В термалната система на фотоволтаична пещ за монокристали от силиций, изо-статично пресованата графитна водачка тръба с диаметър Φ300-500 мм и дължина 400-600 мм изпълнява двойна функция – насочване на разтопения силиций и топлинна изолация. Кръглостта на вътрешната стена (изисква се ≤ 0,025 мм), съотношението дължина към диаметър (2,5-4:1) и адаптивността, както и повърхностната грапавост (Ra ≤ 0,8 μm) директно влияят върху непрекъснатостта на растежа на монокристалния силиций. Ако кръглостта на вътрешната стена надвишава стандарта, това лесно може да доведе до неравномерно течение на силициевия материал и предизвика счупване по ръба на кристала. Характеристиките на графита – ниска твърдост (по Моос 1-2), висока чупливост и лесно натрупване на прах, комбинирани с проблема на отклонение при обработката поради голямото съотношение на страни, затрудняват традиционните процеси да постигнат баланс между точност и ефективност. Водещо вътрешно предприятие за производство на фотоволтаични графитни компоненти се сблъсква с три основни ограничения при обработката на високочисти изо-статично пресовани графитни водачки (произведени от Toyo Carbon TFG-85, с плътност ≥ 1,82 г/см³):
1. Загуба на точност при контрола: Традиционно се изискват четири процеса: "хоризонтална напречна груба обработка на външната стена → вертикална пробивка за финото разширяване на вътрешната стена → ръчна корекция на праволинейността → премахване на праха с високонапорен въздушен поток". Многократното закрепване води до отклонение в коаксиалността между вътрешната стена и фланцевия референтен стандарт, което надвишава 0,04–0,06 мм, а отношението дължина към диаметър е твърде голямо, което води до грешка в праволинейността на вътрешната стена от 0,08–0,1 мм. Процентът на скрап поради деформация от огъване е 16%, а крайният процент годност на продукта е само 78%;
2. Проблем с праха: Графитен прах се натрупва в дълбоката кухина на вътрешната стена на ръководната тръба. След почистване с високонапорен въздушен поток остава още 8% остатъчен прах в продукта, което изисква допълнително ултразвуково почистване и увеличава производствените разходи с 20%; В същото време прахът прониква в шпинделните лагери и водачите на оборудването, което води до средно 11 повреди на машината на месец, а цикълът на намаляване на точността на водачите се съкращава до 4 месеца;
3. Ниска ефективност: Цикълът за обработка на единична ръководна тръба е толкова дълъг, колкото 42 минути, като ръчната корекция и почистването на прах заемат 35%, и изискват съдействието на двама оператора. Трудовата такса за единичен продукт надхвърля 32 юан; Алмазните режещи инструменти лесно се чупят поради вибрации при рязане, с живот само 30 броя на резец и разход за инструмент от 26 юана на продукт.
Сценарии за употреба от клиенти
За преодоляване на трудностите компанията въведе персонализиран тайвански Cloud KD500 графитен специфичен CNC вертикален токарен стан и изгради специализирана обработваща система за водещата тръба с „адаптация на отношение дължина към диаметър + двойно прецизно контролиране срещу прах“:
Персонализирано проектиране на ядрото на оборудването:
1. Твърдост и контрол на огъването: Използва се естествено гранитно легло (коефициент на топлинно разширение ≤ 0,4 × 10⁻⁶/℃), при което вътрешното напрежение се отстранява след 20 месеца естествено стареене. В комбинация с трикомпонентна позиционираща структура от тип „шпиндел + 2 комплекта регулируеми допълнителни опори“, разстоянието между опорите се оптимизира чрез анализ чрез метода на крайните елементи, като огъването на водещата тръба с отношение дължина към диаметър 4:1 се поддържа в рамките на ≤ 0,01 мм. Станът е укомплектован с CNC система Fanuc 31i-B5 и пълен затворен контур с решетка (разделителна способност 0,01 μm), осигурява позиционна точност ± 0,005 мм и прецизно съответствие на изискванията за допуск на ниво H7 за вътрешната стена.
2. Комплексен контрол на праха: Интегрирана система от „спирален вграден циклонен сепаратор (ефективност на премахване на праха от 93%) + пръстеновидна странична смукателна капачка за събиране на прах (въздушен поток от 1800 m³/h) + HEPA 13 ниво високоефективен филтър (точност на филтриране 0,3 μm)“ – триизмерна система за предпазване от прах, при която концентрацията на прах в работната зона е стабилна ≤ 1,2 mg/m³, значително под границата от 4 mg/m³, посочена в националния стандарт GBZ 2.1-2019; Едновременно с това се използват прахозащитни кабелни вериги за влачене и водещи части без смазване, за да се предотврати смесването на прах и смазка и замърсяването на детайли и оборудване.
Ексклузивна конфигурация на системата за рязане:
Чрез използване на пореста вакуумна засмукваща чаша с диаметър Φ 500 mm (със засмукваща сила от 0,11 MPa и покритие на засмукващата площ от 90 %) се избягва деформацията при стегането на графитовата водача тръба чрез равномерно отрицателно налягане; Конфигурира се алмазно покрит инструмент за обработка на вътрешни отвори (с закръглен ръб от 0,01 mm и радиус на върха от 0,02 mm) и система за охлаждане със студен въздух и сух лед при -18 ℃, за да се поддържа температурата в зоната на рязане под 22 ℃ и да се потиска пукането на вътрешната стена, причинено от топлинно напрежение в графита; Шпинделът използва дизайн с ниско вибриране (вibration ускорение ≤ 0,07 g), подходящ за високобрITTLE процеси при обработката на графит.
В областта на технологичните иновации е постигнат пробив в прецизната механична обработка на фотогалванични графитови водачи чрез единичен процес на стегане
1. Интеграция на процеса: Оборудването включва вакуумна засмукваща чашка, 8-позиционна серво кула (с време за смяна на инструмента от 1,4 секунди) и специализиран държач за дълги резци за вътрешната стена. То може едновременно да извърши прецизно обработка на външната стена на водещата тръба (круглост ≤ 0,018 мм), прецизно разширяване на вътрешната стена (цилиндричност ≤ 0,01 мм), прецизно обработка на фланеца (равнинност ≤ 0,025 мм) и пробиване на отвора в долната част на водача (точност на позицията ≤ 0,12 мм), директно премахвайки ръчната корекция и ултразвуково почистване, което скъсява процеса с 50%;
2. Контрол на огъването и крехкостта: Иновативен "сегментиран прогресивен метод на рязане" - при разликата в съотношението дължина към диаметър, насочващата тръба се разделя на 3-4 секции за обработка, като всяка секция използва параметри "ниска скорост (700-900 об/мин) + бавно подаване (40-70 мм/мин) + микрорязан инструмент (≤ 0,05 мм)", комбинирано с измервателен щифт Renishaw в машината (точност на измерване ± 0,0008 мм) за събиране на данни в реално време за праволинейността на вътрешната стена, динамично регулиране на силата на допълнителната опора (точност на компенсация 0,002 мм), така че грешката в праволинейността на вътрешната стена да се контролира в рамките на ≤ 0,05 мм, а размерът на ръба на скъсване да е ≤ 0,006 мм;
3. Оптимизация на ефективността при смяна на серийното производство: Оснащен с 22 комплекта фотонапрежни графитни водачи (подходящи за еднокристални пещи от 12-18 инча) и шаблони за технологични параметри, смяната изисква само извикване на съответната програма и смяна на специализирания дълъг рязан инструмент. Времето за смяна е съкратено от традиционните 3 часа на 15 минути, което отговаря на нуждите на серийното производство с множество спецификации.
Резултатите от прилагането напълно отговарят на строгите стандарти на фотоволтаичната индустрия:
Точност и коефициент на годност: Стабилността на кръглостта на вътрешната стена на графитния водач е ≤ 0,02 мм, коаксиалността е ≤ 0,03 мм, а грапавостта на повърхнината достига Ra0,6 μm, напълно отговаряйки на техническите изисквания по GB/T 3074.1-2019 "Графитни електроди" и компоненти за топлинно поле на фотоволтаични еднокристални пещи. Коефициентът на годност на продукта е нараснал от 78% до 99,3%, а процентът на скрап поради огъване и деформация е намален до 0,7%;
Ефективност и разходи: Времето за обработка на един елемент е намалено от 42 минути на 20 минути, а дневният производствен капацитет е увеличен от 90 на 210 броя; Отменени са ръчната корекция и ултразвуковото почистване, което намалява разходите за труд с 32 юанa на продукт; Срокът на живот на диамантените режещи инструменти е удължен с 80% благодарение на оптимизирани режими на рязане (от 30 броя/лезвие до 54 броя/лезвие), а разходите за режещи инструменти на единичен продукт са намалени до 14 юана;
Експлоатация и поддръжка на оборудването: Триволновата система за превантивна защита срещу прах е намалила средномесечния брой повреди на оборудването от 11 на 0,7, удължила е цикъла за прецизна калибрация на насочващата релса до 2,5 години, увеличила е комплексната степен на използване на оборудването от 65% до 94%, намалила е годишното простоюване с 680 часа и спестила над 220000 юана годишно за поддръжка.
Сценарии за обработка при клиент
Тайванската Cloud Precision Machinery KD500 е решила проблемите в индустрията с графитните ръководни тръби, като голямо съотношение дължина към диаметър, лесна деформация, трудно почистване на праха и ниска ефективност. „В момента нашата ръководна тръба е сертифицирана от JA Solar и Trina Solar и вече е приложена успешно в производствена линия за 18-инчови високоекфективни монокристални пещи. Тя отговаря на изискването „загуба на топлинноизолационните свойства ≤ 5% след 15 месеца непрекъсната употреба“, което осигурява ключова подкрепа за нас да постигнем 38% пазарен дял в сегмента на висококачествени графитни компоненти за фотоволтаици“, заяви производственият директор на компанията. Този случай потвърждава, че CNC вертикалната напречна машина се е превърнала в ключово оборудване за преодоляване на „тройното ограничение в точността, ефективността и експлоатацията“ при производството на изостатично пресовани графитни ръководни тръби за фотоволтаични приложения чрез дълбока синергия на „персонализирано проектиране на обработката според съотношението дължина към диаметър + процес за адаптиране към крехкостта на графита + комплексно третиране на праха“.
EN
