PCB微鉆頭刃粗磨加工效率的提升研究

陳 振 譚芒飛 陳漢泉

（南陽(yáng)鼎泰高科有限公司，廣東 東莞 523000）

0 前言

目前全球印制電路板（PCB）市場(chǎng)保持穩(wěn)定增長(zhǎng)，隨著PCB產(chǎn)量不斷的提升，PCB鉆頭的產(chǎn)量也在蓬勃發(fā)展，中國(guó)市場(chǎng)的PCB鉆頭使用量約8億支/年。

PCB鉆頭行業(yè)內(nèi)，加工工藝大多為鎢鋼+不銹鋼焊接工藝，導(dǎo)致PCB鉆頭刃粗磨（同時(shí)加工鎢鋼刃部及不銹鋼把柄脖子）時(shí)出現(xiàn)加工難題，砂輪磨削不銹鋼部分容易變形，究其原因在于目前PCB鉆針加工行業(yè)刃粗磨用的金剛石砂輪在加工刃部鎢鋼時(shí)存在優(yōu)勢(shì)，但其加工柄部脖子處不銹鋼時(shí)表現(xiàn)較差，容易導(dǎo)致砂變，造成產(chǎn)品外觀異常，PCB鉆頭刃粗磨工序受限于砂輪品質(zhì)，無(wú)法提升制程加工效率。本文主要對(duì)PCB鉆孔用鉆頭刃粗磨磨削工藝進(jìn)行研究，從磨削砂輪、減速機(jī)兩個(gè)方面入手，研究出最優(yōu)搭配方式，提升刃粗磨磨削工藝效率、良率，為PCB鉆頭刃粗磨加工工藝提供參考。

1 磨削實(shí)驗(yàn)

1.1 材料及儀器

材料：磨削實(shí)驗(yàn)所用鉆頭為本公司自制樣品，樣品為待磨削鎢鋼刃部及不銹鋼把柄脖子半成品；磨削用砂輪為金剛石砂輪、CBN砂輪、CBN+金剛石復(fù)合砂輪；磨削速度控制器為30 K減速機(jī)、50 K減速機(jī)、70 K減速機(jī)。

儀器：磨削設(shè)備為滾磨機(jī)、鎢鋼刃部尺寸檢測(cè)設(shè)備為宏友立式激光機(jī)，不銹鋼把柄脖子外觀檢測(cè)設(shè)備為立體顯微鏡。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 磨削工藝設(shè)計(jì)方案

在磨削過(guò)程中，磨削砂輪的磨削力以及磨削速度對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)、效能起到至關(guān)重要的作用，其中砂輪的磨削力由選用砂輪種類(lèi)來(lái)決定，磨削速度由一度盤(pán)減速器來(lái)控制。為了優(yōu)化PCB鉆頭鎢鋼刃部及不銹鋼柄部同時(shí)磨削加工工藝，提升產(chǎn)品品質(zhì)及效能，本實(shí)驗(yàn)在前期多次實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了如表1所示兩因素三水平正交實(shí)驗(yàn)表, 另各方案砂輪與PCB鉆頭磨削狀態(tài)如圖1。

表1 實(shí)驗(yàn)因素及水平

圖1 鉆頭磨削用不同砂輪狀態(tài)

1.3 測(cè)試數(shù)據(jù)

（1）PCB鉆頭頭部直徑Cpk；

（2）PCB鉆頭頭部同心度Cpk；

（3）砂輪修整后單次可加工量；

（4）單班加工數(shù)量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1）PCB鉆頭頭部直徑Cpk（見(jiàn)圖2）。

圖2 PCB鉆頭頭部直徑CPK

（2）PCB鉆頭頭部同心度Cpk（見(jiàn)圖3）。

（3）砂輪修整后單次可加工量（見(jiàn)圖4）

（4）單班產(chǎn)出數(shù)量（見(jiàn)圖5）

圖3 PCB鉆頭頭部同心度CPK

圖4 砂輪單次修整后可加工數(shù)量

圖5 單班產(chǎn)出數(shù)量

3 影響刃粗磨加工的因素

3.1 砂輪

砂輪會(huì)直接影響鉆頭磨削加工的品質(zhì)及效率，砂輪由磨料和結(jié)合劑結(jié)合在一起的具有切削作用的刃具，它主要性能由內(nèi)部磨料及填料配方來(lái)決定。砂輪磨鈍的原因是砂輪表面被磨屑堵塞氣孔或被磨屑粘崁和磨料脫落失去原有的幾何形狀，使刃口變鈍。

目前PCB鉆頭行業(yè)磨削主要用的是金剛石砂輪，但被加工件包含鎢鋼和不銹鋼兩種材質(zhì)，因此金剛石砂輪在磨削過(guò)程中因同時(shí)加工兩種材質(zhì)，導(dǎo)致砂輪磨損、砂變較快，從而導(dǎo)致砂輪修整頻次提高，并且存在不銹鋼把柄脖子變形的風(fēng)險(xiǎn)。金剛石砂輪主要應(yīng)用在磨削鎢鋼棒料上，在加工鎢鋼刃部時(shí)，表現(xiàn)較穩(wěn)定。CBN砂輪主要應(yīng)用在磨削不銹鋼上，在加工不銹鋼把柄時(shí)表現(xiàn)較穩(wěn)定，但將上述兩種砂輪應(yīng)用在我司粗磨磨削工序，同時(shí)磨削鎢鋼和不銹鋼，表現(xiàn)較差。本次測(cè)試通過(guò)與志研磨具磨料公司合作，根據(jù)我司半成品規(guī)格，開(kāi)發(fā)CBN+金剛石復(fù)合砂輪，應(yīng)用于PCB鉆針粗磨磨削工序，該砂輪的優(yōu)點(diǎn)在于CBN磨料部分加工PCB鉆頭把柄脖子不銹鋼部分，金剛石磨料用來(lái)加工PCB鉆頭刃徑鎢鋼部分，可以將砂輪磨料的性能發(fā)揮到最優(yōu)，減少砂輪修整頻次，提升產(chǎn)品加工效率，同時(shí)保證了產(chǎn)品外觀。

3.2 減速機(jī)

PCB鉆頭在粗磨磨削的過(guò)程中，減速機(jī)也起到了至關(guān)重要的作用。減速機(jī)主要通過(guò)控制物料旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的速度來(lái)控制磨削加工速度。當(dāng)使用30 K減速機(jī)時(shí)，物料加工速度快，砂輪磨損較快，產(chǎn)品不銹鋼把柄脖子處容易出現(xiàn)碎平面，刃部尺寸表現(xiàn)不穩(wěn)定，不滿足制程要求。當(dāng)使用50 K減速機(jī)時(shí)，物料加工速度適中，產(chǎn)品外觀滿足制程要求，無(wú)平面、無(wú)脖傷，尺寸表現(xiàn)穩(wěn)定。當(dāng)使用70 K減速機(jī)時(shí)，產(chǎn)品品質(zhì)表現(xiàn)最優(yōu)，但磨削效率低下，相對(duì)于50 K減速機(jī)，單班加工產(chǎn)品數(shù)量減少40%，不滿足制程加工效率，未達(dá)到高效能的目標(biāo)。

4 結(jié)論

通過(guò)PCB鉆頭刃粗磨磨削效率提升工藝實(shí)驗(yàn)與研究，得出如下結(jié)論：我司在PCB鉆頭粗磨工序采用CBN+金剛石復(fù)合砂輪配合50 K減速機(jī)加工工藝，在滿足產(chǎn)品尺寸外觀的前提下，砂輪修整頻次由現(xiàn)有的5000 PCS/次降低為17000 PCS/次，單班加工產(chǎn)品由6000支提升為12000支，制程加工效率提升100%，大幅降低了PCB鉆頭的生產(chǎn)成本，為PCB鉆頭刃粗磨加工工藝指明了方向。