CN114131380A - 一种异形靶材的定位夹具及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种异形靶材的定位夹具及其加工方法，所述定位夹具包括设有凹槽的结构件，所述凹槽的形状与异形靶材的外壁相匹配，所述凹槽的尺寸不小于异型靶材的外壁尺寸；所述凹槽的整体形状呈锅形，其纵向截面自上而下包括侧面直线段、弧形连接段和底面弧形段；所述定位夹具的侧面，对应凹槽侧面直线段的位置设有贯穿孔，所述贯穿孔沿定位夹具的侧面圆周均匀布置。本发明通过定位夹具中凹槽结构及相应贯穿孔的设计，使之能够与异形靶材的结构相匹配，放入异形靶材后可使用螺钉将其固定，便于异形靶材内壁的精确加工，降低加工难度，提高其加工效率及合格率；所述定位夹具结构简单，加工方法简便，材料利用率高，成本较低。
Description
技术领域
本发明属于靶材加工技术领域，涉及一种异形靶材的定位夹具及其加工方法。
背景技术
靶材作为一种重要的镀膜材料，主要应用于电子及信息产业，在集成电路、信息存储、液晶显示屏、激光存储器、电子控制器件等领域具有广泛的应用。靶材按形状分类可分为平面靶材和异形靶材，目前通常使用的是平面靶材，其加工工艺相对成熟，而异形靶材由于结构特殊，加工工艺相对复杂，加工难度也更大。
HCM机台用溅射靶材属于异形靶材的一种，整体形状呈锅形，其成型过程需要采用车削或冲压操作，前者加工量较大，且会造成材料浪费严重，后者借助于冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力发生形，从而获得一定形状、尺寸的结构件，通常可完成靶材的初步加工，后续还需进行精加工操作，但由于初步加工后的形状特殊，难以进行固定和定位，不利于后续操作，目前也并无此类定位工装夹具。
CN 112342509A公开了一种HCM机台用靶材的成型方法，该成型方法包括以下步骤：对原料依次进行锻打、冲孔以及扩孔预成型处理，得到预处理料；对得到的预处理料进行热处理，得到热处理料；对得到的热处理料进行冲压成型，去除氧化皮并进行法兰焊接得到所述HCM机台用靶材。该方法重点强调了靶材主体的成型工艺，但对于冲压成型后的结构件进行后续操作时如何固定并未明确，对于相应的定位夹具也未提及。
CN 111421063A公开了一种锅形靶材加工成型方法，所述方法包括：将待冲压板坯进行加热，之后与下模具组装并安装上模具得到待冲压件，所述待冲压件经冲压得到锅形靶材；其中，所述冲压中加压的速率为20-50mm/s。该方法重点同样在于锅形靶材的加工成型，并未提及定位夹具的结构及加工过程，虽然根据靶材的形状可知定位夹具的结构与冲压时所用的模具结构类似，但由于两者作用不同，其具体的结构特征并不相同。
综上所述，对于异形靶材，尤其是锅形靶材加工成型时所用的定位夹具，还需要根据异形靶材的结构特性，相应选择合适的夹具结构及加工过程，以保证异形靶材的精准加工，提高生产效率。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种异形靶材的定位夹具及其加工方法，所述定位夹具通过凹槽结构及相应贯穿孔的设计，使之能够与异形靶材的结构相匹配，用于异形靶材的定位及固定，便于异形靶材的加工过程，降低异形靶材的加工难度；所述定位夹具结构简单，加工方法简便，材料利用率高，成本较低。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种异形靶材的定位夹具，所述定位夹具包括设有凹槽的结构件，所述凹槽的形状与异形靶材的外壁相匹配，所述凹槽的尺寸不小于异型靶材的外壁尺寸；所述凹槽的整体形状呈锅形，其纵向截面自上而下包括侧面直线段、弧形连接段和底面弧形段；所述定位夹具的侧面，对应凹槽侧面直线段的位置设有贯穿孔，所述贯穿孔沿定位夹具的侧面圆周均匀布置。
本发明中，由于异形靶材的结构特殊，例如HCM机台使用的锅形靶材，其加工过程与常规的平面靶材不同，往往需要某些特殊结构的夹具或模具；本发明中的定位夹具通过凹槽结构的设计，具体包括侧面直线段、弧形连接段和底面弧形段的结构，使其与异形靶材的外侧结构相匹配，再通过侧面贯穿孔的设置，放入异形靶材后可使用螺钉将其固定，便于异形靶材内壁尺寸的精确加工，提高异形靶材的加工效率及成品合格率；所述定位夹具结构简单，特殊适用于某些异形靶材的加工过程，生产成本较低。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述定位夹具为带有凹槽的圆柱形结构件，所述圆柱形结构件分为主体段和底座上下两段。
优选地，所述底座的直径大于主体段的直径。
优选地，所述主体段的直径占底座直径的90～95％，例如90％、91％、92％、93％、94％或95％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述底座的高度占定位夹具总高度的8～12％，例如8％、9％、10％、11％或12％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述定位夹具中底座主要是起到支撑作用，其尺寸稍大于主体段，便于数控机床夹持，夹持力度较大而不会造成定位夹具主体的受力变形。
作为本发明优选的技术方案，所述定位夹具的材质包括铝合金，优选为2系铝合金或6系铝合金。
优选地，所述凹槽位于定位夹具的主体段中。
优选地，所述凹槽的直径尺寸比异形靶材相应位置的直径大1～2mm，例如1mm、1.2mm、1.5mm、1.6mm、1.8mm或2mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述异形靶材的高度大于凹槽的深度，所述异形靶材置于凹槽内时，异形靶材的顶端位于凹槽外侧。
作为本发明优选的技术方案，所述凹槽中侧面直线段的高度占凹槽深度的30～40％，例如30％、32％、34％、36％、38％或40％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述弧形连接段的曲率大于底面弧形段的曲率。
优选地，所述底面弧形段的宽度占凹槽最大直径的45～55％，例如45％、46％、48％、50％、52％或55％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述贯穿孔为横向贯穿孔，将定位夹具的侧面和凹槽的侧面直线段贯通。
优选地，所述贯穿孔位于所述凹槽的侧面直线段的中间位置。
优选地，沿圆周均匀布置的贯穿孔位于同一高度。
优选地，所述贯穿孔的数量至少为3个，例如3个、4个、5个、6个、8个、9个、10个或12个等，优选为6～12个。
作为本发明优选的技术方案，所述贯穿孔的直径为10～16mm，例如10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm或16mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述异形靶材置于凹槽后，采用平端紧定螺丝从外侧穿进贯穿孔固定异形靶材。
本发明中，采用平端紧定螺丝能够较好的与贯穿孔配合，其材质可选择不锈钢，固定异形靶材的位置。
另一方面，本发明提供了一种上述定位夹具的加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
将原材料先进行预热，然后进行冲孔处理，再经过机加工，得到所述定位夹具。
作为本发明优选的技术方案，所述原材料包括铝合金。
优选地，所述原材料预热前，先加工为规则形状，优选为圆柱形。
优选地，所述预热的温度为380～420℃℃，例如380℃、390℃、400℃、410℃或420℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述冲孔处理采用冲压设备进行，所述冲压设备中冲头的形状与待加工定位夹具中凹槽的形状相同。
优选地，所述冲孔处理过程中，冲头进行多次冲压扩孔，使其形成的凹槽的尺寸满足定位夹具中凹槽的尺寸要求。
优选地，所述冲孔处理后降温进行初步成型。
作为本发明优选的技术方案，所述冲孔处理后的成型件进行车削加工，形成主体段和底座的上下结构，整体外部尺寸达到要求。
优选地，将车削加工后成型件的侧面进行钻孔处理得到贯穿孔，所述贯穿孔在同一圆周上加工。
优选地，所述车削加工、钻孔处理后，再进行表面抛光处理，得到所述定位夹具。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述定位夹具通过凹槽结构及相应贯穿孔的设计，使之能够与异形靶材的结构相匹配，放入异形靶材后可使用螺钉将其固定，便于异形靶材内壁的精确加工，降低异形靶材的加工难度，相比未使用定位夹具时，异形靶材的定位效率可提高70％以上，加工成品合格率可提高40％以上；
(2)本发明所述定位夹具结构简单，加工方法简便，材料利用率高，成本较低。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的异形靶材的定位夹具的结构示意图；
其中，1-凹槽，2-贯穿孔，3-主体段，4-底座。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施方式部分提供了一种异形靶材的定位夹具及其加工方法，所述定位夹具包括设有凹槽1的结构件，所述凹槽1的形状与异形靶材的外壁相匹配，所述凹槽1的尺寸不小于异型靶材的外壁尺寸；所述凹槽1的整体形状呈锅形，其纵向截面自上而下包括侧面直线段、弧形连接段和底面弧形段；所述定位夹具的侧面，对应凹槽1侧面直线段的位置设有贯穿孔2，所述贯穿孔2沿定位夹具的侧面圆周均匀布置。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
本实施例提供了一种异形靶材的定位夹具，所述定位夹具的结构示意图如图1所示，包括设有凹槽1的结构件，所述凹槽1的形状与异形靶材的外壁相匹配，所述凹槽1的尺寸不小于异型靶材的外壁尺寸；所述凹槽1的整体形状呈锅形，其纵向截面自上而下包括侧面直线段、弧形连接段和底面弧形段；所述定位夹具的侧面，对应凹槽1侧面直线段的位置设有贯穿孔2，所述贯穿孔2沿定位夹具的侧面圆周均匀布置。
所述定位夹具为带有凹槽1的圆柱形结构件，所述圆柱形结构件分为主体段3和底座4上下两段。
所述底座4的直径大于主体段3的直径，所述主体段3的直径占底座4直径的93％。
所述底座4的高度占定位夹具总高度的10％。
所述定位夹具的材质为铝铜合金。
所述凹槽1位于定位夹具的主体段3中；所述凹槽1的直径尺寸比异形靶材相应位置的直径大1.5mm。
所述异形靶材的高度大于凹槽1的深度，所述异形靶材置于凹槽1内时，异形靶材的顶端位于凹槽1外侧。
所述凹槽1中侧面直线段的高度占凹槽1深度的33％。
所述弧形连接段的曲率大于底面弧形段的曲率。
所述底面弧形段的宽度占凹槽1最大直径的50％。
所述贯穿孔2为横向贯穿孔，将定位夹具的侧面和凹槽1的侧面直线段贯通。
所述贯穿孔2位于所述凹槽1的侧面直线段的中间位置。
沿圆周均匀布置的贯穿孔2位于同一高度；所述贯穿孔2的数量为9个。
所述贯穿孔2的直径为12mm。
所述异形靶材置于凹槽1后，采用平端紧定螺丝从外侧穿进贯穿孔2固定异形靶材。
实施例2：
本实施例提供了一种异形靶材的定位夹具，所述定位夹具包括设有凹槽1的结构件，所述凹槽1的形状与异形靶材的外壁相匹配，所述凹槽1的尺寸不小于异型靶材的外壁尺寸；所述凹槽1的整体形状呈锅形，其纵向截面自上而下包括侧面直线段、弧形连接段和底面弧形段；所述定位夹具的侧面，对应凹槽1侧面直线段的位置设有贯穿孔2，所述贯穿孔2沿定位夹具的侧面圆周均匀布置。
所述定位夹具为带有凹槽1的圆柱形结构件，所述圆柱形结构件分为主体段3和底座4上下两段。
所述底座4的直径大于主体段3的直径，所述主体段3的直径占底座4直径的90％。
所述底座4的高度占定位夹具总高度的8％。
所述定位夹具的材质为铝镁合金。
所述凹槽1位于定位夹具的主体段3中；所述凹槽1的直径尺寸比异形靶材相应位置的直径大2mm。
所述异形靶材的高度大于凹槽1的深度，所述异形靶材置于凹槽1内时，异形靶材的顶端位于凹槽1外侧。
所述凹槽1中侧面直线段的高度占凹槽1深度的30％。
所述弧形连接段的曲率大于底面弧形段的曲率。
所述底面弧形段的宽度占凹槽1最大直径的55％。
所述贯穿孔2为横向贯穿孔，将定位夹具的侧面和凹槽1的侧面直线段贯通。
所述贯穿孔2位于所述凹槽1的侧面直线段的中间位置。
沿圆周均匀布置的贯穿孔2位于同一高度；所述贯穿孔2的数量为6个。
所述贯穿孔2的直径为15mm。
所述异形靶材置于凹槽1后，采用平端紧定螺丝从外侧穿进贯穿孔2固定异形靶材。
实施例3：
本实施例提供了一种异形靶材的定位夹具，所述定位夹具包括设有凹槽1的结构件，所述凹槽1的形状与异形靶材的外壁相匹配，所述凹槽1的尺寸不小于异型靶材的外壁尺寸；所述凹槽1的整体形状呈锅形，其纵向截面自上而下包括侧面直线段、弧形连接段和底面弧形段；所述定位夹具的侧面，对应凹槽1侧面直线段的位置设有贯穿孔2，所述贯穿孔2沿定位夹具的侧面圆周均匀布置。
所述定位夹具为带有凹槽1的圆柱形结构件，所述圆柱形结构件分为主体段3和底座4上下两段。
所述底座4的直径大于主体段3的直径，所述主体段3的直径占底座4直径的95％。
所述底座4的高度占定位夹具总高度的12％。
所述定位夹具的材质为铝镁硅合金。
所述凹槽1位于定位夹具的主体段3中；所述凹槽1的直径尺寸比异形靶材相应位置的直径大1mm。
所述异形靶材的高度大于凹槽1的深度，所述异形靶材置于凹槽1内时，异形靶材的顶端位于凹槽1外侧。
所述凹槽1中侧面直线段的高度占凹槽1深度的40％。
所述弧形连接段的曲率大于底面弧形段的曲率。
所述底面弧形段的宽度占凹槽1最大直径的45％。
所述贯穿孔2为横向贯穿孔，将定位夹具的侧面和凹槽1的侧面直线段贯通。
所述贯穿孔2位于所述凹槽1的侧面直线段的中间位置。
沿圆周均匀布置的贯穿孔2位于同一高度；所述贯穿孔2的数量为12个。
所述贯穿孔2的直径为10mm。
所述异形靶材置于凹槽1后，采用平端紧定螺丝从外侧穿进贯穿孔2固定异形靶材。
实施例4：
本实施例提供了一种异形靶材的定位夹具的加工方法，所述定位夹具为实施例1中的定位夹具，所述加工方法包括以下步骤：
将铝铜合金原材料加工为规则圆柱形，然后预热至420℃进行冲孔处理，所述冲孔处理采用冲压设备进行，所述冲压设备中冲头的形状与待加工定位夹具中凹槽1的形状相同，所述冲孔处理过程中，冲头进行多次冲压扩孔，使其形成的冲孔的尺寸满足定位夹具中凹槽1的尺寸要求，然后降温进行初步成型；
所述冲孔处理后的成型件进行车削加工，形成主体段3和底座4的上下结构，整体外部尺寸达到要求，将车削加工后成型件的侧面进行钻孔处理得到贯穿孔2，9个贯穿孔2在同一圆周上加工并均匀分布，最后进行尺寸精加工和表面抛光处理，得到所述定位夹具。
实施例5：
本实施例提供了一种异形靶材的定位夹具的加工方法，所述定位夹具为实施例2中的定位夹具，所述加工方法包括以下步骤：
将铝镁合金原材料加工为规则圆柱形，然后预热至400℃进行冲孔处理，所述冲孔处理采用冲压设备进行，所述冲压设备中冲头的形状与待加工定位夹具中凹槽1的形状相同，所述冲孔处理过程中，冲头进行多次冲压扩孔，使其形成的冲孔的尺寸满足定位夹具中凹槽1的尺寸要求，然后降温进行初步成型；
所述冲孔处理后的成型件进行车削加工，形成主体段3和底座4的上下结构，整体外部尺寸达到要求，将车削加工后成型件的侧面进行钻孔处理得到贯穿孔2，6个贯穿孔2在同一圆周上加工并均匀分布，最后进行尺寸精加工和表面抛光处理，得到所述定位夹具。
实施例6：
本实施例提供了一种异形靶材的定位夹具的加工方法，所述定位夹具为实施例3中的定位夹具，所述加工方法包括以下步骤：
将铝镁硅合金原材料加工为规则圆柱形，然后预热至380℃进行冲孔处理，所述冲孔处理采用冲压设备进行，所述冲压设备中冲头的形状与待加工定位夹具中凹槽1的形状相同，所述冲孔处理过程中，冲头进行多次冲压扩孔，使其形成的冲孔的尺寸满足定位夹具中凹槽1的尺寸要求，然后降温进行初步成型；
所述冲孔处理后的成型件进行车削加工，形成主体段3和底座4的上下结构，整体外部尺寸达到要求，将车削加工后成型件的侧面进行钻孔处理得到贯穿孔2，12个贯穿孔2在同一圆周上加工并均匀分布，最后进行尺寸精加工和表面抛光处理，得到所述定位夹具。
综合上述实施例可以看出，本发明所述定位夹具通过凹槽结构及相应贯穿孔的设计，使之能够与异形靶材的结构相匹配，放入异形靶材后可使用螺钉将其固定，便于异形靶材内壁的精确加工，降低异形靶材的加工难度，相比未使用定位夹具时，异形靶材的定位效率可提高70％以上，成品合格率可提高40％以上；所述定位夹具结构简单，加工方法简便，材料利用率高，成本较低。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构与方法，但本发明并不局限于上述详细结构与方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构与方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明结构的等效替换及辅助结构的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种异形靶材的定位夹具，其特征在于，所述定位夹具包括设有凹槽的结构件，所述凹槽的形状与异形靶材的外壁相匹配，所述凹槽的尺寸不小于异型靶材的外壁尺寸；所述凹槽的整体形状呈锅形，其纵向截面自上而下包括侧面直线段、弧形连接段和底面弧形段；所述定位夹具的侧面，对应凹槽侧面直线段的位置设有贯穿孔，所述贯穿孔沿定位夹具的侧面圆周均匀布置。
2.根据权利要求1所述的定位夹具，其特征在于，所述定位夹具为带有凹槽的圆柱形结构件，所述圆柱形结构件分为主体段和底座上下两段；
优选地，所述底座的直径大于主体段的直径；
优选地，所述主体段的直径占底座直径的90～95％；
优选地，所述底座的高度占定位夹具总高度的8～12％。
3.根据权利要求1或2所述的定位夹具，其特征在于，所述定位夹具的材质包括铝合金；
优选地，所述凹槽位于定位夹具的主体段中；
优选地，所述凹槽的直径尺寸比异形靶材相应位置的直径大1～2mm；
优选地，所述异形靶材的高度大于凹槽的深度，所述异形靶材置于凹槽内时，异形靶材的顶端位于凹槽外侧。
4.根据权利要求1-3任一项所述的定位夹具，其特征在于，所述凹槽中侧面直线段的高度占凹槽深度的30～40％；
优选地，所述弧形连接段的曲率大于底面弧形段的曲率；
优选地，所述底面弧形段的宽度占凹槽最大直径的45～55％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的定位夹具，其特征在于，所述贯穿孔为横向贯穿孔，将定位夹具的侧面和凹槽的侧面直线段贯通；
优选地，所述贯穿孔位于所述凹槽的侧面直线段的中间位置；
优选地，沿圆周均匀布置的贯穿孔位于同一高度；
优选地，所述贯穿孔的数量至少为3个，优选为6～12个。
6.根据权利要求1-5任一项所述的定位夹具，其特征在于，所述贯穿孔的直径为10～16mm；
优选地，所述异形靶材置于凹槽后，采用平端紧定螺丝从外侧穿进贯穿孔固定异形靶材。
7.根据权利要求1-6任一项所述的定位夹具的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括以下步骤：
将原材料先进行预热，然后进行冲孔处理，再经过机加工，得到所述定位夹具。
8.根据权利要求7所述的加工方法，其特征在于，所述原材料包括铝合金；
优选地，所述原材料预热前，先加工为规则形状，优选为圆柱形；
优选地，所述预热的温度为380～420℃。
9.根据权利要求7或8所述的加工方法，其特征在于，所述冲孔处理采用冲压设备进行，所述冲压设备中冲头的形状与待加工定位夹具中凹槽的形状相同；
优选地，所述冲孔处理过程中，冲头进行多次冲压扩孔，使其形成的凹槽的尺寸满足定位夹具中凹槽的尺寸要求；
优选地，所述冲孔处理后降温进行初步成型。
10.根据权利要求7-9任一项所述的加工方法，其特征在于，所述冲孔处理后的成型件进行车削加工，形成主体段和底座的上下结构，整体外部尺寸达到要求；
优选地，将车削加工后成型件的侧面进行钻孔处理得到贯穿孔，所述贯穿孔在同一圆周上加工；
优选地，所述车削加工、钻孔处理后，再进行表面抛光处理，得到所述定位夹具。
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