У системі термічного поля фототельного одноманітного пічі для вирощування монокристалів кремнію, графітові направляючі труби ізостатичного пресування діаметром Φ300-500 мм та довжиною 400–600 мм виконують дві функції: направляння розплаву кремнію та теплоізоляцію термічного поля. Внутрішня круглість стінок (вимагається ≤ 0,025 мм), співвідношення довжини до діаметра (2,5–4:1), адаптивність та шорсткість поверхні (Ra ≤ 0,8 мкм) безпосередньо впливають на безперервність вирощування монокристалічного кремнію. Якщо внутрішня круглість стінок перевищує норму, це може призвести до нерівномірного руху кремнієвої маси та викликати розрив краю монокристала; Характеристики графіту, такі як низька твердість (за шкалою Мооса 1–2), висока крихкість та схильність до накопичення пилу, разом із проблемою відхилення при обробці через велике співвідношення сторін, ускладнюють традиційні технологічні процеси щодо поєднання точності та ефективності. Провідне вітчизняне підприємство з виробництва графітових компонентів для фотоелектрики стикається з трьома основними проблемами при обробці високочистих графітових направляючих труб ізостатичного пресування (виготовлених із Toyo Carbon TFG-85, густина ≥ 1,82 г/см³):
1. Втрата точності керування: Традиційно потрібно чотири процеси: «горизонтальний токарний верстат, грубе обточування зовнішньої стінки → вертикально-расточний верстат, точне розточування внутрішньої стінки → ручна корекція прямолінійності → видалення пилу струменем повітря під високим тиском». Багаторазове затиснення призводить до відхилення коаксіальності між внутрішньою стінкою та фланцевою базою на 0,04–0,06 мм, а також до величезного співвідношення довжини до діаметра, що спричиняє похибку прямолінійності внутрішньої стінки 0,08–0,1 мм. Рівень браку через деформацію вигину становить 16%, а коефіцієнт придатності кінцевої продукції — лише 78%;
2. Проблема пилу: Графітовий пил накопичується в глибокій порожнині внутрішньої стінки напрямної труби. Після очищення потоком стисненого повітря у продукті залишається ще 8% пилу, що вимагає додаткового ультразвукового очищення та збільшує витрати на виробництво на 20%; одночасно пил потрапляє у шпиндельні підшипники та напрямні обладнання, що призводить до в середньому 11 відмов верстатів на місяць, а цикл погіршення точності напрямних скорочується до 4 місяців;
3. Низька ефективність: Час обробки однієї напрямної труби становить аж 42 хвилини, з яких ручна корекція та очищення від пилу займають 35% і вимагають участі двох операторів. Вартість робочої сили на один виріб перевищує 32 юаня; алмазні різальні інструменти схильні до поломок через вібрацію під час різання, строк служби становить лише 30 деталей на лезо, вартість інструменту на один виріб — 26 юанів.
Сценарії використання клієнтами
Щоб подолати труднощі, компанія впровадила спеціалізований тайванський графітовий вертикально-фрезерний верстат із ЧПК Cloud KD500 та створила спеціалізовану систему обробки для напрямної трубки з «адаптацією співвідношення довжини до діаметра + пилозахисний прецизійний подвійний контроль»:
Спеціальний дизайн основних вузлів обладнання:
1. Жорсткість і контроль прогину: Використовується природне гранітне основание (коефіцієнт термічного розширення ≤ 0,4 × 10⁻⁶/℃), внутрішнє напруження знятого після 20 місяців природного старіння. У поєднанні з трикомпонентною конструкцією позиціонування «шпиндель + 2 комплекти регульованих допоміжних опор», відстань між опорами оптимізована за допомогою методу скінченних елементів, що дозволяє контролювати прогин напрямної трубки із співвідношенням довжини до діаметра 4:1 в межах ≤ 0,01 мм. Обладнано системою ЧПК Fanuc 31i-B5 та повним замкнутим контуром керування за допомогою шкали лінійки (роздільна здатність 0,01 мкм), забезпечує точність позиціонування ± 0,005 мм та точно відповідає вимогам допуску класу H7 для внутрішньої стінки.
2. Комплексне контролювання пилу: Укомплектований системою триступеневого запобігання пилу «вбудований у шпиндель циклонний сепаратор (ефективність видалення пилу 93%) + кільцева бічна тягова вита для збирання пилу (об’єм повітря 1800 м³/год) + фільтр класу HEPA 13 (точність фільтрації 0,3 мкм)», концентрація пилу в робочій зоні стабільно становить ≤ 1,2 мг/м³, що значно нижче за допустимий рівень 4 мг/м³, встановлений національним стандартом GBZ 2.1-2019; одночасно використовуються пило-стійкі кабельні драг-ланцюги та напрямні без мастила, щоб запобігти змішуванню пилу й мастила та забрудненню виробів і обладнання.
Ексклюзивна конфігурація системи різання:
Використання пористої вакуумної присоски діаметром Φ 500 мм (з силою адсорбції 0,11 МПа та коефіцієнтом покриття адсорбційної площі 90 %) дозволяє уникнути деформації затиснення графітового направляючого трубопроводу за рахунок рівномірного негативного тиску; Встановлено інструмент для обточування внутрішніх отворів з алмазним покриттям (з утвореною кромкою 0,01 мм та радіусом вершини 0,02 мм) та систему охолодження сухим льodom при -18 ℃, щоб підтримувати температуру зони різання нижче 22 ℃ та запобігти тріщинам внутрішньої стінки, спричиненим термічним напруженням графіту; Шпиндель має конструкцію з низьким рівнем вібрації (прискорення вібрації ≤ 0,07g), що відповідає високим вимогам до обробки крихкого графіту.
У сфері технологічних інновацій досягнуто прориву в прецизійній обробці фотоефектних графітових направляючих труб шляхом процесу одинарного затиснення
1. Інтеграція процесів: Обладнання об'єднує вакуумний присос, 8-позиційну сервобашту (з часом зміни інструменту 1,4 секунди) та спеціальний тримач довгого різця для внутрішньої стінки. Воно може за один раз виконати прецизійне токарне оброблення зовнішньої стінки направляючої труби (круглість ≤ 0,018 мм), прецизійне розточування внутрішньої стінки (циліндричність ≤ 0,01 мм), прецизійне токарне оброблення торцевої поверхні фланця (плоскість ≤ 0,025 мм) та свердління нижнього направляючого отвору (точність позиціонування ≤ 0,12 мм), повністю усуваючи процеси ручного виправлення та ультразвукового очищення, скорочуючи технологічний процес на 50%;
2. Контроль вигину та крихкості: Інноваційний "сегментований прогресивний метод різання" — з урахуванням співвідношення довжини до діаметра, направляючу трубку розділено на 3–4 ділянки для обробки; кожна ділянка обробляється за параметрами "низька швидкість (700–900 об/хв) + повільна подача (40–70 мм/хв) + мікрознімна різальна інструмент (≤ 0,05 мм)", поєднано з пробником вимірювання всередині верстата Renishaw (точність вимірювання ± 0,0008 мм) для збору даних про прямолінійність внутрішньої стінки в реальному часі та динамічного регулювання сили допоміжного підтримування (точність компенсації 0,002 мм), що дозволяє контролювати похибку прямолінійності внутрішньої стінки в межах ≤ 0,05 мм, а величину сколювання краю — в межах ≤ 0,006 мм;
3. Оптимізація ефективності переналагодження: Обладнаний 22 комплектами фотоефектних графітових направляючих труб (підходять для одноманітних печей діаметром 12-18 дюймів) з шаблонами технологічних параметрів; зміна налаштувань вимагає лише виклику відповідної програми та заміни спеціального довгого різального інструменту. Час переналагодження скорочено з традиційних 3 годин до 15 хвилин, що задовольняє потреби у виробництві партій з різними специфікаціями.
Результати реалізації повністю відповідають суворим стандартам фотоефектної промисловості:
Точність та коефіцієнт придатності: Стабільність круглості внутрішньої стінки графітової направляючої труби становить ≤ 0,02 мм, коаксіальність ≤ 0,03 мм, шорсткість поверхні досягає Ra0,6 мкм, що цілком відповідає технічним вимогам стандарту GB/T 3074.1-2019 «Графітові електроди» та компонентів теплового поля для печей одноманітних кристалів у фотоефектній промисловості. Коефіцієнт придатності продукції зріс з 78% до 99,3%, а відсоток браку через вигин і деформацію знизився до 0,7%;
Ефективність та вартість: Час обробки одного виробу скорочено з 42 хвилин до 20 хвилин, а денна виробнича потужність збільшилася з 90 до 210 штук; скасовано процеси ручного коригування та ультразвукового очищення, що знизило витрати на оплату праці на 32 юаня на один виріб; термін служби алмазних різальних інструментів збільшено на 80% завдяки оптимізованим параметрам різання (з 30 штук/лопатка до 54 штук/лопатка), а вартість різального інструменту на один виріб знижена до 14 юанів;
Експлуатація та обслуговування обладнання: Трирівнева система запобігання пилу зменшила середньомісячну кількість несправностей обладнання з 11 до 0,7, подовжила період калібрування точності напрямних до 2,5 років, підвищила комплексний коефіцієнт використання обладнання з 65% до 94%, скоротила щорічний простій на 680 годин і дала економію на обслуговуванні понад 220000 юанів на рік.
Сценарії обробки замовником
Тайванський точний верстат із програмним керуванням KD500 вирішив галузеві проблеми графітових направляючих труб, такі як велике співвідношення довжини до діаметра, схильність до деформації, важке очищення від пилу та низька ефективність. «Наразі наші направляючі труби отримали сертифікацію від JA Solar та Trina Solar і успішно застосовуються на виробничій лінії високоефективних монокристалічних пічок діаметром 18 дюймів. Вони відповідають вимогам „зниження теплової ізоляційної здатності ≤ 5% після 15 місяців безперервного використання“, що забезпечує ключову підтримку для завоювання нами 38% ринкової частки у сегменті високоякісних графітових компонентів для фотоелектрики», — заявив директор з виробництва компанії. Цей випадок підтверджує, що вертикально-фрезерний верстат із ЧПК став ключовим обладнанням для подолання «трійного обмеження точності, ефективності та обслуговування» у виробництві ізостатичних пресованих графітових направляючих труб для фотоелектрики шляхом глибокої синергії «індивідуальне проектування співвідношення довжини до діаметра + технологія адаптації до крихкості графіту + комплексне управління пилом».
EN
