由于复合材料基体和增强纤维的加工性质不同,机械钻削时基体树脂和纤维对轴向力的影响不同。Khashaba研究了基体和纤维的类型对轴向力和扭矩的影响,发现纤维束的形状对轴向力影响较明显,而基体树脂类型对轴向力影响不太大。
PCB复合材料微钻磨损包括化学磨损和摩擦磨损。化学磨损是由于PCB材料中释放出的高温分解产物对微钻材料WC-Co硬质合金中的Co粘结剂的化学侵蚀所造成的。在300℃左右,这种侵蚀反应已比较明显。而在钻进速度低于150mm/min时,化学磨损不再是磨损的主要形式,摩擦磨损成为磨损的主要形式。PCB微钻的磨损还与切削速度、进给量及钻头半径对纤维束宽度的比值有关。Inoue等人的研究表明:钻头半径对纤维束(玻璃纤维)宽度的比值对刀具寿命影响较大,比值越大,刀具切削纤维束宽度也越大,刀具磨损也随之增大。在实际应用中,新钻头钻达2500个孔需研磨,一次研磨钻头达2000个孔需再研磨,二次研磨钻头达1500个孔需再研磨,三次研磨钻头达1000个孔报废。
在PCB微孔加工过程中,轴向力和扭矩随着进给量和钻孔深度的增加而增大,其主要原因与排屑状态有关。随着钻孔深度的增加,切屑排出困难,在这种情况下,切削温度升高,树脂材料熔化并牢固地将玻璃纤维和铜箔碎片粘结,形成坚韧的切削体。这种切削体与PCB母体材料具有亲和性,一旦产生这种切削体,切屑的排出便停止,轴向力和扭矩急剧增大,从而造成微孔钻头的折断。PCB微孔钻头的折断形态有压曲折断、扭转折断和压曲扭转折断,一般多为两者并存。折断机理主要是切屑堵塞,它们是造成钻削扭矩增大的关键因素。减少轴向力和切削扭矩是减少微孔钻头折断的关键。
钻孔损坏形式有:分层、孔壁损坏、污斑、毛刺,以下为应对措施:
(1)分层
机械钻削GFRP(玻纤增强)层压板过程中可能会出现各种损坏,其中最严重的是层间分层,由此导致孔壁周围材料性能的急剧下降,钻尖施加的轴向力是产生分层的主要原因。分层可分为钻入分层和钻出分层。钻入分层是钻头切削刃与层板接触时,作用在圆周方向的切削力在轴线方向产生的旋切力通过钻头排削槽使层与层间脱离,在层板上表面形成分层区域;钻出分层是当钻头快接近层板底部时,由于未被切削材料的厚度越来越薄,抵抗变形的能力进一部降低,在载荷超过层板间的粘结力的地方,就出现了分层,而这在层板被钻通之前就发生了。轴向力是导致分层的主要原因,切削速度、基材和纤维束的类型对分层也有影响,环氧复合材料的钻人和钻出分层随钻削速度的增加减小,且钻出分层损坏程度要比钻人分层大。减少分层的主要措施有:采用变量进给技术、预置导向孔、使用垫板以及无支撑钻削时使用粘性阻尼器等。