一种具有开孔的微小型零部件的加工方法与流程

1.本发明属于传感器穿孔加工技术领域，尤其涉及一种具有开孔的微小型零部件的加工方法。


背景技术：

2.传感器技术、通信技术和计算机技术是现代信息技术的三大支柱，传感器是科学与工程的产物，既依赖于科学的新现象和新规律，又依赖于新技术和新工艺。随着科技的发展和时代的进步，传感器更新换代快、需求量大、需求增长速度快，因此微小型电子器件的零部件，如传感器上不锈钢材质的零部件，有很大的市场前景。目前，企业生产加工的传感器的零部件呈一端密封的筒状结构，该零部件的密封端的端板上需要开设多个微小孔，多个微小孔均不在端板的中心点，而传统的车床加工方式一般仅用于加工中心点开孔的情况，若采用传统的车床加工方式开设该传感器零部件上的微小孔，可能会造成孔位尺寸、位置偏差度等难以达到客户的要求，同时车床开孔会使得端板的两侧都产生毛刺，不便于去除。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种具有开孔的微小型零部件的加工方法，旨在解决现有技术中对于微小型零部件采用车床打孔会导致尺寸和位置偏差过大且产生的毛刺不易去除的技术问题。
4.为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
5.本发明提供一种具有开孔的微小型零部件的加工方法，包括以下步骤：
6.准备：制备待打孔产品，所述待打孔产品具有待打孔面；
7.研磨：研磨所述待打孔面，以使得所述待打孔面形成研磨面，所述研磨面的光反射率小于所述待打孔面的光反射率；
8.定位：采用光学影像捕捉设备在所述研磨面上定位待打孔位置；
9.打孔：在所述光学影像捕捉设备所定位的所述待打孔位置进行激光打孔，形成已打孔产品；
10.去毛刺：去除开孔周边的毛刺，形成去毛刺产品。
11.在其中一个实施例中，所述待打孔产品还具有与所述待打孔面相背对的背面，所述去毛刺步骤包括喷射干冰去毛刺步骤，所述喷射干冰去毛刺步骤为朝向所述背面喷射干冰以去除凸出于所述背面的毛刺。
12.在其中一个实施例中，所述去毛刺步骤中，于所述喷射干冰去毛刺步骤前还包括先通过化学清洗剂浸泡所述已打孔产品去除毛刺。
13.在其中一个实施例中，所述化学清洗剂包含柠檬酸、乙醇酸、三乙醇胺及表面活性剂。
14.在其中一个实施例中，所述去毛刺步骤中，于所述喷射干冰去毛刺步骤后还包括
再通过喷砂去除毛刺。
15.在其中一个实施例中，所述喷砂步骤所需玻璃砂为320目。
16.在其中一个实施例中，所述通过喷砂去毛刺步骤包括：先沿从所述背面到所述研磨面的方向喷砂，再沿从所述研磨面到所述背面的方向喷砂。
17.在其中一个实施例中，所述通过喷射干冰去除毛刺的步骤包括：先沿从所述背面到所述研磨面的方向喷射干冰，再沿从所述研磨面到所述背面的方向喷射干冰。
18.在其中一个实施例中，所述去毛刺步骤之后还包括研磨步骤，所述研磨步骤包括研磨所述去毛刺产品的表面，形成研磨后产品。
19.在其中一个实施例中，所述研磨步骤之后还包括脱磁步骤，所述脱磁步骤包括将所述研磨后产品放入脱磁机脱磁处理。
20.本发明相对于现有技术的技术效果是：本具有开孔的微小型零部件的加工方法通过研磨待打孔面，形成了光反射率小于待打孔面的研磨面，从而减小了反射光对光学影像捕捉设备定位待打孔位置的影响，以便于光学影像捕捉设备能够定位准确。对于微小型零部件，通过光学影像捕捉设备定位后激光打孔，能够减小开孔误差，同时开孔的孔壁上不会出现毛刺，毛刺只会出现在背面，简化了去毛刺步骤，便于操作。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明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，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
22.图1是本发明实施例提供的具有开孔的微小型零部件的加工方法的流程图；
23.图2是本发明实施例提供的微小型零部件的结构示意图；
24.图3是图2中的微小型零部件在另一视角下的结构示意图；
25.图4是本发明实施例提供的具有开孔的微小型零部件的加工方法的具体流程图。
具体实施方式
26.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
27.在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
28.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
30.请参阅图1，本发明提供一种具有开孔21的微小型零部件的加工方法，包括以下步
骤：
31.准备：制备待打孔产品，所述待打孔产品具有待打孔面；
32.研磨：研磨所述待打孔面，请结合图2，以使得所述待打孔面形成研磨面201，所述研磨面201的光反射率小于所述待打孔面的光反射率；
33.定位：采用光学影像捕捉设备在所述研磨面201上定位待打孔位置；
34.打孔：在所述光学影像捕捉设备所定位的所述待打孔位置进行激光打孔，形成已打孔产品；
35.去毛刺：去除开孔21周边的毛刺，形成去毛刺产品。
36.本具有开孔21的微小型零部件的加工方法通过研磨待打孔面，形成了光反射率小于待打孔面的研磨面201，从而减小了反射光对光学影像捕捉设备定位待打孔位置的影响，以便于光学影像捕捉设备能够定位准确。对于微小型零部件，通过光学影像捕捉设备定位后激光打孔，能够减小开孔21误差，同时，开孔21的孔壁上不会出现毛刺，请结合图3，毛刺只会出现在于待研磨面201相背对的背面202，简化了去毛刺步骤，便于操作。
37.实施例一
38.请参阅图4，本实施例一提供的具有开孔21的微小型零部件的加工方法，包括以下步骤：准备、研磨、定位、打孔、去毛刺、再研磨、脱磁及预备出货。
39.在准备步骤中，首先准备不锈钢物料，通过数控车床车削出待打孔产品的特征，本待打孔产品整体为不锈钢材料制成，其截面外直径小于4mm，厚度小于2mm，因此属于微小型零部件。具体地，本实施例中的待打孔产品截面外直径为3.35mm，厚度为1.225mm。请参阅图2和图3，待打孔产品包括筒体10及密封于筒体10一端的面板20，筒体10的另一端敞开，筒体10的截面为圆形，该面板20为与该筒体10适配的圆形板，并具有相背对的待打孔面及背面202，面板20由待打孔面到背面202的厚度小于0.3mm，在本实施例中，面板的厚度为0.25mm。背面202朝向筒体10内的中孔，待打孔面朝向筒体10外。待打孔面用于安装芯片，因此要求待打孔面无毛刺和凸起，对加工精度要求极高。待打孔产品加工完成后，通过半自动清洗线对待打孔产品进行清洗，以去除产品表面油污及碎屑。
40.在研磨步骤中，通过滚筒研磨机研磨待打孔产品的待打孔面，以使得待打孔面形成研磨面201，研磨面201的光反射率小于待打孔面的光反射率，也就是说，研磨面201相比待打孔面更为粗糙，以降低待打孔面的光反射率，从而减少反射光干扰光学影像捕捉设备捕捉定位待打孔位置，提升定位准确性同时减少激光打孔瞬间时对激光的反射，节约能耗。一般在不锈钢材料上进行激光打孔操作时，由于常规产品体积大，开孔21的孔径也较大，因此无需对表面进行研磨，产品表面的光反射对光学定位及激光打孔的影响微乎其微，而研磨步骤增加了加工成本，得不偿失。而对于本待打孔产品，开孔21的孔径仅为0.4mm，加工误差需要控制在0.05mm以内，因此轻微的外部影响都会增大本待打孔产品的加工误差，通过车床车削出的不锈钢产品本身具有一定的光反射率，若不进行研磨处理，反射光将会反射到光学影像捕捉设备的镜头中，影响光学影像捕捉设备摄取定位点，导致增大定位误差，进而导致激光打孔位置的偏差。同时，在激光打孔时，激光照射的时长尤为重要，照射时间过长会导致开孔21过大，时长过短则会导致开孔21过小，而激光照射到待打孔面的瞬间受到的反射会消耗激光小部分能量，影响对激光照射时长的计算，导致增加开孔21的加工误差。
41.在定位步骤中，采用光学影像捕捉设备在研磨面201上定位待打孔位置。该光学影
像捕捉设备可以为ccd等工业相机，该光学影像捕捉设备能够通过获取图像定位所需的开孔21的中心，即待打孔位置，以为后一步的激光打孔做准备。该待打孔产品需要开设多个开孔21，该多个开孔21均不在面板20的中心位置，并环绕面板20的中心等间隔排布，即多个开孔21所在的圆形路径所对应的中心位置为面板20的中心。一般圆形面板20所需打出的开孔21均位于面板20的中心位置，此时无需使用光学影像捕捉设备进行定位，直接通过机械定位即可确定面板20的中心，而本待打孔产品上的开孔21均不在面板20的中心，为偏心孔，无法使用常规的机械定位方式进行定位。在本实施例中，需要定位出三个开孔21的待打孔位置。采用光学影像捕捉设备定位待打孔位置能够使得定位更加精准。
42.在打孔步骤中，根据光学影像捕捉设备定位的待开孔21位置，使用激光切割机对待打孔位置进行打孔，直至加工出的3个开孔21，形成已打孔产品。若采用传统机加工方式进行打孔，存在加工刀具寿命短、加工刀具由于缠渣导致易断刀、面板20的背面202产生的毛刺大、主副轴同步加工时因夹持位小无法稳定加工、及3个开孔21与面板20中心的偏心程度难以达到产品要求等问题。而在本实施例中，采用激光进行打孔，不仅使得开孔21的加工效率高，良品率高，加工精度高，而且加工毛刺较少，且都集中在背面202。其中，激光的出射方向为由研磨面201到背面202的方向。此时在开孔21的位于背面202上的孔口处产生凸出于背面202的毛刺，同时背面202的开孔21周边区域可能会粘附有激光打孔时喷溅的熔渣。此时毛刺位于已打孔产品的筒体10内，而筒体10的开口过小，不便于手工打磨。
43.其中，本实施例中使用的激光可以为脉冲激光，脉冲激光相较于常用的红外激光，打孔产生的毛刺更小、更少，便于后续去毛刺步骤中将毛刺去除干净。
44.在去毛刺步骤中，先通过化学清洗剂去除毛刺，然后对初步去毛刺后的已打孔产品进行清洗，再通过干冰喷射去除毛刺，以形成去毛刺产品。
45.其中，通过化学清洗剂去除毛刺的步骤包括：将化学清洗剂及已打孔产品均放入一烧杯中，再将整个烧杯放入超声波设备中加热，使化学清洗剂加热至一定温度，以软化毛刺并去除大部分毛刺，接着漂洗2-3次再经半自动化清洗线清洗，以去除已打孔产品上残留的药水，避免受到残留药水的腐蚀。
46.其中，由于激光造成的开孔21周边的毛刺极其微小且呈细长的条状，因此化学清洗剂的酸度不宜过大，本方法中使用的化学清洗剂的总酸度为550-650mg/l，ph为1-2，加热温度为50-60℃，超声清洗10分钟，该烧杯可以为能够容纳400ml化学清洗剂的烧瓶，400ml化学清洗剂可以处理4000个左右已打孔产品上的毛刺。由于研磨面201为粗糙面，能够抵抗化学清洗剂的轻微腐蚀，因此本化学清洗剂不会溶解该需要去除毛刺的已打孔产品，不影响已打孔产品的尺寸大小。本化学清洗剂在处理毛刺时，对于面板20背面202粘连不牢固的熔渣，化学清洗剂能够直接使得熔渣松脱下来，或使得熔渣松动，以便于后续超声清洗过程中振落，或后续通过干冰喷射吹落。同时，对于开孔21周边比较大的毛刺，化学清洗剂能够溶解部分毛刺致其消失或变小，未消解完全的残留毛刺可通过后续的干冰去毛刺法去除干净。
47.市面上的大部分针对不锈钢产品的化学清洗剂均含有强酸，腐蚀效果强，对于本微小型零部件易被该化学清洗剂腐蚀，导致零部件的尺寸减小或增大开孔21的孔径。而对于使用有机酸等弱酸的化学清洗剂一般用于清洗不锈钢表面的油污，并无去除毛刺的功能。本实施例中的化学清洗剂为针对微小型零部件的特制清洗剂，其成分包括柠檬酸、乙醇
酸、三乙醇胺及表面活性剂。
48.在激光打孔过程中，由于处于有氧环境中，且打孔处的毛刺由于激光灼烧残留的热度较高，因此毛刺表面会与氧气发生氧化反应，并在毛刺表面形成氧化物层，而柠檬酸能够去除上述毛刺表面的氧化物层。柠檬酸还能延长清洗剂的使用寿命，以使得化学清洗剂能够反复使用，也能起到一定的遮味作用。
49.对于不锈钢表面，柠檬酸具有钝化作用，以在已打孔产品表面形成钝化层，防止被乙醇酸腐蚀。柠檬酸能够取代强氧化性的无机酸，在钝化过程中不会溶解不锈钢中的重金属，而是把它们转化为钝化膜，从而无重金属污水产生。
50.表面活性剂起到了脱脂作用，用于清除不锈钢表面的油脂，本实施例中的表面活性剂用于提升柠檬酸的去除氧化物层的能力。在本实施例中，表面活性剂为异构十三醇聚氧乙烯醚。在其他实施例中，表面活性剂也可为脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚等非离子表面活性剂，其种类在此不做限制。
51.乙醇酸在有机酸中属于酸性较强的酸，可用于调节ph。同时由于已打孔产品表面有钝化层保护，不会对已打孔产品进行腐蚀，而对于被柠檬酸去除氧化物层后的毛刺，并无钝化层保护，因此乙醇酸可直接对毛刺进行腐蚀，以消减毛刺的大小并使得毛刺软化。乙醇酸在加热至50-60℃下与毛刺进行反应，能够提升对毛刺的消减效率。对于熔渣，乙醇酸可在表面活化剂的配合作用下削弱熔渣在面板20背面202的附着力，以便于后续通过超声波清洗或干冰喷射去除松动的熔渣。
52.三乙醇胺可作为缓蚀剂在不锈钢表面形成钝化层的辅助成分，与柠檬酸共同限制已打孔产品被腐蚀。同时三乙醇胺具有弱碱性，能够用于中和柠檬酸和乙醇酸，作为稳定剂起到调节ph的作用。
53.上述有机物均无毒，且容易降解，减少了化学清洗剂对环境的污染。
54.其中，柠檬酸的质量含量小于10.8％，三乙醇胺的质量含量小于1.0％，乙醇酸的质量含量小于7.2％，表面活性剂的质量含量小于20.0％。其中，当作为表面活性剂的异构十三醇聚氧乙烯醚质量含量大于10％时，能够增强不锈钢表面的耐酸碱性能，进一步防止本已打孔产品的不锈钢表面被酸性的化学清洗剂腐蚀。
55.干冰去毛刺法为向残留毛刺喷射干冰，以使得熔渣或比较细小的残留毛刺直接被吹落，或使得残留毛刺脆化碎裂，以清除干净所有毛刺。干冰去毛刺时，可先沿从背面202到研磨面201的方向喷射干冰，以吹落大部分毛刺和熔渣，少部分剩余的毛刺或熔渣通过开孔21被吹向研磨面201侧，但是由于研磨面201较为粗糙，可能会粘附部分散落的毛刺或熔渣，导致毛刺清除不彻底，因此，干冰去毛刺的步骤需要再进行一次，但是第二次干冰去毛刺的方向为从研磨面201到背面202的方向，以将研磨面201上的散落毛刺或熔渣吹掉。
56.上述先化学清洗剂去除毛刺，再干冰去除毛刺的顺序不可颠倒，若先进行干冰去除毛刺，只能够吹掉非常细小且粘连不牢固的小毛刺，而对较大毛刺无法去除，而化学清洗剂使得熔渣松动，并将大毛刺变为小毛刺，但是处理后的松动熔渣及小毛刺则无法去除，因此先进行化学清洗剂去除毛刺再进行干冰去毛刺能够将毛刺去除的更干净。
57.在再研磨步骤中，通过滚筒研磨机研磨去毛刺产品的表面，以打钝去毛刺产品表面的利边，然后将去毛刺产品放入半自动化清洗线清洗。再研磨步骤能够确保去毛刺产品整体无毛刺无利边，避免余留毛刺对零件组装造成干扰，或对产品实际应用造成妨碍。
58.在脱磁步骤中，将清洗完成后的去毛刺产品放入脱磁机中脱磁，以去除去毛刺产品表面的残屑，并去除去毛刺产品表面磁性，形成脱磁产品。脱磁步骤能够避免去毛刺产品组装过程磁吸周边铁屑等物品，或避免去毛刺产品使用过程中与其他零部件产生磁性干扰，从而影响整个设备的正常使用。
59.在预备出货步骤中，对脱磁产品使用画像寸法测定器进行尺寸全检，再使用影像筛选机进行外观全检，以检测脱磁产品是否达到客户要求的尺寸及外观，再经全自动清洗线清洗产品，以达到出货的清洁度要求。若均达到出货要求，则视为成品，可进行包装出货。
60.实施例二
61.本实施例二提供一种具有开孔21的微小型零部件的加工方法，该实施例二相较于实施例一的区别在于去毛刺步骤，在本实施例二中，去毛刺步骤包括：先通过喷射干冰去除毛刺，再通过喷砂去除毛刺。
62.在喷射干冰去毛刺的步骤中，同样进行两次，第一次为沿从背面202到研磨面201的方向喷射干冰，以吹落部分毛刺和熔渣，少部分的毛刺或熔渣可能会通过开孔21被吹向研磨面201侧，第二次为从研磨面201到背面202的方向喷射干冰，以将研磨面201上的散落毛刺或熔渣吹掉。
63.由于面板20上的干冰吸热后会在面板20上产生水蒸气，因此，后续需要将喷射干冰后的已打孔产品放入烤箱中干燥，已打孔产品干燥后再通过喷砂机喷砂去除干冰去毛刺后残留的毛刺。
64.先通过干冰去毛刺，能够将毛刺急速冷却，以使得毛刺变脆，同时能够吹松较大毛刺，并吹掉较小毛刺，吹松和变脆的毛刺再经过喷砂的喷打从已打孔产品上脱落，以使得毛刺的去除效果更佳。若先进行喷砂去毛刺再进行干冰去毛刺，在喷砂去毛刺时，玻璃砂会将毛刺打弯或压扁，使得毛刺更贴合背面202，导致后续干冰去毛刺时毛刺更加难以去除。
65.喷砂去毛刺时，可先沿从背面202到研磨面201的方向喷砂，以吹落剩余吹松和变脆的毛刺或熔渣，但仍有很少部分的毛刺或熔渣通过开孔21被吹向研磨面201侧，但是由于研磨面201较为粗糙，可能会粘附部分散落的毛刺或熔渣，导致毛刺清除不彻底，因此，喷砂去毛刺的步骤需要再进行一次，第二次喷砂去毛刺的方向为从研磨面201到背面202的方向，以将研磨面201上的散落毛刺或熔渣吹掉。
66.本实施例中，喷砂步骤所需玻璃砂为320目，喷枪的喷嘴到背面202的距离在50-300mm，喷枪的气压为0.08-0.14mpa，喷射时间为50-160s。而传统喷砂去毛刺方法中，玻璃砂一般选用180目的，喷枪的喷嘴到背面202的距离在200-400mm，喷枪的气压为0.3-0.6mpa，喷射时间为5-15min，可见，本喷砂所有的参数玻璃砂的粒径更小，距离更近，气压更低，喷射时间更短，小粒径有利于提升对细小毛刺的击打准确度，同时减轻玻璃砂对零部件表面的摩擦，短距离有利于精确对准本微小型零部件上的微小区域内的毛刺，低气压避免吹落的毛刺划伤零部件表面，喷射时间短能够节约能耗。
67.本实施例二中的去毛刺步骤相较于实施例一种的去毛刺步骤更经济、更环保。
68.以上仅为本发明的较佳实施例而已，仅具体描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式，均应包含在本发明的
保护范围之内。