應用影片 - 漢鼎智慧科技｜超音波加工、超音波刀把

【超音波加工】中碳鋼(S45C)：槍鑽深孔加工

漢鼎的超音波驅動模組應用在中碳鋼（Medium-Carbon Steel，S45C）的槍鑽深孔加工，為25倍徑深比的加工特徵，在固定轉速下，進給率較原參數提升2倍，且中心出水僅開40bar，超音波的高頻率微振動使刀具間接性接觸工件，幫助排屑並帶走切削熱，同時超音波的輔助斷屑機制使切屑大小降低91%，有效在高速加工下降低刀具磨耗，完成槍鑽深孔加工，且整體加工效率提升2倍。

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中碳鋼（Medium-Carbon Steel，S45C）為含碳量介於0.25%至0.60%的碳素鋼材，相較於其他金屬鋼材，硬度並不高，但具有一定程度的塑性、韌性和強度，且熱加工及切削性能良好。這樣的材料特性使其被廣泛應用在建築材料，同時也被大量用於製作各種機械零件，如空氣壓縮機，蒸汽機的葉輪，重型機械的軸、齒輪，及表面耐磨的零件，像是曲軸、機床主軸、滾筒等。

一般而言，使用槍鑽鑽頭（Gun Drill）做深孔加工，需要使用專用機加工，且中心出水須開至70、80bar以上，以確保深孔加工時能順利排屑，相較之下極為耗能。槍鑽深孔加工的產品應用也非常廣泛，包含醫療產業的骨釘（bone nails）、骨螺釘（bone screws）；飼料工業的造粒網模具（pellet dies）；汽機車產業的曲軸（crankshafts）、柴油引擎燃料注射器（injection system for diesel engines）等。

使用漢鼎超音波輔助加工技術，針對S45C中碳鋼的槍鑽深孔加工，無須使用專用機，將漢鼎超音波模組外掛至CNC機台上即可做加工。超音波的高頻率微振動在加工過程中，讓刀具間接性地接觸工件，大幅度降低刀具與工件密集接觸時產生的切削熱，同時讓切削液順利流入，且超音波輔助之斷屑機制，改變切屑的生成形貌，切屑大小減小91%，達到一定體積後即自然斷屑，在中心出水僅開40bar的情況下，達到有效冷卻並幫助排屑，刀具磨耗獲得改善，也使耗能大幅降低，順應企業永續ESG熱潮；且透過將進給率提升至原參數的2倍，更高速的材料移除率，仍能維持工件深鑽孔品質，整體加工效率提升2倍。

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【超音波加工】碳化鎢(鎢鋼)：內螺牙加工

漢鼎的超音波驅動模組應用在碳化鎢（鎢鋼）內螺牙加工，超音波的高頻率微振動使刀具在加工時間接接觸工件，在整體加工效率提升3倍的加工條件下，幫助排屑並帶走切削熱，有效降低刀具磨耗，完成極小尺寸M2內螺牙特徵加工。

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碳化鎢（鎢鋼，Tungsten Carbide）主要由碳化鎢（WC）及鈷（Co）所構成的硬質合金。鎢鋼可以說是最硬、最耐磨的金屬之一，其硬度及密度約為鋼鐵（steel）的二至三倍。鎢鋼具有高硬度、耐磨耗、耐熱及耐腐蝕等優良性能，尤其是它的高硬度和耐磨耗，使它即使處在高溫險峻的環境下，材料也不易氧化變質。碳化鎢（鎢鋼）被廣泛應用在許多產業，例如金屬加工、模具（Mould & Die）、採礦業的磨耗零件、金屬成形刀具、電子產業等。其中碳化鎢在精密機械產業應用中，最常被用作切削刀具的材料。

針對極小尺寸（如M2）的內螺牙特徵，許多加工業者會採用放電加工（EDM，Electrical Discharge Machining）的方式，使用此種方式加工，被加工件的表面會生成放電白層，也就是高溫融化後再凝固層，此變質層的硬度會比原材料硬度來得高，而且會使材料表面粗糙度增加，容易有氣孔、裂紋的產生，對產品使用壽命造成嚴重的影響。去除放電白層是必要的工序，由此可見，此加工方式仍需進行多道工序（包括粗放電、精放電、CNC研磨等），並橫跨多台不同機台，工序複雜且耗時。

另一方面，在傳統CNC加工過程中，過大的切削阻力（cutting force）以及刀具在加工時連續性接觸工件，都會加速、加劇刀具磨耗狀況，隨著螺紋深度增加，內螺牙大徑越來越小，最後導致螺絲無法完全鎖固，將嚴重影響最終產品品質。

漢鼎超音波輔助加工技術，可直接外掛在一般CNC機台做使用，無須放電加工的多道工序，超音波的高頻率微振動在加工過程中，讓刀具間接性地接觸工件，大幅度降低刀具與工件密集接觸時產生的切削熱，同時讓切削液順利流入，達到有效冷卻並幫助排屑，刀具磨耗獲得改善，以確保碳化鎢（鎢鋼）內螺牙特徵的完整性，成功提升工件品質。

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【超音波加工】氧化鋁陶瓷：內螺牙加工

漢鼎的超音波驅動模組應用在99.7%氧化鋁陶瓷內螺牙加工，超音波的高頻率微振動使刀具在加工時間接接觸工件，幫助排屑並帶走切削熱，有效降低刀具磨耗，完成極小尺寸M2內螺牙特徵加工。

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氧化鋁陶瓷（Aluminum Oxide，Al2O3）良好的耐化學性及熱穩定性，使它廣泛地被應用在半導體製程中（如蝕刻、薄膜等），作為關鍵製程零件（如陶瓷靜電吸盤ceramic electrostatic chuck）的材料。陶瓷材料的靜電吸盤（Ceramic Electrostatic Chuck，Ceramic ESC，Ceramic E-chuck）採用高密度多孔性陶瓷層，確保在晶圓切割過程中，吸附力分佈平均，並透過高精度加工處理，維持絕佳的孔品質與平面度。

然而，氧化鋁陶瓷的高硬脆性特質為許多加工業者帶來極大的挑戰。尤其針對極小尺寸（如M2）的內螺牙特徵，在傳統CNC加工過程中，過大的切削阻力（cutting force）以及刀具在加工時連續性接觸工件，都會加速、加劇刀具磨耗狀況，隨著螺紋深度增加，內螺牙大徑越來越小，最後導致螺絲無法完全鎖固，將嚴重影響最終產品品質。

漢鼎超音波輔助加工技術，超音波的高頻率微振動在加工過程中，讓刀具間接性地接觸工件，大幅度降低刀具與工件密集接觸時產生的切削熱，同時讓切削液順利流入，達到有效冷卻並幫助排屑，刀具磨耗獲得改善，以確保內螺牙特徵的完整性，成功提升工件品質。

💡 了解其他超音波輔助加工【氧化鋁】加工案例

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【超音波加工】SiC 碳化矽：微鑽孔

漢鼎超音波加工模組應用在SiC碳化矽微鑽孔加工，有效達到鑽孔品質提升，相較於無超音波加工，脆裂邊大小降低53%。

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碳化矽（SiC, Silicon Carbide）材料的硬度僅次於金剛石和碳化硼，具高硬度及高耐磨性。碳化矽材料在化學、機械上性能穩定，其低耗能、高功率、耐高溫、耐腐蝕及耐磨耗的特性，使其成為熱門的第三代半導體材料之一。

在半導體相關製程（如蝕刻、薄膜等），常使用碳化矽作為製程腔體內精密零組件（如showerheads、基板等）的材料。由於半導體產業重視製程及產品品質的穩定性與高良率，因此製程中的關鍵零組件，像是showerheads，此種產品因佈滿密集孔洞，可將外部的反應氣體或流體均勻散佈於晶圓上，其孔洞品質及排列配置對於維持製程及產品品質的高良率而言至關重要。

然而，碳化矽的高硬度材料特性為許多加工業者帶來極大的挑戰。尤其針對小孔徑的微細鑽孔特徵，若沒有適度控制鑽削時的推力和扭矩，容易造成工件鑽孔出現嚴重脆裂邊（edge-cracks），若是用作半導體製程精密零件，恐影響到整個晶圓製程的產品良率。

漢鼎超音波輔助加工技術，能有效降低加工時的切削阻力，並帶走切削熱，也能使排屑過程更順暢，達到大幅提升加工工件品質。

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【超音波加工】鈦合金 (Ti-6Al-4V)：側銑加工

漢鼎的超音波驅動模組應用在鈦合金（Ti-6Al-4V）側銑加工，藉由提高3倍的切削線速度(Vc)，進給速度也隨之提升3倍，進而帶來3倍的加工效率。同時，超音波的高頻率微振動輔助加工能有效降低切削力與切削熱，避免材料遇熱沾黏刀具和工件，有效改善刀具壽命與工件表面品質，為客戶大幅提升產能。

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由於鈦合金（Ti-6Al-4V）導熱性差、延展性好（高溫變形性）以及加工硬化等材料特性，切削過程中容易積累大量加工熱能，材料切屑沾黏刀具與工件，切屑反覆侵蝕刀具前刀面，造成刀刃崩角，工件表面因刀具磨耗嚴重，導致工件表面粗糙度（surface roughness）變差。

然而，鈦合金的組織穩定、材料質輕、密度小、強度高，具備良好的韌性、塑性以及高溫變形性（machining distortion at high temperature），同時擁有絕佳的耐腐蝕性及延展性，以及良好的熱壓力加工性，因此被廣泛應用在多種產業中，如醫療（骨板、骨釘、人工關節）、航太（渦輪葉片、引擎結構件）、3C電子（智慧型穿戴式裝置裱框、智慧型手機機殼）、電動車（車身底盤）產業等。

除了像鈦合金這樣的硬質合金之外，漢鼎的超音波輔助加工技術也能應用在許多硬脆性、難切削材料的精密加工上，例如精密工業陶瓷（technical ceramics）、石英玻璃（quartz glass）、碳化矽（silicon carbide，SiC）、鎢鋼（tungsten carbide）、複合材料（composites）等。

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【超音波加工】氧化鋁陶瓷：微鑽孔

漢鼎的超音波加工模組應用在99%氧化鋁陶瓷微鑽孔加工，有效達到加工效率提升60%，並維持高品質工件（顯微鏡下目視無脆裂邊或毛邊）。

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氧化鋁陶瓷（Al₂O₃）的高硬脆性材料特質為許多加工業者帶來極大的挑戰。尤其針對小孔徑的微細鑽孔特徵，若沒有適度控制鑽削時的推力和扭矩，容易造成工件鑽孔出現嚴重脆裂邊（edge-cracks）及次表面裂紋（subsurface damage）。然而，氧化鋁陶瓷良好的耐化學性及熱穩定性，使它成為熱門的半導體製程精密零件的材料之一。

除了氧化鋁陶瓷之外，漢鼎的超音波輔助加工技術也能應用在許多硬脆性、難切削材料的精密加工上，例如石英玻璃（quartz glass）、碳化矽（silicon carbide，SiC）、鎢鋼（tungsten carbide）、鈦合金（titanium alloy）、複合材料（composites）等。

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