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PCB电路板微小孔加工技术现状及存在的问题分析

概况
                     
    目前,制造业中微小孔加工钻头的直径一般为φ100~φ300μm,刀具材料为超细晶粒硬质合金,WC粒径大致在90~1000nm左右。过去由于硬质合金韧性不足,钻头加工可靠性较差,现在这些缺陷已基本消除,工具的抗折断性能、刚性和耐磨性等均远比高速钢钻头优越。微型钻头主要用于印刷电路板、燃料喷嘴(内燃机)、化纤细丝喷嘴等的微小孔加工。被加工材料为GFRP、合金钢、不锈钢、特殊陶瓷等。

 趋势
                     
    随着移动电话功能的增多,印刷电路板线路分布日益向密集方向发展,电路板的微孔直径也更加细小,加工难度进一步增大。内燃机燃料喷嘴的发展趋势也大致如此。化纤丝喷嘴的喷出孔最小直径约10μm,喷嘴材料为不锈钢,要求在不锈钢上加工出数百至数千个喷出孔,加工难度极大。
                     
    高精度制作微型钻头的技术要求很高,直径越小,制作越困难。目前,市场上可见到的硬质合金微型钻头中,经过研磨的麻花钻最小直径为φ30μm,扁钻为φ10μm。据报道,在研究室里采用电解磨削方式,可制作出φ5μm的极小直径钻头。

工具材料
                     
    随着钻头最小直径的微细化,要求工具的抗弯强度、刚性、刃尖锋利度、硬度及断裂韧性均应较高,因此,工具厂商不断研究如何使硬质合金晶粒更加微细化,而且已取得可喜的成果。最近,佳友电工公司已开发出粒径为90nm的超细晶粒硬质合金,ァラィト材料公司宣布,他们已试制出粒径为60nm的高级超细晶粒硬质合金。

 存在的问题
                     
    目前市场上销售的φ100μm以下的微型钻头中,尺寸、形状的偏差极不均匀。例如,对市场上φ20μm的31支钻头进行测试的结果,直径的平均值为20.1μm,标准偏差1.5μm;芯厚平均值为6.3μm,标准偏差为1.7μm,偏差值明显偏大。当然制造出这样的钻头已经很不容易,但进一步缩小偏差值,仍是微孔加工需要解决的问题。

    超细晶粒硬质合金的机械性能

    WC粒径:300nm;硬度:1902Hv;纵弹性模量E:570GPa

    WC粒径:90nm;硬度:2361Hv;纵弹性模量E:600GPa
                     
    另外,在抑制加工孔出口处的毛刺方面,目前还没有非常理想的方法,特别是内燃机燃料喷嘴,要除去微孔出口处的毛刺极其困难,制造商只能在钻孔加工后,采用电解磨削方式,将孔出口处周围的毛刺去掉,否则将严重影响喷射效果。

今后的课题

    (1)进一步细化WC晶粒,以提高微型钻头的刚性、硬度和韧性。
                     
    (2)采用ELID磨削等新技术,使钻头表面达到镜面水平,从而使切削刃更加锋利,切削阻力进一步减小,工具寿命大幅度延长。
                     
    (3)采用超声波振动切削,提高加工效率。小孔加工,尤其是微孔加工,对钻头施以超声波振动,可减小切削力,实现高速回转,提高切削效率,并可取得排屑流畅和提高钻入处孔精度的良好效果。目前的超声波振动技术,尚不能很好满足微孔加工要求,今后应开发新型声波振动技术,并使之在微孔加工中得到广泛应用。
                     
    (4)抑制毛刺的产生。孔出口处的毛刺和交叉孔加工的毛刺均极难去除,必须对钻头形状加以更大改进和调整加工孔出口处的切削条件,才能有效抑制毛刺的产生。
                     
    (5)开发减小钻头振动的夹持系统。钻头安装在机床主轴夹具上,应保证振摆精度在1μm以内。钻头直径越小,刚性越低,振摆失控将大幅度缩短工具寿命。因此,必须开发减振性能良好的夹具,将其与微型钻头相配合,以提高微小孔加工的精度和延长工具寿命。


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