Trong hệ thống trường nhiệt của lò đơn tinh thể quang điện, ống dẫn graphite ép đẳng tĩnh Φ300-500mm, với chiều dài 400-600mm, đảm nhiệm hai chức năng đồng thời là dẫn hướng chảy chảy silic và cách nhiệt trường nhiệt. Độ tròn thành trong (yêu cầu ≤ 0,025mm), tỷ lệ chiều dài trên đường kính (2,5-4:1) phù hợp và độ nhám bề mặt (Ra ≤ 0,8 μm) ảnh hưởng trực tiếp đến tính liên tục của quá trình lớn lên tinh thể silic đơn. Nếu độ tròn thành trong vượt quá tiêu chuẩn, dễ dẫn đến dòng chảy vật liệu silic không đều, gây nứt vỡ mép tinh thể đơn; Đặc tính của graphite như độ cứng thấp (Mohs 1-2), giòn cao, dễ tích bụi, kết hợp với vấn đề sai lệch khi gia công do tỷ lệ diện tích lớn, khiến các quy trình truyền thống khó cân bằng giữa độ chính xác và hiệu suất. Một doanh nghiệp hàng đầu trong nước về linh kiện graphite quang điện đang đối mặt với ba nút thắt cốt lõi khi gia công ống dẫn graphite ép đẳng tĩnh độ tinh khiết cao (làm từ Toyo carbon TFG-85, có khối lượng riêng ≥ 1,82g/cm³):
1. Mất độ chính xác khi điều khiển: Truyền thống, cần bốn công đoạn: "tiện ngang phôi thô thành ngoài → khoan đứng gia công tinh thành trong → hiệu chỉnh thủ công độ thẳng → thổi bụi bằng khí nén áp lực cao". Việc kẹp nhiều lần dẫn đến sai lệch độ đồng tâm giữa thành trong và chuẩn mặt bích vượt quá 0,04-0,06mm, tỷ lệ chiều dài trên đường kính quá lớn gây ra sai số độ thẳng thành trong 0,08-0,1mm. Tỷ lệ phế phẩm do biến dạng cong vênh là 16%, và tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu cuối cùng chỉ ở mức 78%;
2. Vấn đề bụi: Bụi graphite tích tụ trong khoang sâu của thành trong ống dẫn. Sau khi làm sạch bằng luồng khí áp suất cao, sản phẩm vẫn còn tồn dư 8% bụi, yêu cầu thêm bước làm sạch siêu âm và làm tăng chi phí sản xuất lên 20%; đồng thời, bụi xâm nhập vào các ổ trục và thanh dẫn hướng của thiết bị, dẫn đến trung bình 11 sự cố máy mỗi tháng, chu kỳ suy giảm độ chính xác của thanh dẫn hướng bị rút ngắn xuống còn 4 tháng;
3. Hiệu suất thấp: Chu kỳ gia công một ống dẫn đơn chiếc kéo dài tới 42 phút, trong đó việc điều chỉnh thủ công và làm sạch bụi chiếm 35%, đồng thời cần sự phối hợp của 2 công nhân vận hành. Chi phí lao động cho mỗi sản phẩm vượt quá 32 nhân dân tệ; dụng cụ cắt kim cương dễ gãy do rung động khi cắt, tuổi thọ chỉ đạt 30 sản phẩm mỗi lưỡi và chi phí dụng cụ cho mỗi sản phẩm là 26 nhân dân tệ.
Các kịch bản sử dụng của khách hàng
Để khắc phục những khó khăn, công ty đã giới thiệu máy tiện đứng CNC chuyên dụng cho graphite Taiwan Cloud KD500 và xây dựng hệ thống gia công riêng biệt cho ống dẫn với giải pháp "điều chỉnh tỷ lệ chiều dài trên đường kính + kiểm soát kép độ chính xác chống bụi":
Thiết kế tùy chỉnh lõi thiết bị:
1. Độ cứng vững và kiểm soát độ võng: Sử dụng thân máy bằng đá hoa cương tự nhiên (hệ số giãn nở nhiệt ≤ 0,4 × 10⁻⁶/℃), được loại bỏ ứng suất nội sau 20 tháng ủ tự nhiên. Kết hợp với cấu trúc định vị ba điểm gồm "trục chính + 2 bộ giá đỡ phụ điều chỉnh được", khoảng cách giá đỡ được tối ưu hóa thông qua phân tích phần tử hữu hạn, giúp kiểm soát độ võng của ống dẫn có tỷ lệ chiều dài trên đường kính 4:1 trong phạm vi ≤ 0,01 mm. Trang bị hệ thống CNC Fanuc 31i-B5 và điều khiển vòng kín toàn phần bằng thước quang (độ phân giải 0,01 μm), đạt được độ chính xác định vị ± 0,005 mm, đáp ứng chính xác yêu cầu dung sai cấp H7 của thành ống bên trong.
2. Kiểm soát bụi toàn diện: Tích hợp hệ thống ngăn ngừa bụi ba cấp gồm "bộ tách cyclone tích hợp trục chính (hiệu suất loại bỏ bụi 93%) + chụp hút bụi vòng khuyên bên hông (lưu lượng khí 1800m³/h) + bộ lọc hiệu suất cao cấp HEPA 13 (độ chính xác lọc 0,3 μm)", giúp nồng độ bụi trong khu vực làm việc ổn định ≤ 1,2mg/m³, thấp hơn nhiều so với giới hạn 4mg/m³ quy định trong tiêu chuẩn quốc gia GBZ 2.1-2019; Đồng thời sử dụng dây kéo cáp chống bụi và thanh dẫn hướng bôi trơn không dùng dầu để ngăn bụi và chất bôi trơn trộn lẫn, gây nhiễm bẩn phôi gia công và thiết bị.
Cấu hình độc quyền của hệ thống cắt:
Sử dụng một đầu hút chân không xốp Φ 500mm (với lực hút là 0,11MPa và tỷ lệ phủ diện tích hút là 90%), biến dạng khi kẹp ống dẫn graphite được tránh nhờ áp suất âm đồng đều; Cấu hình dụng cụ tiện lỗ trong phủ kim cương (với cạnh bo tròn 0,01mm và bán kính mũi là 0,02mm) và hệ thống làm mát bằng khí lạnh đá khô -18 ℃ để kiểm soát nhiệt độ vùng cắt dưới 22 ℃ và hạn chế nứt thành trong do ứng suất nhiệt graphite; Trục chính áp dụng thiết kế rung động thấp (gia tốc rung ≤ 0,07g), phù hợp với yêu cầu gia công vật liệu graphite có độ giòn cao.
Về đổi mới công nghệ, đã đạt được bước đột phá trong gia công chính xác ống dẫn graphite cho ngành quang điện thông qua quá trình kẹp duy nhất
1. Tích hợp quy trình: Thiết bị tích hợp một đầu hút chân không, một tháp servo 8 trạm (với thời gian đổi dụng cụ là 1,4 giây) và một giá kẹp lưỡi dài chuyên dụng cho thành trong. Thiết bị có thể hoàn thành việc tiện chính xác thành ngoài của ống dẫn (độ tròn ≤ 0,018mm), khoét chính xác thành trong (độ trụ ≤ 0,01mm), tiện chính xác mặt đầu bích (độ phẳng ≤ 0,025mm) và khoan lỗ dẫn đáy (độ chính xác vị trí ≤ 0,12mm) trong một lần gá, loại bỏ trực tiếp các công đoạn chỉnh sửa thủ công và làm sạch bằng sóng siêu âm, rút ngắn quy trình 50%;
2. Kiểm soát độ võng và độ giòn: Phương pháp cắt tiến tiến "phân đoạn" sáng tạo - đối với sự khác biệt về tỷ lệ chiều dài trên đường kính, ống dẫn được chia thành 3-4 đoạn để gia công, mỗi đoạn áp dụng các thông số "tốc độ thấp (700-900 vòng/phút) + tiến dao chậm (40-70mm/phút) + dao tiện lùi vi mô (≤ 0,05mm)", kết hợp với đầu dò đo lường trong máy Renishaw (độ chính xác đo ± 0,0008mm) để thu thập dữ liệu thực tế về độ thẳng của thành trong, điều chỉnh động lực hỗ trợ phụ (độ chính xác bù trừ 0,002mm), nhờ đó kiểm soát sai số độ thẳng thành trong trong phạm vi ≤ 0,05mm và lượng vỡ mép ≤ 0,006mm;
3. Tối ưu hóa hiệu suất chuyển đổi: Được trang bị 22 bộ mẫu thông số quy trình ống dẫn graphite quang điện (phù hợp với lò đơn tinh thể 12-18 inch), việc chuyển đổi chỉ cần gọi chương trình tương ứng và thay thế dụng cụ cắt dài chuyên dụng. Thời gian chuyển đổi được rút ngắn từ 3 giờ truyền thống xuống còn 15 phút, đáp ứng nhu cầu sản xuất hàng loạt đa dạng về quy cách.
Kết quả thực hiện hoàn toàn tuân thủ các tiêu chuẩn nghiêm ngặt của ngành công nghiệp quang điện:
Độ chính xác và tỷ lệ đạt yêu cầu: Độ ổn định độ tròn của thành trong ống dẫn graphite ≤ 0,02mm, độ đồng trục ≤ 0,03mm, độ nhám bề mặt đạt Ra0,6 μm, hoàn toàn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn GB/T 3074.1-2019 "Điện cực Graphite" và các thành phần trường nhiệt lò đơn tinh thể quang điện. Tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu tăng từ 78% lên 99,3%, tỷ lệ phế phẩm do biến dạng cong vênh giảm xuống còn 0,7%;
Hiệu suất và Chi phí: Thời gian xử lý cho mỗi sản phẩm đã giảm từ 42 phút xuống còn 20 phút, và năng lực sản xuất hàng ngày tăng từ 90 sản phẩm lên 210 sản phẩm; Hủy bỏ quy trình hiệu chỉnh thủ công và làm sạch bằng sóng siêu âm, giảm chi phí nhân công 32 nhân dân tệ trên mỗi sản phẩm; Tuổi thọ của dụng cụ cắt kim cương được kéo dài thêm 80% nhờ tối ưu hóa thông số cắt (từ 30 sản phẩm/lưỡi lên 54 sản phẩm/lưỡi), và chi phí dụng cụ cắt cho mỗi sản phẩm giảm xuống còn 14 nhân dân tệ;
Vận hành và bảo trì thiết bị: Hệ thống phòng bụi ba cấp đã giảm số lần hỏng thiết bị trung bình hàng tháng từ 11 xuống còn 0,7, kéo dài chu kỳ hiệu chuẩn độ chính xác của thanh dẫn đến 2,5 năm, tăng tỷ lệ sử dụng tổng hợp của thiết bị từ 65% lên 94%, giảm thời gian ngừng hoạt động hàng năm 680 giờ, và tiết kiệm hơn 220.000 nhân dân tệ chi phí bảo trì mỗi năm.
Các tình huống gia công của khách hàng
Máy công cụ chính xác Cloud Taiwan KD500 đã giải quyết các điểm khó trong ngành đối với ống dẫn graphite, như tỷ lệ chiều dài trên đường kính lớn, dễ biến dạng, khó làm sạch bụi và hiệu suất thấp. Giám đốc sản xuất của công ty cho biết: "Hiện tại, ống dẫn của chúng tôi đã được JA Solar và Trina Solar chứng nhận, và đã được ứng dụng thành công vào dây chuyền sản xuất lò đơn tinh thể hiệu suất cao 18 inch. Sản phẩm đáp ứng yêu cầu 'suy giảm hiệu suất cách nhiệt trường nhiệt ≤ 5% sau 15 tháng sử dụng liên tục', từ đó tạo ra sự hỗ trợ cốt lõi giúp chúng tôi chiếm 38% thị phần trong lĩnh vực linh kiện graphite cao cấp dùng cho quang điện." Trường hợp này khẳng định rằng máy tiện đứng CNC đã trở thành thiết bị then chốt để đột phá "ba điểm nghẽn về độ chính xác, hiệu suất và vận hành bảo trì" trong sản xuất ống dẫn graphite đẳng tĩnh cấp quang điện, thông qua sự phối hợp sâu giữa 'thiết kế tùy chỉnh theo tỷ lệ chiều dài/trên đường kính + quy trình thích ứng với độ giòn của graphite + xử lý tổng hợp bụi'.
EN
