โซลูชันการกลึงความแม่นยำสำหรับท่อไกด์กราไฟต์ไอโซสแตติกเกรดโฟโตโวลเทก

ในระบบสนามความร้อนของเตาผลิตผลึกเดี่ยวโฟโตโวลเทก ท่อกราไฟต์นำทางที่ถูกอัดแบบไอโซสแตติกขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง Φ300-500 มม. และยาว 400-600 มม. มีหน้าที่ทั้งนำทางการไหลของซิลิคอนเหลวและเป็นฉนวนกันความร้อนในสนามความร้อน ความกลมของผนังด้านใน (ต้องไม่เกิน 0.025 มม.) อัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง (2.5-4:1) ความสามารถในการปรับตัว และค่าความหยาบผิว (Ra ≤ 0.8 ไมครอน) มีผลโดยตรงต่อความต่อเนื่องของการเจริญเติบโตของผลึกซิลิคอนเดี่ยว หากความกลมของผนังด้านในเกินมาตรฐาน จะทำให้วัสดุซิลิคอนไหลไม่สม่ำเสมอ ซึ่งอาจก่อให้เกิดการแตกหักที่ขอบผลึกเดี่ยวได้ง่าย คุณสมบัติของกราไฟต์ เช่น ความแข็งต่ำ (โมห์ส 1-2) ความเปราะสูง และการสะสมฝุ่นได้ง่าย รวมกับปัญหาการเบี่ยงเบนจากการแปรรูปที่เกิดจากอัตราส่วนความยาวต่อความกว้างที่มาก ทำให้กระบวนการแบบดั้งเดิมยากที่จะรักษาระดับความแม่นยำและประสิทธิภาพไปพร้อมกัน บริษัทชั้นนำภายในประเทศผู้ผลิตชิ้นส่วนกราไฟต์สำหรับโฟโตโวลเทกกำลังเผชิญกับข้อจำกัดหลัก 3 ประการ ขณะทำการแปรรูปท่อกราไฟต์นำทางอัดไอโซสแตติกความบริสุทธิ์สูง (ผลิตจาก Toyo carbon TFG-85 โดยมีความหนาแน่นรวม ≥ 1.82 กรัม/ซม³):
1. การสูญเสียความแม่นยำในการควบคุม: โดยทั่วไปต้องใช้สี่ขั้นตอน ได้แก่ "กลึงแนวราบเพื่อแต่งผิวด้านนอกคร่าวๆ → ไสเจาะรูแนวตั้งให้ละเอียด → ปรับแก้แนวตรงด้วยมือ → เป่าฝุ่นออกด้วยอากาศแรงดันสูง" การจับยึดหลายครั้งทำให้เกิดความเบี่ยงเบนของแกนร่วมกันระหว่างผนังด้านในและฐานแผ่นแฟลนเกินกว่า 0.04-0.06 มม. และอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางมากเกินไป ส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดของความตรงของผนังด้านในอยู่ที่ 0.08-0.1 มม. อัตราการทิ้งชิ้นงานเนื่องจากการบิดงออยู่ที่ 16% และอัตราการผ่านเกณฑ์ของผลิตภัณฑ์สุดท้ายมีเพียง 78%;
2. ปัญหาฝุ่น: ฝุ่นกราไฟต์สะสมอยู่ในโพรงลึกของผนังด้านในของท่อไกด์ หลังจากทำความสะอาดด้วยอากาศแรงดันสูงแล้ว ยังคงมีฝุ่นเหลือค้างอยู่ในผลิตภัณฑ์ถึง 8% ซึ่งจำเป็นต้องทำความสะอาดเพิ่มเติมด้วยคลื่นความถี่อัลตราโซนิก ทำให้ต้นทุนการผลิตเพิ่มขึ้น 20%; ในเวลาเดียวกัน ฝุ่นได้แทรกซึมเข้าไปในแบริ่งสปินเดิลและรางนำทางของเครื่องจักร ส่งผลให้เกิดความเสียหายของเครื่องจักรเฉลี่ย 11 ครั้งต่อเดือน และอายุการใช้งานก่อนที่ความแม่นยำของรางนำทางจะลดลงสั้นลงเหลือเพียง 4 เดือน;
3. ประสิทธิภาพต่ำ: รอบการประมวลผลท่อไกด์หนึ่งชิ้นใช้เวลานานถึง 42 นาที โดยการปรับแก้ด้วยมือและการทำความสะอาดฝุ่นคิดเป็น 35% ของเวลาทั้งหมด และต้องอาศัยพนักงานปฏิบัติงาน 2 คน ต้นทุนแรงงานต่อผลิตภัณฑ์หนึ่งชิ้นเกินกว่า 32 หยวน; นอกจากนี้ เครื่องมือตัดเพชรยังมีแนวโน้มหักง่ายเนื่องจากการสั่นสะเทือนขณะตัด ทำให้อายุการใช้งานของใบมีดจำกัดอยู่ที่เพียง 30 ชิ้นต่อใบมีด และต้นทุนเครื่องมือต่อผลิตภัณฑ์หนึ่งชิ้นอยู่ที่ 26 หยวน

สถานการณ์การใช้งานของลูกค้า
เพื่อแก้ไขปัญหาดังกล่าว บริษัทฯ ได้นำเครื่องกลึงแนวตั้งแบบ CNC รุ่น Taiwan Cloud KD500 ที่ออกแบบพิเศษสำหรับกราไฟต์มาใช้ และสร้างระบบประมวลผลเฉพาะทางสำหรับท่อไกด์ โดยใช้หลักการ "การปรับอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง + การควบคุมความแม่นยำแบบกันฝุ่นสองชั้น":
การออกแบบแกนกลางของอุปกรณ์แบบกำหนดเอง:
1. ความแข็งแรงและการควบคุมการโก่งตัว: ใช้โครงเตียงจากหินแกรนิตธรรมชาติ (สัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อน ≤ 0.4 × 10⁻⁶/℃) ซึ่งปล่อยให้เกิดการชะลอแรงภายในตามธรรมชาติเป็นเวลา 20 เดือน ร่วมกับโครงสร้างจุดรองรับสามจุดแบบ "แกนหมุน + ชุดที่รองรับเสริมแบบปรับได้ 2 ชุด" โดยการเพิ่มประสิทธิภาพระยะห่างของการรองรับผ่านการวิเคราะห์ด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ ทำให้สามารถควบคุมการโก่งตัวของท่อไกด์ที่มีอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง 4:1 ได้ไม่เกิน ≤ 0.01 มม. อุปกรณ์มาพร้อมระบบ CNC รุ่น Fanuc 31i-B5 และระบบควบคุมวงจรปิดเต็มรูปแบบด้วยไม้บรรทัดเกรตติ้ง (ความละเอียด 0.01 ไมโครเมตร) ทำให้ได้ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่ง ± 0.005 มม. และสามารถตรงตามข้อกำหนดความคลาดเคลื่อนระดับ H7 ของผนังด้านในได้อย่างแม่นยำ
2. การควบคุมฝุ่นอย่างครอบคลุม: ผสานระบบป้องกันฝุ่นสามระดับ ได้แก่ "ไซโคลนแยกฝุ่นในแกนหมุน (ประสิทธิภาพการกำจัดฝุ่น 93%) + ฝาครอบดูดฝุ่นแบบแหวนรอบด้าน (ปริมาณอากาศ 1,800 ลบ.ม./ชม.) + ตัวกรองประสิทธิภาพสูงระดับ HEPA 13 (ความแม่นยำในการกรอง 0.3 ไมครอน)" ทำให้ความเข้มข้นของฝุ่นในพื้นที่ทำงานคงที่อยู่ที่ ≤ 1.2 มก./ลบ.ม. ซึ่งต่ำกว่าค่ามาตรฐานแห่งชาติ GBZ 2.1-2019 ที่กำหนดไว้ที่ 4 มก./ลบ.ม. อย่างมาก; ในเวลาเดียวกัน ยังใช้โซ่ลากสายเคเบิลกันฝุ่นและรางเลื่อนหล่อลื่นแบบไม่ต้องใช้น้ำมัน เพื่อป้องกันไม่ให้ฝุ่นปะปนกับน้ำมันหล่อลื่น และปนเปื้อนชิ้นงานหรืออุปกรณ์
การตั้งค่าพิเศษสำหรับระบบตัดพิเศษ:
การใช้ชุดดูดสุญญากาศแบบมีรูพรุนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 500 มม. (มีแรงดูด 0.11 เมกะพาสคัล และอัตราการครอบคลุมพื้นที่ดูด 90%) ช่วยหลีกเลี่ยงการบิดเบี้ยวของท่อไกด์กราไฟต์ขณะจับยึด โดยอาศัยแรงดันลบอย่างสม่ำเสมอ; ติดตั้งเครื่องมือกลึงรูภายในเคลือบผิวด้วยเพชร (มีขอบมน 0.01 มม. และรัศมีปลาย 0.02 มม.) พร้อมระบบระบายความร้อนด้วยอากาศเย็นจากน้ำแข็งแห้งที่ -18 องศาเซลเซียส เพื่อควบคุมอุณหภูมิบริเวณตัดให้อยู่ต่ำกว่า 22 องศาเซลเซียส และยับยั้งการแตกร้าวของผนังด้านในที่เกิดจากความเครียดทางความร้อนของกราไฟต์; สปินเดิลใช้การออกแบบที่มีการสั่นสะเทือนต่ำ (อัตราเร่งการสั่นสะเทือน ≤ 0.07g) เหมาะสำหรับข้อกำหนดในการประมวลผลวัสดุกราไฟต์ที่มีความเปราะบางสูง
ในด้านนวัตกรรมเทคโนโลยี ได้บรรลุความก้าวหน้าในการกลึงแม่นยำท่อไกด์กราไฟต์สำหรับโฟโตโวลตาอิก โดยใช้กระบวนการจับยึดเพียงครั้งเดียว
1. การรวมกระบวนการ: อุปกรณ์รวมเข้ากับชุดดูดสุญญากาศ หัวจับเครื่องมือแบบเซอร์โว 8 สถานี (พร้อมเวลาเปลี่ยนเครื่องมือ 1.4 วินาที) และตัวยึดใบมีดยาวพิเศษสำหรับผนังด้านใน มันสามารถทำการกลึงความแม่นยำของผนังด้านนอกของท่อไกด์ (ความกลม ≤ 0.018 มม.) การขยายรูผนังด้านในอย่างแม่นยำ (ความทรงกระบอก ≤ 0.01 มม.) การกลึงหน้าแปลนอย่างแม่นยำ (ความเรียบระนาบ ≤ 0.025 มม.) และการเจาะรูไกด์ด้านล่าง (ความแม่นยำตำแหน่ง ≤ 0.12 มม.) ได้ในขั้นตอนเดียว โดยไม่จำเป็นต้องใช้กระบวนการแก้ไขด้วยมือและการทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง ส่งผลให้ลดขั้นตอนการผลิตลง 50%
2. การควบคุมการโก่งตัวและความเปราะ นวัตกรรม "วิธีการตัดแบบค่อยเป็นค่อยไปตามส่วน" - เพื่อจัดการกับความแตกต่างของอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง ท่อไกด์จะถูกแบ่งออกเป็น 3-4 ส่วนสำหรับการประมวลผล โดยแต่ละส่วนใช้พารามิเตอร์ "ความเร็วต่ำ (700-900 รอบ/นาที) + การป้อนช้า (40-70 มม./นาที) + เครื่องมือตัดย้อนกลับขนาดเล็ก (≤ 0.05 มม.)" ร่วมกับโพรบวัดค่าในเครื่องของ Renishaw (ความแม่นยำในการวัด ± 0.0008 มม.) เพื่อเก็บข้อมูลความตรงของผนังด้านในแบบเรียลไทม์ และปรับแรงรองรับเสริมอย่างไดนามิก (ความแม่นยำในการชดเชย 0.002 มม.) ทำให้ควบคุมความคลาดเคลื่อนความตรงของผนังด้านในให้อยู่ภายใน ≤ 0.05 มม. และขนาดการแตกร้าวของขอบไม่เกิน ≤ 0.006 มม.
3. การเพิ่มประสิทธิภาพในการเปลี่ยนรุ่น ติดตั้งด้วยชุดท่อไกด์กราไฟต์แบบโฟโตโวลเทอิก 22 ชุด (เหมาะสำหรับเตาผลิตผลึกเดี่ยวขนาด 12-18 นิ้ว) พร้อมแม่แบบพารามิเตอร์กระบวนการ เวลาเปลี่ยนรุ่นต้องใช้เพียงการเรียกโปรแกรมที่เกี่ยวข้องและเปลี่ยนเครื่องมือตัดใบยาวเฉพาะรุ่น การเปลี่ยนรุ่นจึงลดเวลาจากเดิม 3 ชั่วโมง เหลือเพียง 15 นาที สามารถตอบสนองความต้องการในการผลิตจำนวนมากหลายสเปกได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ผลการดำเนินงานสอดคล้องตามมาตรฐานอุตสาหกรรมโฟโตโวลเทอิกอย่างเข้มงวด:
ความแม่นยำและอัตราการผ่านเกณฑ์: ความคงที่ของความกลมภายในผนังท่อไกด์กราไฟต์ ≤ 0.02 มม. ความร่วมศูนย์กลาง ≤ 0.03 มม. และค่าความหยาบผิวถึง Ra0.6 ไมครอน ซึ่งสอดคล้องตามข้อกำหนดทางเทคนิคของ GB/T 3074.1-2019 "Electrode กราไฟต์" และส่วนประกอบสนามความร้อนของเตาผลิตผลึกเดี่ยวโฟโตโวลเทอิก อัตราการผ่านเกณฑ์ของผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้นจาก 78% เป็น 99.3% และอัตราของเสียจากความโก่งงอของชิ้นงานลดลงเหลือ 0.7%;
ประสิทธิภาพและต้นทุน: เวลาในการประมวลผลชิ้นงานหนึ่งชิ้นลดลงจาก 42 นาที เหลือ 20 นาที และกำลังการผลิตต่อวันเพิ่มขึ้นจาก 90 ชิ้น เป็น 210 ชิ้น; ยกเลิกกระบวนการแก้ไขด้วยมือและการทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิก ทำให้ต้นทุนแรงงานลดลง 32 หยวนต่อผลิตภัณฑ์; อายุการใช้งานของเครื่องมือตัดเพชรได้รับการยืดอายุเพิ่มขึ้น 80% จากการปรับพารามิเตอร์การตัด (จากเดิมตัดได้ 30 ชิ้น/ใบ เป็น 54 ชิ้น/ใบ) และต้นทุนเครื่องมือตัดต่อผลิตภัณฑ์ลดลงเหลือ 14 หยวน;
การดำเนินงานและการบำรุงรักษาอุปกรณ์: ระบบป้องกันฝุ่นสามระดับ ช่วยลดจำนวนครั้งเฉลี่ยรายเดือนของการขัดข้องของอุปกรณ์จาก 11 ครั้ง เหลือ 0.7 ครั้ง ขยายรอบระยะเวลาสอบเทียบความแม่นยำของรางนำทางเป็น 2.5 ปี เพิ่มอัตราการใช้งานอุปกรณ์โดยรวมจาก 65% เป็น 94% ลดเวลาหยุดทำงานต่อปีลง 680 ชั่วโมง และประหยัดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาได้มากกว่า 220,000 หยวนต่อปี

สถานการณ์การแปรรูปของลูกค้า
เครื่องจักรกลความแม่นยำแบบคลาวด์ไต้หวัน KD500 ได้แก้ปัญหาที่เกิดขึ้นในอุตสาหกรรมหลอดนำกราไฟต์ เช่น อัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่าศูนย์กลางมากเกินไป รูปร่างบิดเบี้ยวง่าย การทำความสะอาดฝุ่นทำได้ยาก และประสิทธิภาพต่ำ "ผู้อำนวยการฝ่ายผลิตของบริษัทกล่าวว่า "ขณะนี้ หลอดนำของเราได้รับการรับรองจาก JA Solar และ Trina Solar แล้ว และได้ถูกนำไปใช้งานอย่างประสบความสำเร็จในสายการผลิตเตาผลึกเดี่ยวประสิทธิภาพสูงขนาด 18 นิ้ว โดยสามารถตอบสนองข้อกำหนดที่ว่า 'คุณสมบัติฉนวนความร้อนลดลง ≤ 5% หลังจากการใช้งานต่อเนื่องเป็นเวลา 15 เดือน' ซึ่งเป็นการสนับสนุนหลักให้เราครองส่วนแบ่งตลาดได้ถึง 38% ในส่วนชิ้นส่วนกราไฟต์ระดับสูงสำหรับอุตสาหกรรมโฟโตโวลเทก" กรณีนี้ยืนยันว่า เครื่องกลึงแนวตั้ง CNC ได้กลายเป็นอุปกรณ์สำคัญในการฝ่าฟัน "แรงกดดันสามประการด้านความแม่นยำ ประสิทธิภาพ และการดำเนินงานบำรุงรักษา" ในการผลิตหลอดนำกราไฟต์อัดไอโซสแตติกเกรดโฟโตโวลเทก ผ่านความร่วมมือเชิงลึกของ "การออกแบบเฉพาะเจาะจงตามอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่าศูนย์กลาง + กระบวนการปรับให้เหมาะสมกับความเปราะบางของกราไฟต์ + การจัดการฝุ่นแบบครบวงจร"