微小孔加工技术现状及存在的问题

概况
目前，制造业中微小孔加工钻头的直径一般为φ00～φ300μm，刀具材料为超细晶粒硬质合金，WC粒径大致在90～000nm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。
趋势
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小直径约0μm，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。
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，经过研磨的麻花钻小直径为φ30μm，扁钻为φ0μm。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。
工具材料
随着钻头小直径的微细化，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。
存在的问题
目前市场上销售的φ00μm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3支钻头进行测试的结果，直径的平均值为20.μm，标准偏差.5μm；芯厚平均值为6.3μm，标准偏差为.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。
超细晶粒硬质合金的机械性能
WC粒径：300nm；硬度：902Hv；纵弹性模量E：570GPa WC粒径：90nm；硬度：236Hv；纵弹性模量E：600GPa 
另外，在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，否则将严重影响效果。
 
今后发展方向
()进一步细化WC晶粒，以提高微型钻头的刚性、硬度和韧性。
(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。
(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)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，才能有效毛刺的产生。
(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μm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。