CN110497001A - 一种新型金刚石微钻头及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种新型金刚石微钻头及制造方法，包括钻柄和钻体，钻体包括钻尖和钻身，钻身与钻柄相连接；钻身的外表面设有螺旋状相间的散热排屑槽和钻背；钻身包括第一连接端和第二连接端；第一连接端的一端设有轴芯；第二连接端的一端设有与轴芯相配合连接的轴芯孔；钻尖和第一连接端均由PCD材料制成；第二连接端和钻柄均由硬质合金材料制成。本申请应用于印制电路板微小尺寸盲孔等加工过程，相对于传统的硬质合金材料微型钻头，具有更高的钻削硬度及锋利度，并且钻头抗磨损性强、不易卡屑，加工精度更高，使用寿命更长，钻孔质量更高。另外，本申请采用钻芯与钻芯孔的连接形式，避免了金刚石材料在使用过程中断开、崩裂等情况发生。
Description
技术领域
本发明涉及加工刀具技术领域，尤其涉及一种新型金刚石微钻头及制造方法。
背景技术
近十几年来，我国印制电路板制造行业发展迅速，印制电路板产品不断趋向小体积、低成本、高性能的需求，其未来还会向更高密度、高精度、细孔径、多层化等方向发展。
随着印制电路板技术和产品的飞速发展，用于制造电路板的钻头的需求也逐年增加，目前市场上硬质合金微型钻头应用广泛。对于这种材质的微型钻头，当需要加工的孔径较小时，钻头的直径微小，极易出现强度低、刚性差，容易折断等问题。
为了弥补微型钻头在强度方面的劣势，现有技术中，通常可采用的补偿措施包括增加钻芯直径与钻头直径比值、减小排屑槽宽度与钻背宽度的比值、减小螺旋角的角度或者减小钻头锋角等，虽然通过上述补偿措施可以在一定程度上降低微型钻头折断的风险，但与此同时，经上述补偿措施改进后的钻头易出现散热能力降低、排屑能力弱、锋角易磨损等无法解决的问题，直接降低了微型钻头的钻孔品质。另外，还有一种在钻头表面涂覆金刚石颗粒层，虽然可在一定程度上提高钻头强度，但金刚石颗粒容易出现脱粒现象，并且涂覆过程复杂难以控制，增加了制造难度。
发明内容
本发明的目的在于提出一种新型金刚石微钻头及制造方法，以解决现有技术中钻头强度低、易断裂、使用寿命不高的问题。
本申请提供了一种新型金刚石微钻头及制造方法，包括钻柄和钻体，所述钻体包括钻尖和钻身，所述钻身与所述钻柄相连接；所述钻身的外表面设有螺旋状相间的散热排屑槽和钻背；
所述钻身包括第一连接端和第二连接端；其中，所述第一连接端的一端与所述钻尖相连，所述第一连接端的另一端设有轴芯；所述第二连接端的一端设有与所述轴芯相配合连接的轴芯孔，所述第二连接端的另一端与所述钻柄连接；
所述钻尖和所述第一连接端均由PCD材料制成；
所述第二连接端和所述钻柄均由硬质合金材料制成。
可选的，所述钻尖和所述第一连接端采用一体成型结构；所述第二连接端和所述钻柄采用一体成型结构。
可选的，所述钻尖为两斜面相交的倒锥状结构，两斜面间夹角的范围为90°～130°。
可选的，所述钻体的外径D与所述轴芯的直径d的比值为1:0.125～0.3。
可选的，所述钻背的宽度p与所述散热排屑槽的宽度q的比值为1:0.5～1.3。
可选的，所述散热排屑槽和钻背的螺旋角β的取值范围为10°～38°。
可选的，所述第一连接端的轴芯长度占钻身长度的至少一半。
本申请还提供了一种新型金刚石微钻头的制造方法，包括：
选取PCD材料坯料，并将其一端加工出轴芯；
选取硬质合金材料坯料，并将其一端加工出与轴芯对应的轴芯孔；
将轴芯插入轴芯孔中并连接固定；
对连接后的坯料整体进行外圆磨处理，得到圆柱体结构的钻胚；
利用刃磨及抛光加工技术在钻胚尖端部位加工两斜面相交的倒锥状结构以及钻头横刃；
加工螺旋状的散热排屑槽。
可选的，所述加工螺旋状的散热排屑槽包括：
将钻胚一端固定在可旋转进给的工作台；
开启工作台，使钻胚匀速旋转并进给运动，同时采用激光光束照射钻胚外表面，进行烧灼成型。
可选的，所述将轴芯插入轴芯孔中并连接固定包括：
在轴芯孔中均布结合剂；
将轴芯平稳插入直至完全插入轴芯孔中；
采用高温高压环境焊接成型。
本申请应用于印制电路板微小尺寸盲孔等加工过程，相对于传统的硬质合金材料微型钻头，具有更高的钻削硬度及锋利度，并且钻头抗磨损性强、不易卡屑，加工精度更高，使用寿命更长，钻孔质量更高。另外，本申请采用钻芯与钻芯孔的连接形式，使得金刚石和硬质合金的连接强度较高，避免了金刚石材料在使用过程中断开、崩裂等情况发生，具有较高的使用稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一种新型金刚石微钻头及制造方法的结构示意图；
图2为图1中钻尖部位的局部放大图；
图3为图2的侧向视图；
图4为本申请一种新型金刚石微钻头的制造方法流程图；
其中，1-钻柄，2-钻体，21-钻尖，22-钻身，221-散热排屑槽，222-钻背，223-第一连接端，2231-轴芯，224-第二连接端，2241-轴芯孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，为本申请一种新型金刚石微钻头的结构示意图；
由图1可知，本申请实施例提供了一种新型金刚石微钻头，包括钻柄1和钻体2，钻柄1用于连接钻床等驱动源设备，钻体2主要承担钻孔作用，其中，所述钻体2包括钻尖21和钻身22，钻尖21是最先与电路板接触的部位，所述钻身22与所述钻柄1相连接；所述钻身22的外表面设有螺旋状相间的散热排屑槽221和钻背222；散热排屑槽221一方面提供散热作用，还能将钻屑及时排出，避免对孔壁质量造成影响。
所述钻身22包括第一连接端223和第二连接端224；其中，所述第一连接端223的一端与所述钻尖21相连，所述第一连接端223的另一端设有轴芯2231；所述第二连接端224的一端设有与所述轴芯2231相配合连接的轴芯孔2241，所述第二连接端224的另一端与所述钻柄1连接；
在本实施例中，将钻身22分成两段，其中的第一连接端主要承担钻孔功能，而第二连接端主要承担连接作用，因此，在材料选择上二者采用不用的材料制成：
所述钻尖21和所述第一连接端223均由PCD材料制成；PCD(聚晶金刚石)材料具有的高强度和高硬度可以使钻孔更加精确，特别是对于微小尺寸要求的盲孔等加工更加精细。
所述第二连接端224和所述钻柄1均由硬质合金材料制成；考虑到钻头整体的经济性，在钻身22靠近钻柄1位置由于钻削作用减弱，采用常规的硬质合金材料也能保证较高的钻孔质量，同时还能降低钻头成本；
另外，在本实施例中示例性地将第一连接端和第二连接端之间的连接形式设置为轴芯+轴芯孔的形式，可以增加接触面积，进而提高连接质量，应当认为，其连接形式并不限于上述一种，并且，在本实施例中轴芯的形状、长度等参数可以根据实际情况进行相应设置，只要保证经连接后的接合位置具有较高的接合强度，避免钻孔过程中断开等情况发生即可。
进一步的，所述钻尖21和所述第一连接端223采用一体成型结构；所述第二连接端224和所述钻柄1采用一体成型结构，将同种材质制成的部件一体成型，一方面能减少制造成本，减少制造工序，同时，还能减少连接工序以及连接位置可能发生脱离的风险，提高钻头整体的使用寿命。
进一步的，所述钻尖21为两斜面相交的倒锥状结构，两斜面间夹角的范围为90°～130°；如果该角度设置过小，钻尖更易磨损，导致使用寿命降低；如果该角度设置过大，钻尖锋利度较差，且钻尖与钻孔材料的接触面积较大，不利于散热。
进一步的，所述钻体2的外径D与所述轴芯2231的直径d的比值为1:0.125～0.3，该比值过小说明钻芯相对较细，更易磨损，且钻头整体强度下降，容易折断；该比值过大时钻尖散热较差且温度较高，容易加剧钻尖磨损，同样导致使用寿命降低。
进一步的，所述钻背222的宽度p与所述散热排屑槽221的宽度q的比值为1:0.5～1.3，该比值过小时，散热排屑槽排屑能力下降，容易有废屑残留孔内影响孔壁质量；该比值过大时，钻背宽度相对较小，则导致钻头整体强度下降，钻背容易崩裂，或者钻头直接折断。
进一步的，所述散热排屑槽221和钻背222的螺旋角β的取值范围为10°～38°，螺旋角过小，散热排屑槽的排屑能力下降；螺旋角过大容易引起钻头振动或崩刃现象。
进一步的，所述第一连接端223的轴芯长度占钻身22长度的至少一半；其中，PCD材料的长度不应小于钻尖的长度，PCD材料的钻体是本申请钻头完成钻孔工作的核心部分，长度若过小，则会影响钻头的使用寿命及钻削效果。
由上述技术方案可知，本申请提供了一种新型金刚石微钻头，包括钻柄和钻体，所述钻体包括钻尖和钻身，所述钻身与所述钻柄相连接；所述钻身的外表面设有螺旋状相间的散热排屑槽和钻背；所述钻身包括第一连接端和第二连接端；其中，所述第一连接端的一端与所述钻尖相连，所述第一连接端的另一端设有轴芯；所述第二连接端的一端设有与所述轴芯相配合连接的轴芯孔，所述第二连接端的另一端与所述钻柄连接；所述钻尖和所述第一连接端均由PCD材料制成；所述第二连接端和所述钻柄均由硬质合金材料制成。本申请应用于印制电路板微小尺寸盲孔等加工过程，相对于传统的硬质合金材料微型钻头，具有更高的钻削硬度及锋利度，并且钻头抗磨损性强、不易卡屑，加工精度更高，使用寿命更长，钻孔质量更高。另外，本申请采用钻芯与钻芯孔的连接形式，使得金刚石和硬质合金的连接强度较高，避免了金刚石材料在使用过程中断开、崩裂等情况发生，具有较高的使用稳定性。
参见图4，为本申请一种新型金刚石微钻头的制造方法流程图；
由图4可知，本申请还提供了一种上述新型金刚石微钻头对应的制造方法，所述方法包括：
S10：选取PCD材料坯料，并将其一端加工出轴芯；
S20：选取硬质合金材料坯料，并将其一端加工出与轴芯对应的轴芯孔；
在实际加工中，可以根据实际需求，事先选用与成型尺寸较相近的毛坯料，以节省废料浪费，对于轴芯、轴芯孔的规格尺寸选择，并不进行限制。需要说明的是，由于轴芯和轴芯孔采用的非机械结合连接，在加工时还要预留出结合剂层尺寸。
S30：将轴芯插入轴芯孔中并连接固定；为了保证连接质量，步骤S30还需细化为下列步骤：
首先，在轴芯孔中均布结合剂；在本实施例中，结合剂可选用铜锡钛合金粉、银铜钛合金粉等系列应用于钎焊、烧结工艺的结合剂。
然后，将轴芯平稳插入直至完全插入轴芯孔中；在插入轴芯孔中，需要注意不要破坏结合剂的均匀性。
最后，采用高温高压环境焊接成型，对于具体工艺参数，应根据钻头具体的尺寸范围指定温度以及压力、处理时长、升温率、降温率等参数，在此不进行具体限制。
S40：对连接后的坯料整体进行外圆磨处理，得到圆柱体结构的钻胚；
S50：利用刃磨及抛光加工技术在钻胚尖端部位加工两斜面相交的倒锥状结构以及钻头横刃；
S60：加工螺旋状的散热排屑槽，在本实施例中可利用激光技术进行开槽，具体的，可采用自制的可同时匀速旋转及前进的工作台，在进行开槽操作时：
首先，将钻胚一端固定在可旋转进给的工作台；
然后开启工作台，使钻胚匀速旋转并进给运动，同时采用激光光束照射钻胚外表面，进行烧灼成型。
对于螺旋状散热排屑槽的大小、角度等参数，可通过控制工作台的旋转、进给速度控制螺旋角度，通过控制激光光束重复频率、激光光束能量值来控制螺旋状排屑槽的大小。这样，通过激光开槽可以更加精准的控制各个细节尺寸，使得各刃口的生产误差更小，顺滑度更高，锋利度更高，同时也可使加工出的散热排屑槽面更为光滑，排屑效果更佳。
由上述技术方案可知，本申请提供了一种新型金刚石微钻头的制造方法，应用于印制电路板微小尺寸盲孔等加工过程，相对于传统的硬质合金材料微型钻头，具有更高的钻削硬度及锋利度，并且钻头抗磨损性强、不易卡屑，加工精度更高，使用寿命更长，钻孔质量更高。另外，本申请采用钻芯与钻芯孔的连接形式，使得金刚石和硬质合金的连接强度较高，避免了金刚石材料在使用过程中断开、崩裂等情况发生，具有较高的使用稳定性。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种新型金刚石微钻头，包括钻柄(1)和钻体(2)，其特征在于，所述钻体(2)包括钻尖(21)和钻身(22)，所述钻身(22)与所述钻柄(1)相连接；所述钻身(22)的外表面设有螺旋状相间的散热排屑槽(221)和钻背(222)；
所述钻身(22)包括第一连接端(223)和第二连接端(224)；其中，所述第一连接端(223)的一端与所述钻尖(21)相连，所述第一连接端(223)的另一端设有轴芯(2231)；所述第二连接端(224)的一端设有与所述轴芯(2231)相配合连接的轴芯孔(2241)，所述第二连接端(224)的另一端与所述钻柄(1)连接；
所述钻尖(21)和所述第一连接端(223)均由PCD材料制成；
所述第二连接端(224)和所述钻柄(1)均由硬质合金材料制成。
2.根据权利要求1所述的一种新型金刚石微钻头，其特征在于，所述钻尖(21)和所述第一连接端(223)采用一体成型结构；所述第二连接端(224)和所述钻柄(1)采用一体成型结构。
3.根据权利要求1所述的一种新型金刚石微钻头，其特征在于，所述钻尖(21)为两斜面相交的倒锥状结构，两斜面间夹角的范围为90°～130°。
4.根据权利要求1所述的一种新型金刚石微钻头，其特征在于，所述钻体(2)的外径D与所述轴芯(2231)的直径d的比值为1:0.125～0.3。
5.根据权利要求1所述的一种新型金刚石微钻头，其特征在于，所述钻背(222)的宽度p与所述散热排屑槽(221)的宽度q的比值为1:0.5～1.3。
6.根据权利要求1所述的一种新型金刚石微钻头，其特征在于，所述散热排屑槽(221)和钻背(222)的螺旋角β的取值范围为10°～38°。
7.根据权利要求1所述的一种新型金刚石微钻头，其特征在于，所述第一连接端(223)的轴芯长度占钻身(22)长度的至少一半。
8.一种新型金刚石微钻头的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
选取PCD材料坯料，并将其一端加工出轴芯；
选取硬质合金材料坯料，并将其一端加工出与轴芯对应的轴芯孔；
将轴芯插入轴芯孔中并连接固定；
对连接后的坯料整体进行外圆磨处理，得到圆柱体结构的钻胚；
利用刃磨及抛光加工技术在钻胚尖端部位加工两斜面相交的倒锥状结构以及钻头横刃；
加工螺旋状的散热排屑槽。
9.根据权利要求8所述的一种新型金刚石微钻头的制造方法，其特征在于，所述加工螺旋状的散热排屑槽包括：
将钻胚一端固定在可旋转进给的工作台；
开启工作台，使钻胚匀速旋转并进给运动，同时采用激光光束照射钻胚外表面，进行烧灼成型。
10.根据权利要求8所述的一种新型金刚石微钻头的制造方法，其特征在于，所述将轴芯插入轴芯孔中并连接固定包括：
在轴芯孔中均布结合剂；
将轴芯平稳插入直至完全插入轴芯孔中；
采用高温高压环境焊接成型。
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