各种孔加工技术介绍

2.1 微型硬质合金整体钻头的发展 随着宇航、电子工业、轻工业及医疗器械的发展，促进了整体硬质合金小钻头 的发展。微孔钻削常要求具备高达(1～12)×104r/min 的转速。为了提高钻头刚性， 这种小钻头多采用韧性高、抗弯强度高的细颗粒的硬质合金材料制成。在结构上， 小于Ф1mm 的钻头常制成粗柄的，而直径稍大些的，则制成短型整体硬质合金钻头。 整体硬质合金小钻头使用时应注意消振、对中、排屑及冷却问题，一般应采用传感 器进行监控。 如美国麻省理工学院就研制了整体硬质合金小钻头的同位素监控方法。 日本东芝钨株式会社的小直径钻头分为 UH(Ф0.1～0.3mm)、RH(Ф0.3～ 1.65mm)、COS(Ф1～6mm)三种系列。苏联 BHNN 也研制了Ф0.4～2mm 的粗柄硬质合 金钻头，比同种规格的高速钢钻头寿命提高 100 倍。试验说明，用Ф0.8～8mm 的直 柄硬质合金钻头加工难加工材料和耐热合金材料，效果很好。美国 Amplx 公司发展 了电镀金刚石整体小钻头系列产品，可钻削Ф0.13～0.51mm 的小孔。据国外报导， 最小的整体硬质合金钻头直径为Ф0.02～0.03mm。 随着印刷电路板向小型、轻型、高密度和高可靠性的要求发展和其用量的日趋 扩大，孔的精度也越来越高，孔径越来越小，孔的分布密度越来越大，这样就给这 些印刷电路板的微孔加工带来各种困难。作为印刷电路板专用钻头，钻头的材料和 形状也要随印刷电路板的种类和孔的深度而改变，一般说来，纸、酚醛树脂印刷电 路板或玻璃纤维、环氧树脂印刷电路板切削性能较好，而表面附有铜层的材料对切 削性能影响较大。在多层板的情况下，印刷电路板内部有铜层，一般说来，表面铜 层的厚度为 18～35µm，内部铜层的厚度为 35～70µm。这种铜层对钻头的磨损和折损 有很大的影响，铜层越厚，钻头折损率就越高。因而加工多层板要比加工两面附铜 板的切削用量小，特别是钻头的直径越小时，为减少钻头的折损，常用改变钻芯厚 度和钻槽的比值来增加钻头的横截面积，以提高钻头的刚性。最近开发了新型的 MD 类硬质合金可以减小钻孔时的摩擦，即减少污斑现象，并具有良好的耐磨性和较长 的寿命，因此能适应印刷电路板的高速、高效生产的需要。 2.2 中等尺寸硬质合金钻头 2.2.1 三刃整体硬质合金钻头

三刃整体硬质合金钻头特点是： 比二刃钻头钻芯厚、强度高，从而补偿了硬质合金韧性差的弱点； 刀尖前端形成特殊形状，切削时可自动定心，故不需加工中心孔； 因刃多使每转进给量增大(切铝时可达 20m/min)，又可进行高速切削(切铝时最 高可达 1000m/min)，从而可大幅度缩短加工时间; 加工精度高，尺寸精度达 H9，位置精度为±0．011mm，粗糙度 Rz 为 20－25µm； 寿命长：加工合金钢、铸铁和铝合金可分别为 20m 和 80m; 重磨容易， 不需专门刃磨机。 这种钻头适于加工孔深为 3D～4D 的下列材料的孔： 低合金、钛合金、奥氏体锰钢、硬青铜、高硬度铸铁及硅铝合金等。加工奥氏体锰 钢及钛合金时，其切削速度可达 40m/min，加工铝合金切削速度为 130m/min。 这种钻头要求机床刚性好，尤其是机床主轴轴承精度和钻夹回转精度必须高。 因此，一般用于数控机床或加工中心等。德国 Bilz 公司、Hertel 公司、Guehring 公司和 ILIX 公司首先推出这种钻头，继之日本菱高精机株式会社也有产品问世。 Bilz 规格为Ф4～20mm,Hertel 称为 TF 钻头，规格为Ф3～20mm,Guehring 的 GS200 型规格为Ф3～20mm(分左右两种旋向),ILIX 的规格为Ф2～16mm。
图 6 四种中等尺寸硬质合金钻头

2.2.2 S 型硬质合金钻头 这种钻头瑞典 Sandvik 称为 Delta-C 钻头，直径为Ф3～12.7mm;日本井田株式 会社称为 Diget 钻头；德国 Hertel 称为 SE 钻头，直径范围为Ф3～20mm。这种钻头 的特点是经过修磨使得横刃缩短，轴向力减少 50％；钻芯附近前角为正值，因此切 削锋利;槽形为抛物线型,芯厚度大，刚性强；有两个喷油冷却孔，冷却条件好；圆 弧形切削刃和排屑槽形布置合理，便于切屑断裂成小块顺利排出。适于加工难加工 材料、高温合金、铬镍铁合金(Inconel 合金)材料等。一般常用钻孔深度为 3.5D。 这种钻头加工精度为 IT9，粗糙度为 Ra1～2μm。 使用时应保持钻头中心与机床主轴 同心度不得大于 0.03μm。由于速度比较高，产生热量大，应充分冷却。 2.2.3 强力硬质合金钻头 日本住友电气株式会社和三菱金属株式会社均生产这种钻头，前者称为マルチ 钻头，后者称为リツチカド钻头。规格为Ф4～18mm。分为标准型与短型两种。标准 型适于加工深度为 3D～4D 的孔，短型适于加工深度为 1.5D 的孔。该钻头可补充可 转位与焊接式钻头之间 µ 的空档代替高速钢麻花钻， 钻头强度取决于芯厚与沟背比。 标准麻花钻的芯厚为直径的 15%～23%，沟背比为(1～1.3):1，而强力钻头的芯厚为 直径的 30%，沟背比为 0.5：1，因此，使截面积增加了约 30%，抗弯强度、扭转强 度也相应地提高了约 2 倍。此外，由于控制横刃，钻头的横刃几乎为零，中心部分 有前角。为了进一步减少切削力，把切削刃做成圆弧刃，径向前角为正值，而扭矩 几乎不变。采用圆弧切削刃与钻头沟槽位置配合很好，使切屑成小圆弧形状，容易 折断，排屑流畅，但必须采用耐磨性和强度都比较高的硬质合金材料。这种钻头生 产率为高速钢麻花钻的 3～5 倍。直径越小，提高幅度越大，而直径小于Ф16mm 时， 效果更显著。但切削刃对称性应严格控制在 0.02mm，孔加工精度为:扩张量不大于 30µm，表面粗糙度对于钢和铸铁为 Ra25～40µm，寿命比高速钢钻头提高 10 倍。 2.2.4 无横刃焊接式硬质合金钻头 日本三菱金属株式会社、 歧阜金属株式会社生产这种被称为新钻尖钻头的产品， 规格为Ф9.5～30.5mm，用于加工孔深小于 5D 的孔。该钻头的特点是：轴向力小， 生产率为高速钢钻头的 5～10 倍，切削速度为高速钢的 6 倍，进给量为 1.5 倍，孔