一种在留有余量的金属掩模框表面加工合格斜孔的方法与流程

[0001]
本发明涉及oled屏幕组件中金属掩模框制造方法的技术领域，尤其是一种在留有余量的金属掩模框表面加工合格斜孔的方法。


背景技术：

[0002]
oled显示面板的技术日新月异，现在已经普遍运用在电视、电脑、智能手机以及智能手表中，无论是从显示效果，还是适用范围来看，它都具有很广阔的前景，因此大量制造商纷纷入场，而纵观整个oled制造过程，如何可靠成膜是重中之重，目前业内普遍采用的是真空蒸镀与金属掩模板配合来成膜这一方法，而其中的金属掩模板可以分为开口掩模板和精细掩模板。
[0003]
开口掩模板形成通用层，用于蒸镀时的腔体空间，而精细掩模板又可分为掩模框和膜片组两部分，在蒸镀时，许多极薄的膜片会焊接在掩模框上，这样便可形成一个带有密集小孔的面，这些小孔在蒸镀时便决定了像素点的位置，因此无论是掩模框还是膜片，尺寸的精度要求就变的非常高。
[0004]
mask frame（金属掩模框）是一类普遍带有顶部高精度研磨面、缺口、大斜坡、groove浅槽和斜透光孔的金属外框，各类尺寸均要求较高，近些年得益于各类加工机床的技术提升，相应的金属掩模框各项精度也逐渐能得到可靠保证。不过随着现在oled行业趋于高精尖，也连带着mask frame精度要求继续提升，随之而来的就是加工愈发困难、成本也水涨船高。总览该产品，该产品四周有数个要求较高的斜孔用于透光定位等用途，而考虑到制造商的实际情况，往往没有多轴加工中心或专用一体机床，再加上寻求钻斜孔在工艺路线中最适合的位置以及是留有余量时涉及三角计算等问题的出现，导致斜孔加工不准确甚至难以加工，因此，斜孔的加工便成为了金属掩模框各结构中加工的一个重点课题。
[0005]
在没有专用多轴机床的情况下，为了加工mask frame上的斜孔，生产者往往会使用电火花机将孔打穿，此时需要将产品倾斜放置，在普通精度时尚且可以，但在精度要求极高的mask frame加工时就会产生问题：由于此时产品呈倾斜状态，电火花铜管进入时缺少可靠的导向孔，无法保证进入时的位置精度，直接向下打孔会导致孔的位置与直径尺寸造成极大偏差（样品试验中甚至偏差达到过毫米级）因此必须提前加工导向孔，导向孔加工后，既可以在电火花工序开始时供操作者校准位置，也可以在电火花铜管进入时做导向，但问题随之而来：由于mask frame产品大而扁，若缺少专用多轴机床的加工，普通三轴机床无法加工斜孔导向孔，因此需要倾斜放置在镗床上加工，但还是由于产品的上述特征，产品无法直接通过压板或磁吸竖直在镗床上，此外，即使可以放置在镗床上合适位置，在加工时又会由于工件是倾斜状态且此时外表面还留有余量，出现测量出的孔位和实际孔位在余量方向上存在一个三角函数偏差，如果此时直接加工，实际的产品依然会出现0.1mm级别的偏差，这对于产品来说依然是不合格的。


技术实现要素：

[0006]
本发明要解决的技术问题是：为了解决上述背景技术中存在的问题，提供一种在留有余量的金属掩模框表面加工合格斜孔的方法，可以降低人力物力财力，降低用于购置高精度专用钻孔机或多轴机器的经费开支，有效提高加工效率，经过理论计算评估和实际加工产品验证，切实可行。
[0007]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种在留有余量的金属掩模框表面加工合格斜孔的方法，具体步骤如下：第一步骤、加工标记孔：首先利用cnc机床或钻床在产品表面加工出标记孔，该标记孔为直孔；第二步骤、加工引导孔：然后在标记孔的基础上，利用镗床加工出引导孔，该引导孔为斜孔；第三步骤、加工通孔：再在引导孔的基础上，利用电火花击穿出通孔，该通孔为斜通孔；第四步骤、加工合格斜孔：最后在通孔的基础上，利用扩孔钻扩孔至尺寸要求，得到合格斜孔。
[0008]
进一步具体地限定，上述技术方案中，在第一步骤中，首先需要提前在cnc机床或钻床上装配好加工刀具，然后在产品平放状态时的斜孔中心理论正确位置预先钻一个普通直孔。
[0009]
进一步具体地限定，上述技术方案中，在第二步骤中，首先将垂直夹具的水平部安装在镗床工作台上；然后将产品竖直固定在垂直夹具的竖直部；再在刀柄上安装测量表，将产品整个平面相对于镗床刀架垂直并夹紧；最后再借助分中棒对产品打表、找平面的中心并记录，再旋转机床工作台至所需角度。
[0010]
进一步具体地限定，上述技术方案中，当镗床主轴上的铣刀直接从理想距离尺寸切入，会导致切入方向轴线和理想位置轴线上出现一个三角函数的尺寸偏差，设定f点为标记孔刀具钻入点，g点为理论正确中心，e点为钻斜孔时的实际钻入点，e点到f点的距离l
ef
计算为：l
ef =产品余量尺寸* tan（90-α）=产品余量尺寸* tanβ式中，β为α的余角，α为斜孔与产品底面夹角。
[0011]
进一步具体地限定，上述技术方案中，产品中心与镗床工作台中心产生一定的偏移，需要绘图测量，具体绘图测量步骤是：首先绘制出镗床工作台与产品在不旋转时的cad图样，将产品顶面到镗床工作台边缘的距离、产品中心相对镗床工作台中心偏移的距离在实机上打标或使用寻边器测量后，在cad中如实画出；然后对整个图进行旋转相应角度；再在cad中测量镗床工作台没有旋转时的产品中心到镗床工作台带动产品旋转角度后的斜孔轴线的水平距离，该数值为镗床工作台需要移动的水平距离，移动该距离后，镗床主轴上的铣刀所在水平位置已经与斜孔的理论轴线水平投影相重合。
[0012]
进一步具体地限定，上述技术方案中，验证绘图测量是否准确的方法是：将铣刀接近产品，观察铣刀中心与标记孔中心，若有少量偏差，则说明绘图测量正确，即可开始钻孔加工；若铣刀中心与标记孔中心偏差较大，则可能绘图测量错误，需要重新检查。
[0013]
进一步具体地限定，上述技术方案中，在第三步骤中，首先将已经带有引导孔的产品放在角度仪工作台上，启动角度仪调整角度并使用手持角度尺核对角度是否准确；然后
将角度仪和电火花机拼装在一起，并将角度仪和电火花机两台机器固定在地基上，并使角度仪和电火花机相对固定；再将工装模具的靠肩直接顶在产品内侧并固定在角度仪工作台上，使该工装模具的孔中心与引导孔重合；最后将电火花机的铜管靠近产品，铜管中心对准工装模具的孔，预先加工的引导孔中心，记录坐标，再移至另一引导孔中心，记录坐标并核对中心距是否有误，无误后即可开始钻孔。
[0014]
本发明的有益效果是：本发明的一种在留有余量的金属掩模框表面加工合格斜孔的方法，可以在加工斜孔时减少专用设备的费用支出，减少甚至免除在机床上的定位对刀和编程步骤，降低对生产人员自身的技术经验要求，在遇到大量订单无法及时制造时可使用本方法与普通三轴机床配合加工，分担生产压力，虽精度会略低于多轴专用高精度机床，但依然能制造出符合客户与图纸要求的产品，这也是本发明的可靠之处。
附图说明
[0015]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]
图1是本发明的结构示意图；图2是产品、垂直夹具以及镗床工作台的装配示意图；图3是产品、角度仪以及电火花机的装配示意图；图4是产品安装在镗床工作台上的示意图；图5是产品随镗床工作台旋转角度后的示意图；图6是图4与图5叠加后的示意图；图7是产品的结构示意图；图8是图7中h处的局部放大图。
[0017]
附图中标号：a、标记孔；b、引导孔；c、通孔；d、合格斜孔；e、钻斜孔时的实际钻入点；f、标记孔刀具钻入点；g、理论正确中心；1、产品；2、垂直夹具；3、镗床工作台；4、螺栓压板；5、镗床主轴；6、铣刀；7、角度仪工作台；8、角度仪；9、电火花机；10、铜管；11、工装模具；12、椭圆中心。
具体实施方式
[0018]
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0019]
见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8，本发明的一种在留有余量的金属掩模框表面加工合格斜孔的方法，具体步骤如下：第一步骤、加工标记孔a：首先利用cnc机床或钻床在产品1表面加工出标记孔a，该标记孔a为直孔。
[0020]
具体过程是：首先需要提前在cnc机床或钻床上装配好加工刀具，该刀具为铣刀，直径不宜过大，考虑斜孔尺寸一般为2～3mm，铣刀1mm直径即可，然后在产品1平放状态时的
斜孔中心理论正确位置（见图7和图8，理论正确位置是图纸上的椭圆中心12，图纸上的椭圆中心12由到某个基准的距离尺寸来定，这个距离尺寸即为客户提供的所需加工尺寸）预先钻一个普通直孔，该普通直孔的深度为0.1～0.3mm。此操作非常简单，普通钻床或cnc机床就可完成，虽然此时无法加工斜孔，但该直孔可以作为对刀的定位点和后续验证理论计算之用。
[0021]
第二步骤、加工引导孔b：然后在标记孔a的基础上，利用镗床加工出引导孔b，该引导孔b为斜孔。
[0022]
具体过程是：首先将垂直夹具2的水平部用多个螺栓压板4压紧而安装在镗床工作台3上；然后将产品1竖直用螺栓预压固定在垂直夹具2的竖直部；再在刀柄上安装测量表，将产品1整个平面相对于镗床刀架垂直，其垂直度公差尽可能取小于斜孔公差的值，控制后将产品1夹紧；最后再借助分中棒（又叫寻边器），利用数控机床的绝对坐标、相对坐标功能，对产品1打表、找平面的中心并记录，再旋转机床工作台至所需角度。即使在mask frame精度要求很高的情况下，垂直夹具2与镗床工作台3依然不需要特别高的相互尺寸位置精度，垂直夹具2只需要在加工时保持稳定即可，精度由产品1自身已经加工好的基准边和镗床决定。
[0023]
由于产品1表面依然留有余量，当镗床主轴5上的铣刀6直接从理想距离（理想距离就是客户图纸上要求的距离）尺寸切入，会导致切入方向轴线和理想位置（理想位置就是客户图纸上要求的斜孔轴线位置）轴线上出现一个三角函数的尺寸偏差，设定f点为标记孔a刀具钻入点，g点为理论正确中心（即g点为合格产品的理想表面与斜孔轴线的的交点，其中的理想表面是无偏差、无起伏、绝对平整的表面），e点为钻斜孔时的实际钻入点，e点到f点的距离l
ef
计算为：l
ef =产品余量尺寸* tan（90-α）=产品余量尺寸* tanβ式中，β为α的余角，α为斜孔与产品1底面夹角，结合实际加工生产经验，一般来说产品余量尺寸可以取0.3mm到1mm之间的任意值，只要留有足够的余量给后道工序（如半精加工或精加工）即可，通常取0.5mm。
[0024]
见图4、图5和图6，由于产品1中心与镗床工作台3中心不可能绝对重合，会产生一定的偏移，所以使用cad绘图或数学方法，需要绘图测量，具体绘图测量步骤是：首先绘制出镗床工作台3与产品1在不旋转时的cad图样，将产品1顶面（一般为带有余量的研磨面）到镗床工作台3边缘的距离、产品1中心相对镗床工作台3中心偏移的距离在实机上打标或使用寻边器测量后，在cad中如实画出；然后对整个图（包括镗床工作台3和产品1）进行旋转相应角度；由于在镗床工作台3未旋转角度时，产品1的中心已经由寻边器找到并记录在机床仪表中，所以只需要在cad中测量镗床工作台3没有旋转时的产品1中心到镗床工作台3带动产品1旋转角度后的斜孔轴线（此时斜孔理论正确轴线和镗床主轴轴线平行；其中的理论正确轴线上述的理论正确位置，此时产品倾斜，带动上面的斜孔轴线也跟着倾斜）的水平距离l，该数值为镗床工作台3需要移动的水平距离（对于镗床来说一般为x轴），移动该距离后，镗床主轴5上的铣刀6所在水平位置已经与斜孔的理论轴线水平投影相重合。
[0025]
验证绘图测量是否准确的方法是：将铣刀6接近产品1，观察铣刀6中心与标记孔a中心，若有少量偏差，则说明绘图测量正确（偏差量为e点到f点的距离l
ef
，可使用游标卡尺或机床打表等方法验证该值），即可开始钻孔加工；若铣刀6中心与标记孔a中心偏差较大，
则可能绘图测量错误，需要重新检查。此时进行钻孔或镗孔操作后，加工出的斜孔的引导孔b即是符合要求的，加工出的位置精度与镗床自身精度基本保持一致。
[0026]
第三步骤、加工通孔c：再在引导孔b的基础上，利用电火花击穿出通孔c，该通孔c为斜通孔。
[0027]
具体过程是：首先将已经带有引导孔b的产品1放在角度仪工作台7上，启动角度仪8调整角度并使用手持角度尺核对角度是否准确；然后将角度仪8和电火花机9拼装在一起，并将角度仪8和电火花机9两台机器用地脚螺栓等措施固定在地基上，并使角度仪8和电火花机9相对固定，避免在加工中出现相对移动；再将工装模具11的靠肩直接顶在产品1内侧并用螺栓固定在角度仪工作台7上，使该工装模具11的孔中心与引导孔b重合；最后将电火花机9的铜管10靠近产品1，铜管10中心对准工装模具11的孔，预先加工的引导孔b中心，记录坐标，再移至另一引导孔b中心（长方形产品1本身有四个引导孔b，这两个引导孔b在宽度方向上，这是根据电火花的特点来确定这两个引导孔b在宽度方向上，即椭圆长轴的垂直方向），记录坐标并核对中心距是否有误，无误后即可开始钻孔，钻出的孔略小于实际要求孔。钻孔过程中，产品1内部的导向由引导孔b承担，产品1外部的平稳性由工装模具11承担。引导孔b和和工装模具11的靠肩起到了易于找中心、引导铜管10、限制铜管10抖动、稳定加工过程的作用。
[0028]
第四步骤、加工合格斜孔d：最后在通孔c的基础上，利用扩孔钻扩孔至尺寸要求，得到合格斜孔d，此时，金属掩模框表面的斜孔加工完成。沿着已经经过电火花打穿过的孔进行扩孔操作，既可以达到图纸规定的尺寸，也达到了去除电火花烧黑产品痕迹的目的。
[0029]
本发明的方法是将垂直夹具2的水平部固定在钻孔机床（例如镗床）表面，再将产品1（金属掩模框）竖直固定在垂直夹具2的竖直部，此时产品1与机床工作面相对垂直，再使用镗床的转向功能转动角度后用钻孔刀具在相应位置进行钻削即可达到加工斜孔引导孔b的目的，该方法加工精度由镗床保证，且只要保证普通直角夹具2和镗床的相对安装固定精度，依然可以做出符合要求的引导孔b，加工完成后再放置在角度仪8上，同时与电火花机9紧密配合，做相对固定，再使用以及预先制造好的靠肩和夹具，将铜管10导向进入预定斜孔的引导孔b，即可打穿。
[0030]
产品1（金属掩模框），一般为因瓦合金，铁63%、镍36%，还有其他杂质，如硅、溴等，有时还会使用sus等材料。
[0031]
产品1（金属掩模框）包括缺口、翅膀（向外扩展的大平面）、研磨面、大斜坡、浅槽、铭牌槽口、定位孔、斜孔等结构，顶部研磨面和翅膀有较高的平面度要求，且除方向一致的加工刀痕外，不得有任何划痕纹路，研磨面四周有四个直孔，用于在实际使用时的定位，直孔边还有用于透光或反射的斜孔，研磨面上往往会带有浅槽，槽深公差往往达到了0.01mm，这类浅槽结构虽小但实际作用很重要，此外还有激光打标、螺孔等结构。该产品用于和膜片组成精细掩膜板，在oled制作成型过程中占有重要地位。
[0032]
上述的镗床、刀具、机床、电火花机9均是机械加工中用途广泛的机器、工具，除了要保证自身质量与精度外，均无特殊要求，体现了本发明的广泛性与易用性。
[0033]
对机床要求较低：仅需要普通cnc机床，甚至单轴钻孔机即可，对它们的精度要求也不需要很高，只需要达到市面上普通机床的精度即可，并不需要购买高价机床或多轴加工中心。
[0034]
做标记孔a时，不需要生产人员反复在产品上冲孔、划线、做记号，因为是标记用的浅孔（可以只有1mm深度），所以只需要在上一步骤（cnc编程）时，设置一个简单的钻入退出程序即可。
[0035]
见图2，在镗床加工中，经过cad绘图测量或计算得出的尺寸是理论正确尺寸（理论正确尺寸就是cad图纸上用理论尺寸来绘图或计算的），而镗床又已经得知其准确的中心位置，所以加工出来的斜孔位置精度可以得到很好的保证（实际加工中，其轴线位置一般可以控制在0.05mm的误差内）电火花击穿和钻孔机扩孔都是普通的加工方式，得益于引导孔b的加工，可以将电火花铜管10的偏移大大限制。最终在扩孔完成后，斜孔位置依然可以控制在0.1mm内。
[0036]
见图2，垂直夹具2是一个具有光滑底面和侧面的直角夹具，上面有多个螺钉孔和导轨可用于固定各类产品。
[0037]
见图3，角度仪8抬升工作台面是由工作油液推动液压缸进行抬升的，液压系统具有重量轻、体积小、惯性小、反应速度快等优点，从操作层面来说，液压角度仪8控制方便，可实现大范围的无级调角度（精确到0.1
°
），可以承受极大的压力，亦可自动实现过载保护，有很好的位置精度，操作容易，启停快。
[0038]
见图3，该工装模具11用于快速定位斜孔位置，一般使用陶瓷制造，陶瓷具有硬度高、抗氧化、耐高温、化学性能稳定等特点，该工装模具11有一个靠肩，一个已经预制好的斜孔（此斜孔精度要求允许有偏差），一个螺栓孔，利用螺栓穿过该螺栓孔进而将工装模具11固定在角度仪工作台7上。
[0039]
见图3，电火花机9属于不接触加工，工具电极和产品1之间并不直接接触，而是有一个火花放电间隙约0.1～0.01mm，间隙中充满工作液，加工过程中没有宏观切削力，火花放电时，整体变化小，而考虑到此类oled用途产品（例如mask frame）中的斜孔普遍直径为2～3mm，电火花加工量并不高，不足以引起产品1的变形和扭曲位移。另外，由于电火花加工直接利用电能和热能来去除金属材料，往往取决于材料的导电性及热学特性（如熔点、比热、导热系数、电阻率等）而几乎与其力学性能（硬度、强度等）无关，无论是mask frame产品所常用的invar还是sus材料均可有效穿孔。
[0040]
见图2，普通镗床上的刀杆为可伸缩刀杆，刀杆既可以安装镗刀，也可安装铣刀，镗床工作台3可以360度旋转。
[0041]
本发明的方法相较于现行主流加工方式具有一定优势：（1）无论是在普通机床提前加工定位浅孔，还是在镗床加工引导孔b，均不需要编程，直接使用普通刀具切入预定位置即可。
[0042]
（2）由于在切削量极大的穿孔时使用的是电火花钻孔机，而不是多轴铣削机床，因此加工时与产品1本身的力学性能关系不大，不需要像机床或钻床那样使用硬质切削刀具，同时可以有效的利用闲置或购买廉价的角度仪8或电火花机9，此举节省了相关机床、刀具、劳动力的费用支出。
[0043]
（3）在机器本身装配连接无误且操作者技能熟练的情况下，在实际加工中可以实现快速装夹、快速拆卸，可以实现纯流水线作业，并且对oled类金属掩模框产品不会造成因切削力而导致产品1的变形。
[0044]
（4）在产品1上，被加工孔的孔边缘形状能较好的保证，毛刺翻边等影响圆度的情
况得到一定改善，缩短了倒角或去毛刺的时间。
[0045]
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。