無縫焊接銑刀在PCB機(jī)加工中的應(yīng)用

戴 勇 袁國東 曹湊先

（深圳市崇達(dá)電路技術(shù)股份有限公司，廣東 深圳 518103）

無縫焊接銑刀在PCB機(jī)加工中的應(yīng)用

戴 勇 袁國東 曹湊先

（深圳市崇達(dá)電路技術(shù)股份有限公司，廣東 深圳 518103）

本試驗通過無縫焊接技術(shù)，利用電弧作為熱源，氣體作為保護(hù)介質(zhì)，將報廢銑刀柄重新焊接加工成所需銑刀，同時分析了無縫焊接銑刀在線路板生產(chǎn)制造中的實際應(yīng)用。試驗結(jié)果表明，無縫焊接銑刀的長度公差在要求范圍內(nèi)，銑程達(dá)到正常銑刀平均銑程的89.20%，對成型生產(chǎn)效率影響較小，有利于節(jié)約成本。

無縫焊接；硬質(zhì)合金；銑刀；節(jié)約成本

波及全球的金融危機(jī)逐漸過去，但其產(chǎn)生的影響仍然未徹底的消失。在經(jīng)濟(jì)危機(jī)帶來的企業(yè)訂單減少，而原材料成本未下降的情況下，控制企業(yè)的生產(chǎn)成本至關(guān)重要。因此，如何在保證品質(zhì)的情況下有效的降低生產(chǎn)成本顯得尤為重要[1]。

成型工藝是線路板最重要的工藝之一，傳統(tǒng)成型工藝中銑刀消耗是PCB企業(yè)最主要的消耗之一，因此減少銑刀的消耗成本是降低生產(chǎn)成本的有效途徑之一。通過無縫焊接技術(shù)將報廢銑刀重新加工成所需直徑及刃長的銑刀，已成為線路板用銑刀回收再利用的新熱點[2]。然而，采用無縫焊接技術(shù)重新加工的銑刀在實際生產(chǎn)中，對產(chǎn)品品質(zhì)的保證、作業(yè)效率的影響以及生產(chǎn)成本的降低，還有待進(jìn)一步的確認(rèn)。

為了研究無縫焊接銑刀的使用效果，評估由此帶來的生產(chǎn)效率的影響和生產(chǎn)成本的下降，本試驗通過無縫焊接技術(shù)將報廢銑刀重新加工成所需銑刀，并從無縫焊接技術(shù)基本原理出發(fā)，通過對銑刀的尺寸、使用壽命、作業(yè)效率及成本節(jié)約等項目的分析，總結(jié)了無縫焊接銑刀的使用效果。

1 試驗原理

1.1 銑刀失效分析

銑板是成型工藝中最常用的加工方法，該工藝是通過銑機(jī)，利用銑刀將線路板加工成客戶所需要的形狀和尺寸。制造銑刀的材料主要有：合金工具鋼、高速鋼和硬質(zhì)合金等。隨著電路板技術(shù)的發(fā)展，線路板的精度要求越來越高，然而高速鋼的耐磨性比硬質(zhì)合金差，因此硬質(zhì)合金銑刀得到了較大發(fā)展。同高速鋼比，硬質(zhì)合金銑刀的剛性好，耐磨損，可用于高速切削。所以現(xiàn)在硬質(zhì)合金銑刀在印刷電路板的加工中應(yīng)用非常普遍[3]。

硬質(zhì)合金銑刀在加工PCB板時，銑刀的主要失效形式為斷裂。在自動化程度很高的銑機(jī)上加工PCB板時，由于銑刀切削部分受到徑向力、扭矩等載荷的作用，在銑板初期切削刃上會出現(xiàn)破損，隨著加工過程的進(jìn)行，該破損會增大，同時在切削刃上會附著粉末，這些粉末會加劇銑刀的磨粒磨損，從而導(dǎo)致斷裂等失效[4]。銑刀的失效不僅導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高，還形成金屬廢料污染。因此如何有效的提高銑刀的利用率，是節(jié)約成本、減少污染的根本途徑之一。

1.2 無縫焊接原理

通過無縫焊接技術(shù)將兩支報廢銑刀柄焊接成一支棒料，再重新開槽加工成所需直徑及刃長銑刀，是提高銑刀利用率的新熱點。無縫焊接原理是利用電弧作為熱源，氣體作為保護(hù)介質(zhì)的熔化焊。在焊接過程中，保護(hù)氣體在電弧周圍形成氣體保護(hù)層，將電弧、熔池與空氣隔開，防止有害氣體的影響，并保證電弧穩(wěn)定燃燒。根據(jù)具體情況的不同，氣體保護(hù)焊可采用不同的氣體，常用的保護(hù)氣體有二氧化碳、氬氣、氦氣、氫氣及混合氣體。為保證無縫焊接后銑刀的同心度，銑刀焊接后需研磨，然后經(jīng)過抗折力測試，確保不會脫焊。圖1是焊接設(shè)備及原理圖。

硬質(zhì)合金是以高硬度的、難熔金屬的碳化物（如WC、TIC、TaC、NbC和VC等）為基，加入粘結(jié)金屬（Co、Ni、Mo、Fe等），通過粉末冶金方法制成的合金材料。碳化鎢基硬質(zhì)合金在400 ℃以上溫度時，表面極易氧化，含有Tic或Tic(N)基硬質(zhì)合金的表面則往往存在堅固、穩(wěn)定的TiO2氧化膜，從而降低硬質(zhì)合金銑刀的可焊性。而無縫焊接過程中的氣體保護(hù)作用，可以有效的防治氧化，改善硬質(zhì)合金的潤濕性能，從而提高焊接銑刀的綜合機(jī)械性能。

1.3 無縫焊接技術(shù)難點

（1）由于硬質(zhì)合金的塑性差，當(dāng)硬質(zhì)合金表層與內(nèi)部溫度差過大時會產(chǎn)生大的應(yīng)力，從而引起裂紋的產(chǎn)生。為了避免此種情況的發(fā)生，銑刀在焊接時應(yīng)控制其加熱速度和冷卻速度。此外，焊接后在320 ℃ ～ 350 ℃保溫回火處理一段時間，可減小和清除接頭中的殘余應(yīng)力，防止產(chǎn)生焊接裂紋。

（2）硬質(zhì)合金銑刀焊接時經(jīng)受著釬焊熱循環(huán)作用，對其組織和性能有一定影響，不適當(dāng)?shù)臒徇^程會導(dǎo)致硬質(zhì)合金組織改變，性能下降，甚至破壞。

（3）硬質(zhì)合金銑刀焊接過程中，焊料與金屬基材間將發(fā)生元素的相互擴(kuò)散，通常情況下，擴(kuò)散是形成優(yōu)質(zhì)接頭的基礎(chǔ)。但當(dāng)基材元素向焊縫擴(kuò)散過多時，容易形成顯微孔洞，降低接頭機(jī)械性能。為防止基材中產(chǎn)生微觀孔洞，應(yīng)盡可能縮短在高溫下的停留時間。

2 試驗內(nèi)容

為了研究無縫焊接銑刀的使用效果，評估由此帶來的生產(chǎn)效率的提高和生產(chǎn)成本的下降，本試驗挑選報廢銑刀100支，通過無縫焊接技術(shù)加工成f1.6×8.5 mm規(guī)格的銑刀，分析該銑刀的實用性。

2.1 銑刀尺寸分析

圖2是報廢銑刀無縫焊接加工前、加工后對比圖，表1是無縫焊接銑刀尺寸。分析可知，報廢銑刀無縫焊接后外形良好，銑刀的刃長、直徑公差均在±0.05 mm內(nèi)，總長度公差在正常范圍內(nèi)。

圖2 無縫焊接銑刀

表1 無縫焊接銑刀尺寸

2.2 銑刀作業(yè)效率分析

表2是無縫焊接銑刀與正常銑刀的銑程、效率對比分析。由表可知，無縫焊接銑刀的平均銑程為29.97m，達(dá)到正常銑刀平均銑程的89.20%，斷刀次數(shù)與正銑刀差別不大，對成型生產(chǎn)效率影響較小。

2.3 成本分析

表3是無縫焊接銑刀成本分析。由表可知，無縫焊接銑刀加工成本是2.7元/支，銑板成本為0.09元/m，而正常銑刀銑板成本為0.146元/m，銑刀銑板成本節(jié)約0.056元/m，每支無縫焊接銑刀比正常銑刀可節(jié)約2.2元。因此相對于正常銑刀，無縫焊接銑刀的成本更低。

表2 無縫焊接銑刀與正常銑刀鑼程對比

表3 無縫焊接銑刀成本分析

3 總結(jié)

硬質(zhì)合金銑刀在加工PCB板時，受載荷作用會導(dǎo)致斷裂等失效，從而提高生產(chǎn)成本。通過無縫焊接技術(shù)，利用電弧作為熱源，氣體作為保護(hù)介質(zhì)，可以將兩支報廢銑刀柄焊接成一支邦料，再重新開槽加工成所需直徑及刃長銑刀。重新加工的無縫焊接銑刀總長度公差在要求范圍內(nèi)，銑程達(dá)到正常銑刀平均銑程的89.20%，斷刀次數(shù)與正常銑刀差別不大，對成型生產(chǎn)效率影響較小，有利于節(jié)約成本。

[1]歐能, 秦麗潔, 王大偉. 銑刀性能測試方法[J]. 印制電路信息, 2010(1):127-134.

[2]張懷武. 現(xiàn)代印制電路原理與工藝, 第2版[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2010.

[3]張云鵬. 印刷電路板用微型刀具制造技術(shù)與設(shè)備的研究[D]. 西安:西北工業(yè)大學(xué), 2002.

[4]張帆. 材料性能學(xué)[M]. 上海:上海交通大學(xué)出版社, 2009.

The application of the seamless bonding endmill in PCB manufacturing.

DAI Yong YUAN Guo-dong CAO Cou-xian

This experiment took advantage of seamless bonding technology and reborn the scrapped endmill with electric arc as heat power and gas as protection. At the same time, we analyzed the actual application of the seamless bonding endmill in the PCB manufacturing. As it shown in this experiment, the tolerance of the seamless bonding endmill met requirement and milling journey is only 89.20% of normal one, which promoted the production of routing process and costless.

Seamless welding; Carbide alloy; Milling cutter; Cost saving

TN41 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：

1009-0096（2012）08-0068-03

戴勇，研發(fā)部高級工程師，從事線路板行業(yè)，主要從事制程異常處理、流程優(yōu)化等工藝流程工作。