No sistema de campo térmico dun forno fotovoltaico de monocristal, o tubo guía de grafito prensado isostático de Φ300-500 mm e unha lonxitude de 400-600 mm realiza as dúas funcións de guiar o material fundido de silicio e illar o campo térmico. A redondez da parede interior (requerida ≤ 0,025 mm), a relación lonxitude/diámetro (2,5-4:1) adaptativa e a rugosidade superficial (Ra ≤ 0,8 μm) afectan directamente á continuidade do crecemento do monocristal de silicio. Se a redondez da parede interior excede o estándar, pode provocar facilmente un fluxo irregular do material de silicio e causar roturas nas beiras do monocristal; As características do grafito, como baixa dureza (Mohs 1-2), alta fragilidade e facilidade de acumulación de po, xunto co problema de desviación no mecanizado debido a unha gran relación de aspecto, fan difícil que os procesos tradicionais equilibren precisión e eficiencia. Unha empresa líder nacional en compoñentes de grafito fotovoltaico enféntase a tres bloqueos principais ao mecanizar tubos guía de grafito prensado isostático de alta pureza (fabricados con Toyo carbon TFG-85, cunha densidade masiva ≥ 1,82 g/cm³):
1. Perda de precisión no control: Tradicionalmente, require catro procesos: "torno horizontal, prensado bruto da parede exterior → máquina vertical de mandrinado, mandrinado fino da parede interior → corrección manual da rectitude → eliminación do po con fluxo de aire a alta presión". O múltiple agarre provoca unha desviación na coaxialidade entre a parede interior e a referencia da brida superior a 0,04-0,06 mm, e a relación lonxitude/diámetro é excesiva, o que orixina un erro de rectitude da parede interior de 0,08-0,1 mm. A taxa de refugo provocada por deformación por flexión é do 16%, e a taxa de cualificación do produto final é só do 78%;
2. Problema do po: O polo de grafite acumúlase na cavidade profunda da parede interior do tubo guía. Despois da limpeza con aire a alta presión, aínda queda un 8% de po no produto, o que require unha limpeza ultrasónica adicional e incrementa os custos de fabricación nun 20%; ao mesmo tempo, o po entra nos rolamentos do fuso e nas guías do equipo, provocando unha media de 11 fallos de máquina por mes, e o ciclo de degradación da precisión das guías redúcese a 4 meses;
3. Baixa eficiencia: O ciclo de procesamento dun só tubo guía é tan longo como 42 minutos, dos cales a corrección manual e a limpeza do po representan o 35%, e requiren a colaboración de 2 operarios. O custo laboral por produto supera os 32 yuan; as ferramentas de corte de diamante tenden a romperse debido ás vibracións de corte, teñen unha vida útil de só 30 pezas por lâmina e o custo da ferramenta por produto é de 26 yuan.
Escenarios de uso do cliente
Para superar as dificultades, a empresa introduciu un torno vertical CNC de grafito específico Taiwan Cloud KD500 personalizado e construíu un sistema de procesamento dedicado para o tubo guía coa "adaptación da relación lonxitude/diámetro + control dual preciso antipolvo":
Deseño personalizado do núcleo do equipo:
1. Rigidez e control de flexión: Utilízase un corpo principal de granito natural (coeficiente de expansión térmica ≤ 0,4 × 10⁻⁶/℃) cunha tensión interna eliminada tras 20 meses de envellecemento natural. Combinado cunha estrutura de posicionamento de tres puntos de "fuso+2 conxuntos de soportes auxiliares axustables", a distancia entre soportes optimízase mediante análise por elementos finitos, e a flexión do tubo guía cunha relación lonxitude/diámetro de 4:1 controlase dentro de ≤ 0,01 mm. Equipado co sistema CNC Fanuc 31i-B5 e control en bucle pechado total con regra de escala (resolución 0,01 μm), alcanza unha precisión de posicionamento de ± 0,005 mm e adapta exactamente os requisitos de tolerancia de nivel H7 da parede interior.
2. Control integral do po: Integrado cun "separador ciclónico incorporado no fuso (eficacia de eliminación de po do 93%) + capucha de recollida de po por succión anular (caudal de aire de 1800 m³/h) + filtro de alta eficiencia HEPA 13 (precisión de filtrado de 0,3 μm)", este sistema de prevención do po en tres niveis mantén a concentración de po na área de traballo estable ≤ 1,2 mg/m³, moi por debaixo do límite de 4 mg/m³ especificado na norma nacional GBZ 2.1-2019; ao mesmo tempo, empréganse cadeas de arrastre antipo e guías de lubricación sen aceite para evitar que o po e o lubricante se mesturen e contaminen as pezas e o equipo.
Configuración exclusiva do sistema de corte:
Usando unha copa de succión por vacío porosa de Φ 500 mm (con unha forza de adsorción de 0,11 MPa e unha taxa de cobertura da superficie de adsorción do 90 %), evítase a deformación do suxeito do tubo guía de grafito mediante presión negativa uniforme; configúrase unha ferramenta de torneado de furos internos recuberta de diamante (con un canto redondeado de 0,01 mm e un raio de punta de 0,02 mm) e un sistema de arrefriamento con aire frío de xeo seco a -18 ℃ para controlar a temperatura da zona de corte por debaixo de 22 ℃ e suprimir as fisuras na parede interior causadas pola tensión térmica do grafito; o fuso adopta un deseño de baixa vibración (aceleración de vibración ≤ 0,07 g), adecuado para os requirimentos de mecanizado de alta fragilidade do grafito.
En canto á innovación tecnolóxica, conseguiuse un avance no mecanizado de precisión dos tubos guía de grafito para fotovoltaicos mediante un proceso de suxección única
1. Integración do proceso: O equipo integra unha ventosa de baleiro, unha torreta servo de 8 estacións (con un tempo de cambio de ferramenta de 1,4 segundos) e un portaferramentas longo especializado para a parede interior. Pode completar en un só paso o torneado de precisión da parede exterior do tubo guía (redondez ≤ 0,018 mm), o alargado de precisión da parede interior (cilindricidade ≤ 0,01 mm), o torneado de precisión da cara frontal da brida (planicidade ≤ 0,025 mm) e o furo do orificio guía inferior (precisión posicional ≤ 0,12 mm), eliminando directamente os procesos de corrección manual e limpeza ultrasónica, reducindo o proceso nun 50%;
2. Control de flexión e fragilidade: Innovador "método de corte progresivo segmentado" - para a diferenza na relación lonxitude/diámetro, o tubo guía divídese en 3-4 seccións para o procesamento; cada sección adopta os parámetros de "baixa velocidade (700-900 r/min)+alimentación lenta (40-70 mm/min)+ferramenta de retrocorte micro (≤ 0,05 mm)", combinado cunha sonda de medición en máquina Renishaw (precisión de medición ± 0,0008 mm) para recoller datos en tempo real da rectitude da parede interior, axustando dinamicamente a forza de soporte auxiliar (precisión de compensación 0,002 mm), logrando que o erro de rectitude da parede interior sexa ≤ 0,05 mm e a cantidade de desprendemento de bordos sexa ≤ 0,006 mm;
3. Optimización da eficiencia de cambio: Equipado con 22 conxuntos de tubos guía fotovoltaicos de grafito (adecuados para fornos de monocristal de 12-18 polegadas) con modelos de parámetros de proceso, a troca require só recuperar o programa correspondente e substituír a ferramenta de corte de lama longa especializada. O tempo de troca reduciuse de 3 horas tradicionais a 15 minutos, satisfacendo as necesidades de produción en lote con múltiples especificacións.
Os resultados da implementación cumpren estritamente coas normas do sector fotovoltaico:
Precisión e taxa de cualificación: A estabilidade da redondeza da parede interior do tubo guía de grafito é ≤ 0,02 mm, a coaxialidade é ≤ 0,03 mm, e a rugosidade superficial alcanza Ra0,6 μm, cumprindo completamente cos requisitos técnicos da norma GB/T 3074.1-2019 "Electrodo de Grafito" e os compoñentes do campo térmico do forno de monocristal fotovoltaico. A taxa de cualificación do produto aumentou do 78% ao 99,3%, e a taxa de desecho por deformación por flexión diminuíu ao 0,7%;
Eficiencia e custo: O tempo de procesamento dunha peza reduciuse de 42 minutos a 20 minutos, e a capacidade de produción diaria aumentou de 90 pezas a 210 pezas; Canceláronse os procesos de corrección manual e de limpeza por ultrasóns, reducindo os custos de man de obra en 32 iuan por produto; A vida útil das ferramentas de corte de diamante aumentou un 80% grazas a parámetros de corte optimizados (de 30 pezas/lâmina a 54 pezas/lâmina), e o custo das ferramentas de corte por produto reduciuse a 14 iuan;
Operación e mantemento do equipo: O sistema de prevención de po en tres niveis reduciu a media mensual de avarías do equipo de 11 a 0,7, estendeu o ciclo de calibración de precisión do raíl guía a 2,5 anos, aumentou a taxa de utilización global do equipo do 65% ao 94%, reduciu o tempo de inactividade anual en 680 horas e permitiu aforrar máis de 220000 iuan anuais en custos de mantemento.
Escenarios de procesamento do cliente
A Taiwan Cloud Precision Machinery KD500 resolveu os problemas do sector dos tubos guía de grafito, como a grande relación de aspecto, deformación fácil, limpeza difícil do po e baixa eficiencia. "O director de produción da empresa afirmou: "Actualmente, o noso tubo guía foi certificado por JA Solar e Trina Solar, e aplicouse con éxito nunha liña de produción de fornos de cristal único de alta eficiencia de 18 polegadas. Cumpre co requisito de 'atenuación do rendemento de illamento térmico ≤ 5% tras 15 meses de uso continuo', o que nos proporciona un apoio fundamental para acadar unha participación no mercado do 38% nos compoñentes de grafito de alta gama para fotovoltaica." Este caso confirma que o torno vertical CNC converteuse nun equipo clave para superar o "triplo baleiro de precisión, eficiencia e operación e mantemento" na fabricación de tubos guía de grafito isostático prensado de calidade fotovoltaica mediante a profunda sinerxia de "deseño personalizado do proceso de relación lonxitude/diámetro + proceso de adaptación á fragilidade do grafito + tratamento integrado do po".
EN
