楊勝利

（貴州振華華聯(lián)電子有限公司，貴州黔東南556000）

1 概述

1.1 任務(wù)來(lái)源

根據(jù)公司“十三五”發(fā)展規(guī)劃中提出的“強(qiáng)基礎(chǔ)、謀發(fā)展”的戰(zhàn)略決策，產(chǎn)品技術(shù)處開展了對(duì)產(chǎn)品基礎(chǔ)指標(biāo)的分析研究，其中將微動(dòng)開關(guān)的長(zhǎng)壽命指標(biāo)作為主攻方向。

1.2 立項(xiàng)背景

多年以來(lái)，微動(dòng)開關(guān)的長(zhǎng)壽命指標(biāo)，一直是困擾微動(dòng)開關(guān)發(fā)展的瓶頸技術(shù)，直接影響產(chǎn)品的價(jià)格和市場(chǎng)占有率，阻礙了產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。在實(shí)際工作中，經(jīng)常遇到用戶因開關(guān)壽命太短而不使用，或開關(guān)因壽命太短而不能應(yīng)用于整機(jī)的關(guān)鍵、重要系統(tǒng)的現(xiàn)象。特別是航空用戶，普遍對(duì)開關(guān)的壽命要求較高，如供油系統(tǒng)的到位指示屬于頻繁使用的開關(guān)，要求壽命較長(zhǎng)，如航空XX廠要求開關(guān)壽命需達(dá)100萬(wàn)次左右。壽命次數(shù)直接影響產(chǎn)品價(jià)格，如KW5C壽命在1萬(wàn)次的價(jià)格200元左右，壽命在100萬(wàn)次的價(jià)格為2 000～4 000元。產(chǎn)品的長(zhǎng)壽命指標(biāo)直接影響產(chǎn)品的附加值，為此產(chǎn)品技術(shù)處將長(zhǎng)壽命技術(shù)列為攻關(guān)目標(biāo)。

1.3 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

在公司各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的指示、關(guān)心下，特別是市場(chǎng)部門的要求下，產(chǎn)品技術(shù)處組織研究團(tuán)隊(duì)，對(duì)長(zhǎng)壽命技術(shù)進(jìn)行探索性研究，以求取得局部突破，最終整體提升開關(guān)品質(zhì)。該項(xiàng)目通過(guò)對(duì)微動(dòng)開關(guān)的動(dòng)作特性、應(yīng)力分析，從理論上進(jìn)行研究和計(jì)算，并結(jié)合公司生產(chǎn)微動(dòng)開關(guān)多年的技術(shù)積淀，對(duì)彈性零件（特別是弓簧片）進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，取得良好效果，達(dá)到預(yù)定研究目標(biāo)。當(dāng)然，長(zhǎng)壽命技術(shù)的研究，只有進(jìn)行時(shí)，沒有完成時(shí)，提升產(chǎn)品質(zhì)量、提高產(chǎn)品附加值是永恒的主題。

1.4 國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)概況

微動(dòng)開關(guān)“壽命”指的是微動(dòng)開關(guān)在使用周期內(nèi)重復(fù)動(dòng)作的循環(huán)次數(shù)，它是考核微動(dòng)開關(guān)機(jī)械和電氣可靠性的指標(biāo)，包括機(jī)械壽命和電氣壽命。

“壽命”是衡量微動(dòng)開關(guān)可靠性的重要指標(biāo)，對(duì)微動(dòng)開關(guān)“長(zhǎng)壽命”技術(shù)指標(biāo)的研究，其本身就是微動(dòng)開關(guān)的前沿課題，是較難突破的關(guān)鍵技術(shù)難題，是目前國(guó)內(nèi)外存在的共性難題，目前國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)（GJB809A）和美軍標(biāo)（MIL-8805）均沒有技術(shù)參數(shù)的具體規(guī)定。微動(dòng)開關(guān)屬于“有限壽命機(jī)電元件”，這主要是由于微動(dòng)開關(guān)是機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)械轉(zhuǎn)換，其動(dòng)態(tài)配合零件會(huì)產(chǎn)生磨損、疲勞失效，其壽命長(zhǎng)短受制于材料、結(jié)構(gòu)、加工精度、熱處理工藝等多種因素。

微動(dòng)開關(guān)國(guó)內(nèi)同行廠家（軍口）主要是航空XX廠等，開關(guān)的壽命次數(shù)普遍在1萬(wàn)～2萬(wàn)次，與我公司的開關(guān)壽命次數(shù)差不多。

微動(dòng)開關(guān)國(guó)外廠家主要有美國(guó)Honeywell公司、OTTO公司，規(guī)定壽命在10萬(wàn)～100萬(wàn)次，普遍高于國(guó)內(nèi)廠家。

1.5 企業(yè)目前狀況

隨著武器裝備對(duì)開關(guān)產(chǎn)品工作可靠性的要求越來(lái)越高，預(yù)計(jì)將會(huì)有越來(lái)越多的用戶對(duì)開關(guān)的壽命指標(biāo)提出更高的要求。目前，微動(dòng)開關(guān)的壽命一般在1萬(wàn)～5萬(wàn)次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到用戶要求。

因此，為了滿足用戶對(duì)微動(dòng)開關(guān)的長(zhǎng)壽命要求，提升微動(dòng)開關(guān)品質(zhì)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，我們將微動(dòng)開關(guān)的長(zhǎng)壽命作為今年的重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。

2 任務(wù)要求

2017年3月，航空XX廠提出需求壽命指標(biāo)最少為70萬(wàn)次的微動(dòng)開關(guān)（實(shí)際需要是越長(zhǎng)越好，最好是100萬(wàn)次以上），我廠現(xiàn)有的微動(dòng)開關(guān)中壽命最長(zhǎng)的僅達(dá)到10萬(wàn)次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這一要求。

2017年7月初，改進(jìn)后的弓簧片加工完成，用改進(jìn)后的弓簧片裝配兩只開關(guān)重新進(jìn)行壽命試驗(yàn)，從7月初到9月初，整個(gè)試驗(yàn)周期近兩個(gè)月，試驗(yàn)的兩只開關(guān)中，一只壽命達(dá)到110萬(wàn)次失效，另一只207萬(wàn)次后仍能正常轉(zhuǎn)換，通過(guò)本次改進(jìn)，開關(guān)壽命指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了用戶提出的70萬(wàn)次的要求。

攻關(guān)完成后，我廠與XX廠簽訂了KW5C型微動(dòng)開關(guān)技術(shù)協(xié)議，于2017年9月份實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品供貨，在首次廠內(nèi)鑒定試驗(yàn)中，開關(guān)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)一次性考核合格。

3 研究過(guò)程

3.1 研究的意義、項(xiàng)目的現(xiàn)狀

在短時(shí)間內(nèi)（一年）成功研制出了滿足用戶特殊要求的長(zhǎng)壽命開關(guān)，滿足了用戶的急需，得到了用戶的好評(píng)，我廠在反應(yīng)速度方面的形象在客戶心目中得到進(jìn)一步提升，為以后進(jìn)一步合作打下了一定基礎(chǔ)。

3.2 研究的主要技術(shù)內(nèi)容

將微動(dòng)開關(guān)壽命指標(biāo)由當(dāng)前的1萬(wàn)～5萬(wàn)次提升至70萬(wàn)次以上（實(shí)際需要是越長(zhǎng)越好，最好是100萬(wàn)次以上）。

3.3 研究的思路和方法

為滿足用戶對(duì)開關(guān)長(zhǎng)壽命指標(biāo)的這一特殊要求，同時(shí)又不影響開關(guān)的其他技術(shù)指標(biāo)，提高開關(guān)品質(zhì)，首先對(duì)引起開關(guān)失效的原因進(jìn)行分析、研究，經(jīng)過(guò)艱辛努力、探索，理論與實(shí)踐的不斷互相驗(yàn)證，根據(jù)微動(dòng)開關(guān)彈性零件機(jī)械疲勞壽命公式（圖1）及簧片式微動(dòng)開關(guān)彈性零件機(jī)械應(yīng)力關(guān)（圖2），結(jié)合微動(dòng)開關(guān)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，最終確定了設(shè)計(jì)思路。

根據(jù)前述理論成果，并通過(guò)對(duì)弓簧片（對(duì)于簧片式微動(dòng)開關(guān)）彈性形變的機(jī)械應(yīng)力分布進(jìn)行理論研究，運(yùn)用數(shù)學(xué)模型，對(duì)弓簧片的有效應(yīng)力進(jìn)行理論計(jì)算，為減小弓簧片的有效應(yīng)力，增大其形變長(zhǎng)度，即增大弓簧片中間圓弧半徑（圖3），做了以下改進(jìn)：

圖1 應(yīng)力循環(huán)與應(yīng)力曲線

圖2 弓簧片三種狀態(tài)下的形變狀態(tài)

（1）增大圓弧半徑，由R0.6改為R

（2）弓簧片尾部由水平改為與水平線成16°夾角，折彎處角度減小有利于增加強(qiáng)度，達(dá)到分散應(yīng)力集中區(qū)域（圖4）的目的。

圖3 弓簧片改進(jìn)前后對(duì)比

圖4 改進(jìn)前后應(yīng)力分布對(duì)比

改進(jìn)后得出結(jié)論：通過(guò)應(yīng)力分析，弓簧片中間圓弧的半徑越小，簧片形變的圓弧長(zhǎng)度越小，所受的彎曲應(yīng)力點(diǎn)越集中，弓簧片越容易斷裂；中間圓弧的半徑越大，簧片形變的圓弧長(zhǎng)度越長(zhǎng)，所受的彎曲應(yīng)力范圍越分散，弓簧片的抗疲勞斷裂能力越強(qiáng)。改進(jìn)使得微動(dòng)開關(guān)的弓簧片疲勞強(qiáng)度大幅增加，開關(guān)壽命增長(zhǎng)。

3.3.1 組織協(xié)調(diào)

與工藝處和經(jīng)運(yùn)處分別進(jìn)行零件制造工藝和生產(chǎn)進(jìn)度協(xié)商，確保產(chǎn)品按時(shí)交付。

3.3.2 經(jīng)費(fèi)投入和使用情況

本項(xiàng)目不需投模，只需修模，極大降低了開關(guān)生產(chǎn)成本。

3.3.3 取得的主要成果

經(jīng)過(guò)一年的探索與改進(jìn)，產(chǎn)品在客戶規(guī)定時(shí)間內(nèi)研制成功，滿足了用戶的急需，得到了用戶的好評(píng)，在客戶心目中我廠研制產(chǎn)品的反應(yīng)能力進(jìn)一步提升。

3.3.4 取得的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益

到目前為止，此類型開關(guān)已實(shí)現(xiàn)銷售收入675.5萬(wàn)元。其中兩種重點(diǎn)工程產(chǎn)品分別是為某兩廠專門研制的，在國(guó)內(nèi)外沒有參照依據(jù)，我廠設(shè)計(jì)師根據(jù)用戶的具體使用要求，從功能實(shí)現(xiàn)、安裝要求、長(zhǎng)壽命、動(dòng)作特性、外觀、安裝方便性等方面全盤考慮，結(jié)合我廠實(shí)際生產(chǎn)能力和工藝水平，大膽采用新技術(shù)、新工藝，滿足了國(guó)家重點(diǎn)工程的急需，給客戶留下了良好印象，且此成果已逐步推廣應(yīng)用至其他類型開關(guān)，社會(huì)效益非常大。

4 應(yīng)用推廣價(jià)值

該成果不僅適用于所有類型的微動(dòng)開關(guān)，而且可以推廣至按鈕開關(guān)等有類似瞬動(dòng)結(jié)構(gòu)（如同步機(jī)構(gòu)）的其他類開關(guān)。

隨著武器裝備對(duì)開關(guān)產(chǎn)品工作可靠性的要求越來(lái)越高，現(xiàn)已有航空XX廠等廠家對(duì)開關(guān)壽命指標(biāo)提出更高要求。該方案可以擴(kuò)展應(yīng)用到我廠KW3B系列、KW4系列、KW5系列、KW4B系列、KW4C系列、KW4E系列、KW5A系列等所有弓簧片式微動(dòng)開關(guān)中，甚至可以推廣應(yīng)用至具有簧片式結(jié)構(gòu)（如同步機(jī)構(gòu)）的其他類開關(guān)，其適用范圍非常廣泛。

5 結(jié)語(yǔ)

雖然改進(jìn)后的開關(guān)完全滿足了用戶的需求（開關(guān)壽命65萬(wàn)次），但長(zhǎng)壽命指標(biāo)是微動(dòng)開關(guān)今后發(fā)展的重點(diǎn)，目前我廠開關(guān)最長(zhǎng)壽命可以達(dá)到100萬(wàn)次，這與國(guó)外產(chǎn)品（國(guó)外領(lǐng)先產(chǎn)品壽命可達(dá)1 000萬(wàn)次）在壽命指標(biāo)上還有一定差距，因此，為了繼續(xù)提高微動(dòng)開關(guān)壽命指標(biāo)，還需從影響開關(guān)壽命的其他方面進(jìn)行進(jìn)一步研究和探索，如彈性原材料性能方面等。

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