鋁基印制板機(jī)械加工方法及其改進(jìn)探討

程金東

鋁基印制板具有絕緣性強(qiáng)、導(dǎo)熱性好等優(yōu)點(diǎn)，但在應(yīng)用方面一直存在機(jī)械加工問題?；谶@種認(rèn)識(shí)，本文對(duì)鋁基印制板機(jī)械加工方法展開了分析，并通過試驗(yàn)提出了改進(jìn)方法。從試驗(yàn)結(jié)果來看，在主軸轉(zhuǎn)速為50krpm，刀具進(jìn)給量為0.2m/min的情況下進(jìn)行鋁基印制板機(jī)械加工，可以將毛刺長(zhǎng)控制在0.1mm范圍內(nèi)，印制板成型精度小于±0.05mm，可以滿足鋁基印制板機(jī)械加工要求。

金屬基印制板由于具有較好的散熱性能和機(jī)械性能，同時(shí)具有較高的熱穩(wěn)定性和屏蔽性，所以在電子產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用。而相較于其他類型的金屬基印制板，鋁基印制板具有密度小、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，更能滿足電子產(chǎn)品的輕量化生產(chǎn)需求，因此應(yīng)用范圍更廣。但就目前來看，鋁基印制板在機(jī)械加工方面仍然存在一些問題，所以還應(yīng)加強(qiáng)方法的改進(jìn)分析，才能獲得更大的發(fā)展空間。

1 鋁基印制板機(jī)械加工方法

鋁基印制板由鋁基、導(dǎo)熱絕緣層和銅箔構(gòu)成，屬于復(fù)合材料板，分為單面、雙面、多層等類型。在機(jī)械加工方面，由于鋁基材料具有較大的發(fā)熱量，所以在銑邊、鉆孔等機(jī)械加工方面容易因金屬摩擦產(chǎn)熱，導(dǎo)致斷刀、毛刺的產(chǎn)生，給鋁基印制板加工效果帶來較大影響。因此在鋁基印制板機(jī)械加工方面，需要完成刀具的較好選擇。通常情況下，應(yīng)采用直徑在2.36-3.175mm范圍內(nèi)的銑刀，同時(shí)配備水溶性噴霧型Cutting Fluid。不同于常規(guī)的鉆銑刀，用于進(jìn)行鋁基印制板機(jī)械加工的刀具應(yīng)設(shè)有特殊排屑槽，刀尖面平整無缺口。相較于鎢鋼刀和PCD刀，金剛石單晶刀擁有更好的平面光滑度，結(jié)構(gòu)硬度和剛性更高，可以抗腐蝕和磨損，切削力更小，并且具有較好的導(dǎo)熱性。所以選擇該種刀具進(jìn)行鋁基印制板機(jī)械加工，可以降低刀具表面加工溫度。在加工過程中，轉(zhuǎn)速控制在18000-24000r/min之間，給進(jìn)量每轉(zhuǎn)在0.038-0.0076mm之間，保持0.56-1m/min行進(jìn)速度。通過保持一定的真空度，則能使刀具的使用壽命得到維護(hù)，同時(shí)使毛刺得以減小。鋁基印制板最終成品為方形，無圓角的情況下需要通過切斷V槽完成印制板機(jī)械加工。在實(shí)際加工時(shí)，需要選擇金剛石或碳化物刀刃，如采用帶有24-56牙碳化鐵涂層的氧化鋯刀刃。加工過程中，需要將給進(jìn)速度控制在3-7.6m/min之間，轉(zhuǎn)速在2500-600Or/min之間，同時(shí)使用水溶性Cutting Fluid。在V-Score深度達(dá)到余量在0.2-0.3mm的情況下，可以減少毛刺的產(chǎn)生。

2 鋁基印制板機(jī)械加工方法的改進(jìn)分析

采用上述方法進(jìn)行鋁基印制板機(jī)械加工，盡管能夠盡量減少毛刺的產(chǎn)生，并使刀具得到適當(dāng)維護(hù)，但是實(shí)際印制板加工還會(huì)受到多重因素的影響，所以仍然容易出現(xiàn)刀具壽命減少等問題。因此，還要結(jié)合這些因素實(shí)現(xiàn)方法的改進(jìn)，從而更好的滿足鋁基印制板的機(jī)械加工需求。

2.1 影響鋁基印制板加工的因素

在鋁基印制板切削加工方面，采用的加工設(shè)備能否保持較高的運(yùn)動(dòng)控制精度，將關(guān)系到印制板的加工精度。以往采用的設(shè)備主軸需要提供較高的扭矩，并在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持扭矩恒定，所以能夠保證加工精度。而選擇的刀具不同，還要完成不同主軸轉(zhuǎn)速的設(shè)定。在實(shí)現(xiàn)刀具合理選擇的基礎(chǔ)上，如果主軸轉(zhuǎn)速過低，將造成刀具切削力較弱，刀具排屑槽內(nèi)將擁有大量切削堆積，造成毛刺迅速增加，甚至引發(fā)斷刀問題的發(fā)生。此外，采用冷卻液對(duì)刀具進(jìn)行冷卻，還要進(jìn)行加工轉(zhuǎn)速的合理設(shè)定，以免冷卻液影響成型。除了主軸轉(zhuǎn)速，刀具進(jìn)給量也會(huì)給鋁基印制板機(jī)械加工產(chǎn)生影響，在進(jìn)給速度較低的情況下，可以實(shí)現(xiàn)充分切削，只會(huì)產(chǎn)生少量毛刺。但實(shí)際上為提高加工效率，會(huì)提高進(jìn)給速度，因此會(huì)造成毛刺增多，刀具壽命也會(huì)有所縮短。

2.2 鋁基印制板加工方法的改進(jìn)

2.2.1 試驗(yàn)條件

為對(duì)鋁基印制板加工方法進(jìn)行改進(jìn)，可以采用Φ2.0鋁基板專用銑刀對(duì)1.6mm鋁基板進(jìn)行機(jī)械加工，銑邊長(zhǎng)500mm。結(jié)合實(shí)際需求，通過實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量?jī)?yōu)化，則能提高鋁基板機(jī)械加工性能。針對(duì)加工得到的試樣，還要利用高精密檢測(cè)設(shè)備“三維”放大銑邊毛刺，通過觀測(cè)毛刺長(zhǎng)完成印制板機(jī)械加工性能的有效判斷。

2.2.2 改進(jìn)方法

試驗(yàn)采用的主軸轉(zhuǎn)速在10-60krpm范圍內(nèi)，具體可以選擇40、45、50、56krpm這四個(gè)數(shù)值，進(jìn)給量維持0.2m/min不變。從試驗(yàn)結(jié)果來看，伴隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，毛刺長(zhǎng)度不斷減小，由最大1.6mm減小至0.08mm。但是，在主軸轉(zhuǎn)速過高的情況下，主軸擁有較大負(fù)荷，刀具將持續(xù)升溫，無法實(shí)現(xiàn)高速切削。因此，還應(yīng)將主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定為50krpm。在維持主軸轉(zhuǎn)速不變的情況下，對(duì)進(jìn)給量進(jìn)行調(diào)整，分別在進(jìn)給量為0.1、0.2、0.3、0.4m/min的條件下進(jìn)行機(jī)械加工。從試驗(yàn)結(jié)果來看，伴隨著進(jìn)給量的增加，毛刺長(zhǎng)不斷增加，由0.06mm提高至1.2mm?？紤]到銑邊的穩(wěn)定性，還應(yīng)將刀具進(jìn)給量設(shè)定為0.2m/min，

2.2.3 改進(jìn)效果

按照優(yōu)化得到的參數(shù)進(jìn)行鋁基印制板加工，即在主軸轉(zhuǎn)速為50krpm，刀具進(jìn)給量為0.2m/min的情況下進(jìn)行加工，可以將毛刺長(zhǎng)控制在0.1mm范圍內(nèi)，而成型精度則不超出士0.05mm，因此能夠滿足鋁基印制板機(jī)械加工要求。采用該措施，可以在保持機(jī)械加工效率和質(zhì)量的同時(shí)，減少刀具的磨損，繼而使刀具的使用壽命得到延長(zhǎng)。

通過研究可以發(fā)現(xiàn)，在鋁基印制板機(jī)械加工方面，需要認(rèn)識(shí)到該種印制板加工的特殊性，在保證機(jī)械加工精度的基礎(chǔ)上，采取措施延長(zhǎng)刀具使用壽命。采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法，鋁基印制板在機(jī)械加工過程中依然會(huì)產(chǎn)生較多毛刺，導(dǎo)致刀具嚴(yán)重磨損。而通過調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量，則能實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工參數(shù)的優(yōu)化，最終達(dá)到無毛刺加工和延長(zhǎng)刀具壽命的目標(biāo)。