Los robots de pulverización electrostática de alto voltaje se utilizan ampliamente en las operaciones de pintura automotriz. Uno de los principales indicadores técnicos para evaluar su rendimiento es la eficiencia de transferencia durante la pulverización. Actualmente, el pintado de piezas de resina para parachoques se caracteriza por la baja conductividad del material de resina y sus formas irregulares, lo que resulta en una baja adherencia del recubrimiento y desperdicio de material durante el pintado. A partir de mejoras y aplicaciones prácticas en fábricas, este artículo presenta la definición y el método de medición de la eficiencia de transferencia para la pulverización electrostática de piezas de resina, estudia las tecnologías avanzadas de pulverización electrostática y los parámetros técnicos clave utilizados en la industria automotriz, e identifica tecnologías clave y métodos de optimización para mejorar la eficiencia de transferencia, ofreciendo sugerencias para construir una sociedad eficiente en el uso de recursos y respetuosa con el medio ambiente.

Palabras clave: pulverización electrostática de alto voltaje, eficiencia de transferencia, piezas de resina para parachoques

Los robots son un área de desarrollo prioritaria identificada en "Hecho en China 2025". En la industria de recubrimientos, en comparación con los equipos de pulverización convencionales, los robots de pulverización electrostática se han convertido gradualmente en uno de los robots industriales más utilizados, particularmente en la producción automotriz, porque pueden reducir eficazmente el uso de pintura, disminuir las emisiones de desechos y recortar los costos de producción.

01 Método de pulverización electrostática con copa giratoria

La pulverización electrostática robótica es un método de pulverización eficiente basado en las propiedades básicas de repulsión de cargas iguales y atracción de cargas opuestas. La pieza a recubrir normalmente está conectada a tierra y actúa como ánodo, mientras que la boquilla de la pistola pulverizadora tiene una alta tensión negativa. Cuando las partículas de pintura adquieren carga al pasar por la pistola, se convierten en partículas cargadas y, bajo el campo electrostático de alta tensión, se desplazan hacia la superficie de la pieza con carga opuesta y se adhieren a ella, formando una capa uniforme.

02 Principio de pulverización electrostática por copa rotatoria y composición del equipo

Para garantizar el brillo de las superficies de los automóviles y mejorar la eficiencia de transferencia, la industria de la pintura automotriz ha desarrollado recientemente un nuevo robot universal de pulverización electrostática con copa rotatoria. Al controlar parámetros clave durante la pulverización, logra una alta calidad decorativa y una alta eficiencia de transferencia. La rotación a alta velocidad atomiza la pintura en partículas finas, y la fuerza electrostática hace que estas partículas se adhieran a la superficie de la pieza de trabajo. En comparación con la pulverización con aire, esto puede aumentar considerablemente la eficiencia de transferencia. Un robot de pulverización electrostática con copa rotatoria consta principalmente de un cabezal atomizador giratorio (copa), un cojinete giratorio de alta velocidad (motor neumático), una boquilla de pintura (línea de alimentación), una unidad de aire para controlar el patrón de pulverización, un generador de alto voltaje, etc. Los movimientos de pulverización suelen controlarse con precisión mediante robots de seis ejes y son adecuados para piezas de trabajo grandes y de formas complejas.

03 Método de medición de la eficiencia de transferencia

La eficiencia de transferencia es un indicador técnico fundamental para evaluar el rendimiento de un robot de pulverización estática. Esta eficiencia se refiere a la proporción de pintura realmente adherida a la pieza de trabajo y la pintura utilizada en el proceso de pulverización. La medición de la eficiencia de transferencia en piezas de parachoques se ve influenciada por las herramientas de medición y el entorno, lo que produce una variación significativa en diferentes condiciones. La fórmula de cálculo es la siguiente:

Eficiencia de transferencia = (peso de la película recubierta seca sobre la pieza de trabajo (B − A) g / cantidad de pintura utilizada C g × dilución NV) × 100

Las mediciones individuales de la eficiencia de transferencia de piezas de resina pueden variar; normalmente se toman entre 3 y 5 mediciones y se utiliza el resultado promedio para determinar la eficiencia de pulverización típica del producto.

3.1 Estado actual de la eficiencia de transferencia

Talleres de pintura automotriz avanzados, tanto nacionales como internacionales, como Mercedes-Benz, Volkswagen, Great Wall y Geely, suelen utilizar robots de pulverización electrostática de copa giratoria con ancho de ventilador variable ABB RobotBe1951. Al combinar datos de producción en fábrica y pruebas de laboratorio que comparan la eficiencia de transferencia de las pistolas electrostáticas de copa giratoria, se observó que, con los mismos parámetros del equipo, la eficiencia de transferencia difiere considerablemente entre carrocerías y parachoques de plástico.

04 Factores que afectan la eficiencia de transferencia de los parachoques de resina y direcciones para mejorarlos

4.1 Estado de puesta a tierra de la pieza de trabajo

La pulverización electrostática se basa en la atracción electrostática: la pieza de trabajo conectada a tierra actúa como electrodo positivo, mientras que el atomizador de pintura (depósito o disco de pulverización) está conectado a un alto voltaje negativo. La calidad de la conexión a tierra de la pieza de trabajo afecta directamente la eficiencia de la pulverización. En la producción industrial, una conexión a tierra deficiente suele provocar defectos en la apariencia de la superficie y una percepción de calidad insatisfactoria.

Dado que una mala conexión a tierra afecta significativamente la eficiencia de transferencia de los parachoques de resina, su estado debe considerarse exhaustivamente durante el diseño del proceso para garantizar una buena conexión a tierra. Normalmente, se utilizan clips o placas conductoras para conectar los parachoques de plástico a los accesorios y mejorar la eficiencia de transferencia. El estado de los clips o placas conductoras debe supervisarse periódicamente durante la producción y, cuando sea necesario, se deben realizar mediciones de resistencia para garantizar una correcta conexión a tierra. En algunas fábricas, debido a la incomodidad de aplicar manualmente los clips de conexión a tierra, se están introduciendo soluciones automatizadas como el remachado robótico; estas soluciones garantizan la conexión a tierra y reducen la mano de obra, mejorando la automatización y manteniendo la calidad.

4.2 Parámetros técnicos clave

Al optimizar los parámetros de pulverización, el objetivo es garantizar la apariencia de las piezas de resina (espesor de película uniforme y consistente), a la vez que se cumplen los objetivos de cadencia de producción y eficiencia de transferencia. Los parámetros clave que afectan la eficiencia de transferencia en la pulverización electrostática con copa rotatoria son: presión electrostática de alto voltaje, distancia de la pistola, velocidad de la pistola, presión de aire del abanico, caudal (salida) y ancho del abanico: seis indicadores técnicos críticos.

Al optimizar estos parámetros para aumentar la velocidad de transferencia, se deben evaluar en conjunto, no individualmente. Por ejemplo, un voltaje electrostático más alto generalmente aumenta la eficiencia de transferencia, pero debido a que los parachoques de resina tienen una baja conexión a tierra conductiva, aumentar el alto voltaje puede producir una corriente excesiva entre la pistola y el parachoques, lo que provoca riesgos de descarga. Normalmente, el ajuste electrostático de alto voltaje para los parachoques de resina es de alrededor de -60 kV. Las pruebas de velocidad de transferencia bajo diversas combinaciones de los seis parámetros muestran que la manera más efectiva de mejorar la eficiencia de transferencia, manteniendo el voltaje, la velocidad y la distancia, es optimizar tres parámetros: ancho del ventilador, presión de aire del ventilador y caudal. Una presión de aire alta del ventilador crea vórtices en la superficie del parachoques que dispersan las partículas de pintura en el aire, reduciendo la eficiencia de transferencia (ver Figura 4); reducir la presión de aire del ventilador debe ser una mejora prioritaria.

4.3 Optimización de trayectorias para aristas y aberturas

Los modelos de pistola existentes son principalmente adecuados para la pulverización perpendicular. Al planificar trayectorias de pulverización para superficies de parachoques con geometrías de borde irregulares, además del ángulo de inclinación de la pulverización, se deben considerar la altura de pulverización, el ancho del abanico y la velocidad de la pistola, entre otros parámetros controlables. Ignorar las formas curvas de los límites en el diseño de la trayectoria provoca sobrepulverización. Mejorar el ángulo de inclinación y la posición del punto de pulverización (véase la Figura 5) puede aumentar considerablemente la eficiencia de transferencia en las zonas de apertura, preservando al mismo tiempo la calidad del espesor de la película. La distribución del espesor de la película con una inclinación de 40° se muestra en la Figura 6.

Al pulverizar bordes, tenga en cuenta el retardo de encendido/apagado de la pistola. El diseño de la trayectoria debe tener en cuenta el alcance de pulverización de la pistola y minimizar los ciclos frecuentes de encendido/apagado para reducir los efectos del retardo y, por lo tanto, mejorar la eficiencia de transferencia.

4.4 Conductividad de la pintura

En la producción, las diferencias en la conductividad de la pintura afectan significativamente la eficiencia de la pulverización y la calidad del recubrimiento. La conductividad de la pintura depende de la conductividad de la película seca de la propia pintura y del espesor de la película seca de la imprimación. Las capas más gruesas aumentan la conductividad y, por lo tanto, mejoran la eficiencia de la pulverización electrostática; sin embargo, las capas de imprimación más gruesas aumentan los costos de producción y el riesgo de descolgamiento. Por lo tanto, es fundamental encontrar un equilibrio adecuado entre la rentabilidad de la producción y la calidad.

05 Conclusión

En el contexto del rápido crecimiento de la industria automotriz, es necesario considerar tanto los requisitos de apariencia y espesor de película como el costo de producción. Mejorar la eficiencia de transferencia en la pulverización es una de las medidas técnicas más efectivas para ahorrar recursos, reducir costos, disminuir las emisiones de residuos peligrosos y cumplir con las normas ambientales. Por ejemplo, en una línea de producción con una capacidad anual de 100,000 juegos de piezas pintadas de plástico, donde la pintura representa aproximadamente el 70% del costo del material y el costo unitario es de 300 CNY/juego, un aumento del 20% en la eficiencia de transferencia ahorraría aproximadamente 6 millones de CNY al año solo en costos de pintura, sin incluir los gastos de tratamiento de COV, lo que lo convierte en un factor clave para la reducción de costos y la mejora de la eficiencia.