鉆孔刀具纏絲問題的專項改善與研究

紀龍江 姜曙光

（大連崇達電路有限公司，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

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

圖2 銅絲纏繞刀具

刀具纏絲后對產(chǎn)品方面可能造成的嚴重后果（圖3）。

圖3 刀具纏絲后對產(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計有關

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，銅絲長度由8.10mm降至3.82mm，長度縮短了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鉆屑長度模擬計算分析效果圖

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，銅絲長度由61.28 mm降至21.25 mm，長度縮短了65.3%。

綜上分析，鉆尖角對鉆屑長度的影響是非常明顯的，但是過大的鉆尖角可能會導致軸向鉆削阻力的增加，這對于小直徑鉆頭可能會引起斷刀問題，因此，在能保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，適當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

在工件材料、刀具幾何角度一定的前提下，鉆孔參數(shù)對屑的影響也很大，轉(zhuǎn)速越高、進給越低，鉆屑就越長，轉(zhuǎn)速越低、進給越高，鉆屑就越短。下面我們假設在鉆尖角130°時對鉆孔參數(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，銅絲長度由61.28 mm降至35 mm，長度縮短了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，銅箔越薄，鉆屑越短。

3 改善措施

雖然工件材料、鉆頭螺旋角度的設計對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周期的影響，一般情況下會優(yōu)先考慮從以下兩方面著手進行改善：

3.1 適當增大刀具的幾何角度

刀具的鉆尖角度對鉆屑狀態(tài)及切削力的影響最為明顯，在實際加工過程中要根據(jù)工件特點采取措施進行調(diào)整。一般情況下，在加工銅箔稍較厚的生產(chǎn)板時，希望將鉆尖角略微往大調(diào)整些，以減小鉆屑長度，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?？蓪⑥D(zhuǎn)速設置的越低、進給設置得越高，這樣可有效減少銅屑長度、減少切削力；而在加工硬度較高如陶磁類材料時，通知可將進給適當下調(diào)，以減少鉆削阻力、減少機械振動，降低斷刀率。

4 實驗確認：

4.1 實驗板材：

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，實驗刀具選擇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)象的刀具進行：

圖6 420μm以上超厚銅板實驗圖形

4.2 實驗方案(表4)

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

表4 鉆孔實驗方案

4.3 實驗效果(表5)

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

4.5 實驗結(jié)論

通過對鉆尖角度、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。而在實際鉆孔過程中要特別注意，當鉆尖角度過較大時，下鉆速度不宜過快，否則不僅可能會有斷刀問題的發(fā)生，對軸的精度與壽命可能也會產(chǎn)生較大影響；當然下鉆速度也不宜過慢，如果過慢可能會因刀具與孔壁的摩擦時間過長而導致切削溫度過高并影響到孔壁質(zhì)量。所以，具體設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，就是通過對鉆尖角度的調(diào)整與對鉆孔參數(shù)的合理設計與匹配使用，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，因為一旦發(fā)鉆屑纏繞刀具的現(xiàn)象就會使刀具喪失排屑功能、使切削溫度不易被及時散除，從而也就無法保證鉆削過程的順利進行，也就更無法保證產(chǎn)品質(zhì)量！

表5 鉆孔實驗效果

5 結(jié)語

關于刀具纏絲現(xiàn)象是鉆孔加工過程中比較普通存在的一種異?，F(xiàn)象，文章從理論與實驗兩方面對此現(xiàn)象進行了比較詳盡的闡述分析，然后由對這種現(xiàn)象的不重視導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踐的結(jié)合，積極處理發(fā)現(xiàn)的各種大小異常，為長期可靠穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量及更加輝煌的發(fā)展打下堅實的基礎。

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

[2] 紀龍江等. 420um以上超厚銅線路板鉆孔加工技術研究[C],2012春季國際PCB技術/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)大學出版社, 1997,4.

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