一种SMT载板治具金属注射成形的制备方法

技术领域

本发明涉及金属粉末注射成形技术领域，具体地说就是一种金属粉末注射成形SMT载板治具的制作方法。

背景技术

在SMT加工行业中，PCB板与电子元件的焊接过炉时离不开载板治具，为了满足产品尺寸一致性和高精度，同时提高生产效率，对载板治具提出了非常高的要求。目前SMT载板治具，是采用整块钢料，由冲床加工，再热处理,然后CNC精加工的方式制作而成。成本高，而且效率低。迫切需要一种既能满足精度要求，又能提高生产效率，同时降低成本的加工工艺。

金属注射成形工艺作为一种近净成形工艺，可以较大程度的实现一次成形出产品的要求，获得的产品只需少量机加工即可满足客户需求，因而可大大节约原材料及生产成本。而注射成形工艺对于生产外形尺寸过大，厚度过薄的产品仍然存在一定的技术难题，如变形、开裂、尺寸收缩不均等方面的问题。

发明内容

本发明就是为了克服现有技术中的不足，提供一种SMT载板治具金属注射成形的制备方法。

本申请提供以下技术方案：

1、一种SMT载板治具金属注射成形的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：准备金属粉末：选择SUS301合金粉末其中气/水雾化SUS301合金粉末按照质量分数4：6或5:5或6:4混合均匀后备用；

粘结剂调配：粘结剂包括：主要粘结剂、骨架粘结剂和润滑剂组成；

喂料制备：将混合好的SUS301合金粉末置于密炼机中加热，密炼机转速为15转/分钟，待温度达185℃后加入调配好的粘结剂开始密炼，同时密炼机转速调整为30转/分钟，密炼6分钟后粘结剂融化粉末呈泥状，此时关闭密炼机加热功能，并继续密炼30分钟；

注射成形：设定注射机喷嘴温度为200℃，模具温度为120℃，将所述喂料加入注射机中并注射到模具中形成载板治具的注射胚；

修边：采用人工去毛边或喷砂的方式去除注射胚的毛边，喷砂所用砂子为棕刚玉砂；

脱脂：采用浓度为98%的浓硝酸或纯度为99.8%的草酸在脱脂炉中对修边后的注射胚进行脱脂，脱脂温度为110-130℃，脱脂时间14-16小时；

烧结：将脱脂后的产品放入烧结炉中烧结，烧结温度1360℃-1380℃，最高温保温时间2-3小时，得到烧结胚；

检测：将烧结胚放在大理石平台上，用塞规进行检测变形情况；

整形：根据检测数据对载板整形工装进行适应性调整，而后将载板整形工装置于200T油压机的工作台上，将烧结胚放置于整形工装内，启动200T油压机并通过整形工装对载板治具进行整形处理；通过整形保证载板治具上表面1以及下表面2平面度及平面度0.05-0.1mm，平面度取9个点位进行测试；

矫直：将整形后载板治具烧结坯用矫直机进行全面矫直，矫直后平面度及平行度0.05-0.1mm；

双面磨：将矫直后的载板治具上表面和下表面进行双面平磨处理，得到磨制胚；

CNC1加工：依磨制胚的长度边为X基准定位，以宽度边为Y基准定位，对磨制胚上所有的孔进行精加工，保证尺寸精度+/-0.01mm；

CNC2加工：将CNC1加工好的产品固定于专用的治具上加工，以磨制胚上的三个定位用的孔为X/Y基准定位，以磨制胚表面为Z基准定位，完成对载板治具的磨制胚的外形及内部型腔的精加工，保证尺寸精度+/-0.03mm；

滚抛：将完成步骤M的产品进行滚抛处理的方式去除外形及内腔毛刺。

清洗：将滚抛好的产品使用超声波自动清洗，去除表面脏污；

尺寸全检：将清洗后的产品采用三次元全检得到载板治具的最终成品。

所述载板整形工装包括：

它包括对应配合的上模和下模，上模包括对应配合上模板固定板和上模板，下模包括对应配合下模板固定板和下模块，在上模板固定板设有一组导柱，在下模板固定板上设有一组与导柱对应配合的导套，其特征在于：在上模板上设有上镶件安装孔，在下模块上设有下镶件安装孔，在上镶件安装孔内分布有一组上镶件，在下镶件安装孔内分布有一组下镶件，在上模上设有与上镶件对应配合的第一限位组件，在下模上设有与下镶件对应配合的第二限位组件；所述的上镶件安装孔和下镶件安装孔均为台阶孔，所述的上镶件和下镶件一端均延伸出与台阶对应配合的延伸块，所述延伸块的厚度小于上镶件安装孔和下镶件安装孔上台阶的深度；所述的第一限位组件包括在上模板固定板上穿设有一端与上镶件对应配合的机米螺丝，在上模板两侧分别设有与上镶件对应配合的紧固螺栓；所述第二限位组件包括在下模板固定板上穿设有一组与下镶件形成顶托配合第二机米螺丝，在下模板左右两侧分别设有一组与下镶件对应配合的第二紧固螺栓。

在上述技术方案的基础上，还可以有以下进一步的技术方案:

所述的SUS301合金粉末包括以下成份质量百分比的元素：C0.1%-0.15%、Cr16.0%-18.0%、Ni6.0%-8.0%、Si0.52%-1.0%、Mn0.47%-2.0%、S0.0005%-0.3%、P0.025%-0.045%、氧含量PPM为0-0.07%，余量为Fe。

所述的SUS301合金粉末的粒径分布为D10：2.0-5.0μm，D50：8.0-10.0μm，D90：20.0-25.00μm。

所述的主要粘结剂成分为聚甲醛；所述的骨架粘结剂为高密度聚乙烯；所述的润滑剂包括聚乙烯蜡、石蜡和硬脂酸，聚甲醛、高密度聚乙烯、乙烯蜡、石蜡和硬脂酸的比例为8：1：0.5：1：0.5。

在所述步骤烧结中烧结温度升至1360℃时，改用真空烧结，控制炉内真空度达到10

所述烧结结束降温的过程中，先真空状态保持1h，然后通氩气降温。

在所述准备金属粉末步骤之前还设有模具整备步骤：根据产品图档，将模具中没有倒角的棱边，全部倒角C0.2-C0.5,胶位厚度低于1.0mm以下的地方，增加0.2mm厚度的余量，待双面磨步骤时磨去余量。

一种金属注射成形的SMT载板治具，它包括板体，在板体上均布有一组连接器安装孔和至少一组磁铁安装孔以及若干定位孔。

发明优点：

本发明通过对原材料选择与制备、模具设计、脱脂、烧结工艺等参数的优化，实现生产出平面度好、无开裂、使用性能良好等符合客户要求的产品，而且通过将金属注射成形工艺（MIM）和CNC精加工相互的结合，提高了生产效率、降低了成本。

特别是：

1、本发明使用了流动性好但保型性差的气雾化粉末，配合流动性差但保型性好的水雾化粉末一起使用，使得在制备超大超薄MIM产品时保证了注射过程中金属粉末良好的流动性，从而更加有利于充满模具型腔，减少产品内部孔隙；此外，由于在酸脱脂结束后90%以上的粘结剂挥发出去，造成坯体强度极低，而因含有保型性较好的水雾化粉末，可增强脱脂后坯体的强度，避免发生坯体坍塌或变形现象。

2、因产品较大较薄，部分型号产品厚度小于0.8mm以下，为更加有利于在注射时充满模具型腔，本发明设计一种塑基（聚甲醛）+蜡基（石蜡）粘结剂体系，该体系中依塑基成分为主，石蜡具有较好的流动性，石蜡的添加可显著提升喂料的流动性，流动性数据MFR由塑基料的935g/10min提升至塑基+蜡基料的1440g/10min，此粘结剂体系可显著降低注射坯不饱满的问题产生。

3、本发明在烧结升温至1360℃时改用真空烧结，在此温度下金属粉末之间已开始形成烧结颈，各粉末之间通过烧结颈形成原子间的结合，该过程采用真空烧结更加有利于气体的排出。

4、增加的整形工序有效的降低变形量，进而减轻最终产品的变形。

5、通过本发明的工艺生产产品具有较传统工艺更明显的效益，对比数据如下表：

附图说明

图1是成品的载板治具的结构示意图；

图2是载板整形工装的结构式图。

具体实施方式

实施例1：

一种SMT载板治具金属注射成形的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）模具整备步骤：根据产品图档，将模具中没有倒角的棱边，全部倒角C0.2-C0.5,而后在模具内胶位厚度低于1.0mm以下的地方，增加0.2mm厚度的余量。这样可以有效的避免注射胚局部厚度较小造成的弯曲现象。

2）准备金属粉末：选择SUS301合金粉末，其中气雾化SUS301合金粉和水雾化SUS301合金粉末按照质量分数5:5混合均匀后备用。这其中气、水雾化SUS301合金粉中所含的元素相同为包括以下成份质量百分比的元素：C0.1%、Cr18.0%、Ni6.0%、Si1.0%、Mn0.47%、S0.3%、P0.025、氧含量PPM为0.03%，余量为Fe。这些合金粉末的粒径分布为D10：2.8μm，D50：8.49μm，D90：21.8μm。

3）粘结剂调配：粘结剂包括作为主要粘结剂的聚甲醛（塑基）、作为骨架粘结剂的高密度聚乙烯、作为润滑剂聚乙烯蜡、石蜡和硬脂酸组成，其中各成分的比例为8：1：0.5：1：0.5。

4）喂料制备：将混合好的SUS301合金粉末置于密炼机中加热，密炼机转速为15转/分钟，待温度达185℃后加入调配好的粘结剂开始密炼，同时密炼机转速调整为30转/分钟，密炼6分钟后粘结剂融化粉末呈泥状，此时关闭密炼机加热功能，并继续密炼30分钟。所述SUS301合金粉末与粘结剂的重量配比是SUS301合金粉末占90%粘结剂占10%。

5）注射成形：设定注射机喷嘴温度为200℃，模具温度为120℃，将所述喂料加入注射机中并注射到模具中形成载板治具的注射胚。

6）修边：将注射胚从注射机上取出后，采用人工去毛边或喷砂的方式去除注射胚的毛边，喷砂所用砂子为棕刚玉砂。

7）脱脂：采用浓度为98%的浓硝酸或纯度为99.8%的草酸在脱脂炉中对修边后的注射胚进行脱脂，脱脂温度为120℃，脱脂时间14-16小时，送入烧结炉。

8）烧结：烧结温度升至1360℃时，改用真空烧结，控制炉内真空度达到10

9）检测：将烧结胚放在大理石平台上，用塞规进行检测变形情况；

10）整形：根据塞规检测出的变形数据对载板整形工装进行适应性的调整，而后将载板整形工装置于油压机的工作台上，将烧结胚放置于整形工装内，启动油压机并通过整形工装对载板治具进行整形处理；通过整形保证载板治具上表面1和下表面2平面度及平面度0.05-0.1mm，平面度取9个点位进行测试；

12）矫直：将整形后载板治具烧结坯用矫直机进行全面矫直，矫直后平面度及平行度0.05-0.1mm；

12）双面磨：将矫直后的载板治具的上表面和下表面进行双面平磨处理，得到磨制胚。在这一步骤中就可以将模具整备步骤中添加的厚度余量消除。

13）CNC1加工：依磨制胚的长度边为X基准定位，以宽度边为Y基准定位，对磨制胚上所有的孔进行精加工，保证尺寸精度+/-0.01mm；

14）CNC2加工：将CNC1加工好的产品固定于专用的治具上加工，以磨制胚上的三个定位用的孔为X/Y基准定位，以磨制胚的表面为Z基准定位，完成对载板治具的磨制胚的外形及内部型腔的精加工，保证尺寸精度+/-0.03mm；

15）滚抛：将完成步骤M的产品进行滚抛处理的方式去除外形及内腔毛刺。

16）清洗：将滚抛好的产品使用超声波自动清洗，去除表面脏污；

17）尺寸全检：将清洗后的产品采用三次元全检得到载板治具的最终成品。

如图2所示所述载板整形工装包括对应配合的上模和下模，上模包括通过螺钉可以连接在一起的上模板固定板1和上模板2，下模包括通过螺钉可以连接在一起的下模板固定板3和下模板4，在上模板固定板1连接有一组导柱5，在下模板固定板3上安装有一组与导柱5对应配合的导套6。

在上模板2上设有上镶件安装孔2a，在下模板4上设有与上镶件安装孔2a对应分布的下镶件安装孔4a。上镶件安装孔2a和下镶件安装孔4a均为台阶孔，台阶位于靠近上/下模板固定板一端。

在上镶件安装孔2a和下镶件安装孔4a内均对应安装有三个上镶件2b和下镶件4b，在其中的一个下镶件4b顶部为向上隆起的弧面（图中未显示）。在所述的上镶件2b和下镶件4b一端均延伸出与台阶对应配合的延伸块13，所述延伸块13的厚度小于上镶件安装孔2a和下镶件安装孔4a上台阶的深度。以便上镶件2b和下镶件4b具有在对应的上镶件安装孔2a和下镶件安装孔4a内沿纵向移动的调整行程。

在上镶件安装孔2a和下镶件安装孔4a内分别放入上镶件2b和下镶件4b后，用螺栓将上模板固定板1和上模板2以及下模板固定板3和下模板4固定连接在一起。

在上模上设有与上镶件2b对应配合的第一限位组件，在下模上设有与下镶件4b对应配合的第二限位组件。所述的第一限位组件包括在上模板固定板1上穿设有三个机米螺丝7，每个机米螺丝7与对应的上镶件2b的底部对应，通过转动机米螺丝7可以对放置上镶件2b进行顶推调整上镶件2b，从而调整上镶件的伸出上镶件安装孔的长度。在上模板2左右两侧分别设有一组与上镶件2b对应配合的紧固螺栓8。通过紧固螺栓8从左右两侧将上镶件2b锁紧。所述的第二限位组件与第一限位组件结构相同安装的位置不同，起到的作用基本相同，第二限位组件也包括一组安装在下模板固定板3的一组与下镶件4b形成顶托配合第二机米螺丝9，在下模板4左右两侧分别设有一组与下镶件4b对应配合的第二紧固螺栓10。所以这里不在详述。

在下镶件安装孔4a外侧的下模板4上表面上安装有两个限位垫块11。一个限位垫块11沿下模板4的长度方向分布，另一个限位垫块11沿下模板4的宽度方向分布。通过限位垫块11对上模下移的行程进行限位，避免压坏烧结胚12。

实施例2：

实施例2和1的区别在于：SUS301合金粉中所含的元素相同为包括以下成份质量百分比的元素：C0.15%、Cr16.0%、Ni8.0%、Si0.52%%、Mn2.0%、S0.0005%、P0.025%、氧含量PPM为0%，余量为Fe。这些合金粉末的粒径分布为D10：2.0μm，D50：9.5μm，D90：21.0μm。脱脂温度为127℃，脱脂时间15小时。

实施例3：

实施例3和1的区别在于：SUS301合金粉中所含的元素相同为包括以下成份质量百分比的元素：C0.11%、Cr17.0%、Ni7.0%、Si0.62%%、Mn0.5%、S0.001%、P0.035%、氧含量PPM为0.03%，余量为Fe。这些合金粉末的粒径分布为D10：2.0μm，D50：9.5μm，D90：20.0μm。脱脂温度为113℃，脱脂时间16小时。

如图1所示，采用实施例1-3生产的一种金属注射成形的SMT载板治具12，它包括板体12a，在板体12a上均布有一组阵列状分布的连接器安装孔12b，和一组磁铁安装孔12c，其中一部分磁铁安装孔12c分布在连接器安装孔12b的阵列内，另一部分磁铁安装孔12c沿板体1的长度边还宽度边分布，在连接器安装孔12b的阵列外侧板体12a上还分布有若干位置不同的定位孔12d。