V tepelnom systéme fotovoltickej jednokryštalickej peci slúži izostaticky lisovaná grafitová vodivka s priemerom Φ300-500 mm a dĺžkou 400-600 mm na vedenie taveniny kremíka a na tepelnú izoláciu. Kruhovitosť vnútornej steny (vyžadovaná hodnota ≤ 0,025 mm), pomer dĺžky ku priemeru (2,5–4:1) a drsnosť povrchu (Ra ≤ 0,8 μm) priamo ovplyvňujú kontinuitu rastu kremíkového monokryštálu. Ak kruhovitosť vnútornej steny presiahne štandard, môže to ľahko spôsobiť nerovnomerný tok kremíkového materiálu a zlomenie okraja monokryštálu; Vlastnosti grafitu, ako nízka tvrdosť (Mohs 1–2), vysoká krehkosť, ľahké hromadenie prachu, spolu s problémom odklonu pri spracovaní spôsobeným veľkým pomerom strán, sťažujú tradičným postupom dosiahnuť rovnováhu medzi presnosťou a efektívnosťou. Domáci popredný podnik v oblasti fotovoltických grafitových komponentov sa pri spracovaní vysokočistých izostaticky lisovaných grafitových vodoviek (vyrobených z Toyo carbon TFG-85 s objemovou hustotou ≥ 1,82 g/cm³) stretáva s tromi základnými úzkymi miestami:
1. Stratil presnosť riadenia: Tradične vyžaduje štyri procesy: „hrubovanie vonkajšej steny na horizontálnom sústruhu → jemné vyvŕtavanie vnútornej steny na zvislom vyvŕtavači → ručná korekcia rovnosti → odstránenie prachu vysokotlakovým prúdom vzduchu“. Viacnásobné upínanie spôsobuje odchýlku koaxiality medzi vnútornou stenou a referenčnou prírubou nad 0,04–0,06 mm, pomer dĺžky ku priemeru je príliš veľký, čo vedie k chybe rovnosti vnútornej steny 0,08–0,1 mm. Režijnosť spôsobená deformáciou ohybu je 16 % a konečná kvalifikácia výrobku je len 78 %;
2. Problém s prachom: Grafitový prach sa hromadí v hlbokom priestore vnútornej steny vodidla. Po čistení vysokotlakovým vzduchom zostáva vo výrobku ešte 8 % prachu, čo si vyžaduje dodatočné ultrazvukové čistenie a zvyšuje výrobné náklady o 20 %. Súčasne prach preniká do ložísk vretena a vodidiel zariadenia, čo spôsobuje priemerne 11 porúch strojov za mesiac a skracuje cyklus degradácie presnosti vodidiel na 4 mesiace;
3. Nízka účinnosť: Spracovanie jedného vodidla trvá až 42 minút, z ktorých manuálna korekcia a odstraňovanie prachu zaberajú 35 % a vyžadujú spoluprácu dvoch operátorov. Mzdové náklady na jeden výrobok presahujú 32 yuanov; diamantové rezné nástroje sú náchylné na zlomenie kvôli rezaniu sprevádzanému vibráciami, ich životnosť je len 30 kusov na břit a náklady na nástroj na jeden výrobok sú 26 yuanov.
Scenáre použitia zákazníkom
Na prekonanie ťažkostí spoločnosť zaviedla špeciálne upravený taiwanský grafitový CNC zvislý sústruh Taiwan Cloud KD500 a postavila vyhradený spracovateľský systém pre vodiace rúrky s „prispôsobením pomeru dĺžky ku priemeru + dvojitou ochranou proti prachu a presnou kontrolou“:
Špeciálne upravený návrh jadra zariadenia:
1. Tuhosť a kontrola ohybu: Použitie prírodného granitového loža (koeficient tepelnej rozťažnosti ≤ 0,4 × 10⁻⁶/℃), ktoré po 20 mesiacoch prirodzeného starnutia stratilo vnútorné napätie. V kombinácii so štruktúrou troj bodovej polohy „vŕtak + 2 sady nastaviteľných pomocných ložísk“, pričom vzdialenosť ložísk je optimalizovaná pomocou analýzy metódou konečných prvkov, sa ohyb vodiacej rúrky s pomerom dĺžky ku priemeru 4:1 udržiava v hraniciach ≤ 0,01 mm. Vybavené CNC systémom Fanuc 31i-B5 a mriežkovým meracím systémom s plnou uzavretou slučkou (rozlíšenie 0,01 μm), dosahuje presnosť polohovania ± 0,005 mm a presne spĺňa tolerančné požiadavky úrovne H7 pre vnútornú stenu.
2. Komplexná kontrola prachu: Integrované s trojstupňovým systémom ochrany pred prachom „odstredivý separátor zabudovaný do vretena (účinnosť odstraňovania prachu 93 %) + kruhový bočný sací odsávač prachu (výkon vzduchu 1800 m³/h) + HEPA filter triedy 13 (filtračná presnosť 0,3 μm)“, pri ktorom je koncentrácia prachu v pracovnej oblasti stabilná ≤ 1,2 mg/m³, čo je výrazne pod hranicou 4 mg/m³ uvedenou v norme GBZ 2.1-2019; zároveň sa používajú protiprašné káblové ťahacie reťazce a bezolejové vodidlá na zabránenie zmiešavania prachu a maziva a kontaminácie obrobkov a zariadení.
Exkluzívna konfigurácia rezacieho systému:
Použitím Φ 500 mm poréznej vákuovej prísavky (so sacou silou 0,11 MPa a pokrytím adsorpčnej plochy 90 %) sa dosiahne rovnomerný negatívny tlak, čím sa zabráni deformácii upnutia grafitovej vodidlovej trubice; Konfigurácia diamantového rezného nástroja s povlakom pre obrábanie vnútorných otvorov (s zaoblením hrany 0,01 mm a polomerom hrotu 0,02 mm) a chladiaceho systému suchého ľadu s teplotou -18 ℃ na udržiavanie teploty v reznom priestore pod 22 ℃ a potlačenie trhlin vo vnútorných stenách spôsobených tepelným napätím grafitu; Vreteno využíva návrh s nízkym otrasy (zrýchlenie vibrácií ≤ 0,07 g), ktorý je vhodný pre spracovanie vysokej krehkosti grafitu.
Z hľadiska technologických inovácií bol dosiahnutý prelom v presnom obrábaní fotovoltaických grafitových vodidiel jedným upnutím
1. Integrácia procesov: Zariadenie integruje vákuovú prísavku, 8-cestný servozávrt s časom výmeny nástroja 1,4 sekundy a špeciálny držiak dlhého noža pre vnútornú stenu. V jednom pracovnom cykle dokáže vykonať presné obrábanie vonkajšej steny vodidla (zaoblenie ≤ 0,018 mm), presné vyvŕtavanie vnútornej steny (valcovitosť ≤ 0,01 mm), presné obrábanie tesovacej plochy príruby (rovinatosť ≤ 0,025 mm) a vŕtanie spodného vodidlá (polohová presnosť ≤ 0,12 mm), čím priamo eliminuje manuálne opravy a procesy ultrazvukového čistenia a skracuje celkový proces o 50 %;
2. Riadenie ohybu a krehkosť: Inovatívna „segmentovaná progresívna rezná metóda“ – pri rozdiele pomeru dĺžky ku priemeru sa vodiaca trubica delí na 3–4 sekcie na spracovanie, pričom každá sekcia používa parametre „nízka rýchlosť (700–900 ot./min) + pomalý posuv (40–70 mm/min) + mikro nástroj na opačný rez (≤ 0,05 mm)“, v kombinácii s meracou sondou Renishaw priamo v stroji (meracia presnosť ± 0,0008 mm) na zber údajov o rovnosti vnútornej steny v reálnom čase a dynamické nastavenie sily pomocného upevnenia (presnosť kompenzácie 0,002 mm), čím sa chyba rovnosti vnútornej steny udržiava v hraniciach ≤ 0,05 mm a veľkosť odlomenia hrany je ≤ 0,006 mm;
3. Optimalizácia efektívnosti výmeny Vybavené 22 sadami fotovoltaických grafitových vodidiel (vhodné pre jednokryštálové pece 12–18 palcov) s predlohami procesných parametrov, pri ktorých stačí pri výmene načítať príslušný program a vymeniť špeciálne dlhé rezacie nástroje. Čas výmeny sa skrátil z tradičných 3 hodín na 15 minút, čím sa spĺňajú požiadavky viacšpecifikačnej sériovej výroby.
Výsledky realizácie plne vyhovujú prísnym štandardom fotovoltaického priemyslu:
Presnosť a kvalita: Stabilita zaoblenia vnútornej steny grafitového vodiča je ≤ 0,02 mm, koaxialita je ≤ 0,03 mm a drsnosť povrchu dosahuje Ra 0,6 μm, čo plne spĺňa technické požiadavky normy GB/T 3074.1-2019 „Grafitové elektródy“ a komponentov tepelného poľa pre jednokryštálové fotovoltaické pece. Kvalita výrobkov stúpla z 78 % na 99,3 % a miera odpadu spôsobeného deformáciou ohnutia klesla na 0,7 %;
Efektivita a náklady: Čas spracovania jednej súčiastky sa skrátil z 42 minút na 20 minút a denná výrobná kapacita stúpla z 90 kusov na 210 kusov; rušenie manuálnej korekcie a ultrazvukového čistenia znížilo náklady na prácu o 32 yuanov na produkt; životnosť diamantových rezných nástrojov sa predĺžila o 80 % vďaka optimalizovaným rezacím parametrom (z 30 kusov/čepeľ na 54 kusov/čepeľ) a náklady na rezné nástroje na jeden produkt sa znížili na 14 yuanov;
Prevádzka a údržba zariadení: Trojstupňový systém ochrany pred prachom znížil mesačný priemerný počet porúch zariadení z 11 na 0,7, predĺžil kalibračný cyklus presnosti vodítka na 2,5 roka, zvýšil komplexnú využiteľnosť zariadení z 65 % na 94 %, znížil ročnú odstávku o 680 hodín a ušetril viac ako 220 000 yuanov ročne na nákladoch na údržbu.
Scenáre spracovania u zákazníka
Taiwanský presný mechanický stroj Taiwan Cloud Precision Machinery KD500 vyriešil odvetvové problémy týkajúce sa grafitych vodičiek, ako je veľký pomer dĺžky ku priemeru, ľahká deformácia, ťažké čistenie prachu a nízka účinnosť. „Momentálne naše vodičky získali certifikáciu od spoločností JA Solar a Trina Solar a boli úspešne nasadené do výrobnej linky pre 18-palcové vysokoeffikasné jednokryštálové peci. Splňujú požiadavku »útlm izolačných vlastností tepelného poľa ≤ 5 % po 15 mesiacoch nepretržitého používania«, čo nám poskytuje kľúčovú podporu pri získavaní 38 % trhového podielu vo vysokej triede grafitych komponentov pre fotovoltaike,“ uviedol výrobný riaditeľ spoločnosti. Tento prípad potvrdzuje, že CNC zvislý sústruh sa stal kľúčovým zariadením na prekonanie „trojitého úzkeho hrdla presnosti, efektivity a prevádzky a údržby“ pri výrobe izostaticky lisovaných grafitych vodičiek pre fotovoltiku prostredníctvom hlbokého synergického pôsobenia „prispôsobeného návrhu spracovania pomeru dĺžky ku priemeru + procesu prispôsobenia krehkosti grafitu + integrovaného riešenia prachu.
EN
