En el sistema de camp tèrmic d'un forn fotovoltaic de cristall simple, el tub guia de grafit premsat isostàticament de Φ300-500mm i una longitud de 400-600mm compleix la doble funció de guiar la fosa de silici i aïllar el camp tèrmic. La redondevolitat de la seva paret interior (requerida ≤ 0,025 mm), l'adaptabilitat de la relació llargada/diàmetre (2,5-4:1) i la rugositat superficial (Ra ≤ 0,8 μm) afecten directament la continuïtat del creixement del cristall simple de silici. Si la redondevolitat de la paret interior supera l'estàndard, pot provocar fàcilment un flux irregular del material de silici i causar trencaments en les vores del cristall; Les característiques del grafit, com ara baixa duresa (Mohs 1-2), alta fragilitat i facilitat d'acumulació de pols, combinades amb el problema de desviació en el procés degut a una gran relació d'aspecte, fan difícil que els processos tradicionals equilibrin precisió i eficiència. Una empresa nacional líder en components de grafit fotovoltaics s'enfronta a tres embussos clau en el procés de tubs guia de grafit premsat isostàticament d'alta puresa (fets de Toyo carbon TFG-85, amb una densitat aparent ≥ 1,82 g/cm³):
1. Pèrdua d'exactitud del control: Tradicionalment, requereix quatre processos: "tornejadora horitzontal per a l'acabat exterior → mandrinadora vertical per a l'acabat interior → correció manual de la rectitud → eliminació de pols amb flux d'aire a alta pressió". El fet de subjectar-lo diverses vegades provoca una desviació de coaxialitat entre la paret interior i la referència de la brida superior a 0,04-0,06 mm, i la relació llargària-diàmetre és massa elevada, resultant en un error de rectitud de la paret interior de 0,08-0,1 mm. La taxa de rebuig causada per deformació per flexió és del 16%, i la taxa de qualificació del producte final només arriba al 78%;
2. Problema de pols: La pols de grafit s'acumula a la cavitat profunda de la paret interna del tub guia. Després de la neteja amb aire a alta pressió, encara queda un 8% de pols residual al producte, cosa que requereix una neteja ultrasònica addicional i augmenta els costos de fabricació en un 20%; al mateix temps, la pols ha penetrat als coixinets del palp i als rails guia de l'equipament, provocant una mitjana de 11 avaries mensuals de la màquina-eina, i el cicle de degradació de precisió dels rails guia s'ha escurçat fins a 4 mesos;
3. Baixa eficiència: El cicle de processament d'un únic tub guia arriba als 42 minuts, dels quals la correcció manual i la neteja de pols representen el 35%, i requereixen la col·laboració de 2 operaris. El cost laboral per producte supera els 32 yuans; les eines de tall de diamant tendeixen a trencar-se a causa de la vibració de tall, amb una vida útil d'únicament 30 peces per fulla i un cost d'eina per producte de 26 yuans.
Escenaris d'ús del client
Per superar les dificultats, l'empresa va introduir un torn vertical CNC personalitzat Taiwan Cloud KD500 específic per al grafit i va construir un sistema de processament dedicat per al tub guia amb "adaptació de la relació longitud-diàmetre + control dual precís antidrap":
Disseny personalitzat del nucli de l'equipament:
1. Rigidesa i control de deflexió: S'utilitza un cos de llit de granit natural (coeficient d'expansió tèrmica ≤ 0,4 × 10⁻⁶/℃) amb tensions internes eliminades després de 20 mesos d'enveliment natural. Combinat amb una estructura de posicionament de tres punts de "eix motriu + 2 jocs de suports auxiliars ajustables", l'espaiat dels suports s'optimitza mitjançant anàlisi per elements finits, i la deflexió del tub guia amb una relació longitud-diàmetre de 4:1 es controla dins de ≤ 0,01 mm. Equipat amb el sistema CNC Fanuc 31i-B5 i control totalment en bucle tancat amb regle de reixeta (resolució 0,01 μm), aconsegueix una precisió de posicionament de ± 0,005 mm i compleix exactament els requisits de tolerància nivell H7 de la paret interior.
2. Control integral de la pols: Integrat amb un sistema de prevenció de tres nivells «separador ciclònic incorporat a l'eix (eficiència de retirada de pols del 93%) + campana de captació de pols per aspiració anular (cabal d'aire de 1800 m³/h) + filtre d'alta eficiència HEPA 13 (precisió de filtratge de 0,3 μm)», la concentració de pols a la zona de treball és estable ≤ 1,2 mg/m³, molt per sota del límit de 4 mg/m³ establert a la norma nacional GBZ 2.1-2019; al mateix temps, s'utilitzen cadenes arrossegadores anti-pols i guies de lubricació sense oli per evitar que la pols i el lubricant es barrejin i contaminin les peces i l'equipament.
Configuració exclusiva del sistema de tall:
Utilitzant una ventosa de buit porosa de Φ 500mm (amb una força d'adsorció de 0,11MPa i una taxa de cobertura de la superfície d'adsorció del 90%), s'evita la deformació de la fixació del tub guia de grafit mitjançant una pressió negativa uniforme; es configura una eina de torneat de forats interiors recoberta de diamant (amb una vora arrodonida de 0,01mm i un radi de punta de 0,02mm) i un sistema de refrigeració amb aire fred de diòxid de carboni a -18 ℃ per controlar la temperatura de la zona de tall per sota dels 22 ℃ i suprimir les fissures de la paret interior causades per l'esforç tèrmic del grafit; el motriu adopta un disseny de baixa vibració (acceleració de vibració ≤ 0,07g), adequat per a les exigències d'alta fragilitat del procés de mecanitzat del grafit.
En termes de innovació tecnològica, s'ha assolit un avenç en el mecanitzat de precisió de tubs guia de grafit fotovoltaics mitjançant un procés de fixació única
1. Integració del procés: L'equip integra una ventosa de buit, una torreta servo de 8 estacions (amb un temps de canvi d'eina de 1,4 segons) i un portaeines llarg especialitzat per a la paret interior. Pot completar en una sola passada el tornejat de precisió de la paret exterior del tub guia (redondevol ≤ 0,018 mm), l'alesat de precisió de la paret interior (circularitat ≤ 0,01 mm), el tornejat de precisió de la cara frontal de la brida (planor ≤ 0,025 mm) i el perforat del forat guia inferior (precisió posicional ≤ 0,12 mm), eliminant directament els processos de correcció manual i de neteja ultrasonica, i reduint el procés en un 50%;
2. Control de deflexió i fragilitat: Mètode innovador de "tall progressiu segmentat" - per a la diferència en la relació longitud-diàmetre, el tub guia es divideix en 3-4 seccions per al procés, i cada secció adopta els paràmetres de "baixa velocitat (700-900r/min) + avanç lent (40-70mm/min) + eina de retrocort microscòpica (≤ 0,05mm)", combinat amb una sonda de mesura en màquina Renishaw (precisió de mesura ± 0,0008mm) per recollir dades en temps real sobre la rectitud de la paret interior, ajustant dinàmicament la força de suport auxiliar (precisió de compensació 0,002mm), de manera que l'error de rectitud de la paret interior es mantingui inferior o igual a 0,05mm, i la quantitat de trencament de vora sigui inferior o igual a 0,006mm;
3. Optimització de l'eficiència de canvi Equipat amb 22 jocs de tubs guia fotovoltaics de grafit (adients per a forns de cristall únic de 12-18 polzades) amb plantilles de paràmetres de procés, el canvi només requereix recuperar el programa corresponent i substituir l'eina de tall específica de fulla llarga. El temps de canvi es redueix de les 3 hores tradicionals a 15 minuts, satisfent les necessitats de producció massiva amb múltiples especificacions.
Els resultats de la implementació compleixen plenament amb els rigorosos estàndards de la indústria fotovoltaica:
Precisió i taxa de qualificació: L'estabilitat de rodonesa de la paret interior del tub guia de grafit és ≤ 0,02 mm, la coaxialitat és ≤ 0,03 mm i la rugositat superficial arriba a Ra0,6 μm, complint totalment els requisits tècnics de la norma GB/T 3074.1-2019 "Electrodes de grafit" i dels components del camp tèrmic del forn de cristall únic fotovoltaic. La taxa de qualificació del producte ha passat del 78% al 99,3%, i la taxa de rebuig per deformació de flexió ha disminuït fins al 0,7%;
Eficiència i cost: El temps de processament d'una peça s'ha reduït de 42 minuts a 20 minuts, i la capacitat de producció diària ha augmentat de 90 peces a 210 peces; s'han eliminat els processos de correcció manual i de neteja ultrasonora, reduint els costos laborals en 32 yuans per producte; la vida útil de les eines de tall de diamant s'ha allargat un 80% gràcies a uns paràmetres de tall optimitzats (de 30 peces/fulla a 54 peces/fulla), i el cost de les eines de tall per producte s'ha reduït a 14 yuans;
Operació i manteniment de l'equipament: El sistema de prevenció de pols de tres nivells ha reduït la mitjana mensual d'avaries de l'equipament de 11 a 0,7, ha allargat el cicle de calibració de precisió del rail guia fins a 2,5 anys, ha augmentat la taxa d'utilització global de l'equipament del 65% al 94%, ha reduït el temps d'inactivitat anual en 680 hores i ha estalviat més de 220.000 yuans anuals en costos de manteniment.
Escenaris de processament del client
La màquina d'alta precisió KD500 de Taiwan Cloud Precision Machinery ha resolt els problemes habituals de la indústria amb els tubs guia de grafit, com ara la gran relació d'aspecte, la deformació fàcil, la dificultat en la neteja del pols i la baixa eficiència. "L'enginyer de producció de l'empresa va declarar: "Actualment, el nostre tub guia ha estat certificat per JA Solar i Trina Solar, i s'ha aplicat amb èxit a una línia de producció de forns de cristall únic d'alta eficiència de 18 polzades. Aquest compleix el requisit de 'l'atenuació del rendiment d'aïllament tèrmic ≤ 5% després de 15 mesos d'ús continu', cosa que ens proporciona un suport clau per ocupar el 38% de la quota de mercat en components de grafit d'alta gamma per a la fotovoltaica". Aquest cas confirma que el torn vertical CNC s'ha convertit en un equip essencial per superar el "triple embús de precisió, eficiència i operació i manteniment" en la fabricació de tubs guia de grafit isostàtic premsat de grau fotovoltaic mitjançant la sinergia profunda de "disseny personalitzat del procés de relació longitud-diàmetre + procés d'adaptació a la fragilitat del grafit + tractament integrat del pols".
EN
