微小孔加工技術(shù)現(xiàn)狀及存在的問題
發(fā)布時間：2018-01-19 08:40:44
目前，制造業(yè)中微小孔加工鉆頭的直徑一般為φ00～φ300μm，刀具材料為超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金，WC粒徑大致在90～000nm左右。過去由于硬質(zhì)合金韌性不足，鉆頭加工可靠性較差，現(xiàn)在這些缺陷已基本消除，工具的抗折斷性能、剛性和耐磨性等均遠(yuǎn)比高速鋼鉆頭優(yōu)越。微型鉆頭主要用于印刷電路板、燃料噴嘴(內(nèi)燃機(jī))、化纖細(xì)絲噴嘴等的微小孔加工。被加工材料為GFRP、合金鋼、不銹鋼、特殊陶瓷等。
趨勢
隨著移動電話功能的增多，印刷電路板線路分布日益向密集方向發(fā)展，電路板的微孔直徑也更加細(xì)小，加工難度進(jìn)一步增大。內(nèi)燃機(jī)燃料噴嘴的發(fā)展趨勢也大致如此?；w絲噴嘴的噴出孔小直徑約0μm，噴嘴材料為不銹鋼，要求在不銹鋼上加工出數(shù)百至數(shù)千個噴出孔，加工難度極大。
高精度制作微型鉆頭的技術(shù)要求很高，直徑越小，制作越困難。目前，市場上可見到的硬質(zhì)合金微型鉆頭中，經(jīng)過研磨的麻花鉆小直徑為φ30μm，扁鉆為φ0μm。據(jù)報道，在研究室里采用電解磨削方式，可制作出φ5μm的極小直徑鉆頭。
工具材料
隨著鉆頭小直徑的微細(xì)化，要求工具的抗彎強(qiáng)度、剛性、刃尖鋒利度、硬度及斷裂韌性均應(yīng)較高，因此，工具廠商不斷研究如何使硬質(zhì)合金晶粒更加微細(xì)化，而且已取得可喜的成果。
存在的問題
目前市場上銷售的φ00μm以下的微型鉆頭中，尺寸、形狀的偏差極不均勻。例如，對市場上φ20μm的3支鉆頭進(jìn)行測試的結(jié)果，直徑的平均值為20.μm，標(biāo)準(zhǔn)偏差.5μm；芯厚平均值為6.3μm，標(biāo)準(zhǔn)偏差為.7μm，偏差值明顯偏大。當(dāng)然制造出這樣的鉆頭已經(jīng)很不容易，但進(jìn)一步縮小偏差值，仍是微孔加工需要解決的問題。
超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的機(jī)械性能
WC粒徑：300nm；硬度：902Hv；縱彈性模量E：570GPa WC粒徑：90nm；硬度：236Hv；縱彈性模量E：600GPa
另外，在加工孔出口處的毛刺方面，目前還沒有非常理想的方法，特別是內(nèi)燃機(jī)燃料噴嘴，要除去微孔出口處的毛刺極其困難，制造商只能在鉆孔加工后，采用電解磨削方式，將孔出口處周圍的毛刺去掉，否則將嚴(yán)重影響效果。
今后發(fā)展方向
()進(jìn)一步細(xì)化WC晶粒，以提高微型鉆頭的剛性、硬度和韌性。
(2)采用ELID磨削等新技術(shù)，使鉆頭表面達(dá)到鏡面水平，從而使切削刃更加鋒利，切削阻力進(jìn)一步減小，工具壽命大幅度延長。
(3)采用超聲波振動切削，提高加工效率。小孔加工，尤其是微孔加工，對鉆頭施以超聲波振動，可減小切削力，實現(xiàn)高速回轉(zhuǎn)，提高切削效率，并可取得排屑流暢和提高鉆入處孔精度的良好效果。目前的超聲波振動技術(shù)，尚不能很好滿足微孔加工要求，今后應(yīng)開發(fā)新型聲波振動技術(shù)，并使之在微孔加工中得到廣泛應(yīng)用。
(4)毛刺的產(chǎn)生?？壮隹谔幍拿毯徒徊婵准庸さ拿叹鶚O難去除，必須對鉆頭形狀加以更大改進(jìn)和調(diào)整加工孔出口處的切削條件，才能有效毛刺的產(chǎn)生。
(5)開發(fā)減小鉆頭振動的夾持系統(tǒng)。鉆頭安裝在機(jī)床主軸夾具上，應(yīng)保證振擺精度在μm以內(nèi)。鉆頭直徑越小，剛性越低，振擺失控將大幅度縮短工具壽命。因此，必須開發(fā)減振性能良好的夾具，將其與微型鉆頭相配合，以提高微小孔加工的精度和延長工具壽命。
趨勢
隨著移動電話功能的增多，印刷電路板線路分布日益向密集方向發(fā)展，電路板的微孔直徑也更加細(xì)小，加工難度進(jìn)一步增大。內(nèi)燃機(jī)燃料噴嘴的發(fā)展趨勢也大致如此?；w絲噴嘴的噴出孔小直徑約0μm，噴嘴材料為不銹鋼，要求在不銹鋼上加工出數(shù)百至數(shù)千個噴出孔，加工難度極大。
高精度制作微型鉆頭的技術(shù)要求很高，直徑越小，制作越困難。目前，市場上可見到的硬質(zhì)合金微型鉆頭中，經(jīng)過研磨的麻花鉆小直徑為φ30μm，扁鉆為φ0μm。據(jù)報道，在研究室里采用電解磨削方式，可制作出φ5μm的極小直徑鉆頭。
工具材料
隨著鉆頭小直徑的微細(xì)化，要求工具的抗彎強(qiáng)度、剛性、刃尖鋒利度、硬度及斷裂韌性均應(yīng)較高，因此，工具廠商不斷研究如何使硬質(zhì)合金晶粒更加微細(xì)化，而且已取得可喜的成果。
存在的問題
目前市場上銷售的φ00μm以下的微型鉆頭中，尺寸、形狀的偏差極不均勻。例如，對市場上φ20μm的3支鉆頭進(jìn)行測試的結(jié)果，直徑的平均值為20.μm，標(biāo)準(zhǔn)偏差.5μm；芯厚平均值為6.3μm，標(biāo)準(zhǔn)偏差為.7μm，偏差值明顯偏大。當(dāng)然制造出這樣的鉆頭已經(jīng)很不容易，但進(jìn)一步縮小偏差值，仍是微孔加工需要解決的問題。
超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的機(jī)械性能
WC粒徑：300nm；硬度：902Hv；縱彈性模量E：570GPa WC粒徑：90nm；硬度：236Hv；縱彈性模量E：600GPa
另外，在加工孔出口處的毛刺方面，目前還沒有非常理想的方法，特別是內(nèi)燃機(jī)燃料噴嘴，要除去微孔出口處的毛刺極其困難，制造商只能在鉆孔加工后，采用電解磨削方式，將孔出口處周圍的毛刺去掉，否則將嚴(yán)重影響效果。
今后發(fā)展方向
()進(jìn)一步細(xì)化WC晶粒，以提高微型鉆頭的剛性、硬度和韌性。
(2)采用ELID磨削等新技術(shù)，使鉆頭表面達(dá)到鏡面水平，從而使切削刃更加鋒利，切削阻力進(jìn)一步減小，工具壽命大幅度延長。
(3)采用超聲波振動切削，提高加工效率。小孔加工，尤其是微孔加工，對鉆頭施以超聲波振動，可減小切削力，實現(xiàn)高速回轉(zhuǎn)，提高切削效率，并可取得排屑流暢和提高鉆入處孔精度的良好效果。目前的超聲波振動技術(shù)，尚不能很好滿足微孔加工要求，今后應(yīng)開發(fā)新型聲波振動技術(shù)，并使之在微孔加工中得到廣泛應(yīng)用。
(4)毛刺的產(chǎn)生?？壮隹谔幍拿毯徒徊婵准庸さ拿叹鶚O難去除，必須對鉆頭形狀加以更大改進(jìn)和調(diào)整加工孔出口處的切削條件，才能有效毛刺的產(chǎn)生。
(5)開發(fā)減小鉆頭振動的夾持系統(tǒng)。鉆頭安裝在機(jī)床主軸夾具上，應(yīng)保證振擺精度在μm以內(nèi)。鉆頭直徑越小，剛性越低，振擺失控將大幅度縮短工具壽命。因此，必須開發(fā)減振性能良好的夾具，將其與微型鉆頭相配合，以提高微小孔加工的精度和延長工具壽命。