CC BY
11УДК 62-278
Лобов В.А.
канд. техн. наук, доцент кафедры «Высокоэнергетические устройства автоматических систем» Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ»
им. Д.Ф. Устинова (г. Санкт-Петербург, Россия)
Фролова Е.О.
ассистент кафедры «Высокоэнергетические устройства автоматических систем» Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ»
им. Д.Ф. Устинова (г. Санкт-Петербург, Россия)
Зонов Г.А.
магистрант кафедры «Высокоэнергетические устройства автоматических систем» Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ»
им. Д.Ф. Устинова (г. Санкт-Петербург, Россия)
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНТАКТА ДЛЯ МЕМБРАННОЙ КЛАВИАТУРЫ
Аннотация: в работе представлены результаты химического анализа контактов для мембранных клавиатур от основных производителей. Выбран оптимальный материал и разработан технологический процесс изготовления контакта в рамках стратегии импортозамещения. Проведены экспериментальные исследования, подтвердившие правильность принятых технических решений.
Ключевые слова: контакт, мембранная клавиатура, технологический процесс, штамповка, вытяжка.
Для ввода информации ещё с самых ранних поколений компьютеров используются клавиатуры. На данный момент самым распространённым видом клавиатур являются мембранные клавиатуры. В состав мембранных клавиатур входят контакты (мембраны), задача которых - замыкание электрической цепи и, следовательно, регистрация нажатия, а также обеспечение тактильного эффекта при нажатии. Эти контакты выполняются из различных материалов и могут иметь разнообразную форму. Контакт (он же мембрана) помещается в ячейку под клавишей и стоит там при помощи опорных выступов. При нажатии на клавишу купол контакта выгибается в сторону нажатия и замыкает своим корпусом (в частности углублением) цепь - нажатие на клавишу регистрируется. Контроллер клавиатуры последовательно подаёт потенциал на ряды клавиш и по появлению сигнала на выходном шлейфе распознаёт, какая клавиша нажата. При выгибании купола раздаётся характерный щелчок, по которому пользователь понимает, что нажатие произошло.
В настоящее время достаточно остро стоит проблема импортозамещения данных изделий, поскольку поставки от Европейских производителей крайне затруднены, а имеющиеся на рынке изделия часто не отвечают требованиям по надежности и не позволяют обеспечить необходимое количество циклов в 1 млн. нажатий без разрушения.
Целью работы является выбор материала и разработка технологического процесса изготовления контакта, обеспечивающего интенсификацию производства.
В качестве примера объектом исследования принят выпуклый контакт скруглённой крестообразной формы высотой 0,63 мм с максимальным размером в плане 12 мм, толщиной материала 0,1 мм, углублением диаметром
1,6 мм на глубину 0,08 мм по центру и небольшими опорными фланцами шириной 2,65 мм и длиной 0,2 мм с каждой из 4 сторон (рисунок 1).
Рис. 1. Эскиз детали «Контакт»
На первом этапе был выполнен химический анализ контактов от производителей, имеющихся на рынке: True Tone Industries Limited (Китай), Varma Electronics Oy (Финляндия), а также Омского приборостроительного завода им. Н.Г. Козицкого (Россия). Оценка химического состава проведена с помощью анализатора «FOUNDRY-MASTER Smart», результаты анализа представлены в таблице 1.
По результатам проведенного анализа, установлено, что иностранные производители контактов изготавливают из нержавеющих сталей со значительным содержанием хрома и никеля. Например, для кнопок True Tone Industries Limited химический состав соответствует стали SYS 304. Российские контакты изготовлены практически из чистого никеля с добавлением титана. Из отечественных аналогов выбрана нержавеющая сталь 08Х18Н10 [1].
Для изготовления небольшой пробной партии деталей в лабораторных условиях предложена технология, включающая следующие этапы: 1) резка лазером крестовидного профиля детали;
2) ручное кернение углубления диаметром 1,6 мм на глубину 0,08 мм;
3) вытяжка диаметра 8 мм сферическим пуансоном.
Таблица 1. Результаты химического анализа контактов
Массовая доля элементов, % True ^^ Industries Limited Varma Electronics Oy ОПЗ им. Н.Г. Козицкого
Железо 72,30 73,10 0,11
Углерод 0,09 1,31 0,20
Кремний 0,46 0,16 <0,10
Марганец 1,21 1,61 0,19
Хром 17,40 16,3 <0,01
Молибден 0,19 0,25 —
Никель 7,46 6,41 96,8
Кобальт 0,17 0,12 <0,01
Медь 0,27 0,39 <0,01
Ванадий 0,10 0,13 <0,01
Фосфор 0,12 <0,10 —
Титан <0,01 <0,01 2,15
Алюминий <0,01 <0,01 0,29
Выбор резки лазером обусловлен тем, что это наиболее экономичный способ разделения исходного материала на сложные формы в лабораторных условиях. Аналогично объясняется выбор ручного кернения для углубления -усилие, необходимое для данной операции, с учётом размеров углубления, относительно мало, а высокая точность для лабораторной технологии не требуется. Для формовки куполообразной части спроектирован и изготовлен универсальный лабораторный штамп (рисунок 2) [2]. Штамп работает следующим образом: пуансон 1 крепится к ползуну испытательной машины, а основание 7 устанавливается на её стол. Пуансон центрируется при помощи
направляющей втулки 2, опирающейся на прижим 3, который, в свою очередь, прижимает заготовку 6 к матрице 5 через кольцо 4. Прижим крепится к основанию с помощью шести болтов 8 и шайб 9. При движении пуансона вниз, заготовка деформируется в матрице принимая заданную форму.
Рис. 2. Эскиз лабораторного штампа для формовки контакта: 1 - пуансон; 2 - направляющая втулка; 3 - прижим; 4 - кольцо; 5 - матрица; 6 - заготовка;
7 - основание; 8 - болты; 9 - шайбы
а б
Рис. 3. Деформация заготовки в штампе (а) и внешний вид образца (б)
Испытания выполнены на испытательной машине БЫшаёш ЛО-Х-1 силой 100 кН (рисунок 3, а). Эксперимент проведен при скорости
деформирования v = 10 мм/мин с использованием графитовой смазки. В результате удалось получить изделие заданной формы (рисунок 3, б). Результаты измерений основных размеров подтвердили соответствие установленным допускам (рисунок 1), однако для крупносерийного изготовления данный штамп весьма неудобен вследствие ручной установки и удаления заготовки.
Для всех штамповочных переходов были проведены расчеты предельной прочности материала заготовки, технологических сил штамповки и исполнительных размеров рабочего инструмента по известным методикам из справочной литературы [3]. Для формовки углубления усилие составило 60 Н, вытяжки купола - 228 Н и полного отделения изделия от ленты - 2580 Н.
Таким образом, был выбран рациональный по технико-экономическим требованиям материал для изготовления детали, разработан технологический процесс изготовления, рассчитаны усилия на операциях, спроектирована конструкция штампа и проведены экспериментальные исследования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Сталь марки 08Х18Н10 - Центральный металлический портал [Электронный ресурс]. URL: https://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/stn/08X18H10 (дата обращения 02.10.2023).
2. Верещагин П.В., Беляев В.А. Проектирование штампов: учебное пособие. Бийск.: изд.-во Алт. гос. техн. ун-та, 2006. 67 с.
3. Ильин Л.Н., Семенов И.Е. Технология листовой штамповки: учеб. для вузов. М.: Дрофа. 2009. 475 с.
Lobov V.A.
Baltic State Technical University «VOENMEH» named after D.F. Ustinov
(St. Petersburg, Russia)
Frolova E.O.
Baltic State Technical University «VOENMEH» named after D.F. Ustinov
(St. Petersburg, Russia)
Zonov G.A.
Baltic State Technical University «VOENMEH» named after D.F. Ustinov
(St. Petersburg, Russia)
DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR MANUFACTURING A CONTACT FOR A MEMBRANE KEYBOARD
Abstract: the paper presents the results of a chemical analysis of contacts for membrane keyboards from major manufacturers. The optimal material was selected and a technological process for manufacturing the contact was developed as part of the import substitution strategy. Experimental studies were carried out to confirm the correctness of the adopted technical solutions.
Keywords: contact, membrane keyboard, technological process, stamping, exhaust.
