В данной статье авторы представляют примеры практического применения ранее представленных (№8 за 2016 год, №2 за 2017 год) механизмов развития тепловых явлений и модели изменения температуры в зоне резания для определения параметров и режимов процесса сверления.
УДК 621.3.049, 621.95.01 ВАК 05.27.06 DOI: 10.22184/1992-4178.2017.166.6.190.192
В данной статье авторы представляют примеры практического применения ранее представленных (№8 за 2016 год, №2 за 2017 год) механизмов развития тепловых явлений и модели изменения температуры в зоне резания для определения параметров и режимов процесса сверления.
УДК 621.3.049, 621.95.01 ВАК 05.27.06 DOI: 10.22184/1992-4178.2017.166.6.190.192
Характерной особенностью процесса получения отверстий в печатных платах (до нескольких тысяч отверстий в одной оплате) является его цикличность, то есть чередование нагревания сверла во время резания основания платы и охлаждения при переходе от отверстия к отверстию.[1] Изменение температуры вершины сверла, как наиболее нагретой части, во время резания определяется по формуле [1]: , (1) где τ – время; T0 – начальная температура вершины сверла; μ – коэффициент трения по задней грани сверла; N – сила, направленная по нормали к задней грани сверла; v – скорость точки приложения силы N; a и λ – соответственно коэффициенты температуропроводности и теплопроводности материала сверла, s – площадь поперечного сечения сверла. Изменение температуры вершины сверла во время перехода от отверстия к отверстию определяется соотношением: , (2)
где ; b – коэффициент теплообмена со средой; τн – время нагревания сверла, то есть время сверления одного отверстия; Tc – температура окружающей среды. Модель тепловых явлений, представляющая собой рекуррентное применение соотношений (1) и (2), позволяет получить ряд зависимостей для определения оптимальных параметров и режимов процесса сверления печатных плат. Процесс получения отверстий осуществляется циклически: нагревание (во время резания) и охлаждение (во время перехода от отверстия к отверстию). В целом механизм изменения температуры в зоне резания имеет вид, представленный на рис.1 [2]. В реальности режим нагревания-охлаждения сверла выглядит несколько сложнее по целому ряду причин. В каждом цикле крутизна характеристики нагревания будет возрастать за счет износа, при этом коэффициент крутизны изменяется в некоторых пределах случайным образом. Время охлаждения сверла также не является постоянной величиной, поскольку неодинаково время перехода от отверстия к отверстию, определяемое топологией платы: типичный режим – группа циклов с одинаковым временем охлаждения (например, группа монтажных отверстий под микросхему или соединитель) и затем переход к другой группе и, соответственно, большее время охлаждения. Эти уточнения будут предметом рассмотрения в следующей работе. Здесь же примем, что время нагревания сверла в пределах сверления одной платы (пакета плат) остается постоянным, определяемым режимами резания и толщиной диэлектрического основания. Пусть прирост температуры сверла в течение одного цикла сверления (нагревание-охлаждение) в результате неполного охлаждения не должен превышать некоторой величины. Определим при этом условии время охлаждения сверла τох (время перехода от отверстия к отверстию, или, другими словами, время позиционирования шпинделя при сверлении очередного отверстия). Условие непревышения Tпр запишется с использованием (2) как . (3) Полагая при решении неравенства (3) относительно τох , получим , (4)
учитывая, что время одного сверления , (5) где h – толщина печатной платы; d – диаметр сверла; v – скорость резания; S – скорость подачи при сверлении, получим минимальное время охлаждения в зависимости от параметров рабочего процесса . (6)
Соотношения (4) и (6) предоставляют возможность определения необходимого времени охлаждения в зависимости от заданного прироста температуры Tпр, режимов резания, диаметра сверла, характеристик материала сверла и пластика, условий теплообмена с окружающей средой и толщины просверливаемой платы. Соотношение (1) позволяет определить критическое значение силы Nкр исходя из предельно допустимой температуры в зоне резания Tg . (7)
Выражение (7) определяет предельный износ режущей кромки сверла и тем самым дает возможность априорного определения ресурса использования сверла, что позволяет предотвратить отказ процесса сверления и, следовательно, избежать появления брака при изготовлении печатной платы. Полученное значение критической силы позволяет, с одной стороны, настраивать систему управляющего контроля станка; с другой стороны – отслеживать момент наступления необходимости замены изношенного сверла исходя из реальной технологической ситуации. Вместе с тем соотношение (1) позволяет определять допустимую толщину пакета печатных плат, который можно установить на сверлильный станок с соблюдением условия отсутствия перегрева в зоне сверления. Для этого проводится расчет времени непрерывного сверления τнн с учетом заданного предельного износа режущих кромок сверла δ[2] по формуле . (8)
С учетом выражения (5) для расчета времени сверления толщину пакета плат можно определить по соотношению , (9) где k – количество плат в пакете. Представленные базовые соотношения дают возможность на этапе подготовки производства осуществлять расчет: • температуры в зоне сверления; • глубины отверстия (толщины пакета просверливаемых плат) исходя из допустимой температуры в зоне сверления; • силы подачи исходя из допустимой температуры в зоне сверления (для управляющего контроля); • величины подачи при заданной скорости резания, обеспечивающей отсутствие перегрева в зоне сверления; • допустимой скорости резания при заданной подаче, обеспечивающей отсутствие перегрева в зоне сверления; • допустимого числа просверливаемых отверстий исходя из режимов обработки и допустимой температуры в зоне сверления; • минимального допустимого времени позиционирования, обеспечивающего отсутствие перегрева сверла. ЛИТЕРАТУРА 1. Ванцов С., Маунг Маунг З. Влияние температуры на надежность процесса сверления печатных плат // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2017. № 2. С. 174–178. 2. Ванцов С., Медведев А., Маунг Маунг З., Хомутская О. Надежность процесса сверления печатных плат, понятие отказа // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2016. № 8. С. 168–172.