本文給出了一個(gè)按鍵結(jié)構(gòu)的CAE分析和改進(jìn)案例。

　　在現(xiàn)今這樣一個(gè)個(gè)性化的時(shí)代里，人們對(duì)產(chǎn)品的要求已經(jīng)不僅僅體現(xiàn)在功能上，更多的是體現(xiàn)在使用產(chǎn)品的過程中所得到的體驗(yàn)上。在五花八門的電子消費(fèi)品中，吸引大家眼球的肯定是那些功能和外觀都很獨(dú)特的產(chǎn)品。大家也聽說(shuō)過，一個(gè)時(shí)尚和個(gè)性化的外觀可以為一個(gè)產(chǎn)品創(chuàng)造很高的附加值。

　　所以說(shuō)產(chǎn)品的外在美雖然不可以決定一切，但足以決勝一時(shí)。產(chǎn)品不僅要外在美，就像做人一樣，更重要的是內(nèi)在美。產(chǎn)品的內(nèi)在美很多，只要體現(xiàn)在材料、結(jié)構(gòu)和功能上。今天就拿按鍵結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)說(shuō)。

　　按鍵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中占據(jù)很重要的地位，特別在掌上用品和計(jì)算機(jī)的周邊設(shè)配上。比如有一天你買了一部很帥氣的手機(jī)，200萬(wàn)像素?cái)z像頭，藍(lán)牙，功能很多，不過用了一年后發(fā)現(xiàn)每次按按鍵的時(shí)候不爽，手感很差，還有某個(gè)按鍵總是不靈，你肯定很惱火的想把它撞墻，你肯定國(guó)罵一下----TMD，肯定對(duì)某品牌的商家說(shuō)以后就BMW(不是寶馬，是 別--蒙--我)，我就有這樣的經(jīng)歷。回歸正題，我今天就把我設(shè)計(jì)改進(jìn)一款按鍵結(jié)構(gòu)的完整過程分享給大家。

　　設(shè)計(jì)背景是這樣的，這款產(chǎn)品的外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是客戶指定由北京一家比較出名的設(shè)計(jì)公司主導(dǎo)設(shè)計(jì)的，我只是負(fù)責(zé)善后工作。總體上外觀效果都得到大家的認(rèn)同(老實(shí)說(shuō)他們的工業(yè)外觀設(shè)計(jì)是挺不錯(cuò)的)，但不少內(nèi)部結(jié)構(gòu)在細(xì)節(jié)上欠考慮了，這些結(jié)構(gòu)存在的問題包括這個(gè)按鍵結(jié)構(gòu)我們?cè)缇吞岢鰜?lái)了，設(shè)計(jì)公司堅(jiān)持說(shuō)按鍵結(jié)構(gòu)沒問題，還說(shuō)他們已經(jīng)設(shè)計(jì)過很多產(chǎn)品的按鍵結(jié)構(gòu)，在這方面是專家云云，公司領(lǐng)導(dǎo)也出了聲說(shuō)既然完全由設(shè)計(jì)公司擔(dān)當(dāng)就相信他們。結(jié)果就是，我們的堅(jiān)持改按鍵還是沒采用，就這樣到了T1試模階段，按設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)的那樣把按鍵熱焊在上殼上，裝上電路板，按動(dòng)按鍵，不出所料的那樣，手感很硬沒嘀嗒感，即使用力按下去按鍵的筋位也容易發(fā)白變形喪失彈性。如果不熱焊在上殼上，按鍵又不穩(wěn)容易兩邊晃動(dòng)，最要命的是按鍵會(huì)聯(lián)動(dòng)，按一個(gè)鍵旁邊的鍵也跟著動(dòng)，一句話，這個(gè)按鍵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是失效的。模具制造方也說(shuō)他們沒辦法，除非重新設(shè)計(jì)和開模，就是重新設(shè)計(jì)也沒有好的方案，因?yàn)樯蠚つ＞咭仓谱鞒鰜?lái)了，不可能去動(dòng)上殼模具，否則改模量，改電路板的各方協(xié)調(diào)，成本，時(shí)間都是讓人吃不消。怎么辦?這時(shí)候CAE的威力就發(fā)揮出來(lái)了，下面我就是借助CAE分析工具把按鍵的彈性筋部重新設(shè)計(jì)并且使改模量達(dá)到最小。由于與公司有保密協(xié)議，我不能把整個(gè)產(chǎn)品的外觀及結(jié)構(gòu)公開，只把按鍵處的結(jié)構(gòu)拿出來(lái)做一個(gè)教程，請(qǐng)大家多多指教。

　　1.原設(shè)計(jì)的整個(gè)按鍵結(jié)構(gòu)圖

　　按鍵，筋部彈性不好，直角的地方嚴(yán)重應(yīng)力集中容易發(fā)白

　　上殼

　　2.原設(shè)計(jì)的CAE分析結(jié)果

　　約束簡(jiǎn)圖：模型直接用原設(shè)計(jì)的3D圖，沒修改過。添加0.4mm的位移約束和固定約束就可以

　　結(jié)果圖：按鍵使用不長(zhǎng)時(shí)間后肯定在各個(gè)筋位處出現(xiàn)嚴(yán)重發(fā)白或斷裂

　　3.結(jié)構(gòu)改進(jìn)和改進(jìn)后的CAE分析結(jié)果

　　(1)改進(jìn)的重點(diǎn)是筋部的重新設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中一邊設(shè)計(jì)一邊用CAE輔助設(shè)計(jì)來(lái)確認(rèn)各處筋的合理走向和分布以達(dá)到一個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，改進(jìn)后比較理想的結(jié)果如下

　　改模量只是重做上方的彈性筋和加膠追加5個(gè)圓柱臺(tái)，改模不困難。按鍵的圓柱臺(tái)頂在電路板上可以消除按鍵的聯(lián)動(dòng)。按鍵現(xiàn)在是單邊懸臂筋結(jié)構(gòu)。由于上殼的按鍵框邊到按鍵的距離當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)得比較小，只有0.5mm(如果有0.8～1mm就好啦)，加上按鍵筋部注塑時(shí)有縮水誤差的影響，所以按鍵改為單邊按動(dòng)后中間兩個(gè)按鍵有少許干涉但不產(chǎn)生致命影響，這一點(diǎn)可以在裝配時(shí)處理一下(方法保密,呵呵。。。)。

　　改進(jìn)后的按鍵

　　(2)CAE分析結(jié)果：壽命結(jié)果非常理想，每個(gè)按鍵至少有一條筋的壽命超過50萬(wàn)

　　(3)注塑時(shí)的產(chǎn)品(3D圖)

　　為防止注塑成品在包裝和運(yùn)輸過程中容易產(chǎn)生變形，下方的筋在裝配時(shí)才人工扳掉

　　4.總結(jié)心得

　　按鍵的設(shè)計(jì)其實(shí)就是按鍵彈性筋的設(shè)計(jì)，筋的走向和分布極其重要，盡量避免設(shè)計(jì)帶有直角位的筋，因?yàn)樽⑺軙r(shí)材料在直角的地方容易受到剪切而產(chǎn)生應(yīng)力集中，注塑成品就會(huì)先天不良。還有就是筋的截面設(shè)計(jì)，可以根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)空間采用漸變筋或者常量筋，我這里的設(shè)計(jì)是圓弧筋和矩形截面不變2.0Χ0.8mm(厚度)。因?yàn)檫@個(gè)按鍵還要絲印和UV覆膜處理，所以材料用ABS。也因?yàn)槭鞘褂肁BS料(ABS熔融溫度比較低：150～190℃)，它的流動(dòng)性不是很好，所以厚度用0.8mm而不是0.5mm。