碳纖維復合材料的應用與加工難點
近年來，隨著航空航天對輕量化制造的需求越來越高，以碳纖維復合材料(CFRP)為代表的新型材料被廣泛地應用于飛機制造領域當中。
碳纖維復合材料(CFRP)具有質量輕、比強度高、比模量大、減振性好等突出優點。在飛機的主要結構件中，大量使用碳纖維復合材料，可以讓飛機的結構減重20%—30%。
以波音787客機為例，其機身、機翼、尾翼、襟翼等部件均采用復合材料，CFRP使用量達到50%，有效降低了客機的整體重量。
● 波音787客機
材料重量占比
雖然碳纖維復合材料具備諸多優點，但作為一種典型難加工材料，其應用與推廣仍受到較大的限制。在碳纖維復合材料飛機結構件的制孔加工中，一直以來都存在著切削阻力大、制孔難度高、材料分層、纖維拔出及嚴重斷裂等難題。
匯先精工手持式超聲氣鉆
為此，匯先精工將傳統氣鉆和超聲技術相結合，研發出手持式超聲氣鉆，該產品通過超聲波振動輔助制孔，有效降低切削力，大幅提高加工效率，顯著提升制孔質量，從而解決飛機制造中，復合材料及難加工金屬材料制孔難題，為客戶提供高質高效的解決方案。
匯先精工手持式超聲氣鉆共推出了基礎版、增強版、智能版、變速智能版四個型號，可匹配客戶的不同需求。
1.基礎版手持式超聲氣鉆HUD-P
基礎版手持式超聲氣鉆的質量最輕，僅為1.9kg，便于工人輕松操作。
2.增強版手持式超聲氣鉆HUD-PM
增強版與基礎版相比，主要在轉速、超聲振幅及功率等方面進行了提升。
3.智能版手持式超聲氣鉆HUD-P60-SVT/HUD-P185-SVT
智能版手持式超聲氣鉆則進一步產品升級，增加了超聲振幅自適應功能和推力阻尼器，提高打孔的垂直度，并提升孔的出口質量。
4.變速智能版手持式超聲氣鉆HUD-AP60-SVT/HUD-A185-SVT
變速智能版在智能版的基礎上，更增加了線性調試開關，可控制轉速。
產品七大亮點
● 四個型號超聲氣鉆最大超聲振幅與轉速不同，最大振幅為12~18μm，最大轉速為4000~18500r/min，可加工材料范圍廣
● 超聲輔助加工提升制孔質量，有效抑制分層、減少撕裂
● 超聲輔助加工有效降低切削力，降低工人勞動強度，提升加工效率
● 超聲加工顯著減少刀具磨損，延長刀具壽命
● 配置阻尼定位器，能夠提高打孔的垂直度，有效提升制孔的出口質量，提升制孔的效率
● 符合人體工學設計，雙手把持，加工更穩定
● 操作靈活，適用于有限空間內的移動制孔作業
手持式超聲氣鉆型號及參數
超聲技術加工獨具優勢
匯先精工手持式超聲氣鉆搭配具有自主知識產權的超聲鉆削技術，該技術通過將超聲頻電振蕩轉變為機械振動，在刀具旋轉加工的同時施加每秒幾萬次的振動，振動過程中鉆頭會與工件發生周期性的分離和接觸。
01、降低切削力
這種特殊的加工方式不僅可以降低平均切削力，而且有利于加工過程中熱量的排出，從而降低切削溫度。普通加工切削力最大50N，超聲加工切削力最大27N，超聲加工對比普通加工切削力降低46%。
超聲鉆削與傳統鉆削切削力對比圖
02、促進排屑
超聲鉆削(左)與傳統鉆削(右)加工排屑效果對比
同時，與傳統鉆削相比，超聲振動鉆削在加工過程對斷屑和排屑有一定的促進作用。
目前，匯先精工手持式超聲氣鉆已廣泛應用于航空航天行業碳纖維復合材料、玻璃纖維復合材料等零部件的制孔加工 ，并收獲客戶的一致認可與好評。
加工案例——碳纖維復合板制孔
工件尺寸：350(L)x 260(W)x 5(T)mm
比如，客戶在使用匯先手持式超聲氣鉆配合智能數控超聲發生器，對碳纖維復合板進行制孔的加工案例中，有效地改善了刀具磨損情況，并極大地提升了制孔質量。
1、非超聲與超聲氣鉆制孔刀具磨損對比
針對碳纖維復合板制孔，使用非超聲氣鉆，刀具最大磨損達0.08mm;使用超聲氣鉆制孔，刀刃磨損僅為0.029mm，超聲對比非超聲刀具磨損降低64%。
2、不同超聲功率下撕裂鉆屑長度對比
測試結果顯示，超聲輔助制孔效果顯著優于傳統氣鉆，普通氣鉆(無超聲)制孔，孔口分層撕裂嚴重，測量撕裂鉆屑長度達6.51mm;匯專手持式超聲氣鉆制孔，隨著超聲功率增大，孔口分層撕裂現象顯著改善，切口完整，撕裂鉆屑長度降至0.75mm，下降88%!
超聲技術是針對難加工材料精密加工的利器，是一種新型的具有發展潛力的先進制造技術。匯先精工手持式超聲氣鉆的研發與推廣，為飛機制造中復合材料結構件制孔難題提供了高質高效的創新方案，不僅滿足了客戶更高的加工需求，也將加速推動我國航空航天制造業的科技創新及高質量發展。
（匯先精工）
