微小孔加工技术现状及存在的问题

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目前，制造业中微小孔加工钻头的直径一般为φ100～φ300μm，刀具材料为超细晶粒硬质合金，WC粒径大致在90～1000nm左右。过去由于硬质合金韧性不足，钻头加工可靠性较差，现在这些缺陷已基本消除，工具的抗折断性能、刚性和耐磨性等均远比高速钢钻头优越。微型钻头主要用于印刷电路板、燃料喷嘴(内燃机)、化纤细丝喷嘴等的微小孔加工。被加工材料为GFRP、合金钢、不锈钢、特殊陶瓷等。

" X. V% Q' h! r趋势
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随着移动电话功能的增多，印刷电路板线路分布日益向密集方向发展，电路板的微孔直径也更加细小，加工难度进一步增大。内燃机燃料喷嘴的发展趋势也大致如此。化纤丝喷嘴的喷出孔最小直径约10μm，喷嘴材料为不锈钢，要求在不锈钢上加工出数百至数千个喷出孔，加工难度极大。

高精度制作微型钻头的技术要求很高，直径越小，制作越困难。目前，市场上可见到的硬质合金微型钻头中，经过研磨的麻花钻最小直径为φ30μm，扁钻为φ10μm。据报道，在研究室里采用电解磨削方式，可制作出φ5μm的极小直径钻头。
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工具材料

随着钻头最小直径的微细化，要求工具的抗弯强度、刚性、刃尖锋利度、硬度及断裂韧性均应较高，因此，工具厂商不断研究如何使硬质合金晶粒更加微细化，而且已取得可喜的成果。最近，佳友电工公司已开发出粒径为90nm的超细晶粒硬质合金，ァラィト材料公司宣布，他们已试制出粒径为60nm的高级超细晶粒硬质合金。
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- z: T0 Y7 _+ D7 ~. a$ Q8 l存在的问题
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目前市场上销售的φ100μm以下的微型钻头中，尺寸、形状的偏差极不均匀。例如，对市场上φ20μm的31支钻头进行测试的结果，直径的平均值为20.1μm，标准偏差1.5μm；芯厚平均值为6.3μm，标准偏差为1.7μm，偏差值明显偏大。当然制造出这样的钻头已经很不容易，但进一步缩小偏差值，仍是微孔加工需要解决的问题。

7 }" s' ^. s  ~/ @5 b' ~5 `超细晶粒硬质合金的机械性能
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) p5 f2 s* g& {- uWC粒径：300nm；硬度：1902Hv；纵弹性模量E：570GPa
WC粒径：90nm；硬度：2361Hv；纵弹性模量E：600GPa
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另外，在抑制加工孔出口处的毛刺方面，目前还没有非常理想的方法，特别是内燃机燃料喷嘴，要除去微孔出口处的毛刺极其困难，制造商只能在钻孔加工后，采用电解磨削方式，将孔出口处周围的毛刺去掉，否则将严重影响喷射效果。
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' [$ X3 j5 @6 \: S2 I( N( D6 I5 `今后的课题
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+ c: n8 d. `3 W* Y8 C$ G（1）进一步细化WC晶粒，以提高微型钻头的刚性、硬度和韧性。

4 f& A% d; ~, O: F# J- @（2）采用ELID磨削等新技术，使钻头表面达到镜面水平，从而使切削刃更加锋利，切削阻力进一步减小，工具寿命大幅度延长。

" f7 w! G( \: @2 o（3）采用超声波振动切削，提高加工效率。小孔加工，尤其是微孔加工，对钻头施以超声波振动，可减小切削力，实现高速回转，提高切削效率，并可取得排屑流畅和提高钻入处孔精度的良好效果。目前的超声波振动技术，尚不能很好满足微孔加工要求，今后应开发新型声波振动技术，并使之在微孔加工中得到广泛应用。

（4）抑制毛刺的产生。孔出口处的毛刺和交叉孔加工的毛刺均极难去除，必须对钻头形状加以更大改进和调整加工孔出口处的切削条件，才能有效抑制毛刺的产生。
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（5）开发减小钻头振动的夹持系统。钻头安装在机床主轴夹具上，应保证振摆精度在1μm以内。钻头直径越小，刚性越低，振摆失控将大幅度缩短工具寿命。因此，必须开发减振性能良好的夹具，将其与微型钻头相配合，以提高微小孔加工的精度和延长工具寿命。

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