Ve systému tepelného pole jednokrystalové pece pro fotovoltaiku slouží izostaticky tlačená grafitová vodící trubice o průměru Φ300-500 mm a délce 400-600 mm současně k vedení taveniny křemíku a k tepelné izolaci. Kulatost vnitřní stěny (požadavek ≤ 0,025 mm), poměr délky ku průměru (2,5–4:1) a povrchová drsnost (Ra ≤ 0,8 μm) přímo ovlivňují kontinuitu růstu křemíkového monokrystalu. Pokud kulatost vnitřní stěny překročí normu, může to snadno vést k nerovnoměrnému toku křemíkového materiálu a způsobit zlomení okraje monokrystalu. Vlastnosti grafitu, jako nízká tvrdost (Mohs 1–2), vysoká křehkost a snadné hromadění prachu, spolu s problémem odklonu při obrábění způsobeným velkým poměrem délky ku tloušťce, ztěžují tradičním technologiím dosažení rovnováhy mezi přesností a efektivitou. Domácí čínský podnik specializující se na výrobu grafitových komponentů pro fotovoltaiku se při zpracování vysokokapalných izostaticky tlačených grafitových vodících trubic (vyrobených z Toyovy uhlíkové suroviny TFG-85 s objemovou hustotou ≥ 1,82 g/cm³) potýká se třemi hlavními bariérami:
1. Přesnost ztráty ovládání: Tradičně vyžaduje čtyři procesy: „vodorovný soustruh hrubování vnější stěny → svislá vrtačka dokončování vnitřní stěny → ruční oprava rovnosti → odstranění prachu pomocí proudů vysokotlakového vzduchu“. Více následných upnutí způsobuje odchylku koaxiality mezi vnitřní stěnou a přírubovou referencí nad 0,04–0,06 mm, poměr délky ku průměru je příliš velký, což vede k chybě rovnosti vnitřní stěny 0,08–0,1 mm. Zmetkovitost způsobená deformací ohybem je 16 % a konečná kvalifikace výrobku dosahuje pouze 78 %;
2. Problém s prachem: Grafitový prach se hromadí v hluboké dutině vnitřní stěny vodící trubky. Po čištění proudem stlačeného vzduchu zůstává v produktu stále 8 % prachu, což vyžaduje dodatečné ultrazvukové čištění a zvyšuje výrobní náklady o 20 %; současně pronikl prach do vřetenových ložisek a vodících drah zařízení, což způsobuje průměrně 11 poruch strojů měsíčně a cyklus degradace přesnosti vodících drah se zkrátil na 4 měsíce;
3. Nízká účinnost: Zpracování jedné vodící trubky trvá až 42 minut, z nichž ruční korekce a odstraňování prachu zabírají 35 % a vyžadují spolupráci dvou operátorů. Mzdové náklady na jeden výrobek přesahují 32 jüanů; diamantové řezné nástroje jsou náchylné k lámání kvůli řezným vibracím, jejich životnost činí pouze 30 kusů na břit a náklady na nástroj pro jeden výrobek dosahují 26 jüanů.
Scénáře použití zákazníkem
Pro překonání obtíží společnost zavedla speciálně upravený grafity CNC svislý soustruh Taiwan Cloud KD500 a vybudovala vyhrazený zpracovatelský systém pro vodicí trubku s „přizpůsobením poměru délky k průměru + dvouúrovňová přesná kontrola proti prachu“:
Speciální návrh klíčového zařízení:
1. Tuhost a řízení průhybu: Použito přirozené žulové lože (koeficient tepelné roztažnosti ≤ 0,4 × 10⁻⁶/℃), u něhož bylo po 20 měsících přirozeného stárnutí odstraněno vnitřní pnutí. V kombinaci se tříbodovou polohovací konstrukcí „vřeteno + 2 sady nastavitelných pomocných ložisek“, přičemž vzdálenost ložisek je optimalizována pomocí metody konečných prvků, je průhyb vodicí trubky s poměrem délky ku průměru 4:1 omezen na ≤ 0,01 mm. Zařízení je vybaveno systémem Fanuc 31i-B5 a mřížkovým měřicím systémem s úplnou uzavřenou smyčkou (rozlišení 0,01 μm), čímž dosahuje přesnosti polohování ± 0,005 mm a přesně odpovídá tolerancím třídy H7 vnitřní stěny.
2. Komplexní kontrola prachu: Integrováno se třístupňovým systémem ochrany proti prachu "odstředivý separátor s vřetenem (účinnost odstranění prachu 93 %) + kruhový odsavač bočního sacího otvoru (průtok vzduchu 1800 m³/h) + HEPA filtr třídy 13 (filtrační přesnost 0,3 μm)", díky čemuž je koncentrace prachu v pracovní oblasti stabilně ≤ 1,2 mg/m³, což je mnohem nižší než limit 4 mg/m³ stanovený v národním standardu GBZ 2.1-2019; zároveň jsou použity protiprašné kabelové řetězy a bezolejové vodící lišty, které zabrání míchání prachu a maziva a znečištění obrobků a zařízení.
Exkluzivní konfigurace řezacího systému:
Použitím Φ 500 mm porézní vývětové přísavky (s adsorpční silou 0,11 MPa a pokrytím adsorpční plochy 90 %) se rovnoměrným podtlakem zabrání deformaci upnutí grafitového vodícího potrubí; použití diamantového nástroje pro soustružení vnitřních otvorů s povlakem (zaoblená hrana 0,01 mm a poloměr hrotu 0,02 mm) a chladicí systém suchého ledu s teplotou -18 ℃ umožňují udržet teplotu řezné zóny pod 22 ℃ a potlačit praskání stěn způsobené tepelným napětím grafitu; vřeteno je navrženo s nízkou vibrací (zrychlení vibrací ≤ 0,07g), což vyhovuje požadavkům na zpracování vysoce křehkého grafitu.
Z hlediska technologických inovací byl dosažen průlom v oblasti přesného obrábění fotovoltaických grafitových vodících trubek jediným upnutím
1. Integrace procesu: Zařízení integruje vakuovou přísavku, 8-pozicovou servoturret (s časem výměny nástroje 1,4 sekundy) a speciální držák dlouhého břitu pro vnitřní stěnu. Může jednou operací dokončit přesné broušení vnější stěny vodící trubky (kruhovitost ≤ 0,018 mm), přesné vyvrtávání vnitřní stěny (válcovitost ≤ 0,01 mm), přesné broušení čelní plochy příruby (rovinatost ≤ 0,025 mm) a vrtání spodního vodícího otvoru (polohová přesnost ≤ 0,12 mm), čímž přímo eliminuje ruční opravy a procesy ultrazvukového čištění a zkracuje celkový proces o 50 %;
2. Řízení průhybu a křehkosti: Inovativní „segmentovaná progresivní řezací metoda“ – vzhledem k poměru délky ku průměru je vodící trubka rozdělena na 3–4 sekce pro zpracování, přičemž každá sekce využívá parametry „nízká rychlost (700–900 ot/min) + pomalý posuv (40–70 mm/min) + mikro nástroj s malým zpětným řezem (≤ 0,05 mm)“, v kombinaci s měřicím dotykovým hmatákem Renishaw uvnitř stroje (měřicí přesnost ± 0,0008 mm) pro sběr reálných dat o rovnosti vnitřní stěny, dynamickou úpravu síly pomocného upnutí (kompenzační přesnost 0,002 mm), čímž je chyba rovnosti vnitřní stěny omezena na ≤ 0,05 mm a velikost odlomení hrany na ≤ 0,006 mm;
3. Optimalizace efektivity výměny Vybaveno 22 sadami fotonikových grafitových vodítek (vhodných pro jednokrystalické tavící kelímky o průměru 12–18 palců) a šablonami procesních parametrů. Přechod vyžaduje pouze načtení příslušného programu a výměnu speciálního dlouhého řezného nástroje. Čas přechodu se tak zkrátil z tradičních 3 hodin na 15 minut, čímž jsou splněny požadavky vícespecifikační sériové výroby.
Výsledky realizace plně splňují přísné standardy fotovoltaického průmyslu:
Přesnost a kvalita: Stabilita kruhovitosti vnitřní stěny grafitového vodítka je ≤ 0,02 mm, souosost je ≤ 0,03 mm a drsnost povrchu dosahuje Ra 0,6 μm, což plně odpovídá technickým požadavkům normy GB/T 3074.1-2019 „Grafitové elektrody“ a komponent termálního pole pro jednokrystalické tavící kelímky pro fotovoltaiku. Kvalitativita výrobků vzrostla z 78 % na 99,3 % a odchylka způsobená deformací se snížila na 0,7 %;
Efektivita a náklady: Čas zpracování jednoho kusu byl snížen z 42 minut na 20 minut a denní výrobní kapacita se zvýšila z 90 kusů na 210 kusů; rušení manuální korekce a ultrazvukového čištění snížilo pracovní náklady o 32 jüanů na produkt; životnost diamantových řezných nástrojů se díky optimalizovaným řezným parametrům prodloužila o 80 % (ze 30 kusů/čepel na 54 kusů/čepel) a náklady na řezné nástroje na jeden produkt byly sníženy na 14 jüanů;
Provoz a údržba zařízení: Třístupňový systém ochrany proti prachu snížil průměrný měsíční počet poruch zařízení z 11 na 0,7, prodloužil kalibrační cyklus přesnosti vodících lišt na 2,5 roku, zvýšil komplexní využití zařízení z 65 % na 94 %, snížil roční odstávky o 680 hodin a ušetřil ročně více než 220 000 jüanů na nákladech na údržbu.
Zákaznické scénáře zpracování
Taiwanský cloudový přesný strojní vybavení KD500 vyřešilo průmyslové problémy u grafických vodících trubek, jako je velký poměr délky ku průměru, snadná deformace, obtížné čištění prachu a nízká účinnost. „Výrobní ředitel společnosti uvedl: „Momentálně byla naše vodící trubka certifikována firmami JA Solar a Trina Solar a byla úspěšně nasazena do výrobní linky pro 18palcové vysokou účinností jednokrystalické peci. Splňuje požadavek ‚útlum izolačního výkonu tepelného pole ≤ 5 % po 15 měsících nepřetržitého provozu‘, což nám poskytuje klíčovou podporu pro získání 38 % tržního podílu ve vysokorychlostních grafických komponentech pro fotovoltaiku.“ Tento případ potvrzuje, že CNC svislý soustruh se stal klíčovým zařízením pro překonání „trojího úzkého hrdla přesnosti, účinnosti a provozní údržby“ při výrobě izotropně lisovaných grafických vodících trubek pro fotovoltaiku prostřednictvím hluboké synergické kombinace ‚zakázkového návrhu zpracování poměru délky ku průměru + procesu přizpůsobení křehkosti grafitu + integrovaného řešení odstraňování prachu‘.
EN
