حل تشكيل دقيق لأنبوب التوجيه الكربيتي المضغوط متساويًا من الدرجة الفوتوفولطية

في نظام الحقل الحراري لفرن الكريستال الفوتوفولطي أحادي البلورة، فإن الأنبوب التوجيهي المصنوع من الجرافيت المضغوط بالتساوي والبالغ قطره Φ300-500 مم وبطول يتراوح بين 400-600 مم يؤدي وظيفتين معًا: توجيه سيليكا المصهور والعزل الحراري للحقل الحراري. إن استدارة الجدار الداخلي للأنبوب (المطلوب أن تكون ≤ 0.025 مم)، ونسبة الطول إلى القطر (2.5-4:1) ومدى قابليته للتكيف، بالإضافة إلى خشونة السطح (Ra ≤ 0.8 ميكرومتر) تؤثر بشكل مباشر على استمرارية نمو الكريستال السيليكوني الأحادي. فإذا تجاوزت استدارة الجدار الداخلي المواصفة القياسية، فقد يؤدي ذلك بسهولة إلى جريان غير منتظم للمواد السيليكية، مما يسبب كسر حواف الكريستال الأحادي؛ وتتمثل صعوبة العمليات التقليدية في تحقيق التوازن بين الدقة والكفاءة بسبب خصائص الجرافيت مثل الصلابة المنخفضة (مقياس موهس 1-2) والهشاشة العالية وسهولة تراكم الغبار، إضافة إلى مشكلة الانحراف أثناء المعالجة الناتجة عن نسبة الأبعاد الكبيرة. ويواجه أحد الشركات الرائدة محليًا في مجال مكونات الجرافيت الفوتوفولطية ثلاث عقبات رئيسية عند معالجة أنابيب التوجيه المصنوعة من الجرافيت عالي النقاء والمُصنع بالضغط المتساوي (مصنوع من TFG-85 من Toyo Carbon، وكثافته الحجمية ≥ 1.82 غ/سم³):
1. فقدان دقة التحكم: تقليديًا، يتطلب الأمر أربع عمليات: "خرسانة أفقية لتجهيز الجدار الخارجي → ماكينة بورينغ عمودية لتصنيع الجدار الداخلي بدقة → تصحيح يدوي للإستقامة → إزالة الغبار بواسطة تيار هواء عالي الضغط". يؤدي التثبيت المتعدد إلى انحراف في التجانس بين الجدار الداخلي ومرجع الشفة يتراوح بين 0.04-0.06 مم، كما أن نسبة الطول إلى القطر كبيرة جدًا، مما يؤدي إلى خطأ في استقامة الجدار الداخلي بمقدار 0.08-0.1 مم. وتصل نسبة الهالك الناتجة عن تشوه الانحناء إلى 16%، فيما لا تتجاوز نسبة مؤهلات المنتج النهائي 78٪؛
2. مشكلة الغبار: يتراكم غبار الجرافيت في التجويف العميق للجدار الداخلي لأنبوب التوجيه. وبعد تنظيف تيار الهواء عالي الضغط، لا يزال هناك 8٪ من الغبار المتبقي في المنتج، مما يتطلب تنظيفًا إضافيًا بالموجات فوق الصوتية ويزيد من تكاليف التصنيع بنسبة 20٪؛ وفي الوقت نفسه، تسرب الغبار إلى محامل المغزل وقضبان التوجيه للمعدات، مما أدى إلى حدوث متوسط 11 عطلًا شهريًا في آلات الأدوات، واختصار دورة تدهور الدقة لقضبان التوجيه إلى 4 أشهر؛
3. كفاءة منخفضة: تبلغ دورة معالجة أنبوب التوجيه الواحد 42 دقيقة، منها ما نسبته 35٪ للتصحيح اليدوي وتنظيف الغبار، وتتطلب التعاون بين عاملَين. تتجاوز تكلفة العمل للمنتج الواحد 32 يوانًا صينيًا؛ كما تكون أدوات القطع الماسية عرضة للكسر بسبب اهتزازات القطع، حيث تبلغ عمرها الافتراضي 30 قطعة فقط لكل شفرة، وتصل تكلفة أداة القطع للمنتج الواحد إلى 26 يوانًا صينيًا.

سيناريوهات استخدام العميل
لتخطي الصعوبات، قدمت الشركة مخرطة رأسية CNC عمودية خاصة من نوع Taiwan Cloud KD500 مخصصة للجرافيت، وبناء نظام معالجة مخصص لأنبوب التوجيه مع "مطابقة نسبة الطول إلى القطر + التحكم الدقيق المزدوج المقاوم للغبار":
تصميم مخصص للنواة الأساسية للمعدات:
1. التحكم في الصلابة والانحناء: تم استخدام هيكل سرير من الجرانيت الطبيعي (معامل التمدد الحراري ≤ 0.4 × 10⁻⁶/°م) تم إزالة الإجهاد الداخلي منه بعد 20 شهراً من الشيخوخة الطبيعية. مقترناً بهيكل تحديد المواقع ثلاثي النقاط المكوّن من "عمود رئيسي + مجموعتين من الدعامات المساعدة القابلة للتعديل"، حيث تم تحسين تباعد الدعامات من خلال تحليل العناصر المحدودة، والتحكم في انحناء أنبوب التوجيه ذي نسبة الطول إلى القطر 4:1 ضمن حدود ≤ 0.01 مم. ومجهزة بنظام التحكم العددي CNC من فانوك 31i-B5 ومسطرة شريطية بنظام حلقة مغلقة كاملة (بدقة 0.01 مايكرومتر)، مما يحقق دقة موضعية ± 0.005 مم وتلائم دقيق لمتطلبات التحمل من المستوى H7 لجدار الأنبوب الداخلي.
2. التحكم الشامل في الغبار: تم دمجه مع "فاصل الإعصار المدمج في المغزل (كفاءة إزالة الغبار 93٪) + غطاء جمع الغبار بالشفط الجانبي الحلقي (حجم الهواء 1800 م 3 / ساعة) + مرشح عالي الكفاءة HEPA 13 مستوى (دقة الترشيح 0.3 ميكرومتر)" نظام منع الغبار ثلاثي المستويات ، تركيز الغبار في منطقة العمل مستقر ≤ 1.2 مجم / م 3 ، أقل بكثير من حد 4 مجم / م 3 المحدد في المعيار الوطني GBZ 2.1-2019 ؛ في الوقت نفسه ، يتم استخدام سلاسل سحب الكابلات المقاومة للغبار وأدلة التشحيم الخالية من الزيت لمنع اختلاط الغبار ومواد التشحيم وتلويث قطع العمل والمعدات.
تكوين حصري لنظام القص:
باستخدام كأس شفط فراغي مسامي بقطر 500 مم (بقوة امتصاص تبلغ 0.11 ميجا باسكال ومعدل تغطية منطقة الامتصاص 90%)، يتم تجنب تشوه التثبيت للأنبوب التوجيهي من الجرافيت من خلال ضغط سلبي موحد؛ مع تجهيز أداة خراطة داخلية مطلية بالماس (بدوران طرف بقطر 0.01 مم ونصف قطر رأس 0.02 مم) ونظام تبريد بالهواء البارد المحتوي على جليد جاف عند -18 ℃ للتحكم في درجة حرارة منطقة القطع بحيث تبقى أقل من 22 ℃، وبالتالي كبح تشققات الجدران الداخلية الناتجة عن الإجهاد الحراري في الجرافيت؛ ويستخدم المحور تصميمًا منخفض الاهتزاز (تسارع الاهتزاز ≤ 0.07 جرام)، وهو مناسب لمتطلبات المعالجة العالية الهشاشة للجرافيت.
من حيث الابتكار التكنولوجي، تم تحقيق اختراق في التشغيل الدقيق لأنابيب الجرافيت الضوئية من خلال عملية تثبيت واحدة فقط
1. دمج العمليات: يُدمج المعدات كأس شفط فراغ، برج مؤازن مكوّن من 8 محطات (بزمن تغيير أداة يبلغ 1.4 ثانية)، وحامل شفرة طويل مخصص للجدار الداخلي. ويمكنه إتمام عملية الخراطة الدقيقة للجدار الخارجي لأنبوب التوجيه (الاستدارة ≤ 0.018 مم)، والتنصيت الدقيق للجدار الداخلي (الأسطوانية ≤ 0.01 مم)، والخراطة الدقيقة لوجه الشفافة (المسطحية ≤ 0.025 مم)، وحفر ثقب التوجيه السفلي (دقة الموضع ≤ 0.12 مم) دفعة واحدة، مما يؤدي إلى استبعاد عمليات التصحيح اليدوي وعملية التنظيف بالموجات فوق الصوتية مباشرةً، ويقلل من مدة العملية بنسبة 50٪؛
2. التحكم في الانحناء والهشاشة: طريقة قطع تدريجية مبتكرة "مجزأة" - بالنسبة للفرق في نسبة الطول إلى القطر، يتم تقسيم الأنبوب التوجيهي إلى 3-4 أقسام للتجهيز، ويتم في كل قسم اعتماد معايير "سرعة منخفضة (700-900 لفة/دقيقة) + تغذية بطيئة (40-70 مم/دقيقة) + أداة قطع خلفية دقيقة (≤ 0.05 مم)", مقترنة بجهاز قياس داخلي من رينيشو (دقة القياس ± 0.0008 مم) لجمع بيانات فورية حول استقامة الجدار الداخلي، وتعديل ديناميكي لقوة الدعم المساعدة (دقة التعويض 0.002 مم)، بحيث يتم التحكم في خطأ استقامة الجدار الداخلي ضمن حدود ≤ 0.05 مم، ومقدار تكسر الحافة ضمن ≤ 0.006 مم؛
3. تحسين كفاءة التحويل: مجهز بـ 22 مجموعة من أنابيب التوجيه الرسومية الكهروضوئية (مناسبة لأفران الكريستال الأحادي بقطر 12-18 بوصة) وقوالب معلمات العمليات، حيث يتطلب التحويل فقط استرجاع البرنامج المقابل واستبدال أداة القطع الطويلة الخاصة. تم تقليل وقت التحويل من 3 ساعات تقليدية إلى 15 دقيقة، لتلبية احتياجات الإنتاج الجماعي متعدد المواصفات.
تتوافق نتائج التنفيذ تمامًا مع المعايير الصارمة لصناعة الطاقة الشمسية:
الدقة ومعدل الاعتماد: استقرار استدارة الجدار الداخلي لأنبوب التوجيه الرسومي ≤ 0.02 مم، والتمركز ≤ 0.03 مم، وخشونة السطح تصل إلى Ra0.6 ميكرومتر، مما يستوفي بالكامل المتطلبات الفنية لمعيار GB/T 3074.1-2019 "الأقطاب الرسومية" ومكونات الحقل الحراري لأفران الكريستال الأحادي للطاقة الشمسية. وقد ارتفع معدل قبول المنتج من 78% إلى 99.3%، بينما انخفض معدل رفض التشوه الانحرافي إلى 0.7%؛
الكفاءة والتكلفة: تم تقليل وقت معالجة القطعة الواحدة من 42 دقيقة إلى 20 دقيقة، وازدادت القدرة الإنتاجية اليومية من 90 قطعة إلى 210 قطعات؛ إلغاء عمليات التصحيح اليدوي والتنظيف بالموجات فوق الصوتية، مما خفض تكاليف العمالة بمقدار 32 يوان لكل منتج؛ تم تمديد عمر أدوات القطع الماسي بنسبة 80٪ بفضل معايير القطع المُحسّنة (من 30 قطعة/شفرة إلى 54 قطعة/شفرة)، وانخفض سعر أدوات القطع للمنتج الواحد إلى 14 يوان؛
تشغيل المعدات وصيانتها: لقد قلل نظام الوقاية من الغبار ثلاثي المستويات من متوسط عدد أعطال المعدات شهريًا من 11 إلى 0.7، ومدد دورة المعايرة الدقيقة للسكة التوجيهية إلى 2.5 سنة، ورفع معدل الاستخدام الشامل للمعدات من 65٪ إلى 94٪، وقلل من وقت التوقف السنوي بمقدار 680 ساعة، ووفر أكثر من 220000 يوان سنويًا في تكاليف الصيانة.

سيناريوهات معالجة العميل
لقد حلّت آلة Taiwan Cloud Precision Machinery KD500 المشاكل الصناعية المتعلقة بالأنابيب التوجيهية المصنوعة من الجرافيت، مثل نسبة الطول إلى القطر الكبيرة، وسهولة التشوه، وصعوبة تنظيف الغبار، والكفاءة المنخفضة. وقال مدير الإنتاج في الشركة: "في الوقت الحالي، حصل أنبوب التوجيه الخاص بنا على شهادة من شركتي JA Solar و Trina Solar، وتم تطبيقه بنجاح في خط إنتاج الأفران البلورية الأحادية عالية الكفاءة مقاس 18 بوصة. وهو يستوفي الشرط المتمثل في 'انخفاض أداء عزل الحقل الحراري ≤ 5٪ بعد 15 شهرًا من الاستخدام المستمر'، مما يوفر دعمًا جوهريًا لنا لاحتلال 38٪ من الحصة السوقية في مكونات الجرافيت عالية الجودة الخاصة بالطاقة الكهروضوئية". ويؤكد هذا المثال أن مخرطة CNC الرأسية أصبحت معدة رئيسية للتغلب على 'الاختناق الثلاثي المتعلق بالدقة، والكفاءة، وتشغيل وصيانة' في تصنيع الأنابيب التوجيهية للجرافيت المضغوط أيزوستاتيكيًا من الدرجة الكهروضوئية، وذلك من خلال التكامل العميق لـ'التصميم المخصص لنسبة الطول إلى القطر في المعالجة + عملية التكيف مع هشاشة الجرافيت + معالجة متكاملة للغبار'.