碳纤维复合材料的应用和加工难点

近年来，随着航空航天对轻量化制造的需求越来越高，以碳纤维复合材料(CFRP)为代表的新型材料被广泛地应用于飞机制造领域当中。

碳纤维复合材料(CFRP)具有质量轻、比强度高、比模量大、减振性好等突出优点。在飞机的主要结构件中，大量运用碳纤维复合材料，可以让飞机的结构减重20%—30%。

以波音787客机为例，其机身、机翼、尾翼、襟翼等部件均采用复合材料，CFRP运用量达到50%，有效降低了客机的整体重量。

● 波音787客机

材料重量占比

虽然碳纤维复合材料具备诸多优点，但作为一种典型难加工材料，其应用和推广仍受到较大的限制。在碳纤维复合材料飞机结构件的制孔加工中，一直以来都存在着切削阻力大、制孔难度高、材料分层、纤维拔出及严重断裂等难题。

汇先精工手持式超声气钻

为此，汇先精工将传统气钻和超声技术相结合，研发出手持式超声气钻，该产品通过超声波振动辅助制孔，有效降低切削力，大幅进步加工效率，显著提高制孔质量，从而化解飞机制造中，复合材料及难加工金属材料制孔难题，为客户提供高质高效的化解方法。

汇先精工手持式超声气钻共推出了基础版、增强版、智能版、变速智能版四个型号，可匹配客户的不同需求。

1.基础版手持式超声气钻HUD-P

基础版手持式超声气钻的质量最轻，仅为1.9kg，便于工人轻松操作。

2.增强版手持式超声气钻HUD-PM

增强版和基础版相比，主要在转速、超声振幅及功率等方面进行了提高。

3.智能版手持式超声气钻HUD-P60-SVT/HUD-P185-SVT

智能版手持式超声气钻则进一步产品更新，增加了超声振幅自适应功能和推力阻尼器，进步打孔的垂直度，并提高孔的出口质量。

4.变速智能版手持式超声气钻HUD-AP60-SVT/HUD-A185-SVT

变速智能版在智能版的基础上，更增加了线性调试开关，可控制转速。

产品七大亮点

● 四个型号超声气钻最大超声振幅和转速不同，最大振幅为12~18μm，最大转速为4000~18500r/min，可加工材料范围广

● 超声辅助加工提高制孔质量，有效抑制分层、减少撕裂

● 超声辅助加工有效降低切削力，降低工人劳动强度，提高加工效率

● 超声加工显著减少刀具磨损，延长刀具寿命

● 配置阻尼定位器，能够进步打孔的垂直度，有效提高制孔的出口质量，提高制孔的效率

● 符合人体工学设计，十根手指头把持，加工更稳定

● 操作灵活，适用于有限空间内的移动制孔作业

手持式超声气钻型号及参数

超声技术加工独具优势

汇先精工手持式超声气钻组合具有自主姿势产权的超声钻削技术，该技术通过将超声频电振荡转变为机械振动，在刀具旋转加工的同时施加每秒几万次的振动，振动经过中钻头会和工件发生周期性的分离和接触。

01、降低切削力

这种独特的加工方法不仅可以降低平均切削力，而且有利于加工经过中热量的排出，从而降低切削温度。普通加工切削力最大50N，超声加工切削力最大27N，超声加工对比普通加工切削力降低46%。

超声钻削和传统钻削切削力对比图

02、促进排屑

超声钻削(左)和传统钻削(右)加工排屑效果对比

同时，和传统钻削相比，超声振动钻削在加工经过对断屑和排屑有一定的促进影响。

目前，汇先精工手持式超声气钻已广泛应用于航空航天行业碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等零部件的制孔加工 ，并收获客户的一致认可和好评。

加工案例——碳纤维复合板制孔

工件尺寸：350(L)x 260(W)x 5(T)mm

比如，客户在运用汇先手持式超声气钻配合智能数控超声发生器，对碳纤维复合板进行制孔的加工案例中，有效地改善了刀具磨损情况，并极大地提高了制孔质量。

1、非超声和超声气钻制孔刀具磨损对比

针对碳纤维复合板制孔，运用非超声气钻，刀具最大磨损达0.08mm;运用超声气钻制孔，刀刃磨损仅为0.029mm，超声对比非超声刀具磨损降低64%。

2、不同超声功率下撕裂钻屑长度对比

测试结局显示，超声辅助制孔效果显著优于传统气钻，普通气钻(无超声)制孔，孔口分层撕裂严重，测量撕裂钻屑长度达6.51mm;汇专手持式超声气钻制孔，随着超声功率增大，孔口分层撕裂现象显著改善，切口完整，撕裂钻屑长度降至0.75mm，下降88%!

超声技术是针对难加工材料精密加工的利器，是一种新型的具有进步潜力的先进制造技术。汇先精工手持式超声气钻的研发和推广，为飞机制造中复合材料结构件制孔难题提供了高质高效的创造方法，不仅满足了客户更高的加工需求，也将加速推动我国航空航天制造业的科技创造及高质量进步。

（汇先精工）