印刷電路板定位安裝孔鉆削研究.pdf

1、隨著電子技術的發(fā)展，印制電路板(PCB)的應用越來越多，PCB的鉆孔加工量也隨之快速增長。常見的PCB板鉆孔加工包括微小孔(直徑0.3mm以下)和定位安裝孔(直徑2mm以上)加工。目前使用普通鉆頭加工定位安裝孔中存在排屑不暢、鉆頭磨損和燒傷嚴重等問題，而且隨著為了提高加工效率而提高轉速和進給速度，這些問題更趨嚴重。雖然電路板上定位安裝孔的數(shù)量遠遠小于微孔，但由于材料去除量大，鉆頭的消耗量同樣很大。
　　 本文從印刷電路板制造業(yè)對

2、PCB定位安裝孔鉆削加工技術的迫切實際需要出發(fā)，采用各種先進的數(shù)值仿真分析技術、材料微觀分析技術、高速攝影和紅外測溫法等多種測試分析手段，對高速鉆削PCB定位安裝孔的鉆屑形成機理、鉆削力、鉆削溫度、鉆頭磨損、孔加工質(zhì)量控制等，進行了深入的系統(tǒng)研究和分析；分析了鉆屑形成過程與鉆削力特征、鉆頭磨損和毛刺的關系，分析了鉆削加工中鉆削力、鉆削溫度的動態(tài)變化規(guī)律以及鉆頭磨損機理；建立了高速鉆削加工條件與印刷電路板鉆屑形態(tài)、鉆屑形成規(guī)律、已加工表面

3、質(zhì)量、鉆頭磨損的關系；建立了基于熱一力多物理場耦合理論的鉆削加工PCB板中銅箔材料表面創(chuàng)成過程模型并對加工過程的多種特征進行了仿真；最后，基于對鉆削過程及其主要特征的應用基礎理論研究，分析了鉆頭結構與鉆屑排屑的暢通關系，提出了改進鉆頭幾何參數(shù)的基本原則和方法，并經(jīng)過實際驗證獲得良好的加工效果。本文對PCB板高速鉆削加工進行的系統(tǒng)深入的理論和實驗研究，對于提高PCB孔加工理論、孔加工工藝技術和鉆削工具的水平，有重要的學術和應用價值。

4、>　　 本文主要研究結論如下：
　　 1.PCB安裝定位孔高速鉆削加工中產(chǎn)生的切屑是由銅屑、鋁蓋板屑和玻纖與樹脂鉆屑等不同PCB組分材料的切屑組成；因此，其呈不同的長度、厚薄和卷曲形態(tài)。銅箔鉆屑分為長帶狀銅屑、短帶狀銅屑和C型屑三類。玻璃纖維/樹脂鉆屑主要有小螺距的長錐螺旋扇面形、長螺距的短錐螺旋扇面形、扇面塊狀屑和連續(xù)帶狀。鉆屑擠過鉆頭的螺旋刃溝空間，盤旋而出，形成長短不同的帶狀鉆屑；鉆屑經(jīng)受不住劇烈的變形，首先在其內(nèi)緣的裂

5、口受張力而破裂，并迅速擴展而達到斷裂，成為斷裂單元屑(扇形屑，或C形屑)。鉆屑的形態(tài)與鉆削的鉆削用量、鉆頭幾何角度和鉆頭磨損等有密切關聯(lián)。
　　 2.鉆削PCB板時的不同組分材料表現(xiàn)出不同的鉆削力特征。鉆削上表層銅箔時由于疊加沖擊力，鉆削軸向力達到最大；鉆削玻纖與樹脂的軸向力較小，纖維互相交錯存在導致鉆削扭矩變化比較大。鉆屑的排屑方向也影響軸向力的大小，當鉆屑從上面排出時，和鉆屑從下部排出，軸向力和扭矩差別巨大，軸向力很大程度上

6、取決于排屑是否通暢。
　　 3.鉆削用量中對鉆削力影響最大的是進給速度，軸向力隨著進給速度的增大呈線性增長趨勢，而鉆頭直徑在大直徑尺度范圍內(nèi)(2-3mm)對軸向力的影響并不十分顯著。鉆頭幾何參數(shù)中，橫刃對軸向力影響最大，對扭矩的影響不是十分顯著，橫刃的減少可以有效地降低鉆孔的軸向阻力。頂角增加使軸向力增加，頂角影響排屑方向，但對扭矩影響不是十分顯著；對軸向力影響最小的是螺旋角。
　　 4.不同的印刷電路板材料，其力信號的

7、特征是不同的。針對不同的PCB板材，存在相應最小軸向力的最優(yōu)鉆頭幾何參數(shù)。鉆削無鹵素板時，螺旋角為15°時軸向力最大，而其它兩種板則在15°螺旋角時軸向力最?。豁斀菫?50°時三種板的軸向力均最小。獲得了加工FR4和HF板的鉆削軸向力經(jīng)驗公式。
　　 5.鉆頭與工件接觸面間的平均溫度在200℃左右；鉆削銅箔時的鉆削溫度最高為198.5℃，且明顯高于鉆削中間玻璃纖維樹脂層的鉆削溫度，隨著進給速度的增加，鉆削區(qū)溫度有下降的趨勢。鉆削

8、熱大部分是由鉆屑帶走。橫刃厚度和螺旋角的增加，導致鉆屑溫度提高；頂角減小，則鉆屑溫度降低。鉆削速度對鉆削溫度的影響大于進給速度的變化對鉆削溫度的影響。
　　 6.運用有限元數(shù)值計算技術建立了基于熱-力多物理場耦合理論的鉆削加工PCB板中銅箔材料表面創(chuàng)成過程模型；對鉆屑生成、鉆削力和鉆削溫度的仿真結果和PCB鉆孔實測結果基本吻合。
　　 7.高速鉆削PCB時硬質(zhì)合金鉆頭磨損經(jīng)歷初期磨損、正常磨損和劇烈磨損三個階段。硬質(zhì)合金

9、鉆頭磨損機理主要有磨粒磨損、粘附磨損、擠壓變形和微崩刃。后刀面磨損是穩(wěn)定磨損期的主要磨損形式。引起PCB鉆頭磨損的主要原因還是鉆頭在鉆削玻纖布時引起的磨粒磨損。各部分切刃的磨損形式有所不同，刀尖處和主切削刃存在磨粒磨損和粘結磨損：而橫刃處存在擠壓塑性變形。在正常磨損階段，隨著鉆孔數(shù)的增加，鉆頭后刀面磨損量基本呈線性上升。必須選擇合適的鉆削參數(shù)，才能減少鉆頭磨損，提高鉆頭的壽命。
　　 8.高速鉆削印刷電路板時毛刺屬于銅箔毛刺，在

10、一定范圍內(nèi)，進給速度與毛刺高度是正相關的，減小進給速度，有利于改善出口毛刺。橫刃對毛刺生成影響作用顯著，其次是頂角，螺旋角影響不大。減小進給速度，選擇較小的橫刃和頂角，保證刀具在正常磨損范圍內(nèi)使用，有利于改善出口毛刺。采用壓力腳和墊板，可以減小毛刺的高度。
　　 9.基于前面的應用基礎理論研究成果，提出了基于降低軸向力和改善鉆屑排屑暢通的鉆頭設計的基本原則；指出對于PCB板定位安裝孔的加工，磨制分屑槽和修磨橫刃長度，是使鉆屑排出