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硬质合金铣刀的钎焊工艺研究

发布者: 顺畅 | 发布时间: 2019-11-2 13:26| 查看数: 258| 评论数: 0|帖子模式

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印制电路板用硬质合金铣刀的钎焊工艺研究
余 伟 陈汉泉 杨 肖
(广东鼎泰高科精工科技秒速时时彩,广东 东莞 523000)
摘 要 通过对硬质合金材料的立式钎焊工艺研究,确定影响焊接强度质量的相关因素,采用正交试验设计的方式进行分析,最终找出一种适用于印制电路板用硬质合金铣刀的立式钎焊工艺及焊接参数,可有效提升立式钎焊工艺的抗折良率。
关键词 印制电路板;铣刀;钎焊
0 引言

[size=1em]目前,国内印制电路板用硬质合金铣刀大多采用整支硬质合金棒料制造或两段硬质合金棒料钎焊组合工艺制造,其中采用整支硬质合金棒料的制造成本最高,且硬质合金材料不能得到有效利用。采用两段硬质合金棒料钎焊组合的制造工艺,仅将参与切削加工的部分使用全新硬质合金棒料,夹持部分使用回收旧铣刀切断钎焊组合而成,这样在使用性能和寿命上几乎与整支硬质合金棒料的相同,制造成本却比整支硬质合金棒料低很多。

[size=1em]然而立式钎焊工艺与参数直接影响着钎焊刀具的品质、寿命与效率。为此,本文对印制电路板用硬质合金铣刀的钎焊工艺进行试验与研究,以探讨焊接温度、焊接时间及焊片大小对硬质合金铣刀钎焊性能的影响,从而找到最佳焊接工艺及标准参数,为印制电路板用硬质合金铣刀的钎焊工艺提供参考。

1 实验1.1 材料与仪器

[size=1em]材料:银焊片0.15 mm×1.5 mm、助焊膏h285,硬质合金棒料规格Φ3.175 mm×14.4 mm和Φ3.175 mm×22.5 mm。

[size=1em]仪器:立式焊接机HJ-303D、二次元影像测量仪MVP200、自制直抗抗折机。

1.2 实验条件及方法

[size=1em]硬质合金刀具通常选用硬钎焊工艺,钎焊的接头强度较高,适用于钎焊受力较大或温度较高的工件,当工件与钎料一起加热到稍高于钎料的熔化温度后,钎料将熔化并浸入到焊件表面。液态钎料借助毛细管作用,将沿接缝流动铺展开来。被钎接金属和钎料间进行相互溶解,相互渗透,形成合金层,冷凝后即形成钎焊接头。

[size=1em]为了使钎焊部分连接牢固,必须严格遵守焊接工艺规范与要求。在焊接加工前要求对焊接材料进行严格的清洁处理,去除掉表面油污和表层氧化膜,钎缝间隙一般要求在 0.01 mm~0.03 mm。为确保钎焊接口处的装配间隙,焊接材料的端面平整度要求≤0.05 mm。准备好焊接柄料、刃料、助焊剂及焊片,将其焊接参数调整到设定的温度和时间后进行焊接,焊接后的材料要放置自然冷却。

[size=1em]作为切削加工用刀具,由于切削时承受较大的力及较高的温度,要求刀具焊接品质及焊接强度不能太低,否则就会降低加工效率或脱焊掉头等现象。其中焊片加热融化的效果与时间是影响焊接质量的主要因素,本文采用三因素三水平正交试验法(试验因素与水平见表1)进行试验,按照正交试验法的要求需进行九次试验,每次试验钎焊1万支样品进行抗折测试。

2 实验结果及分析2.1 实验结果

[size=1em]图1是本次试验结果,从图中的曲线可看出焊接时间对抗折质量的影响最为显著,焊片大小对抗折强度的影响不是很显著。其中采用焊接温度750 ℃、时间1 s和焊片3.0 mm×1.5 mm的钎焊参数焊接的样品抗折良率最高。

[size=0.8em]图1 三因素与抗折良率的关系

2.2 影响钎焊质量的因素

[size=1em]钎焊是包括热能传递、元素扩散、化学冶金反应、钎焊母材组织及晶粒变化等一系列化学、物理现象的综合过程,而影响硬质合金钎焊性能的因素很多,主要对钎焊温度、加热时间、焊片大小进行研究与分析。

[size=1em]2.2.1 钎焊温度

[size=0.8em]表1 试验因素与水平

[size=1em]钎焊温度直接影响钎焊的焊接强度。当钎焊的温度设置过低时,会导致钎料的融化速度与整体流动性变慢,不利于母材与钎料之间的充分结合,影响其对焊缝的填充,容易造成虚焊、焊接不饱满、焊接不均匀、焊接气孔等现象,从而降低焊接接头的抗折强度。而随着钎焊温度的升高,钎料与母材之间相互扩散,两者之间的冶金结合能力也不断提高,这使得在一定温度范围内钎焊接头的力学性能有所提高。但当钎焊温度过高时会加剧被焊接材料和钎料的氧化,这样易产生裂纹,且钎料会严重氧化、蒸发,从而导致焊接接头强度降低。

[size=1em]2.2.2 加热时间

[size=1em]钎焊过程中加热时间也影响钎焊的焊接强度,当加热时间过快时硬质合金材料不能进行有效的预热,其表面与内部会形成较大的温差,从而导致结合界面处易产生裂纹;当加热时间过慢时,则会导致焊接母材的晶粒长大,焊接后易造成应力集中,使其焊缝的力学性能下降,且会增加合金的氧化。

[size=1em]因此,适当的加热时间能保证焊接母材表面与内部的温度一致,还可使钎料充分润湿母材表面,有利于钎料在钎焊过程中与母材进行有效的扩散反应,从而提高焊接强度。

[size=1em]2.2.3 焊片选择

[size=1em]选择合适大小的焊片也是保证获得优质钎焊强度的关键因素之一,应综合考虑钎料和母材的匹配、钎焊件的实际使用工况要求、现有设备条件以及经济因素等多方面。

[size=1em]焊片是钎缝的填充材料,焊片在加热熔化后,通过润湿母材表面,利用毛细作用填充整个钎缝,与母材之间发生相互溶解、扩散,发生合金化反应,最后使工件获得有效结合。当焊片选择过小时,易造成虚焊、焊接不饱满、焊接不均匀等现象,直接影响钎焊强度;当焊片选择过大时,易造成焊片溶解不均匀、导致钎缝宽大,直接影响钎焊强度。

[size=0.8em]图2 钎焊不良现象

3 结论

[size=1em]通过印制电路板用硬质合金铣刀的立式钎焊试验与研究,得出如下结论。

3.1 焊接工艺参数

[size=1em](1)刀具基体:推荐切削部分与夹持部分均采用硬质合金材料进行焊接;(2)焊接设备:推荐高频焊接及真空焊接为宜;(3)焊料方式:推荐立式焊接,切削部分材料放置于夹持部分材料上方进行;(4)焊接温度:750 ℃±20 ℃e;(5)焊接时间:1.2 s±0.1 sf;(6)焊片大小:3.0 mm ×1.5 mmj;(7)抗折力度:150 N(15 kgf)。

3.2 焊接检验为合格要求

[size=1em]样品能经受抗折测试,焊接缝隙≤0.01 mm。经显微组织观察表明,焊缝与母材结合良好,未出现裂纹等缺陷,无腐蚀倾向,焊后未出现严重晶粒粗化现象。

3.3 试验结果

[size=1em]该试验焊接材料选择合理,焊接工艺参数匹配适当,焊接工艺评定各项性能均达到相关要求,评定合格,可用于印制电路板用硬质合金铣刀立式钎焊工艺生产中。

[size=1em]参考文献

[size=1em][1]机械工程学会焊接学会. 焊接手册.北京:机械工业出版社,1992:389~390.

[size=1em][2]任耀文.真空钎焊工艺. 北京:机械工业出版社,1993:205~212.

[size=1em][3]方洪渊.简明钎焊工手册.北京:机械工业出版社,2000:208~214.

[size=1em][4]印有胜.钎焊手册. 哈尔滨:黑龙江科技出版社,1989:370~378.

[size=1em][5]邹僖.钎焊.北京:机械工业出版社,1998:52~53,134~135.

[size=1em][6]周振丰. 焊接冶金学:金属焊接性[M]. 北京:机械工业出版社,1995.

[size=1em][7]赵越. 钎焊技术及应用[M]. 北京:化学工业出版社.2004:122-123.

[size=1em][8]唐旭宇. 硬质合金的真空钎焊[J]. 硬质合金,1995,15(2):108-110.


[size=1.8em]Study on vertical brazing technology of carbide milling cutter for PCB
[size=1em]Yu Wei Chen Hanquan Yang Xiao

[size=1em]Abstract Through the study of the vertical brazing technology of cemented carbide materials, the relevant factors affecting the quality of the welding strength are determined by analyzing with the method of test design to fi nally fi nd out the vertical brazing technology and welding parameters of carbide milling cutter used for PCB industry, which can effectively improve the bending resistance rate of the vertical brazing process.

[size=1em]Key words Printed Circuit Board; Router Bit; Brazing


[size=1em]中图分类号:TN41



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