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【新闻】微小孔的高效加工技术刨冰机

发布时间:2020-10-18 19:29:18 阅读: 来源:罩衣厂家

近年来,随着IT技术的迅速发展,印刷电路板的设计、制作技术也有了空前的进步。其中,印刷电路板孔加工也日益要求实现小直径化和高精度化。为了提高加工效率,目前印刷电路板大都采取多层重迭加工方式,这就要求所用刀具也必须朝着小直径化、高刚性化方向发展。日本东芝Tungaloy公司最近开发的微型钻头,即可满足上述加工要求。? 孔加工刀具小直径化及长度加工带来的问题 加工印刷电路板的钻头总是要求长度加大精度更高。长度加大是为了更好地进行印刷电路板的重迭加工,这意味着在缩小刀具直径的同时,还必须加大L/D(长度/直径)之比;精度更高则意味着孔定位精度和孔内壁精度都必须进一步提高。?但是,长度加大和提高精度是互相矛盾的,这种矛盾表现在两个方面:(1)长度加大,直径缩小,必须降低钻头的机械刚性,从而易使孔出现弯曲,影响孔的位置精度;(2)长度加大后,排屑性能下降,将使孔内壁表面精度降低。? 针对上述问题,通常对孔加工刀具采取的措施是:(1)采用加大钻芯厚度等方式,提高钻头刚性,借以保持孔的位置精度(不增大孔的偏斜度);(2)随着刚性的提高,钻沟容积将有所减小,对此应调整槽宽比例和芯厚锥度,确定一个最佳值;同时应采用大螺旋角以提高排屑性能和切削锋利度,获得良好的孔内壁加工精度。? 随着印刷电路板高密度多层重迭加工不断进展,仅仅依靠单纯提高钻头刚性和增大钻沟容积等刀具形状的改进,仍难以实现高效率高精度微小孔加工。本文拟从刀具形状之外的另一角度来探讨上述问题。? 加工条件的最佳化 在进行高效率印刷电路板孔加工时,提高进给速度是最直接的手段。高速进给使加工间隙减少,可望降低生产成本。而要实现这种高效率加工,就必须做到加工条件最佳化。钻头的转速和进给量是实现加工条件最佳化的两个关键因素。现以东芝Tungaloy公司0.20mm硬质合金钻头为例,考查这些因素对切削效率的影响。表1所示为试验方法,使用刀具为0.20mm钻头,转速为100000~160000r/min,进给量在10~25μm/rev范围内变化。 印刷电路板:BT树脂材料(两面用板,铜箔18μm),t0.40mm×5层重迭 刀具进入口垫片:铝片(t0.15mm) 底层衬片:酸醛塑料(t1.5mm) 加工条件:N=100000~160000r/min,f=10~25μm/rev 加工孔数:3000个 使用工具:φ0.20mm钻头,刃长4.0mm 研究钻头切削刃刀尖圆弧处的磨损量Vs′和转速N、进给量f的关系可知,在任何转速条件下,Vs′均随着进给量f的增大而减小。同时还可看出,随着转速的增大,Vs′同样也逐渐减小。众所周知,进给量和转速增大后,刃尖处的发热量随之增大,切削温度也随之升高。在金属切削加工中,随着切削温度的升高,热磨损便会增大,摩擦等机械性磨损相应有所减少。在印刷电路板加工中也有相似的现象,不过由于其温度范围比金属加工时狭小得多,大约为100℃~200℃,因此,其热磨损可忽略不计。由此看来,随着进给量和转速增大而导致的切削温度升高微乎其微,作为主要磨损形式的机械磨损自然也就逐渐减小,可见切削条件对刀具磨损有着很大的影响。? 加工条件的变化对孔的位置精度也有很大影响。印刷电路板的孔位置精度平均约3μm,转速和进给量增大后,由于机械磨损减小,钻头良好的切削锋利性得以保持,因此,随着进给速度的提高,孔的位置精度也相应提高。不过,进给速度提高后,会出现排屑性能下降的问题,这将给已加工孔内壁造成一定的损伤。由试验可知,当转速为160000r/min时,如进给速度超过3.2m/min,所加工孔的内壁精度恶化十分严重,因此,应将转速控制在160000r/min左右,将进给速度控制在3.2m/min以内,此时排屑状况良好。由此可见,进给速度上升,对延长钻头寿命和保持孔的位置精度有利,但对排屑效果有一定影响。因此,在确定切削条件时,必须考虑钻头几何形状、被加工材料的类别,同时还应兼顾排屑效果。? 改进刀具材料 为了减轻磨损,除正确选定切削条件外,刀具材料的改进也十分重要。刀具材料的诸种性能中,以纵弹性模量最为重要。就孔加工刀具来看,在几何形状相同的情况下,纵弹性模量的优劣对是否出现弯曲影响极大,纵弹性模量越高,刀具的抗弯曲性能就越强。因此,提高刀具材料的耐磨性、纵弹性模量对工具寿命有着极为重要的影响。? 东芝Tungaloy公司在生产印刷电路板孔加工用钻头时,开发出的新型刀具材料具有优异的耐磨性和较高的纵弹性模量。表2所示为该公司三种刀具材料的性能比较。 材料牌号:MD15硬度(HRA):91.5~92.0纵弹性模量(kgf/mm2):61500 材料牌号:MD08F硬度(HRA):92.5~93.5纵弹性模量(kgf/mm2):61500 材料牌号:试验用新材料硬度(HRA):92.5~93.5纵弹性模量(kgf/mm2)64500 其中,MD15与MD08F具有相同的纵弹性模量,MD08F与新开发的试验用材料具有相同的硬度。在相同的条件下(钻头直径均为0.30mm,刃长6.0mm),MD08F与新材料虽然硬度相同,但由于新材料的纵弹性模量高,因而加工孔的位置精度也较高;MD08F与MD15虽然纵弹性模量相同,但由于MD08F硬度较高,因此,加工孔的位置精度也更高。由此可见,刀具材料的性能对加工孔位置精度有着重要影响。当然,影响钻头性能的因素除硬度和纵弹性模量外,还有抗弯强度。抗弯强度高,可有效防止钻头折断。 总之,要进行高效率、高精度的微小孔加工,刀具材料必须不断改进。东芝Tungaloy公司开发的上述材料已显示出优异的加工性能,其市场前景十分可观。 为了实现钻头的小直径化和增大刃长,除了选取适宜的加工条件和不断改进刀具材料外,还有不少问题值得考虑。譬如在工具形状的设计方面,不仅应考虑减小切削力,而且应考虑增大容屑槽空间,以便顺利排除切屑;同时还应考虑如何使刀具保持良好的刚性,等等。微型钻头主要用于印刷电路板的微小孔加工,随着高速高精度性能机床的出现,在进行印刷电路板的微小加工时,还应开发出微孔加工必不可少的切入口垫片、切出口垫片等辅助材料。? 钻头小直径化和刃长增大还将进一步发展,尤其是0.10mm以下小直径钻头的应用将逐渐增多。对于这种超小直径钻头的工具形状、刀具材料都必须加以充分的关注。面对激光在超小孔加工中的应用日益增多,工具生产厂家必须开发出新的适用技术,才能在微孔加工领域激烈的竞争中占有相应的市场份额。

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