测分析，变量主壁厚分别取：1.6 mm、2.0 mm、2.4 mm三组，其余结构参数保持不变，每组100个三位开关成品。通过脱扣力检测设备对三位开关的左中右按钮单边脱扣力进行力值检测，得到测试数据（如图7）。

图7 按钮主壁厚对脱扣力的影响（实测）

通过实测再次验证按钮主壁厚对脱扣力的影响不明显，其中综合考虑注塑缩水、变形，按钮的主壁厚设计在1.8～2.2 mm之间最佳。

2.3.3 增加支撑筋对按钮脱扣力的影响

通过增加支撑筋的方式查看是否对按钮脱扣力有影响，本文选择在按钮主要部位按钮扣位中间增加一条支撑筋（如图8）与不加筋情况进行对比分析。（其中灰色支撑筋加高至白色定位面）

图8 按钮加支撑筋示意图

实验设置变量：有支撑筋、无支撑筋两种情况，各取100件三位开关，用脱扣力检测设备进行力值检测，得到测试数据（如图9）。

图9 加支撑筋对脱扣力的影响（实测）

通过实测可知增加支撑筋对脱扣力影响不明显，考虑到生产经济效益，选择无支撑筋更合适。

2.3.4 卡扣位方向改变对按钮脱扣力的影响

通过卡扣位结构方向的改变来查看是否对按钮脱扣力有影响，本文选择内外扣两种方式（如图10）进行对比分析。并且选取2种方式的壁厚D和筋宽E（如图10）分别为：1.6 / 0.3、2.0 / 0.3、2.4 / 0.3、2.4 / 0.3网格筋、1.6 / 0.6、1.6 / 0.9。对这六种方案进行实测分析。12种情况的按钮组装的成品各取100件三位开关，用脱扣力检测设备进行力值检测，得到测试数据（如图11）。