I det termiska fältsystemet för en fotovoltaisk enväxtugn, Φ300-500mm, har den isostatiskt pressade grafitledrören med en längd på 400–600 mm dubbla funktioner: att styra siliciemsmältan och ge termisk fältisolering. Rundheten i innerväggen (krävs vara ≤ 0,025 mm), längdförhållandet till diameter (2,5–4:1) anpassningsförmåga samt ytans ythet (Ra ≤ 0,8 μm) påverkar direkt kontinuiteten i växten av siliciumenväxt. Om rundheten i innerväggen överskrider standarden kan det lätt leda till ojämn flöde av siliciemsmaterial och orsaka kantbrott i enväxten; Grafitens egenskaper, såsom låg hårdhet (Mohs 1–2), hög sprödhet och lätt dammsamling, kombinerat med problemet med bearbetningsavvikelse orsakad av ett stort formförhållande, gör det svårt för traditionella processer att balansera noggrannhet och effektivitet. Ett ledande inhemskt företag inom fotovoltaiska grafitkomponenter står inför tre kärnproblematik vid bearbetning av högprenna isostatiskt pressade grafitledrör (tillverkade av Toyo-kol TFG-85, med en skrymdensitet ≥ 1,82 g/cm³):
1. Noggrannhetsförlust vid kontroll: Traditionellt krävs fyra processer: "horisontell svarv grovytskärning → vertikal borrning finborrning av innervägg → manuell rättning av rätlinjighet → dammavlägsnande med högtryft luftström". Flera uppspänningsoperationer leder till en koncentricitetsavvikelse mellan innervägg och flänsreferens som överstiger 0,04–0,06 mm, och förhållandet längd i förhållande till diameter är för stort, vilket resulterar i ett rätlinjighetsfel på innerväggen på 0,08–0,1 mm. Avskrapningsgraden orsakad av böjdeformation är 16 %, och slutprodukten har endast en godkännandegrad på 78 %;
2. Dammsproblem: Grafitdammet samlas i det djupa hålrummet på den inre väggen i rörföringen. Efter rengöring med högtrykssluft finns fortfarande 8 % återstående damm i produkten, vilket kräver ytterligare ultraljudsrengöring och ökar tillverkningskostnaderna med 20 %. Samtidigt tränger dammet in i spindellager och guidor för maskinerna, vilket resulterar i i genomsnitt 11 maskinbrott per månad, och precisionens försämringstid för guidorna har förkortats till 4 månader.
3. Låg effektivitet: Bearbetningstiden för en enskild rörföring är så lång som 42 minuter, varav manuell justering och dammrengöring utgör 35 %, och kräver samarbete mellan två operatörer. Arbetskostnaden för en enskild produkt överstiger 32 yuan. Diamantverktyg går lätt sönder på grund av vibrationspåfrestningar vid skärning, med en livslängd på endast 30 stycken per blad och en verktygskostnad på 26 yuan per produkt.
Kundanvändningsscenarier
För att övervinna svårigheterna introducerade företaget en specialanpassad taiwanesisk Cloud KD500 grafit-specifik CNC-vertikalvänd och byggde ett dedikerat bearbetningssystem för ledningsröret med "längd-till-diameter-anpassning + dammtät precision dubbelstyrning":
Specialanpassad design av utrustningens kärna:
1. Styvhet och böjkontroll: Naturlig granitbädd (värmexpansionskoefficient ≤ 0,4 × 10⁻⁶/℃) används, och inre spänningar avlägsnas efter 20 månaders naturlig åldring. Kombinerat med en trepunktspositioneringsstruktur med "spindel+2 uppsättningar justerbara hjälplager" optimeras stödavståndet genom finita elementanalys, och böjningen i ledningsröret med längd-till-diameter-förhållande 4:1 hålls inom ≤ 0,01 mm. Utrustad med Fanuc 31i-B5 CNC-system och gittermåttskena i full sluten krets (upplösning 0,01 μm) uppnås en positioneringsnoggrannhet på ± 0,005 mm, vilket exakt matchar H7-nivåns toleranskrav för innerväggen.
2. Omfattande dammkontroll: Integrerat med ett "spindelintegrierat cyklonseparator (avgaseffektivitet på 93 %) + ringformig sidodammsugshuv (luftflöde på 1800 m³/h) + HEPA 13-nivås högeffektivt filter (filtreringsnoggrannhet på 0,3 μm)" trestegs dammskyddssystem, vilket ger en stabil dammkoncentration i arbetsområdet ≤ 1,2 mg/m³, långt under gränsen på 4 mg/m³ enligt den nationella standarden GBZ 2.1-2019; Samtidigt används dammtäta kabelsläp och smörjmedelsfria guider för att förhindra att damm och smörjmedel blandas och förorenar arbetsstycken och utrustning.
Exklusiv konfiguration av skärningssystem:
Genom att använda en porös vakuum-sugkopp med Φ 500 mm (med en adsorptionskraft på 0,11 MPa och en täckningsgrad för adsorptionsyta på 90 %) undviks deformation av den grafiterade ledningsrörets klämning genom jämn negativt tryck; konfigurera ett diamantbelagt verktyg för borrning i innerhål (med en avrundad kant på 0,01 mm och ett spetsradie på 0,02 mm) och ett torkisbaserat kallluftkylsystem vid -18 ℃ för att hålla temperaturen i skärzonen under 22 ℃ och minska risk för sprickbildning i innerväggen orsakad av grafits termiska spänningar; spindeln har en design med låg vibration (vibrationsacceleration ≤ 0,07 g), lämplig för de höga kraven vid bearbetning av sprökt grafiterat material.
När det gäller teknologisk innovation har en genombrott uppnåtts inom precisionsbearbetning av fotovoltaiska grafiterade ledningsrör genom en enda uppspänningsprocess
1. Processintegration: Utrustningen integrerar en vakuum-sugkopp, en 8-stationers servotorn (med ett verktygsbytestid på 1,4 sekunder) och en specialkonstruerad långbladshållare för innerväggen. Den kan utföra precisionssvarvning av ytterväggen på styrröret (rundhet ≤ 0,018 mm), precisionsborrning av innerväggen (cylindriskhet ≤ 0,01 mm), precisionssvarvning av flänsens ändyta (planhet ≤ 0,025 mm) samt borrning av det nedre styrgodset (positionsprecision ≤ 0,12 mm) i ett enda omlopp, vilket direkt eliminerar manuell korrigering och ultraljudsrengöring, och förkortar processen med 50 %;
2. Avböjnings- och sprödighetskontroll: Innovativ "segmenterad progressiv skärningsmetod" – för att hantera skillnaden i längd-till-diameter-förhållande, delas styrslangen in i 3–4 sektioner för bearbetning, där varje sektion använder parametrarna "låg hastighet (700–900 varv/min) + långsam påmatning (40–70 mm/min) + mikro bakåtskärande verktyg (≤ 0,05 mm)", kombinerat med Renishaw:s mätsond i maskinen (mätnoggrannhet ± 0,0008 mm) för att samla in data om rörets innerväggs rätsedräktighet i realtid och dynamiskt justera stödkraften (kompensationsnoggrannhet 0,002 mm), så att fel i innerväggs rätsedräktighet hålls inom ≤ 0,05 mm och kantbrytningen är ≤ 0,006 mm;
3. Optimering av byteffektivitet: Utrustad med 22 set fotovoltaiska grafitspännrör (lämpliga för 12–18 tum enväxtugnar) processparametrar, där byte endast kräver att motsvarande program hämtas och det specialiserade långbladsskärverktyget byts ut. Bytestiden har minskat från traditionella 3 timmar till 15 minuter, vilket möter behovet av batchproduktion med flera specifikationer.
Genomförandet uppfyller i sin helhet de stränga standarderna inom fotovoltaikindustrin:
Noggrannhet och godkännanderate: Rundhetsstabiliteten hos grafitspännrörets invändiga vägg är ≤ 0,02 mm, koaxialiteten är ≤ 0,03 mm och ytjämnheten når Ra0,6 μm, vilket fullt ut uppfyller tekniska krav enligt GB/T 3074.1-2019 "Grafitelektrod" samt krav för värme fältkomponenter i fotovoltaika enväxtugnar. Produktgodkännanderaten har ökat från 78 % till 99,3 %, och deflektionsdeformationskassationsgraden har minskat till 0,7 %;
Effektivitet och kostnad: Bearbetningstiden per enhet har minskat från 42 minuter till 20 minuter, och den dagliga produktionskapaciteten har ökat från 90 till 210 enheter; Manuell korrigering och ultraljudsrengöring har eliminerats, vilket minskar arbetskostnaderna med 32 yuan per produkt; Livslängden för diamantskärverktyg har förlängts med 80 % tack vare optimerade skärparametrar (från 30 enheter/blad till 54 enheter/blad), och kostnaden för skärverktyg per produkt har minskat till 14 yuan;
Utrustningens drift och underhåll: Ett tredelat dammskyddssystem har minskat det månatliga genomsnittet av utrustningsfel från 11 till 0,7, förlängt precisionstillverkningscykeln för rälsystemet till 2,5 år, ökat den totala utnyttjandegraden av utrustningen från 65 % till 94 %, minskat årlig driftstopp med 680 timmar och sparat över 220 000 yuan i underhållskostnader per år.
Kundens bearbetningsscenarier
Taiwan Cloud Precision Machinerys KD500 har löst branschens problem med grafitledrör, såsom stort längd-till-diameter-förhållande, lätt deformation, svår rengöring av damm och låg effektivitet. "Företagets produktionschef förklarade: "För närvarande har vårt ledrör certifierats av JA Solar och Trina Solar, och har framgångsrikt implementerats i en 18 tum högeffektiv enkristallugns produktionslinje. Det uppfyller kravet på att 'värmefältets isoleringsprestanda får inte minska mer än 5 % efter 15 månaders kontinuerlig användning', vilket ger kärnstöd för oss att erövra 38 % av marknadsandelen inom högpresterande grafitkomponenter för fotovoltaik." Detta fall bekräftar att CNC vertikalvändmaskinen har blivit nyckelutrustning för att övervinna den 'trippla flaskhalsen gällande precision, effektivitet samt drift och underhåll' i tillverkningen av isostatiskt pressade grafitledrör för fotovoltaik genom djup synergism av 'anpassad design av längd-till-diameter-bearbetning + bearbetningsprocess anpassad till grafits sprödhet + integrerad dammhantering'.
EN
