Tolerancias de los teclados de silicona y cadena de cotas de montaje

Especifique las tolerancias de los teclados de silicona a partir del intervalo funcional admisible en el conjunto montado, no de un valor más/menos aplicado de forma general. Establezca las referencias de montaje, defina cómo se mide la pieza flexible y calcule si los extremos dimensionales permiten mantener la holgura tras la liberación y un recorrido suficiente para el cierre eléctrico antes del tope mecánico. La conformidad dimensional y la aceptación funcional están relacionadas, pero no son intercambiables.

La guía de diseño de teclados de caucho de silicona ofrece el marco general de diseño. Este artículo desarrolla un método de asignación de tolerancias para una tecla de silicona con una pastilla conductora que entra en contacto con una PCB.

Elija las referencias en función del montaje y del funcionamiento

Empiece por las superficies y los elementos de posicionamiento que realmente sitúan el conjunto. Las recomendaciones de acotación de SiTECH destacan las características funcionales y las referencias que pueden medirse de forma repetible.

Un posible esquema de referencias del teclado utiliza un plano de apoyo rígido del chasis como A, un elemento de posicionamiento de la carcasa como B para la posición en el plano y un segundo elemento de posicionamiento como C para controlar la rotación. Una disposición con un orificio circular y una ranura con alivio es un concepto que puede evaluarse, no una construcción obligatoria. Defina las holguras de posicionamiento en lugar de suponer que un pasador elimina todo movimiento.

Vincule las superficies de asiento del teclado, los elementos de posicionamiento de la PCB y las cotas de la carcasa con esa referencia de montaje. El simple hecho de denominar «A» a superficies no relacionadas en planos distintos no establece una referencia común. La pieza flexible del teclado de silicona necesita un útil definido que materialice las referencias, no una instrucción para aplanarla a mano.

Separe las relaciones críticas de las cotas que no controlan el funcionamiento:

Un perímetro recortado no es automáticamente una característica no crítica. Su función en el montaje determina cómo debe tratarse.

Defina cómo se miden las piezas flexibles

El texto público sobre importancia y uso de ASTM D3767 explica que la presión de medición afecta al espesor observado de los materiales blandos y flexibles. Su alcance excluye el muestreo y los lugares de extracción de las muestras. Defina las ubicaciones de medición de cada característica en el plan de inspección del proyecto.

Utilice estados explícitos en lugar de una única «altura del teclado» sin definir:

En las mediciones por contacto, registre la geometría del palpador y la fuerza o presión aplicada. En las mediciones sin contacto, valide el apoyo, la dirección de observación y el método de detección de bordes. Compare ciclos repetidos de retirada y recolocación en el útil, no solo lecturas repetidas sin mover la pieza.

El resumen público de ISO 23529 cubre la preparación y el acondicionamiento generales de probetas de caucho, pero excluye los requisitos especiales para ensayar productos completos. Defina por separado el método para el teclado completo. Registre el material y el historial de curado, el acondicionamiento, la temperatura, el instrumento, la revisión del útil, las ubicaciones de medición y la identificación de la muestra. Acuerde cómo influye la incertidumbre de medición en la aceptación; la resolución mostrada por el instrumento, por sí sola, no es una estimación de la incertidumbre. Mantenga separadas las dimensiones en apoyo libre y la deformación en estado montado.

Ejemplo de cálculo: asigne tolerancias a un intervalo funcional admisible

Establezca el modelo y el estado de inspección

Ejemplo ilustrativo: todas las dimensiones, tolerancias y limitaciones funcionales indicadas a continuación son hipotéticas. Ninguna representa capacidades de JASPER ni resultados medidos.

Considere una tecla con pastilla conductora presionada en su centro. Todas las longitudes se expresan en milímetros. Defina +z desde la referencia A hacia el usuario. Utilice una temperatura de referencia ilustrativa de 23 °C, una vez alcanzado el equilibrio térmico y completado el proceso de curado declarado.

La carcasa dispone de un plano de asiento del teclado M. El teclado de silicona se posiciona y su perímetro se retiene contra los topes de montaje definidos, sin carga externa sobre la tecla en reposo. Suponga un movimiento axial de la tecla y de la pastilla, con una relación uno a uno, antes del primer contacto. El rozamiento lateral y la inclinación quedan fuera de este modelo unidimensional y requieren comprobaciones independientes.

P es un desplazamiento, no una fuerza ni un porcentaje supuesto de compresión de una junta. Determínelo a partir de los estados definidos de apoyo libre y montado; no equipare automáticamente la compresión del perímetro con el movimiento de la pastilla.

Las coordenadas permiten obtener directamente la cadena de cotas:

Cara de la pastilla en reposo, montada:  z_pill = H − K − P
Plano de contacto de la PCB:            z_pad  = S + T
Separación en reposo:                   G      = H − K − P − S − T
Separación nominal:                     G_nom  = 4.40 − 1.80 − 0.10 − 0.40 − 1.60
                                              = 0.50 mm

Calcule ambos extremos dimensionales

La separación mínima combina el H más bajo con los valores más altos de las cotas que se restan. La separación máxima invierte esas elecciones:

G_min = 4.35 − 1.87 − 0.12 − 0.43 − 1.65 = 0.28 mm
G_max = 4.45 − 1.73 − 0.08 − 0.37 − 1.55 = 0.72 mm
Semiamplitud total en el peor caso = 0.05 + 0.07 + 0.02 + 0.03 + 0.05
                                  = 0.22 mm

Se trata de dos conjuntos límite distintos, no de dos condiciones que ocurran simultáneamente en una misma pieza. Este cálculo acotado no requiere independencia estadística, aunque el acoplamiento entre cotas puede hacerlo conservador.

Convierta los requisitos de cierre y recuperación en un intervalo de separación

Para este ejemplo, suponga las siguientes asignaciones funcionales:

El tiempo de observación de 1.0 s también es hipotético, no un requisito normativo. Verifique q y r con las condiciones de presión y liberación y los umbrales eléctricos acordados; no pueden deducirse únicamente de las dimensiones de los componentes.

Las dos condiciones geométricas son:

Liberación:  G_min − r_max ≥ g_release
Cierre:      D_min − (G_max + q_max) ≥ m

Por tanto, el intervalo permitido de separación en reposo es:
G ≥ 0.25 + 0.05 = 0.30 mm
G ≤ 0.90 − 0.12 − 0.10 = 0.68 mm

Con una separación nominal de 0.50 mm, el presupuesto simétrico de tolerancias en el peor caso no puede superar la menor distancia a cualquiera de los dos límites:

Semiamplitud permitida ≤ min(0.50 − 0.30, 0.68 − 0.50) = 0.18 mm

El presupuesto inicial de 0.22 mm es demasiado grande. Cambiar únicamente el valor nominal no permite encajar su rango de 0.44 mm de amplitud dentro del intervalo permitido de 0.38 mm de amplitud.

Redistribuya las tolerancias y verifique después su viabilidad

Solo a efectos del cálculo, reduzca la tolerancia de K a ±0.04 mm y la de T a ±0.03 mm, sin modificar nada más. La nueva semiamplitud es de 0.17 mm, lo que da G = 0.33–0.67 mm.

El cálculo inicial identifica una holgura y una reserva asignadas insuficientes; no demuestra que una tecla ensayada no consiga conmutar. Del mismo modo, el cálculo revisado depende de que todos los límites supuestos sean válidos. Una holgura positiva no demuestra que la tecla realmente recupere su posición ni que el circuito vuelva a abrirse.

Las distancias restantes hasta los límites del intervalo permitido de separación son de solo 0.03 mm y 0.01 mm. Aquí no se han asignado márgenes independientes a las reglas de decisión de medición ni a los cambios de las condiciones de servicio. Se trata de una comprobación preliminar de cierre y liberación, no de una demostración de seguridad respecto al sobrerecorrido máximo, las tensiones de contacto o la vida útil.

Antes de adoptar valores más ajustados, confirme su viabilidad para el moldeo, la PCB y la inspección. Entre las alternativas están reducir el número de contribuciones a la cadena de cotas o modificar la geometría de los apoyos y topes. No convierta una asignación matemática en una especificación de compra sin respaldo.

Utilice cadenas de tolerancias estadísticas solo con datos adecuados

Para una cadena lineal con variaciones dimensionales no correlacionadas:

σ_G = √(σ_H² + σ_K² + σ_P² + σ_S² + σ_T²)

La guía de incertidumbre del NIST documenta las matemáticas de propagación de la varianza y la necesidad de considerar la covarianza. Aplicar esas matemáticas a la variación de fabricación requiere datos reales del proceso; la página del NIST no es una norma de aceptación de producción de teclados.

La tolerancia ± de un plano no es automáticamente una desviación estándar. Establezca las medias, la variación, las correlaciones y las hipótesis de distribución utilizadas para estimar el riesgo en las colas de la distribución. Mantenga explícitos los efectos de las cavidades del molde y de los estados de montaje. En particular, P puede depender de la misma geometría que ya está representada en otros términos de la cadena.

Utilice términos de covarianza cuando las entradas estén correlacionadas. Conserve las variables compartidas al deducir el recorrido hasta el tope y la separación, en lugar de tratar las contribuciones duplicadas como independientes. Ni un cálculo RSS ni una desviación estándar prevista pequeña demuestran una proporción aceptable de conjuntos conformes.

Vincule las comprobaciones dimensionales con la aceptación funcional

Mida la fuerza en N, el desplazamiento local de la tecla en mm y el estado eléctrico durante la presión y la liberación. El análisis de Mark-10 sobre ensayos de interruptores distingue la fuerza registrada en la activación eléctrica del pico posterior de fuerza al llegar al fondo del recorrido. Por tanto, una lectura de fuerza máxima por sí sola no mide el cierre eléctrico.

Defina la geometría del palpador, el punto de presión, la velocidad, el cero de desplazamiento, el apoyo, las condiciones de fijación, el nivel de ensayo eléctrico, los umbrales y el tiempo de observación tras la liberación. Compruebe que el canal de desplazamiento representa el movimiento de la tecla y no una flexión del útil sin corregir.

Utilice la guía de utillaje y prototipado para vincular estos resultados con revisiones controladas de las muestras y de la producción. Una muestra nominal conforme no constituye evidencia para todas las combinaciones permitidas.

Preguntas frecuentes

Solicite una revisión del diseño de su teclado

Para un proyecto adquirido como módulo integrado, consulte los conjuntos de teclados de silicona e identifique quién es responsable de las interfaces del caucho, el circuito, la carcasa y la inspección.

Envíe el plano o una muestra del teclado, el diseño de la PCB y de los contactos, una sección de la carcasa, los detalles de apoyo y fijación, el esquema de referencias, la cadena de tolerancias actual y los registros de fuerza y estado eléctrico disponibles. Incluya la aplicación del equipo, las cantidades de prototipos y anuales, los requisitos críticos de aceptación y el alcance del suministro. Marque las entradas pendientes de definir como TBD para poder resolverlas antes de cerrar los requisitos.

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