摘要：工业技术、材料科学以及加工技术的进步，使得工业成品朝着短、小、轻、薄方向发展，多功能细小产品的微细加工技术显得尤为重要。文章综述了传统的钻屑加工技术存在的问题，介绍了超声振动磨削加工、镭射加工、微放电加工、电子束加工等新兴非传统微细孔加工技术，分析了技术的原理、特点和应用。
一般将直径在0.1～0.4毫米之间的孔称为微细孔，直径小于0.1毫米的称为超细孔。常见微细孔的应用主要有四大领域：
（1）精密模具，如钟表地盘、空气轴承等；
（2）医疗器具，如手术针、流道导入管等；
（3）电子零件，如IC基板、光线电缆连接器等；
（4）微细喷嘴，如柴油引擎喷嘴、雾化器等。目前微细孔加工主要有传统加工和非传统加工，传统加工以钻削为主，非传统加工主要有超声振动磨削加工、镭射加工、微放电加工、电子束加工等。以下对微细孔加工的几种加工方法及其应用进行阐述。
1传统加工技术
传统的微细孔加工技术是使用刀具对加工材料进行切削，通过机械力的钻削方式加工微细孔。随着现代技术的发展，高速钻削技术已经在微细孔加工领域应用，其加工方式是机械力加工，运用这种方式能够加工出高深径比、孔差异性较小的孔，且速度较快，但由于微细孔钻头直径小、刚性较差，在钻削深孔时，容易受到排屑阻碍，使加工中断。在加工速度提高后，对钻头的磨损速度也会加快，需要经常更换刀具。钻削加工属于接触加工，在钻头高速旋转状态下出孔时，会给加工材料造成一定的毛边损伤，需要进行后期的修边处理，因此这种微细孔加工技术主要在电子板以及软金属材料中应用。
2非传统加工技术
2.1超声振动磨削加工
1993年，日本九州工业技术研究所开始在电解沉积钻石磨轮增加超声振动，进行硬脆材料的钻孔研究，以替代传统游离磨粒的超声加工，该方法为超声振动磨削微细孔加工。利用频率40kHz超声作用在直径粒度0.27～1.0mm、粒度100～1000的电解沉积钻石磨轮上面，然后以回转数3000rpm、进给量0.14～4.2mm/min以及在外侧供油条件下，在厚度3mm铝及氧化锆板材上面进行钻孔加工。结果表明在超声振动时，铝CIP材料、HIP材料两者轴方向平均研磨阻抗均明显减少，即使增加钻孔的深度，研磨阻抗仍然维持很低的数值。附加超声振动的加工方法，由于能够降低平均加工阻抗，抑制微小径刀具变形，所以适合微细孔加工。目前孔加工用电解沉积钻石磨轮的最小直径是0.135mm。
超声振动加工使加工精度显著提高，在倾斜面上孔加工的适用性强，在展延性材料上的适用性及直径50μm等极小径钻头适用性强，其加工特性如下：
2.1.1由于超声振动，摩擦降低使切屑变薄并增加切削、排除部件零碎杂质的速度，钻头中心侧及棱角侧的切屑排出速度差缩短，横向卷绕切屑变小，形成平滑螺旋状或带状的切屑，使切屑排出更为顺畅，因此在不分级进刀的前提下可进行深孔加工。
2.1.2由于超声振动，在孔加工入口处钻头振动有一定的抑制效果，所以不易产生应变圆，利用凿尖锤的作用力控制钻头，使钻头对加工对象间歇性接触，降低钻头弹性变形恢复力及摩擦力，减少径向作用力的变化。
2.1.3由于增加了超声振动，在倾斜孔加工时的应力缩小。
2.1.4通过超声振动，使用直径60μm极小径钻头在不锈钢钻孔加工时变得更容易。
该加工属于非传统加工，在硬质合金和非金属材料上应用广泛，也在玻璃、陶瓷等非导电体材料上使用较多。
2.2镭射加工
镭射加工是利用高能量密度的光束，照射到材料表面，使材料升温到气化温度去除材料的加工方法。在工业界的应用十分广泛，但使用的范围限制在以热加工方式的红外线镭射和紫外光镭射冷加工模式的技术上。
所谓的紫外光指的是波长分布在150～400nm之间的光源，目前被使用在工业应用上的紫外光镭射主要有两种：一种是气态的准分子镭射（Excimer Laser）；另一种是利用Nd：YAG电射的光源经过非线性倍频晶体转换技术（nonlinear crystal conversion）而将红外光波长转换成紫外光。准分子镭射是利用两种在常态下不起反应的气体，但在激发态会结合成不稳定分子后迅速解离而放出紫外光。一般工业上常用的种类主要包括XeCl（308nm）、KrF（248nm）、ArF（193nm）三种波长的准分子镭射。准分子镭射是一种脉冲式的镭射，每个脉冲能携带的能量是目前所有紫外光镭射中最高的。准分子镭射又是一种多模的镭射，在实际加工作业时，能够在瞬间发出数十个平方毫米的电射光束，通过这数十个电射光束，能够实现更加快速的加工。
Nd：YAG本身的波长为1064nm，利用倍频技术可将频率做2倍、3倍、4倍甚至5倍的转换，由于波长和频率成反比，因此分别可得到532、355、266及213nm的镭射光波长，其中532为绿光，其余的皆为紫外光，一般简称为UV YAG。UV YAG和准分子镭射光的主要差别在倍频技术是相当低效率的能量转换方式，每个脉冲的能量通常都在1m J以下，但由于UV YAG每个脉冲的时间比受激准分子小一个数量级（约4～7ns），因此有足够高的尖峰脉冲功率来工作。
随着电子工业逐步微小化的趋势，紫外光镭射钻孔直径可达10μm，精度可达1μm，钻孔速度快、尺寸精确。由于该特性此方法在钻孔上的应用逐渐广泛，目前印刷电路板的钻孔，已经有很大的比例由UV YAG的钻孔机来取代。紫光镭射对一些微小的金属器件的钻孔发挥着非常重要的作用，因为其他技术可能达不到相关技术标准的要求，例如一些精密的金属过滤板、医疗导管的末端细孔等，均需要使用紫光镭射技术才能实现对细孔的精细加工。还有就是在打印机喷墨头部的深孔，喷孔的要求要在聚酰亚胺的TAB（卷带自动结合）电路板上钻出300个50μm或更小的微孔，这种加工面积小、细孔数量多的深孔加工作业，运用准分子镭射的光罩投影式加工，可以非常迅速地完成，并且合格率能够达到98%以上。
2.3微放电加工
微放电加工使工件与工具电极在绝缘液中相向，当电极在此引火时，工件与工具电极间就会产生放电。利用这种脉冲放电，可以将工作放电点附近，相当微小的部分溶解或蒸发，再利用加工液等的压力作用就可将熔解或蒸发部分去除。如此反复放电，就可以将工具电极的形状转换成加工形状。利用放电加工能将工具电极的形状转换到工件上，因此如果工具电极小，所加工出来的形状就小，达到微细加工的目的。微放电加工要求工具电极小，每次脉冲放电能量小，放电痕的尺寸如果小，加工面的粗度也小，间隙如果小，转换出去的工具电极的形状精度就高。因此为了使用放电加工来进行微细加工，工具电极尺寸必须符合所需的微细尺寸，同时每次脉冲放电的能量都必须很小。进行微细孔放电加工不仅加工电路很重要，工具电极的制作也是重要条件之一。
该加工方法属于非接触加工，与工件本身的软硬度无关，加工之后不会产生毛边，缺点是在加工时由于温度过高，会在工件表面残留热应力，另外在加工时由于电极的消耗，容易造成入孔和出孔的尺寸不一致。该方法只适用导体材料的加工。
2.4电子束加工
电子束加工是利用高能量的会聚电子束的热效应或电离效应对材料进行的加工。一些部件的内部细小孔径，利用电子束加工技术，充分发挥电子束高照射释放的热量，将孔径内的材料进行融化蒸发，并进行彻底排除，能够得到内部光滑、匀称、细致的孔径结构，需要注意的是，利用电子束加工的部件，在工件孔径下面需要加入一定的辅助材料。电子束加工由于电子束能量密度大，工件不受外界机械力作用，不产生宏观应力和变形，生产效率很高，因此加工材料范围很广，可以加工脆性、韧性的导体、非半导体和半导体等材料。
3结语
随着微细孔加工技术方法的进步，其应用范围也会不断扩大，传统的钻屑加工技术已不能满足高品质、高效率微细孔材料加工的需求。近年来发展的超声振动磨削加工、镭射加工、微放电加工、电子束加工等新型非传统技术，在不同的材料加工领域均具有较好的应用前景，值得进一步改进和推广。
