prom-kraska.ru

Статьи Оптимизация размещения автоматических напылителей в системах порошковой окраски

Оптимизация размещения автоматических напылителей в системах порошковой окраски

Одним из важнейших факторов, влияющих на рабочие расходы при эксплуатации линии порошковой окраски, является равномерность наносимого покрытия, которая, в свою очередь, зависит от расположения автоматических систем напыления внутри кабины и от рабочих параметров манипуляторов автоматических напылителей. К сожалению, часто приходится сталкиваться с тем, что операторы окрасочных линий многих предприятий, где применяются автоматические манипуляторы систем напыления, не знают, как правильно их настроить для достижения наилучшей равномерности наносимого покрытия.

Чтобы понять, какой метод размещения систем напыления лучше для каждого конкретного случая, нужно сначала определить те критерии, по которым мы будем оценивать преимущества и недостатки каждого метода. Например, что важнее: равномерность покрытия, степень автоматической прокраски сложных участков деталей или эффективность осаждения порошковых покрытий?

Преимущества и применимость каждого из методов размещения автоматических напылителей в каждой конкретной ситуации зависит от:

-    высоты окрашиваемого изделия;

-    скорости конвейера;

-    числа автоматических напылителей;

-    важности достижения максимальной эффективности нанесения покрытий;

-    бюджета проекта;

-    степени автоматизации.

Начнем с анализа основных принципов расположения автоматических систем напыления в системах порошковой окраски.

РАСПОЛОЖЕНИЕ СИСТЕМ НАПЫЛЕНИЯ: ОСНОВЫ

Прежде чем решать, как расположить автоматические напылители, важно знать размер их эффективного факела напыления.

Что является эффективным факелом напыления?

Возьмем плоскую металлическую поверхность (скажем 500x500 мм) и пропустим ее на конвейере через факел одного стационарного напылителя. Затем оплавим нанесенное покрытие, измерим его толщину на каждом сантиметре вдоль центральной оси факела напыления и построим график распределения толщин, как показано на рисунках 1 и 2.

PO_06_2012_Site-1

Рис. 1.

Теперь возьмем максимальную толщину нанесенного покрытия, разделим ее на 2 и измерим расстояние между точками по обе стороны оси факела напыления, в которых толщина нанесенного покрытия равна половине максимальной величины. Это расстояние и является эффективным факелом напыления данного напылителя при данном расходе воздуха и на данном расстоянии между напылителем и окрашиваемой поверхностью.

PO_06_2012_Site-2

При использовании двух и более напылителей для достижения равномерного покрытия их эффективные факелы напыления (точнее их отображение на изделии) должны соприкасаться, но не перехлестываться и не образовывать зазоры. В простейшем случае использования двух стационарных напылителей расстояние между центрами факелов должно быть равно эффективному факелу напыления. На рисунке 3 показано, что наносимые покрытия двух напылителей перекрываются в точках, где толщина покрытия, наносимого каждым напылителем равна половине максимального значения.

PO_06_2012_Site-3

Рис. 3.

Благодаря именно такому перекрытию двух факелов напыления на половину максимальной толщины покрытия (соприкасание эффективных факелов) достигается равномерность результирующего покрытия.

Этот принцип соприкасания эффективных факелов напылителей применим как к стационарно расположенным, так и к манипулируемым на-пылителям. Разница только в том, что, используя стационарные напы-лители, мы соприкасаем факелы напыления двух разных напылителей, а при использовании осциллирующего напылителя (или горизонтальной группы напылителей) положение эффективного факела напыления в конце цикла (вверх-вниз) должно соприкасаться с изначальным положением (рис. 4).

PO_06_2012_Site-4

В простейшем случае за время одного цикла вертикальной манипуляции напылителя конвейерная линия перемещается на расстояние, равное эффективному факелу напыления. По формуле из рис. 4 можно рассчитать число единичных манипуляций (вверх или вниз) в минуту, при котором достигается равномерно наносимое покрытие.

В формуле: S — скорость конвейера, м/мин; E — размер эффективного факела напыления, м; H — высота амплитуды манипуляции, м; N — число единичных манипуляций в минуту.

Немного математики...

При условии, что конвейер продвигается на расстояние (E) за то же время, что автоматический манипулятор делает один полный цикл (вверх и вниз), проходя расстояние (2H), мы можем написать следующее уравнение: Тцикла = 2H/v = E/S (время одного полного цикла манипулятора или время, за которое конвейер пройдет расстояние, равное эффективному факелу напыления).

Если решим для скорости манипулятора, то... v= 2HS/E (м/мин).

В то же время:

v = 2H x N (м/мин), где N - число циклов манипулятора в минуту.

Уравнивая 2HN = 2HS/E и решая по N , мы получаем:

N = S/E (циклов/мин).

При расчете числа циклов по этой формуле положение эффективного факела напылителя в конце цикла соприкоснется с его изначальным положением, не создавая зазоров или перехлестов. Каждая точка поверхности окрашиваемого изделия будет окрашена дважды.

А если мы хотим окрасить каждую точку поверхности 4 раза?

Просто умножим вышеприведенную формулу на 2. При этом перемещение факела напыления приведено на рис. 5.

В этом случае за время продвижения конвейера на расстояние, равное эффективному факелу напыления, манипулятор завершит два полных цикла — вверх-вниз-вверх-вниз.

Хотите окрасить каждую точку поверхности 6 раз? Умножаем на 3.

Таким образом, в обобщенном виде формула расчета числа циклов манипулятора может быть записана как:

N = nS/2E,

где n — во сколько раз мы окрашиваем каждую точку поверхности изделия.

Сколько раз следует окрашивать каждую поверхность для оптимизации процесса?

Теоретически, чем больше слоев наносится, тем равномернее покрытие.

Это происходит в силу того, что вероятность совпадения утолщений и провалов в толщине одного слоя с другим очень низка.

PO_06_2012_Site-5

При расчете числа манипуляций осциллятора или ресипрокатора в минуту не стоит забывать о максимально допустимой скорости движения на-пылителя, которая не должна превышать 0,5 м/с, или 30 м/мин:

v = Nx H < 30 m/min.

При превышении данной скорости мягкий факел напыления начинает отставать от движения напылителя — так называемый «эффект метлы» (рис. 6), при появлении которого равномерность покрытия и эффективность осаждения ухудшаются.

При использовании стационарных напылителей их факелы напыления обычно ориентируют вертикально, и напылители располагаются вертикально. Напылители на манипуляторах могут располагаться вертикально или горизонтально. В обоих случаях факелы осциллирующих напылителей ориентируются горизонтально (рис. 7).

При расположении напылителей в одну линию (вертикально или горизонтально) их факелы напыления могут быть слегка повернуты (~15°), чтобы избежать возможной турбулентности (и неравномерности покрытия) в зоне перехлеста смежных факелов. Альтернативно напылители могут быть слегка сдвинуты от линии друг с другом. Поворот факела напыления также может использоваться для контроля размера эффективного факела и расстояния между напылителями.

СТАЦИОНАРНЫЕ ИЛИ ДВИЖУЩИЕСЯ НАПЫЛИТЕЛИ?

PO_06_2012_Site-6Прежде чем мы углубимся в дискуссию о том, что лучше для каждого конкретного случая, я хотел бы сказать следующее: при правильной настройке системы и расположении напылителей высокоравномерные покрытия могут быть нанесены как при стационарном расположении напылителей, так и при использовании манипуляторов.

Тем не менее всегда существуют определенные отличия по легкости правильной конфигурации системы, числа переменных в технологическом процессе и общей эффективности нанесения покрытий.

Один из фундаментальных вопросов любого покупателя оборудования, как минимизировать затраты и получить максимальный эффект (или возврат на инвестицию).

Давайте рассмотрим пример системы со следующими параметрами:

-    максимальная высота завеса — 1525 мм;

-    скорость линии — 1,5 м/мин;

-    требуемая толщина покрытия — 75 микрон;

-    относительный удельный вес порошка — 1,5;

-    эффективный факел напыления одного пистолета — 250 мм;

-    номинальный расход порошка через напыли-тель — 160 г/мин.

Расчет показывает, что при поддержании расхода порошка не более 160 г/мин на пистолет (расход, при котором мы поддерживаем максимальную эффективность напыления), нам потребуется по 3 автоматических на-пылителя с каждой стороны кабины (один напылитель на один квадратный метр поверхности в минуту).

Однако при размере эффективного факела напыления в 250 мм 3 стационарных пистолета могут окрасить максимум 750 мм поверхности детали. Совершенно очевидно, что необходимо использовать манипуляторы для увеличения зоны, укрываемой каждым напылителем.

Конечно, мы могли бы увеличить число автоматических напылителей на каждую сторону кабины до 7 и не использовать манипуляторы. Однако стоимость автоматических манипуляторов, как правило, меньше стоимости 4-х дополнительных автоматических систем напыления. Таким образом, в данном случае инвестиции в оборудование минимизируются при использовании 3-х напылителей на манипуляторе с каждой стороны кабины. (Не забываем, что при высоте детали 1500 мм нужно добавить не менее 75 мм сверху и снизу детали, и получим высоту зоны напыления, равную 1650 мм.)

А если скорость линии будет 5,0 м/мин? В этом случае для достижения укрываемости детали с факелом напыления 250 мм нам было бы достаточно 7 систем напыления на сторону (1650/250 = 6,6, округляем до 7). Однако расчет требуемого расхода порошка показывает, чтобы не превышать расход порошка 160 г/мин на пистолет и поддерживать высокую эффективность напыления, нам потребуется не менее 8 пистолетов на сторону.

Но с 8 пистолетами с размером факела напыления 250 мм мы укрываем 8 х 250 = 2000 мм поверхности, притом что высота детали всего 1500 мм.

PO_06_2012_Site-7

В этом случае мы можем повернуть щель распылительной насадки пистолетов и тем самым уменьшить размер факела напыления без уменьшения расхода порошка (см. рис. 7в). Мы также можем выбрать насадку, дающую более узкий, но более плотный факел напыления.

Данный пример показывает, что при низкой производительности линии лучше использовать автоматические вертикальные манипуляторы систем напыления. Это объясняет, почему в Европе, где типичная скорость линии составляет ~2 - 3 м/мин, автоматические манипуляторы значительно больше распространены по сравнению с США, где многие линии порошковой окраски работают со скоростью 5 м/мин и выше.

По материалам журнала "Промышленная окраска"

Обновлено 16.11.2015 20:37  

Корзина




Ваша корзина пуста.

   

Категории товаров

Выбор валюты


Euro / Russian Ruble / US Dollar /