邱世建
(中信渤海鋁業(yè)控股有限公司,河北 秦皇島 066000)
目前,隨著環(huán)保與綠色能源觀念的深入人心,光伏產(chǎn)業(yè)得到迅猛發(fā)展。光伏發(fā)電站一般建立在空曠、人員稀少地區(qū),這對(duì)光伏邊框的使用壽命有嚴(yán)格要求。鋁合金邊框因其氧化膜的保護(hù),可有效的延緩邊框的腐蝕,提高使用壽命。目前絕大多數(shù)的光伏廠家采用的均為鋁合金邊框,氧化膜起到保護(hù)的作用,然而在生產(chǎn)過程中極易引起氧化膜膜裂,影響外觀的同時(shí),也縮減了光伏使用周期。本工作根據(jù)鋁合金邊框現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際情況,深入分析了膜裂的產(chǎn)生原因,探討了膜裂的改善措施,并對(duì)措施進(jìn)行了實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證,防止膜裂產(chǎn)生的效果明顯,可推廣至鋁合金類邊框加工的其他領(lǐng)域[1]。
如圖1a所示,在加工漏水孔的過程中發(fā)現(xiàn),漏水孔側(cè)面沿加工方向會(huì)產(chǎn)生粗線型白霧狀的膜裂。這是由于沖壓時(shí),隨時(shí)沖擊力較大,鋁合金邊框向內(nèi)凹陷,變形較大,超出了氧化膜的附著強(qiáng)度,導(dǎo)致邊框表面的氧化膜撕裂。
圖1 邊框C面漏水孔區(qū)域膜裂缺陷改善前后對(duì)比圖
為解決該位置膜裂缺陷,現(xiàn)經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)際驗(yàn)證發(fā)現(xiàn),通過優(yōu)化漏水孔沖刀材質(zhì)、刀刃角度、熱處理工藝可以減輕膜裂缺陷,如圖1b所示。漏水孔沖刀材質(zhì)選擇中國(guó)牌號(hào)為Cr12MoV的冷作模具鋼,熱處理工藝選擇為真空熱處理,保證其表面硬度不得小于60HRC,刀刃角度優(yōu)化在50°較為合適。漏水孔沖刀如圖2所示。
圖2 漏水孔沖刀
如圖3所示,在D面過盈點(diǎn)附近存在縱向膜裂,該膜裂較深,若繼續(xù)擴(kuò)大膜裂,則可能會(huì)導(dǎo)致鋁合金邊框過盈點(diǎn)整體開裂。此處膜裂產(chǎn)生的原因主要在兩點(diǎn):第一點(diǎn),過盈點(diǎn)沖刀三個(gè)平面的平面度較差,存在有的沖壓過深,有的沖壓過淺的現(xiàn)象。過深時(shí)則會(huì)導(dǎo)致膜裂產(chǎn)生。第二點(diǎn),過盈墊鐵材質(zhì)硬度不夠,耐磨性較差,過盈倒角較小,沖壓時(shí)應(yīng)力集中,形成剪切應(yīng)力,導(dǎo)致此缺陷的發(fā)生。
圖3 邊框D面過盈點(diǎn)附近膜裂缺陷改善前后對(duì)比圖
為解決過贏點(diǎn)位置處膜裂缺陷,現(xiàn)提出以下改善措施:①過盈點(diǎn)沖刀三點(diǎn)平面度最大差值小于0.1mm;②過盈墊鐵材質(zhì)選擇中國(guó)牌號(hào)為Cr12MoV的冷作模具鋼,熱處理工藝選擇為真空熱處理,保證其表面硬度不得小于50HRC;③過盈墊鐵沖壓面凹槽倒角由原來的R1更改為R2.5。改善后的效果如圖3所示。過盈點(diǎn)沖刀和過盈墊鐵如圖4所示。
圖4 過盈點(diǎn)沖刀和過盈墊鐵
如圖5所示,在B面角件連接處存在縱向膜裂,該膜裂有時(shí)為較長(zhǎng),有時(shí)為單點(diǎn),沿著角件插入方向延伸。此處膜裂產(chǎn)生的原因主要為:角件邊緣毛刺較大,在角件插入邊框腔體的過程中,毛刺逐漸堆積,致使角件厚度增大,過盈偏差隨之變大,從而導(dǎo)致角件連接處邊緣凸起,引起膜裂[2]。
圖5 型材B面角件連接處條狀或點(diǎn)狀膜裂缺陷改善前后對(duì)比圖
為解決角件連接處膜裂缺陷,現(xiàn)提出以下改善措施:①增大角件下倒角,減小上倒角,當(dāng)上毛刺堆積變形時(shí),凸起的弧度增大,減小應(yīng)力集中;②角件在鋸切時(shí),增加鋸切速度,反方向鋸切角件,使得毛刺方向向下,較少毛刺與邊框接觸的面積。改善后的效果如圖5所示。修改后的角件如圖6所示。
圖6 修改后的角件結(jié)構(gòu)
型材C面接地標(biāo)識(shí)和安裝孔附近也會(huì)產(chǎn)生不同程度的不規(guī)則膜裂缺陷。原因在于:生產(chǎn)過程中,刀具上升時(shí)帶動(dòng)型材上升與基座磕碰,從而產(chǎn)生的C面接地標(biāo)識(shí)附近產(chǎn)生的膜裂缺陷。解決方案如下:操作指導(dǎo)書中規(guī)定沖加工過程中,每沖加工200支,加注一次潤(rùn)滑油,定期進(jìn)行設(shè)備點(diǎn)檢。沖具與型材之間存在一層薄薄的油層,較小硬碰撞,從而減輕膜裂缺陷。
另外,氧化膜厚過高亦可造成沖加工后型材C面安裝孔附近產(chǎn)生膜裂缺陷。解決方案:重新梳理制定氧化膜厚內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。AA10內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn):(10~ 13)μm;AA12內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn):(12~ 16)μm;AA15內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn):(15~19)μm。氧化工序生產(chǎn)時(shí)嚴(yán)格控制氧化膜厚度。
邊框型材膜裂缺陷極易出現(xiàn)在加工與連接的位置附近,主要由應(yīng)力集中所引起,解決方案總結(jié)如下:①型材C面漏水孔區(qū)域膜裂缺陷通過更改漏水孔沖刀切口角度解決。②型材D面過盈點(diǎn)附近膜裂缺陷可通過更改過盈墊鐵結(jié)構(gòu)和材質(zhì)解決。③型材B面角件連接處條狀或點(diǎn)狀膜裂缺陷可通過減小角件毛刺高度解決。④型材C面接地標(biāo)識(shí)和安裝孔附近的膜裂可通過沖刀潤(rùn)滑,控制氧化膜厚度解決。