论文摘要
印刷电路板（PCB, Printed Circuit Board）关键互连件,几乎出现在每一种电子设备中。印刷电路板支撑孔一般为大孔,直径大于2 mm,其孔壁无铜,主要用来固定板卡,包括安装孔和定位孔等。PCB是由树脂、玻璃纤维及铜箔等所构成的难加工复合材料,材料各向异性明显。PCB支撑孔钻削过程中的切削力大,排屑困难,钻头易磨损等问题严重的制约了企业生产效率的提高。本文以PCB支撑孔用钻头为研究对象,以普通FR-4板和环保型无卤素板（HF板）作为加工材料,利用高速摄影仪对钻孔的形成过程进行详细的研究,分析切屑形成过程和排屑过程；分析了加工工艺参数（主轴转速和进给速度）对切削力、切屑形态和钻头磨损的影响关系,对切削参数进行了优选；研究了不同结构钻头的切削性能,分析了提高钻头切削性能的一般原则,设计了几种新型钻头结构,并对优选出的新型钻头进行了实验验证,达到良好的切削性能。得出论文主要结论如下：（1）PCB支撑孔用钻头切削性能评价主要包括：钻头排屑的难易程度、钻削力的大小和钻头磨损。（2）钻头排屑性能方面：铝盖板和铜箔为塑性金属材料,受到切削刃和前刀面的挤压刮削作用发生塑性剪切滑移变形。而树脂纤维以脆性断裂的形式被切除；由于切屑内外表面的应力不一样,以及切削刃上各点的切削速度梯度较大,内外缘的前角变化很大,引起切屑侧卷；钻削环氧树脂玻璃纤维布的切屑可以分为：螺旋状切屑,扇面切屑,平带状切屑；优化钻头结构和钻削参数可以减少切屑的侧卷和切屑的大小,提高排屑的通畅性。（3）钻削力方面：加工印刷电路板的过程中,轴向力和扭矩的基本特征与印刷电路板的结构有密切的关系。轴向力在钻头接触上层铜箔和下层铜箔时各出现一个峰值,并且第一个峰值比第二个峰值大。而扭矩波形则出现较大的波动。轴向力随主轴转速的增大而减小,随进给速度的增大而增大。主轴转速增大,扭矩在一个范围内波动变化。进给速度增大,扭矩有增大的趋势。加工环保HF板的轴向力和扭矩比加工普通FR-4板的轴向力和扭矩大。钻头结构是影响轴向力和扭矩的重要因素。修短横刃可以显著减小钻削轴向力。扭矩比轴向力小很多,应以轴向力作为评价PCB钻头切削性能和工艺参数优选的重要指标。通过正交实验优化,获得了以最小切削力为优化目标同时兼顾提高加效率的工艺参数。用多元线性回归的方法建立了轴向力和扭矩的经验公式。（4）钻头的磨损方面：钻头的磨损形式主要是发生在横刃的前刀面磨损、主切削刃后刀面磨损和主切削刃外缘转点的刃尖磨损；开分屑槽,使排屑顺畅,带走大部分热量,延长了钻头寿命；钻头磨损量随主轴转速的增大而增大,随进给速度的增大而减小；钻削HF板时的钻头磨损比钻削普通FR-4板时严重,钻削环保HF板时,主轴转速应比加工普通FR-4板时有所提高。（5）新型钻头设计方面：通过修短横刃,开分屑槽可以显著提高钻头的切削性能。分屑槽的个数,尺寸和形状的选择应合理。建立了基于Pro/E的新型双分屑槽钻头三维模型,优选出切削性能优良的新型钻头,通过对比验证实验,表明该钻头的分屑效果得到进一步改善,钻头寿命比标准钻头有较大提高。