碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用與加工難點(diǎn)
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(fù)合材料(CFRP)為代表的新型材料被廣泛地應(yīng)用于飛機(jī)制造領(lǐng)域當(dāng)中。
碳纖維復(fù)合材料(CFRP)具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、比模量大、減振性好等突出優(yōu)點(diǎn)。在飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)件中，大量使用碳纖維復(fù)合材料，可以讓飛機(jī)的結(jié)構(gòu)減重20%—30%。
以波音787客機(jī)為例，其機(jī)身、機(jī)翼、尾翼、襟翼等部件均采用復(fù)合材料，CFRP使用量達(dá)到50%，有效降低了客機(jī)的整體重量。
● 波音787客機(jī)
材料重量占比
雖然碳纖維復(fù)合材料具備諸多優(yōu)點(diǎn)，但作為一種典型難加工材料，其應(yīng)用與推廣仍受到較大的限制。在碳纖維復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)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(yán)重?cái)嗔训入y題。
匯先精工手持式超聲氣鉆
為此，匯先精工將傳統(tǒng)氣鉆和超聲技術(shù)相結(jié)合，研發(fā)出手持式超聲氣鉆，該產(chǎn)品通過超聲波振動(dòng)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(zhì)量，從而解決飛機(jī)制造中，復(fù)合材料及難加工金屬材料制孔難題，為客戶提供高質(zhì)高效的解決方案。
匯先精工手持式超聲氣鉆共推出了基礎(chǔ)版、增強(qiáng)版、智能版、變速智能版四個(gè)型號，可匹配客戶的不同需求。
1.基礎(chǔ)版手持式超聲氣鉆HUD-P
基礎(chǔ)版手持式超聲氣鉆的質(zhì)量最輕，僅為1.9kg，便于工人輕松操作。
2.增強(qiáng)版手持式超聲氣鉆HUD-PM
增強(qiáng)版與基礎(chǔ)版相比，主要在轉(zhuǎn)速、超聲振幅及功率等方面進(jìn)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(jìn)一步產(chǎn)品升級，增加了超聲振幅自適應(yīng)功能和推力阻尼器，提高打孔的垂直度，并提升孔的出口質(zhì)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(chǔ)上，更增加了線性調(diào)試開關(guān)，可控制轉(zhuǎn)速。
產(chǎn)品七大亮點(diǎn)
● 四個(gè)型號超聲氣鉆最大超聲振幅與轉(zhuǎn)速不同，最大振幅為12~18μm，最大轉(zhuǎn)速為4000~18500r/min，可加工材料范圍廣
● 超聲輔助加工提升制孔質(zhì)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(dòng)強(qiáng)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(zhì)量，提升制孔的效率
● 符合人體工學(xué)設(shè)計(jì)，雙手把持，加工更穩(wěn)定
● 操作靈活，適用于有限空間內(nèi)的移動(dòng)制孔作業(yè)
手持式超聲氣鉆型號及參數(shù)
超聲技術(shù)加工獨(dú)具優(yōu)勢
匯先精工手持式超聲氣鉆搭配具有自主知識產(chǎn)權(quán)的超聲鉆削技術(shù)，該技術(shù)通過將超聲頻電振蕩轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械振動(dòng)，在刀具旋轉(zhuǎn)加工的同時(shí)施加每秒幾萬次的振動(dòng)，振動(dòng)過程中鉆頭會(huì)與工件發(fā)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(tǒng)鉆削切削力對比圖
02、促進(jìn)排屑
超聲鉆削(左)與傳統(tǒng)鉆削(右)加工排屑效果對比
同時(shí)，與傳統(tǒng)鉆削相比，超聲振動(dòng)鉆削在加工過程對斷屑和排屑有一定的促進(jìn)作用。
目前，匯先精工手持式超聲氣鉆已廣泛應(yīng)用于航空航天行業(yè)碳纖維復(fù)合材料、玻璃纖維復(fù)合材料等零部件的制孔加工 ，并收獲客戶的一致認(rèn)可與好評。
加工案例——碳纖維復(fù)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(shù)控超聲發(fā)生器，對碳纖維復(fù)合板進(jìn)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(zhì)量。
1、非超聲與超聲氣鉆制孔刀具磨損對比
針對碳纖維復(fù)合板制孔，使用非超聲氣鉆，刀具最大磨損達(dá)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(jié)果顯示，超聲輔助制孔效果顯著優(yōu)于傳統(tǒng)氣鉆，普通氣鉆(無超聲)制孔，孔口分層撕裂嚴(yán)重，測量撕裂鉆屑長度達(dá)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(xiàn)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(shù)是針對難加工材料精密加工的利器，是一種新型的具有發(fā)展?jié)摿Φ南冗M(jìn)制造技術(shù)。匯先精工手持式超聲氣鉆的研發(fā)與推廣，為飛機(jī)制造中復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件制孔難題提供了高質(zhì)高效的創(chuàng)新方案，不僅滿足了客戶更高的加工需求，也將加速推動(dòng)我國航空航天制造業(yè)的科技創(chuàng)新及高質(zhì)量發(fā)展。
（匯先精工）
