等直徑硅碳棒多線線鋸工藝方案和優(yōu)化關(guān)鍵工藝參數(shù)
2022-12-11 17:59:45 點擊：
在多線線鋸設(shè)備、金剛石線直徑和磨粒分布等其它加工要素相同的情況下，為了評價基于綠色制造決策目標(biāo)的等直徑硅碳棒多線線鋸工藝方案和優(yōu)化關(guān)鍵工藝參數(shù)，論文建立固結(jié)金剛石顆粒多線線鋸等直徑硅碳棒的力學(xué)模型，從理論上推導(dǎo)得到了切削力與關(guān)鍵工藝參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，從而證明了等直徑硅碳棒多線線鋸工藝過程與關(guān)鍵工藝參數(shù)鋼線張力、鋼線走線速度和等直徑硅碳棒進(jìn)給速度緊密相關(guān)。最后，根據(jù)JKEDM-500多線線鋸設(shè)備的特點并參考同類線鋸設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，確定了JKEDM-500多線線鋸設(shè)備關(guān)鍵工藝參數(shù)鋼線張力、鋼線走線速度和等直徑硅碳棒進(jìn)給速度的取值范圍。
為了獲取等直徑硅碳棒多線線鋸綠色工藝最大評價值及對應(yīng)的綠色工藝參數(shù)組合，論文采用田口試驗法設(shè)計正交試驗方案，從而獲得綠色工藝評價值與關(guān)鍵工藝參數(shù)相對應(yīng)的一組試驗結(jié)果，最大評價值對應(yīng)的多線線鋸工藝參數(shù)即為最優(yōu)綠色工藝參數(shù)。但是由于田口分析法獲得試驗結(jié)果為離散型數(shù)據(jù)，為了能在多線線鋸關(guān)鍵工藝參數(shù)連續(xù)取值范圍內(nèi)求解最高綠色工藝評價值及對應(yīng)關(guān)鍵工藝參數(shù)組合，論文采用響應(yīng)曲面法在關(guān)鍵工藝參數(shù)連續(xù)取值范圍內(nèi)進(jìn)行非線性建模，經(jīng)方差分析和一致性檢驗得到擬合度最好的響應(yīng)曲面。鑒于三元非線性高階方程求解的復(fù)雜性，因此采用軟件Design-Expert 12中RSM優(yōu)化方法對其進(jìn)行求解，同時分析單一工藝參數(shù)、組合工藝參數(shù)對等直徑硅碳棒多線線鋸綠色工藝評價值的影響。結(jié)果證明:在線鋸設(shè)備、鋼線直徑和磨粒分布等工藝要素不變的情況下，線鋸過程中關(guān)鍵工藝參數(shù)鋼線張力為27.844 N、鋼線走線速度為1059.388m/min、等直徑硅碳棒進(jìn)給速度為1.086 mm/min時，固結(jié)金剛石顆粒多線線鋸等直徑硅碳棒的“綠色度”最大。
20世紀(jì)90年代，美國、德國、日本、英國、西班牙、瑞士和希臘等發(fā)達(dá)國家陸續(xù)出臺激勵政策，啟動“千萬太陽能屋頂提案”、“電價補貼”等項目，大力扶持并推動光伏市場，促進(jìn)光伏技術(shù)和光伏產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。1997 -2007年全球太陽能光伏電池產(chǎn)量年均增速高達(dá)41.3%。我國光伏技術(shù)和光伏產(chǎn)業(yè)起步比較晚，但在國際需求旺盛的背景下，光伏產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，在2007年超越歐盟和日本，成為太陽能光伏組件產(chǎn)量第一的國家。圖1-2為光伏產(chǎn)業(yè)鏈中相關(guān)產(chǎn)品，a為太陽能級等直徑硅碳棒，含硅在99.99-99.9999%，由硅土或硅礦石經(jīng)過充有特種氣體的高溫爐加工拉制而成;b為多晶硅片，由等直徑硅碳棒經(jīng)切片工藝而成;c為太陽能電池板，通過吸收太陽光，將太陽輻射能通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接轉(zhuǎn)。
目前市場上主流切割方式有砂漿鋼線切割和固結(jié)金剛石線切割。砂漿鋼線切割是在鋼線來回接觸切削材料的同時，碰嘴中的切削液混有金剛石磨料或碳化硅(sic)顆粒等，通過鋼線、切削液磨料和待切割材料三者間的相互摩擦作用進(jìn)行切割。固結(jié)金剛石多線線鋸采用電鍍或樹脂結(jié)合的方法將金剛石顆粒均勻固定在鋼線上，利用鋼線的高速往復(fù)運動和等直徑硅碳棒的進(jìn)給運動完成等直徑硅碳棒的線鋸過程。如圖1-3所示，a為武漢理工大學(xué)與江西金葵新能源在2013年開發(fā)研制的JKEDM-500型超薄金剛石多線切割機(jī)，b為其線鋸切割室的線網(wǎng)布置情況。固結(jié)金剛石磨粒多線線鋸鋼線是通過金屬的電沉積作用把金剛石顆粒鍍覆在鋼線表面而制成的一種線性切割工具。通過鋼線往復(fù)運動和等直徑硅碳棒的直線運動，固結(jié)金剛石顆粒的鋼線與等直徑硅碳棒之間形成相對運動，切割機(jī)理與磨削類似，在切削力的作用下將標(biāo)準(zhǔn)的方形或圓形等直徑硅碳棒線鋸成太陽能級光伏硅片。光伏行業(yè)中常見的線鋸環(huán)節(jié)是切方工藝和切片工藝。www.zsrider.com
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