正交法优化钻孔参数

正交法优化钻孔参数 2009-2-20 15:49:16 资料来源:PCBcity 作者: 黄坤平 摘 要 | 通过正交试验优化了机械钻孔的工艺参数，降低了孔壁粗糙度，提高了PCB钻孔质量和钻咀使用寿命，降低了生产成本。 关键词 | 正交试验，机械钻孔，工艺参数，孔壁粗糙度 前言 伴随电子产品的微型化和多功能化要求，客户对PCB提出了更高的要求，增加了PCB的加工难度，要求我们必须不断地提升生产工艺，以满足客户的要求。同时，欧盟ROHS指令的生效，推动着无卤板材的使用。而无卤板材具有硬度高，脆性大等特性，在钻孔时表现为断刀率高、孔壁质量下降等缺陷。再者，板材的多样化(如聚四氟乙烯、陶瓷等高频板材的使用比例上升)、孔径的微小密集化，使钻头磨损更快，孔壁粗糙度控制更加困难，这要求我们对PCB的钻孔 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 进行工艺上的优化和提升，以满足生产要求，提高产品质量。 一、孔壁粗糙度试验 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 及试验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 (1) 影响钻孔的因素 在FR4板材的机械钻孔过程中，钻头的磨损是造成孔壁粗糙的根本原因。如果钻孔粗糙度很大，则反映了钻头磨损过度，其结果将导致钻咀寿命的缩短。 影响孔壁粗糙度的因素有很多，如主轴偏转过大、加工参数组合不适宜(钻机转速、进刀速率、主轴上升速度)、所用钻咀的翻磨次数过多等。在众多的影响因素当中，钻孔参数不适宜时，随着钻咀寿命的缩短，其孔壁粗糙度越来越大是一种必然现象;钻咀翻磨后，钻头表面涂覆层会被彻底磨掉，降低了钻咀的各种技术指标，因此，翻磨后的钻咀性能明显降低，同等寿命条件下钻出来的孔，随着翻磨次数的增加、孔壁粗糙度肯定会增大。所以，考虑了钻孔的成本和钻机本身性能等原因外，我认为可改进钻孔加工参数组合来提高钻孔质 量，控制孔壁粗糙度，找出较佳钻孔参数组合，降低钻孔时钻咀的磨损，从而降低孔壁粗糙度、提高钻咀寿命，达到节约成本的目的。 (2) 试验方案的选择 我们公司的钻孔参数是从新钻机供应商提供的参数试钻板和根据综合经验这两方面得来的。而且对于某一直径的钻咀，钻某种板时其参数不是固定的值，而是一个范围值。例如， -681AS)为例，直径Φ0.50mm的钻咀、其钻机转速为86~95千转/ min、以万达钻机(型号MT 进刀速率为3.5~6.0m/min、主轴上升速度为15~20m/ min。虽然公司 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 钻FR4板材时，上述三种参数均走中间值，但从实际钻板的情况来看，该中间值并不是此类钻机的最佳参数值，钻出来的孔壁质量也不是很尽人意，钻头两个面和刃角磨损速度非常快。 每一种型号的钻机因为性能的不同，对于不同的板材，其钻孔参数也不相同。性能比较好的主轴，其主轴转速比较高，进刀速率和上升速度都比较快。所以，每一款钻机都有其相应的钻孔参数，即对于不同板材有其最佳的钻孔参数组合。但是，单凭我们每天的钻孔操作实践经验，是不能得出钻机的最佳参数组合的。如果你对钻机的各种性能非常熟悉，或许可以总结出一组适合的钻孔参数范围值。但为了得到较好的孔壁质量，我们需要通过科学的方法，再经过实验来对我们的经验参数进行筛选，从而得出该款机型钻某一直径的钻咀的最佳钻孔参数组合。同时，要得出最佳钻孔参数，不是一两个实验就可以得出结果来的，因为影响孔壁质量的因素很多，有些因素单独起作用(如钻咀寿命)，有些因素则互相制约、联合起作用(如主轴转速和进刀速度)。逐个比较的话安排起试验来不仅次数多，也没有必要，因此，我采用正交试验法来优化我们现行的钻孔参数。 在众多直径的钻咀中，Φ0.50mm~Φ1.00mm是最常用的钻咀，其要钻的孔数也比较多，而Φ0.30mm左右直径的孔现在因为电子产业的发展，一直呈上升趋势。所以，这次选择Φ0.30mm、Φ0.50mm、Φ1.00mm三种钻咀的数据来作为优化效果的陈述。 (3) 试验步骤(见图1) 二、正交试验数据及 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 对钻孔质量影响最大的是钻机转速、进刀速率、主轴上升速度三个因素。所以，我们选用三因素三水平的L9正交表。因为钻咀寿命相邻的几个孔，在钻孔条件相同时，其孔壁粗糙度基本是相同的，因此，为了减少磨切片读取孔壁最大粗糙度的误差，使试验结果更接近真实值。正交分析的结果，采用钻咀最后设定寿命的几个孔的平均最大粗糙度值来分析我们的结果。 (1) 试验钻咀直径(D)为Φ0.30mm A、需优化试验参数(现行钻孔参数)和试验条件: 试验钻机:深圳万达，型号MT681AS，六主轴; 板材:FR4 KB料，板材厚度为1.6mm，底铜厚度为H/HOZ; 钻孔参数;钻机转速:100~105千转/ min;进刀速率:1.0~1.5m/ min; 主轴上升速度:10~15m/ min; 叠板厚度:2PNL一叠，总钻孔厚度为3.2mm; 使用M1(翻磨一次)钻咀，钻咀寿命设定为1600N，冲取底板的第1598~1600N; 三个孔或1599~1600N两个孔做切片分析孔壁粗糙度。 B、Φ0.30mm钻咀的正交试验表1、附表1。 C、 Φ0.30mm钻咀正交试验分析 由极差的大小可以看出因素“进刀”对直径为Φ0.3mm的钻咀孔内质量影响最大，其孔壁粗糙度可以差到3.97um;而因素“钻机主轴转速”对直径为Φ0.3mm的钻咀孔内质量影响最小，孔壁粗糙度极差仅为0.77um;因素“主轴上升”速度居中，但从数据上看影响还 是比较大的，孔壁粗糙度极差为2.10um。这样，对于直径为Φ0.3mm的钻咀。 我们就可以初步得出以下结论: 1. 进刀对孔壁粗糙度的影响最大，其次为主轴上升速度，影响最小的是钻机转速; 对于直径为Φ0.3mm的钻咀，优化后参数组合为钻机转速100千转/min;进刀速率 2. 以2.0m/min最好;主轴上升速度为12.5m/min。 (3) 试验钻咀直径(D)为Φ1.0mm A、需优化试验参数(现行钻孔参数)和试验条件: 试验钻机:深圳万达，型号MT681AS，六主轴; 板材:FR4 KB料，板材厚度为1.6mm，底铜厚度为H/ HOZ; 钻孔参数:钻机转速:52~60千转/min;进刀速率:4.0~6.0m/ min; 主轴上升速度:18~21m/ min; 叠板厚度:4PNL一叠，总钻孔厚度为6.4mm; 使用M1(翻磨一次)钻咀，钻咀寿命设定为1600N，冲取底板的第1598~1600N三个孔或1599~1600N两个孔做切片分析孔壁粗糙度。 B、Φ1.00mm钻咀的正交试验表3、附表3。 C、Φ1.00mm钻咀正交试验分析:对于直径为Φ1.00mm的钻咀。 我们就可以初步得出以下结论: 1. 主轴上升速度对孔壁粗糙度的影响最大，其次为钻机转速，影响最小的是进刀速率; 2. 对于直径为Φ1.00mm 的钻咀，钻机转速可以选择60千转/min;进刀速率以4.0 m/min最好;主轴上升速度为19.5m/min。 三、优化数据的验证 经过正交试验，我们取得了初步的优化数据，但这些数据是不是对我们的钻孔质量真的有帮助，这就需要我们去验证。我们用优化出来的参数，在其它钻孔条件不变的情况下，每种直径的钻咀做6组优化验证实验，然后把得出的孔壁质量与优化前孔壁质量进行对比，从而判断优化效果。 (1) Φ0.30mm钻咀优化参数验证(见试验附表4) A、钻孔条件: 试验钻机:深圳万达，型号MT681AS，六主轴; 板材:FR4 KB料，板材厚度为1.6mm，底铜厚度为H/ HOZ; 钻孔优化参数:钻机转速:100千转/min;进刀速率:2.0m/min; 主轴上升速度:12.5m/ min; 叠板厚度:2PNL一叠，总钻孔厚度为3.2mm; 钻咀，钻咀寿命设定为1600N，冲取底板的第1600N孔做切片分析孔 使用M1(翻磨一次) 壁粗糙度。 B、在没有优化之前，直径Φ0.30mm的钻咀在寿命为1600N时，其钻头两个第一面已经基本磨损完毕，不再具备切削能力，完全是靠高速旋转和挤压钻孔。所以、孔壁的粗糙不仅表现在孔壁不平整上，还有很严重的玻璃纤维突出现象。优化后，孔壁很平整，6组孔壁没有玻璃纤维，平均最大孔壁粗糙度为21.13um。这是一个很理想的孔壁粗糙度值。因此、得出的优化钻孔参数范围不再是以前的那么宽，可以改为钻机转速:98~102千转/min;进刀速率:1.8~ 2.2m/min;主轴上升速度:12~ 13m/min 。作业时钻机参数设定为优化后的中线参数 ( 即作业钻机参数设定为钻机转速:100千转/min;进刀速率:2.0m/ min;主轴上升速度:12.5m/ min)。 (2) Φ0.50mm钻咀优化参数验证(见试验附表5) A、钻孔条件: 试验钻机:深圳万达，型号MT681AS，六主轴; 板材:FR4 KB料，板材厚度为1.6mm，底铜厚度为H/HOZ; 钻孔优化参数:钻机转速:85千转/ min;进刀速率:3.0m/min; 主轴上升速度:20m/ min; 叠板厚度:4PNL一叠，总钻孔厚度为6.4mm; 使用M1(翻磨一次)钻咀，钻咀寿命设定为1600N，冲取底板的第1600N孔做切片分析孔壁粗糙度。 B、对于直径Φ0.50mm的钻咀在寿命为1600N 时，优化显示进刀速率是提高钻孔质量最大的影响因子。优化前9组平均最大孔壁粗糙度从24.97 um降为优化后的18.07um，共下降了6.9um，这是一个令人兴奋的结果。从另一个侧面、反映了钻咀两个刃角只是受到了很小的磨损。而从孔壁整体图来看，孔壁质量也是非常好的。因此得出:优化钻孔参数范围 可以改为钻机转速:83~87千转/min;进刀速率:2.8~3.2 m/min;主轴上升速度:18~20m/min，作业时钻机参数设定为优化后的中线参数。 (3) Φ1.00mm钻咀优化参数验证(见试验附表6) A、钻孔条件: 试验钻机:深圳万达，型号MT681AS，六主轴; 板材:FR4 KB料，板材厚度为1.6mm，底铜厚度为H/HOZ; 钻孔优化参数:钻机转速:60千转/min;进刀速率:4.0m/min; 主轴上升速度:19.5m/min; 叠板厚度:4PNL一叠，总钻孔厚度为6.4mm; 使用M1(翻磨一次)钻咀，钻咀寿命设定为1600N，冲取底板的第1600N孔做切片分析孔壁粗糙度。 B、直径Φ0.30mm和Φ0.50mm的优化结果显示，进刀速率对是提高钻孔质量的影响是最大的，而对于直径Φ1.00mm的钻咀，主轴上升速度和转速的极差都大于5.0，进刀速率从最大的影响因子变为了最小，优化前9组平均最大孔壁粗糙度从29.79um降为优化后的22.38um，共下降了7.41um。但从数据上看，改善还是非常明显的。因此得出、优化钻孔参数范围可以改为钻机转速: 58~62千转/min;进刀速率:3.8~4.2m/min;主轴上升速度:18.5~20.5m/ min，作业时钻机参数设定为优化后的中线参数。 四、结论 孔壁质量下降的表现是孔内粗糙度的变大。虽然造成孔壁粗糙度的因素很多，但是当钻机的型号定下来，机器的性能也就不能更改。钻咀供应商可以进行选择，但是，涉及到PCB制造的成本，不是一个理想的解决办法。其实，我们能够控制的，也是最简单、最可行的方法就是改变钻孔参数。一般来说，根据经验得出的钻孔参数，使用新钻咀，寿命设定在1000以内，孔内质量都不会出现太大的问题。但是，当钻至1600N时，如果钻孔参数组合不优化，孔内粗糙度会非常大。从另一个侧面说明，钻咀针尖两个第一面的切削前缘已经崩损，无法顺利切削玻璃纤维，针尖外侧两刃角也已崩损磨圆，失去原来直角修整孔壁的功能。经过优化后的钻孔参数组合，在同等条件下，钻至1600N的孔内粗糙度还是令人满意，孔壁保持笔直，无玻璃纤维突出，钉头和断钻咀等现象。说明钻咀磨损轻微，钻咀在优化后的参数组合下还可以再工作1200N。 从以上3种直径钻咀经过正交试验得出的结果证明，正交试验法能够帮助PCB提高孔壁质量，节约生产成本。 本文资料经作者授权:PCB网城版权所有，转载请注明出处。抄袭必究