一种仿形治具的制作方法

本实用新型涉及移动终端陶瓷背板加工领域，特别是涉及加工时使用的治具。

背景技术：

随着消费电子市场的飞速发展，手机产品除硬件大容量化、功能多样化外，其外观结构件材料也频繁推陈出新，其经历了塑料、玻璃、金属的发展过程。对于手机外壳材料的要求是强度高、耐磨性好、不变形、信号通过性好等特性。即将推广和应用的5G网络，要求手机结构件材料除具备以上特点外，还具有低的介电常数，以保证信号传输稳定。而氧化锆陶瓷材料具有断裂韧性高(≥8MPa·m1/2)，表面硬度高(8.0)，抛光后亮度好、与人体皮肤适应性好等综合特点，被认为是未来最佳的手机结构件材料。目前已有多家手机品牌在旗舰机型上推出陶瓷版，但由于工艺要求高，加工工序多，加工技术难度大，良品率低等特点，致使陶瓷手机背板的成本居高不下，难以大规模推广和应用。

手机背板的造型行业内通常分为平板、2.5D、3D三种，平板状可通过流延、等静压，注塑等成型工艺实现，后加工工艺相对比较成熟，容易实现。但手机产品设计时为增加美感，追求曲线、曲面等2.5D、3D结构，为陶瓷产品的后加工带来相当高的难度。所谓2.5D实际是平板和3D之间的一种过渡形态，是平板形态再通过边缘倒角得到。最困难的则是3D形态，其整体为弧面或平面加弧面，结构上比较复杂，工艺实现上也比较困难，产能不高。目前，制备陶瓷背板，一般是先注塑模具成型为类似结构，经脱脂、烧结、CNC、抛光等工艺完成或者采用厚板状经仿形砂轮加工完成。如先流延或者注塑成陶瓷平板状再烧结后切边，由于陶瓷产品本身的硬度高，只能采用金刚石磨削去除形成曲面和曲线结构，这导致加工困难，且抛光去除量小、易开裂，并且当加工到0.5mm以下时易发生翘曲变形，造成良品率下降和成本上升。这些都是困扰整个陶瓷产品在手机背板大规模应用的难点。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种仿形治具，可便于加工陶瓷坯料形成曲面结构，降低加工成本和提高良品率。

本实用新型的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种仿形治具，包括凸形支撑体、凹形体和多个支撑块，多个支撑块设置在所述凸形支撑体的周围，所述凹形体的凹面朝下，设置在多个支撑块上；支撑块的材质为熔点高于待仿形的陶瓷坯体的排胶温度，低于所述陶瓷坯体的烧结温度的材质；所述凸形支撑体、凹形体的材质为耐高温材料，且所述凸形支撑体的凸面轮廓、所述凹形体的凹面轮廓与待仿形制备的陶瓷背板的曲面结构的形状相匹配。

本实用新型与现有技术对比的有益效果是：

本实用新型的仿形治具，仿形时置于烧结炉内使得仿形和烧结同时完成。其中，治具中的凸形支撑体对待仿形的陶瓷坯体支撑，烧结炉内的高温使支撑块熔融软化，上部的凹形体下降带动陶瓷坯体弯曲，使陶瓷坯体仿形成曲面结构。通过本实用新型的仿形治具可实现烧结和热弯工艺同时完成，无需像现有技术那样先烧结后再借助金刚石磨削形成曲面结构，可有效降低产品的加工成本和加工难度，使得整个加工过程加工成本低、良品率高，便于实现移动终端陶瓷背板的大规模加工应用。

【附图说明】

图1是本实用新型具体实施方式中陶瓷坯体置于仿形治具中的状态示意图；

图2a是本实用新型具体实施方式中陶瓷坯体初始放置在仿形治具上的位置示意图；

图2b是本实用新型具体实施方式中陶瓷坯体在收缩过程中位于仿形治具上的位置示意图；

图2c是本实用新型具体实施方式中陶瓷坯体在收缩完成后位于仿形治具上的位置示意图；

图3是本实用新型具体实施方式中陶瓷坯体烧结热弯后的状态示意图。

【具体实施方式】

下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，为本具体实施方式的仿形治具的结构示意图，仿形治具包括凹形体1、多个支撑块2和凸形支撑体3。

其中，多个支撑块2设置在凸形支撑体3的周围，凹形体1的凹面朝下，设置在多个支撑块2上。支撑块2的材质为熔点高于待仿形的陶瓷坯体5的排胶温度，低于陶瓷坯体5的烧结温度的材质，其材料例如可为普通硅酸盐陶瓷。凸形支撑体3用于支撑待仿形的平板陶瓷坯体5，支撑块2设置在凸形支撑体3的周围，用于支撑凹形体1，且在烧结过程中软化以便于凹形体1下降。而凹形体1是用于在高温下下降到陶瓷坯体5表面对陶瓷坯体进行仿形。本具体实施方式中，在凸形支撑体3的周围设置有四个支撑块，且四个支撑块2的高度保持一致，以确保其上支撑的凹形体1是水平地对陶瓷坯体进行压制，减少瓷片压制热弯后的尺寸变形误差。

凸形支撑体3、凹形体1的材质为耐高温材料，且凸形支撑体3的凸面轮廓、凹形体1的凹面轮廓与待仿形制备的陶瓷背板的曲面结构的形状相匹配。例如，凸形支撑体3的凸面轮廓、凹形体1的凹面轮廓为：两端为弧形结构，中间为直线结构。或者，凸形支撑体3的凸面轮廓、凹形体1的凹面轮廓为：一段弧形结构。凹形体1和凸形支撑体3为耐高温材料制成，具体为可耐受1600℃以上温度的材料，其熔点比陶瓷坯体的烧结温度高，可以为刚玉、蓝宝石、莫来石、陶瓷或者氧化锆。

优选地，整套仿形治具还可包括一个承烧板4，凸形支撑体3、支撑块2均设置在承烧板4上.这样，工作时，可便于移动治具，将承烧板4移入放进烧结炉中进行烧结即可。烧结炉可为箱式炉，也可为连续炉。此外，支撑块由于软化作用有可能会粘上和它接触的凹形体1或者承烧板4，可在支撑块的两端涂上隔粘粉，防止粘连，隔粘粉材质可以是氧化锆粉或氧化铝粉。

仿形治具使用时，将待仿形的陶瓷坯体放置在凸形支撑体3上，将整个防形治具放置在烧结炉内。由于支撑块2的软化点(熔点)高于陶瓷坯体的排胶温度，低于陶瓷坯体的烧结温度，因此，烧结过程中先是陶瓷坯体5排胶产生收缩，然后支撑块2软化，凹形体1下降后带动陶瓷坯体5弯曲。支撑块2可视为一次性耗用品，可为任何种类的熔点合适的材料，例如陶瓷废料均可，其材料来源广泛。优选地，支撑块的熔点在1350～1450℃。一般地，陶瓷坯体5的烧结温度在1300～1470℃，支撑块熔点在上述范围可与陶瓷材料的烧结过程较好地匹配，待支撑块完全软化塌陷凹形体1下降后正好对应陶瓷材料收缩完，开始固化，同时被热弯。

烧结过程中，陶瓷坯体5随着烧结炉内温度逐渐升高时内部的有机物会慢慢挥发(排胶)，陶瓷坯体5的体积会逐渐缩小。特定的陶瓷都有固定的收缩率，需提前预估收缩比例及收缩前后位置的变化。如图2a～2c所示，陶瓷坯体放置在凸形支撑体3上时，位于标记线S1所示的位置。其收缩后位置产生移动至虚线S2处，在烧结最高温处收缩停止，位置在标记线S3处，不再变化。对于陶瓷坯体，特别是氧化锆陶瓷坯体烧结后收缩比例会根据不同的配方稍有差异，但一般都在20％-30％之间，故标记线S3所示意的位置是烧结收缩20％-30％后的位置。

收缩完成后，由于此时烧结炉内的温度已超过支撑块的软化温度，支撑块开始软化塌陷，其上的凹形体1下降压在排胶后的陶瓷坯体5上。高温状态的陶瓷坯体5夹在凹形体1和凸形支撑体3之间。凹形体1对凸形支撑体3上的陶瓷坯体产生压力，带动陶瓷坯体5弯曲。由于凹形体1和凸形支撑体3的轮廓是设计好的曲面3D形状，因此可将陶瓷坯体5在高温下热弯成3D形状，如图3中所示的曲面结构的陶瓷板8所示。热弯后，凹形体1压在陶瓷板8上保温保压2小时。之后，仿形治具与热弯后的陶瓷板8根据设置的烧结温度曲线随炉冷却到室温，之后即可分开凹形体1和凸形支撑体3，取出热弯好的陶瓷板8。

需说明的是，本具体实施方式的凹形体1和凸形支撑体3的轮廓的形状和尺寸设计是基于烧结后的陶瓷板尺寸。仿形治具设计时需考虑陶瓷板烧结前和烧结后的两个尺寸，既能支撑住烧结前较软的坯体状态，也能在高温烧结收缩后达到支撑的作用并能使凹凸模恰好与其匹配达到热弯的目的。在开始烧结时，凹形体1并不压在烧结前较软的陶瓷坯体上，陶瓷坯体5位于凸形支撑体3上，陶瓷坯体5的上方空间是凹形体1的凹面，且陶瓷坯体5与凹形体1的凹面之间有间隙，可避免在陶瓷坯体烧结固化之前受到压力变形。如果烧结时直接压上去，烧结过程中陶瓷坯体会由于挥发有机物和收缩是在压力下进行而导致开裂，故只能在等其有机物挥发完全，收缩完全时凹形才下降后下压带动形变弯曲。

因针对不同厚度的陶瓷坯体需要的压力不同，厚度适中则只利用仿形治具中的凹形体1本身的重量压制即可，如陶瓷坯体的厚度偏厚则可在凹形体1上面放置一定重量的重物加重。经测试，0.4mm以下厚度的陶瓷坯体放置的重物2KG以内；0.4～0.6mm厚的陶瓷坯体放置重物2～3KG；0.6mm～0.8mm厚的陶瓷坯体放置重物3～5KG，其余厚度，可依此规律加重放置的物质的重量。重物材质为高熔点耐高温材质，例如氧化锆，刚玉，莫来石、陶瓷等。

本具体实施方式的仿形治具，利用支撑块的高温软化作用使得凹形自动下降对陶瓷坯体进行压制，实现烧结和热弯压制一体完成。通过使用仿形治具加工陶瓷坯体，可取代以往制备时先高温烧结冷却后再通过金刚石磨削，或者再重复高温热弯的工艺，可有效降低产品的加工成本和加工难度，制备过程良品率高，且具有较高的生产效率，加工成本也较低。通过治具进行仿形，可实现平板类陶瓷坯体快速制作3D类陶瓷产品，充分利用平板类陶瓷坯体的生产易得性，适合大规模量产。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。