Bir fotovoltaik tek kristal fırının termal alan sisteminde, Φ300-500mm ve 400-600mm uzunluğunda izostatik preslenmiş grafit kılavuz borusu, silisyum eriyiğinin yönlendirilmesi ve termal alanın yalıtımı olmak üzere iki işlevi yerine getirir. İç duvar yuvarlaklığı (≤ 0,025 mm olması gerekir), boyuna çapa oranı (2,5-4:1) uyumluluğu ve yüzey pürüzlülüğü (Ra ≤ 0,8 μm), silisyum tek kristalinin büyümesinin sürekliliğini doğrudan etkiler. İç duvar yuvarlaklığı standartları aşarsa, silisyum malzemenin akışında homojen olmayan dağılım meydana gelebilir ve tek kristal kenar kırılmalarına neden olabilir; Grafitin düşük sertliği (Mohs 1-2), yüksek kırılganlığı ve toz biriktirmesi kolay olması gibi özellikleri ile büyük en-boy oranından kaynaklanan işleme sapması problemi, geleneksel süreçlerin hem doğruluk hem de verimlilik açısından dengede olmasını zorlaştırır. Yerli önde gelen bir fotovoltaik grafit bileşen üreticisi, Toyo karbon TFG-85'ten yapılan (hacimsel yoğunluğu ≥ 1,82g/cm³) yüksek saflıktaki izostatik preslenmiş grafit kılavuz boruları işlerken üç temel darboğazla karşı karşıyadır:
1. Kontrolde hassasiyet kaybı: Geleneksel olarak dört işlem gerektirir: "yatay torna kaba dış duvar → dikey raybalama makinesi ince iç duvar raybalama → doğruluk için manuel düzeltme → yüksek basınçlı hava akımı ile toz temizleme". Çoklu sıkma, iç duvar ile flanş referansı arasındaki koaksiyel sapmayı 0,04-0,06 mm'yi aşmasına neden olur ve uzunluk/çap oranı çok büyük olduğundan iç duvar doğruluk hatası 0,08-0,1 mm arasındadır. Eğilme deformasyonundan dolayı hurda oranı %16'dır ve nihai ürün uygunluk oranı yalnızca %78'dir;
2. Toz problemi: Grafit tozu, kılavuz borunun iç duvarının derin boşluğunda birikir. Yüksek basınçlı hava akımı ile temizlemeden sonra üründe hâlâ %8 oranında artan toz kalır ve bu durum ek olarak ultrasonik temizlik gerektirir ve üretim maliyetlerini %20 artırır; Aynı zamanda toz, ekipmanın spindle yataklarına ve kılavuz raylarına sızarak aylık ortalama 11 makine arızasına neden olur ve kılavuz rayların hassasiyet kaybı döngüsü 4 aya kadar kısalır;
3. Düşük verimlilik: Tek bir kılavuz borusunun işlenme süresi 42 dakika sürer ve bunun %35'ini manuel düzeltme ve toz temizliği oluşturur ve 2 operatörün işbirliğini gerektirir. Tek bir ürün için işçilik maliyeti 32 yuan'ı aşar; Kesme titreşimi nedeniyle elmas kesici uçlar kolayca kırılır, her bir bıçağın ömrü yalnızca 30 parçadır ve tek bir ürün için takım maliyeti 26 yuan'dır.
Müşteri kullanım senaryoları
Zorlukların üstesinden gelmek için şirket, özel olarak tasarlanmış Taiwan Cloud KD500 grafit CNC dikey torna tezgahı sunmuş ve "boyuna oran uyumu + toz geçirmez hassas çift kontrol" ile kılavuz tüp için özel bir işleme sistemi oluşturmuştur:
Ekipmanın çekirdek özel tasarımı:
1. Rijitlik ve sehim kontrolü: Doğal granit gövde kullanılır (ısıl genleşme katsayısı ≤ 0,4 × 10⁻⁶/℃) ve iç gerilim 20 ay doğal yaşlanma sonrası giderilir. "Spindel + 2 adet ayarlanabilir yardımcı destek" üç nokta konumlandırma yapısıyla birlikte sonlu elemanlar analizi ile destek aralığı optimize edilir ve boyuna oranın çapa oranı 4:1 olan kılavuz tüpün sehim değeri ≤ 0,01 mm içinde tutulur. Fanuc 31i-B5 CNC sistemi ve şeritli ölçüm cihazlı tam kapalı döngü kontrolle (çözünürlük 0,01 μm) ± 0,005 mm konum doğruluğu sağlanır ve iç duvarın H7 sınıfı tolerans gereksinimleriyle hassas eşleşmesi gerçekleştirilir.
2. Kapsamlı toz kontrolü: "Mil içine yerleştirilmiş siklon ayırıcı (toz giderme verimliliği %93) + halka şeklinde yan emişli toz toplama başlığı (hava hacmi 1800m³/h) + HEPA 13 seviyeli yüksek verimli filtre (filtrasyon hassasiyeti 0,3 μ m)" üç seviyeli toz önleme sistemi ile entegre edilmiş olup, çalışma alanındaki toz konsantrasyonu ≤ 1,2mg/m³ seviyesinde sabit olup, bu değer ulusal standart GBZ 2.1-2019'da belirtilen 4mg/m³ sınırının çok altındadır; Aynı zamanda toz geçirmez kablo çekme zincirleri ve yağsız yağlama kılavuzları kullanılarak toz ve yağlayıcının iş parçalarına ve ekipmana karışması ve kirlenmesi önlenir.
Kesme sisteminin özel konfigürasyonu:
Φ 500mm'lik gözenekli vakum emme başlığı (0,11 MPa emme kuvveti ve %90 emme alanı kaplama oranı) kullanılarak, grafitten yapılan rehber tüpün sabitleme deformasyonu düzgün negatif basınç ile önlenir; Kesme bölgesi sıcaklığını 22 ℃ altında tutmak ve grafitin termal geriliminden kaynaklanan iç çatlakları önlemek için, yuvarlatılmış kenarı 0,01 mm ve uç yarıçapı 0,02 mm olan elmas kaplı iç delik torna ucu ile -18 ℃ kurubuz soğuk hava soğutma sistemi kullanılır; İş mili düşük titreşim tasarımını benimser (titreşim ivmesi ≤ 0,07g), bu da grafitin yüksek gevreklik işleme gereksinimlerine uygundur.
Teknolojik yenilik açısından, tek bir sabitleme işlemiyle fotovoltaik grafit rehber tüplerin hassas işlenmesinde bir kopuş sağlandı
1. Proses entegrasyonu: Ekipman, vakum emme kupası, 8 istasyonlu servo revolver (1,4 saniye araç değiştirme süresi) ve iç duvar için özel uzun bıçak tutucu entegre eder. Rehber borusunun dış duvarının hassas tornalanması (yuvarlaklık ≤ 0,018 mm), iç duvarın hassas delinmesi (silindiriklik ≤ 0,01 mm), flanş uç yüzeyinin hassas tornalanması (düzlemsellik ≤ 0,025 mm) ve alt rehber deliğinin delinmesi (konum doğruluğu ≤ 0,12 mm) işlemlerini tek seferde tamamlayabilir; böylece manuel düzeltme ve ultrasonik temizleme süreçlerini doğrudan ortadan kaldırır ve süreci %50 kısaltır;
2. Eğilme ve gevreklik kontrolü: Yenilikçi "bölümlü kademeli kesme yöntemi" - uzunluk çap oranındaki fark nedeniyle kılavuz tüp 3-4 bölüme ayrılarak işlenir, her bölüm "düşük hız (700-900 dev/dk)+yavaş ilerleme (40-70 mm/dk)+mikro geri kesme kalemi (≤ 0,05 mm)" parametrelerini benimser, Renishaw makine içi ölçüm probuyla (ölçüm hassasiyeti ± 0,0008 mm) gerçek zamanlı iç duvar doğruluk verileri toplanır, yardımcı destek kuvveti dinamik olarak ayarlanır (telafi hassasiyeti 0,002 mm), böylece iç duvar doğruluk hatası ≤ 0,05 mm ve kenar kırığı miktarı ≤ 0,006 mm sınırları içinde tutulur;
3. Ürün değişimi verimliliğinin optimizasyonu: 22 adet fotovoltaik grafit kılavuz borusu (12-18 inç tek kristal fırınlar için uygun) süreç parametresi şablonu ile donatılmıştır, model değişimi sadece ilgili programın çağrılması ve özel uzun bıçaklı kesim aparatının değiştirilmesini gerektirir. Geleneksel yöntemde 3 saate kadar çıkan bu süre, 15 dakikaya indirilmiştir ve çoklu spesifikasyonlu parti üretim ihtiyaçlarını karşılamaktadır.
Uygulama sonuçları, fotovoltaik sektörünün katı standartlarına tamamen uymaktadır:
Doğruluk ve kalite oranı: Grafit kılavuz borusunun iç duvar yuvarlaklık kararlılığı ≤ 0,02 mm, eksenel konum doğruluğu ≤ 0,03 mm ve yüzey pürüzlülüğü Ra0,6 μm seviyesine ulaşmaktadır ve GB/T 3074.1-2019 "Grafit Elektrot" standardı ile fotovoltaik tek kristal fırın ısıl alan bileşenlerinin teknik gereksinimlerini tamamen karşılamaktadır. Ürün kalite oranı %78'den %99,3'e yükselmiş olup, eğilme deformasyonu hurda oranı %0,7'ye düşmüştür;
Verimlilik ve Maliyet: Tek bir parçanın işlenme süresi 42 dakikadan 20 dakikaya düşürülmüş, günlük üretim kapasitesi 90 parçadan 210 parçaya çıkarılmıştır; Manuel düzeltme ve ultrasonik temizleme süreçleri kaldırılarak ürün başı işçilik maliyeti 32 yuan azaltılmıştır; Optimize edilmiş kesme parametreleri sayesinde elmas kesme aletlerinin ömrü %80 oranında uzatılmış (30 parça/bıçaktan 54 parça/bıçak), tek bir ürün için kesme aleti maliyeti 14 yuana indirilmiştir;
Ekipman kullanımı ve bakımı: Üç seviyeli toz önleme sistemi, aylık ortalama ekipman arızası sayısını 11'den 0,7'ye düşürmüş, ray sisteminin hassasiyet kalibrasyon periyodunu 2,5 yıla çıkarmış, ekipmanın genel kullanım oranını %65'ten %94'e yükseltmiş, yıllık durma süresini 680 saat azaltmış ve yıllık bakım maliyetlerinde 220.000 yuan üzerinde tasarruf sağlamıştır.
Müşteri işleme senaryoları
Taiwan Cloud Precision Machinery KD500, büyük boyut oranına sahip olma, kolay şekil değiştirme, toz temizleme zorluğu ve düşük verim gibi grafit kılavuz boruların endüstriyel sorunlarını çözmüştür. Şirketin üretim direktörü şöyle dedi: "Şu anda kılavuz borumuz JA Solar ve Trina Solar tarafından onaylanmıştır ve 18 inç yüksek verimli tek kristal fırın üretim hattında başarıyla uygulanmıştır. Bu, '15 ay süreyle sürekli kullanım sonrası termal alan izolasyon performansı zayıflaması ≤ %5' gereksinimini karşılamaktadır ve fotovoltaik yüksek uç grafit bileşenlerinde pazar payımızın %38'ine ulaşmasında bize temel destek sağlamaktadır." Bu durum, CNC dikey tornanın, 'boyuta göre özel tasarım + grafit kırılganlığına uyum süreci + entegre toz yönetimi' yaklaşımının derin iş birliği ile fotovoltaik sınıf izostatik preslenmiş grafit kılavuz boru üretiminde 'doğruluk, verim ve bakım-onarım üçlü darboğazını' aşmada kilit ekipman haline geldiğini doğrulamaktadır.
EN
