鋁基印制板機械加工方法及其改進探討

程金東

鋁基印制板具有絕緣性強、導熱性好等優點，但在應用方面一直存在機械加工問題。基于這種認識，本文對鋁基印制板機械加工方法展開了分析，并通過試驗提出了改進方法。從試驗結果來看，在主軸轉速為50krpm，刀具進給量為0.2m/min的情況下進行鋁基印制板機械加工，可以將毛刺長控制在0.1mm范圍內，印制板成型精度小于±0.05mm，可以滿足鋁基印制板機械加工要求。

金屬基印制板由于具有較好的散熱性能和機械性能，同時具有較高的熱穩定性和屏蔽性，所以在電子產品中得到了廣泛應用。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、價格低的優點，更能滿足電子產品的輕量化生產需求，因此應用范圍更廣。但就目前來看，鋁基印制板在機械加工方面仍然存在一些問題，所以還應加強方法的改進分析，才能獲得更大的發展空間。

1 鋁基印制板機械加工方法

鋁基印制板由鋁基、導熱絕緣層和銅箔構成，屬于復合材料板，分為單面、雙面、多層等類型。在機械加工方面，由于鋁基材料具有較大的發熱量，所以在銑邊、鉆孔等機械加工方面容易因金屬摩擦產熱，導致斷刀、毛刺的產生，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械加工方面，需要完成刀具的較好選擇。通常情況下，應采用直徑在2.36-3.175mm范圍內的銑刀，同時配備水溶性噴霧型Cutting Fluid。不同于常規的鉆銑刀，用于進行鋁基印制板機械加工的刀具應設有特殊排屑槽，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，結構硬度和剛性更高，可以抗腐蝕和磨損，切削力更小，并且具有較好的導熱性。所以選擇該種刀具進行鋁基印制板機械加工，可以降低刀具表面加工溫度。在加工過程中，轉速控制在18000-24000r/min之間，給進量每轉在0.038-0.0076mm之間，保持0.56-1m/min行進速度。通過保持一定的真空度，則能使刀具的使用壽命得到維護，同時使毛刺得以減小。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槽完成印制板機械加工。在實際加工時，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，需要將給進速度控制在3-7.6m/min之間，轉速在2500-600Or/min之間，同時使用水溶性Cutting Fluid。在V-Score深度達到余量在0.2-0.3mm的情況下，可以減少毛刺的產生。

2 鋁基印制板機械加工方法的改進分析

采用上述方法進行鋁基印制板機械加工，盡管能夠盡量減少毛刺的產生，并使刀具得到適當維護，但是實際印制板加工還會受到多重因素的影響，所以仍然容易出現刀具壽命減少等問題。因此，還要結合這些因素實現方法的改進，從而更好的滿足鋁基印制板的機械加工需求。

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，采用的加工設備能否保持較高的運動控制精度，將關系到印制板的加工精度。以往采用的設備主軸需要提供較高的扭矩，并在整個轉速范圍內保持扭矩恒定，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速的設定。在實現刀具合理選擇的基礎上，如果主軸轉速過低，將造成刀具切削力較弱，刀具排屑槽內將擁有大量切削堆積，造成毛刺迅速增加，甚至引發斷刀問題的發生。此外，采用冷卻液對刀具進行冷卻，還要進行加工轉速的合理設定，以免冷卻液影響成型。除了主軸轉速，刀具進給量也會給鋁基印制板機械加工產生影響，在進給速度較低的情況下，可以實現充分切削，只會產生少量毛刺。但實際上為提高加工效率，會提高進給速度，因此會造成毛刺增多，刀具壽命也會有所縮短。

2.2 鋁基印制板加工方法的改進

2.2.1 試驗條件

為對鋁基印制板加工方法進行改進，可以采用Φ2.0鋁基板專用銑刀對1.6mm鋁基板進行機械加工，銑邊長500mm。結合實際需求，通過實現主軸轉速和進給量優化，則能提高鋁基板機械加工性能。針對加工得到的試樣，還要利用高精密檢測設備“三維”放大銑邊毛刺，通過觀測毛刺長完成印制板機械加工性能的有效判斷。

2.2.2 改進方法

試驗采用的主軸轉速在10-60krpm范圍內，具體可以選擇40、45、50、56krpm這四個數值，進給量維持0.2m/min不變。從試驗結果來看，伴隨著主軸轉速的提高，毛刺長度不斷減小，由最大1.6mm減小至0.08mm。但是，在主軸轉速過高的情況下，主軸擁有較大負荷，刀具將持續升溫，無法實現高速切削。因此，還應將主軸轉速設定為50krpm。在維持主軸轉速不變的情況下，對進給量進行調整，分別在進給量為0.1、0.2、0.3、0.4m/min的條件下進行機械加工。從試驗結果來看，伴隨著進給量的增加，毛刺長不斷增加，由0.06mm提高至1.2mm。考慮到銑邊的穩定性，還應將刀具進給量設定為0.2m/min，

2.2.3 改進效果

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

通過研究可以發現，在鋁基印制板機械加工方面，需要認識到該種印制板加工的特殊性，在保證機械加工精度的基礎上，采取措施延長刀具使用壽命。采用傳統的機械加工方法，鋁基印制板在機械加工過程中依然會產生較多毛刺，導致刀具嚴重磨損。而通過調整主軸轉速和進給量，則能實現機械加工參數的優化，最終達到無毛刺加工和延長刀具壽命的目標。