紀(jì)龍江 姜曙光

（大連崇達(dá)電路有限公司，大連 116600）

1 前言

無論是金屬切削還是PCB切削，由于工件材質(zhì)、切削參數(shù)、切削方式的不同，切削過程中的切屑變形情況也就不同，由此生成的切屑種類自然多種多樣。根據(jù)切屑形成的機(jī)理與處理角度大體可分為帶狀屑、單元屑和崩碎屑等幾類，如圖1所示。

圖1 不同類別鉆屑的形成

如何在實(shí)際鉆孔過程中避免出現(xiàn)長(zhǎng)度超過20 mm以上的帶狀屑，對(duì)PCB數(shù)控鉆孔而言是保證鉆孔品質(zhì)、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的關(guān)鍵技術(shù)，如圖2。

圖2 銅絲纏繞刀具

刀具纏絲后對(duì)產(chǎn)品方面可能造成的嚴(yán)重后果（圖3）。

圖3 刀具纏絲后對(duì)產(chǎn)品影響

2 帶狀屑的形成過程分析

2.1 與刀具的幾何角度設(shè)計(jì)有關(guān)

圖4所示，在工件材質(zhì)一定的前提下，鉆頭螺旋角越大、鉆尖角越小，越容易形成帶狀屑，相反，螺旋角越小、鉆尖角越大，則刀尖鉆透銅箔需要的圈數(shù)越少，就越不易形成帶狀屑。

圖4 鉆屑幾何參數(shù)分析示意

具體分析圖中：hD，切屑厚度；bD，切削層寬度；bD=αp/sinkr；hD=f/2*sinkr；h=αp/tankr，下面以φ1.0mm刀具為例說明。

表1 φ1.00mm鉆尖角度調(diào)整后鉆屑層幾何參數(shù)變化狀態(tài)一覽表

從表1中可以看出，當(dāng)鉆尖角度由130°調(diào)整至165°后，刀尖鉆入銅箔的圈數(shù)由3.88降低1.1圈，假如要鉆透70μm/2oz厚銅箔的話，刀具整體鉆透銅箔由（233+70）/60=5.05圈降至（66+70）/60=2.27圈，銅絲長(zhǎng)度由8.10mm降至3.82mm，長(zhǎng)度縮短了52.8%，如圖5。再以較常用的φ3.15mm刀具為例說明（表2）。

圖5 φ1.00mm鉆屑長(zhǎng)度模擬計(jì)算分析效果圖

表2 φ3.15mm鉆尖角度調(diào)整后鉆屑層幾何參數(shù)變化狀態(tài)一覽表

從表2中可以看出，當(dāng)鉆尖角度由130°調(diào)整至165°后，刀尖鉆入銅箔的圈數(shù)由11.32降低3.2圈，假如要鉆透70μm/2oz厚銅箔的話，刀具整體鉆透銅箔由（736+70）/65=12.4圈降至（208+70）/65=4.27圈，銅絲長(zhǎng)度由61.28 mm降至21.25 mm，長(zhǎng)度縮短了65.3%。

綜上分析，鉆尖角對(duì)鉆屑長(zhǎng)度的影響是非常明顯的，但是過大的鉆尖角可能會(huì)導(dǎo)致軸向鉆削阻力的增加，這對(duì)于小直徑鉆頭可能會(huì)引起斷刀問題，因此，在能保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，適當(dāng)增加鉆尖研磨角度還是有好處的。

2.3 與鉆孔參數(shù)、銅箔厚度有關(guān)

在工件材料、刀具幾何角度一定的前提下，鉆孔參數(shù)對(duì)屑的影響也很大，轉(zhuǎn)速越高、進(jìn)給越低，鉆屑就越長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速越低、進(jìn)給越高，鉆屑就越短。下面我們假設(shè)在鉆尖角130°時(shí)對(duì)鉆孔參數(shù)調(diào)整的結(jié)果。

表3 φ3.15mm鉆孔參數(shù)調(diào)整后鉆屑層幾何參數(shù)變化狀態(tài)一覽表

從表3中可以看出，刀尖鉆入銅箔的圈數(shù)由11.32降低6.45圈，假如要鉆透70 μm/2oz厚銅箔的話，刀具整體鉆透銅箔由（736+70）/65=12.4圈降至（736+70）/114=7.07圈，銅絲長(zhǎng)度由61.28 mm降至35 mm，長(zhǎng)度縮短了43.02%。

2.4 基材銅箔厚度的影響

同理可證，在刀具幾何角度與鉆孔參數(shù)一定的前提下，銅箔越厚，鉆屑越長(zhǎng)，銅箔越薄，鉆屑越短。

3 改善措施

雖然工件材料、鉆頭螺旋角度的設(shè)計(jì)對(duì)鉆屑的形成與控制有一定的影響，但是由于受客戶、制造成本包括特殊刀具采購(gòu)周期的影響，一般情況下會(huì)優(yōu)先考慮從以下兩方面著手進(jìn)行改善：

3.1 適當(dāng)增大刀具的幾何角度

刀具的鉆尖角度對(duì)鉆屑狀態(tài)及切削力的影響最為明顯，在實(shí)際加工過程中要根據(jù)工件特點(diǎn)采取措施進(jìn)行調(diào)整。一般情況下，在加工銅箔稍較厚的生產(chǎn)板時(shí)，希望將鉆尖角略微往大調(diào)整些，以減小鉆屑長(zhǎng)度，減小切削力。

3.2 調(diào)整鉆孔參數(shù)，增大切屑層厚度，減小切屑變形

鉆孔參數(shù)的調(diào)整也較為關(guān)鍵，一般情況下要考慮基板條件，以充分保證孔質(zhì)量為前提，應(yīng)盡可能的提高切削速度與效率。在數(shù)控鉆床最高轉(zhuǎn)速一定的前提下，加工銅箔越厚的生產(chǎn)板，通常可將轉(zhuǎn)速設(shè)置的越低、進(jìn)給設(shè)置得越高，這樣可有效減少銅屑長(zhǎng)度、減少切削力；而在加工硬度較高如陶磁類材料時(shí)，通知可將進(jìn)給適當(dāng)下調(diào)，以減少鉆削阻力、減少機(jī)械振動(dòng)，降低斷刀率。

4 實(shí)驗(yàn)確認(rèn)：

4.1 實(shí)驗(yàn)板材：

板材厚度1.6 m m，普通6 層板，每層銅厚70 μm(2oz)，Tg≥170 ℃，鉆孔疊3層，排版430 mm*610 mm，實(shí)驗(yàn)刀具選擇φ2.00 mm、φ2.50 mm、φ3.00 mm、φ3.15 mm等4種常用規(guī)格且經(jīng)常出現(xiàn)纏屑現(xiàn)象的刀具進(jìn)行：

圖6 420μm以上超厚銅板實(shí)驗(yàn)圖形

4.2 實(shí)驗(yàn)方案(表4)

注：每套方案分別使用鉆尖角φ 1 3 0°、φ165°加工，并對(duì)比確認(rèn)效果！

表4 鉆孔實(shí)驗(yàn)方案

4.3 實(shí)驗(yàn)效果(表5)

評(píng)價(jià)：按上面加工方案使用φ130°鉆頭加工時(shí)，僅有“√”方案基本可以滿足要求，其它方案綜合評(píng)價(jià)效果均NG；使用φ165°鉆頭加工時(shí)所有方案均未發(fā)現(xiàn)有纏屑現(xiàn)象，效果明顯優(yōu)于φ130°鉆頭。

4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過對(duì)鉆尖角度、鉆孔參數(shù)的合理調(diào)整，基本可以徹底解決刀具纏絲的問題。而在實(shí)際鉆孔過程中要特別注意，當(dāng)鉆尖角度過較大時(shí)，下鉆速度不宜過快，否則不僅可能會(huì)有斷刀問題的發(fā)生，對(duì)軸的精度與壽命可能也會(huì)產(chǎn)生較大影響；當(dāng)然下鉆速度也不宜過慢，如果過慢可能會(huì)因刀具與孔壁的摩擦?xí)r間過長(zhǎng)而導(dǎo)致切削溫度過高并影響到孔壁質(zhì)量。所以，具體設(shè)置怎么樣的鉆孔參數(shù)與研磨角度要具體情況具體分析才行，但是大體原則與方向是基本一定的，就是通過對(duì)鉆尖角度的調(diào)整與對(duì)鉆孔參數(shù)的合理設(shè)計(jì)與匹配使用，可以最大限度的做到避免出現(xiàn)鉆屑纏繞在刀具上現(xiàn)象問題的發(fā)生，因?yàn)橐坏┌l(fā)鉆屑纏繞刀具的現(xiàn)象就會(huì)使刀具喪失排屑功能、使切削溫度不易被及時(shí)散除，從而也就無法保證鉆削過程的順利進(jìn)行，也就更無法保證產(chǎn)品質(zhì)量！

表5 鉆孔實(shí)驗(yàn)效果

5 結(jié)語

關(guān)于刀具纏絲現(xiàn)象是鉆孔加工過程中比較普通存在的一種異常現(xiàn)象，文章從理論與實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行了比較詳盡的闡述分析，然后由對(duì)這種現(xiàn)象的不重視導(dǎo)致纏絲問題至還有所存在。隨著PCB的發(fā)展，我們只有通過理論實(shí)踐的結(jié)合，積極處理發(fā)現(xiàn)的各種大小異常，為長(zhǎng)期可靠穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量及更加輝煌的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] 陳玉婷,陳曉宇等. 高厚銅板鉆孔工藝探討[C],2011秋季國(guó)際PCB技術(shù)/信息論壇.

[2] 紀(jì)龍江等. 420um以上超厚銅線路板鉆孔加工技術(shù)研究[C],2012春季國(guó)際PCB技術(shù)/信息論壇.

[3] 韓榮第,周明. 金屬切削原理與刀具[M],哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 1997,4.

[4] 李旦,王廣林,李益民. 機(jī)械制造工藝學(xué)[M],哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 1997,10.