I robot per la spruzzatura elettrostatica ad alta tensione sono ampiamente utilizzati nelle operazioni di verniciatura automobilistica. Uno degli indicatori tecnici principali per valutare le loro prestazioni è l‘efficienza di trasferimento durante la spruzzatura. Attualmente, la verniciatura di componenti in resina per paraurti soffre di bassa conduttività del materiale in resina e forme irregolari, con conseguente scarsa aderenza del rivestimento e spreco di materiale durante la verniciatura dei componenti in resina. Partendo da miglioramenti e applicazioni pratiche in fabbrica, questo articolo introduce la definizione e il metodo di misurazione dell‘efficienza di trasferimento per la spruzzatura elettrostatica di componenti in resina, studia le tecnologie avanzate di spruzzatura elettrostatica e i principali parametri tecnici utilizzati nel settore automobilistico e identifica tecnologie chiave e metodi di ottimizzazione per migliorare l‘efficienza di trasferimento, offrendo suggerimenti per costruire una società efficiente nell‘uso delle risorse e rispettosa dell‘ambiente.

Parole chiave: spruzzatura elettrostatica ad alta tensione, efficienza di trasferimento, parti in resina per paraurti

I robot rappresentano un‘area di sviluppo prioritaria individuata in "Made in China 2025". Nel settore dei rivestimenti, rispetto alle apparecchiature di spruzzatura convenzionali, i robot per la spruzzatura elettrostatica sono gradualmente diventati uno dei robot industriali più utilizzati, in particolare nella produzione automobilistica, perché possono ridurre efficacemente l‘utilizzo di vernice, diminuire le emissioni di rifiuti e tagliare i costi di produzione.

01 Metodo di spruzzatura elettrostatica a tazza rotante

La spruzzatura elettrostatica robotizzata è un metodo di spruzzatura efficiente basato sulle proprietà fondamentali di cariche uguali che si respingono e cariche opposte che si attraggono. Il pezzo da verniciare è normalmente collegato a terra e funge da anodo, mentre l‘ugello della pistola a spruzzo è ad alta tensione negativa. Quando le particelle di vernice acquisiscono carica passando attraverso la pistola, diventano particelle cariche e, sotto il campo elettrostatico ad alta tensione, si muovono verso la superficie del pezzo con carica opposta e vi aderiscono, formando un rivestimento uniforme.

02 Principio della spruzzatura elettrostatica a tazza rotante e composizione dell‘attrezzatura

Per garantire la brillantezza superficiale delle automobili e migliorare l‘efficienza di trasferimento, l‘industria della verniciatura automobilistica ha recentemente sviluppato un nuovo robot universale per la spruzzatura elettrostatica a tazza rotante. Controllando i parametri chiave durante la spruzzatura, si ottiene sia un‘elevata qualità decorativa che un‘elevata efficienza di trasferimento. La rotazione ad alta velocità atomizza la vernice in particelle fini e la forza elettrostatica fa sì che queste aderiscano alla superficie del pezzo. Rispetto alla spruzzatura ad aria, questo può aumentare notevolmente l‘efficienza di trasferimento. Un robot per la spruzzatura elettrostatica a tazza rotante è costituito principalmente da una testa di atomizzazione rotante (tazza), un cuscinetto rotante ad alta velocità (motore pneumatico), un ugello di vernice (linea di alimentazione), un‘unità pneumatica per il controllo del ventaglio di spruzzatura, un generatore ad alta tensione, ecc. I movimenti di spruzzatura sono in genere controllati con precisione da robot a sei assi e sono adatti a pezzi di grandi dimensioni e di forma complessa.

03 Metodo di misurazione dell‘efficienza di trasferimento

L‘efficienza di trasferimento è un indicatore tecnico fondamentale per la valutazione delle prestazioni dei robot di spruzzatura statica. L‘efficienza di trasferimento è il rapporto tra la vernice effettivamente aderente al pezzo e la vernice utilizzata nel processo di spruzzatura. La misurazione dell‘efficienza di trasferimento per le parti del paraurti è influenzata dagli strumenti di misurazione e dall‘ambiente, producendo variazioni significative in diverse condizioni. La formula di calcolo è:

Efficienza di trasferimento = (peso del film rivestito essiccato sul pezzo (B − A) g / quantità di vernice utilizzata C g × diluizione NV) × 100

Le singole misurazioni dell‘efficienza di trasferimento per le parti in resina possono variare; in genere vengono effettuate 3-5 misurazioni e il risultato medio viene utilizzato per determinare l‘efficienza di spruzzatura tipica del prodotto.

3.1 Stato attuale dell‘efficienza del trasferimento

Le officine di verniciatura automobilistica più avanzate, nazionali e internazionali, come Mercedes-Benz, Volkswagen, Great Wall e Geely, utilizzano comunemente i robot di spruzzatura elettrostatica a tazza rotante con ventaglio variabile ABB RobotBe1951. Combinando i dati di produzione in fabbrica e i test di laboratorio che confrontano l‘efficienza di trasferimento delle pistole elettrostatiche a tazza rotante, è emerso che, a parità di parametri dell‘attrezzatura, l‘efficienza di trasferimento varia notevolmente tra le carrozzerie dei veicoli e i paraurti in plastica.

04 Fattori che influenzano l‘efficienza di trasferimento dei paraurti in resina e indicazioni per il miglioramento

4.1 Condizioni di messa a terra del pezzo in lavorazione

La spruzzatura elettrostatica si basa sull‘attrazione elettrostatica: il pezzo da lavorare collegato a terra funge da elettrodo positivo, mentre l‘atomizzatore della vernice (tazza o disco di spruzzatura) è collegato ad alta tensione negativa. La qualità della messa a terra del pezzo da lavorare influisce direttamente sull‘efficienza della spruzzatura. Nella produzione industriale, una messa a terra inadeguata causa spesso difetti estetici superficiali e una qualità percepita insoddisfacente.

Poiché una messa a terra inadeguata influisce significativamente sull‘efficienza di trasferimento dei paraurti in resina, le condizioni di messa a terra dei componenti del paraurti devono essere attentamente considerate durante la progettazione del processo per garantirne una buona messa a terra. In genere, per collegare i paraurti in plastica alle attrezzature vengono utilizzate clip o piastre conduttive per migliorare l‘efficienza di trasferimento. Le condizioni delle clip o delle piastre conduttive devono essere monitorate regolarmente durante la produzione e, se necessario, devono essere eseguite misurazioni della resistenza per garantire una corretta messa a terra. In alcuni stabilimenti, a causa della scomodità dell‘applicazione manuale delle clip di messa a terra, si stanno introducendo soluzioni automatizzate come la rivettatura robotizzata; queste garantiscono la messa a terra e riducono il lavoro manuale, migliorando l‘automazione e mantenendo la qualità.

4.2 Parametri tecnici chiave

Quando si ottimizzano i parametri di spruzzatura, l‘obiettivo è garantire l‘aspetto dei componenti in resina (spessore del film uniforme e costante), rispettando al contempo la cadenza di produzione e gli obiettivi di efficienza di trasferimento. I parametri chiave che influenzano l‘efficienza di trasferimento nella spruzzatura elettrostatica a tazza rotante sono: pressione elettrostatica ad alta tensione, distanza della pistola, velocità della pistola, pressione dell‘aria del ventilatore, portata (uscita) e larghezza del ventilatore: sei indicatori tecnici critici.

Quando si ottimizzano questi parametri per aumentare la velocità di trasferimento, è necessario valutarli insieme piuttosto che individualmente. Ad esempio, una tensione elettrostatica più elevata generalmente aumenta l‘efficienza di trasferimento, ma poiché i paraurti in resina hanno una messa a terra poco conduttiva, l‘aumento dell‘alta tensione può produrre una corrente eccessiva tra la pistola e il paraurti, causando rischi di scarica. In genere, l‘impostazione elettrostatica ad alta tensione per i paraurti in resina è di circa -60 kV. I test sulla velocità di trasferimento con varie combinazioni dei sei parametri mostrano che il modo più efficace per migliorare l‘efficienza di trasferimento, mantenendo invariati tensione, velocità e distanza, è ottimizzare tre parametri: larghezza del ventaglio, pressione dell‘aria del ventaglio e portata. Un‘elevata pressione dell‘aria del ventaglio crea vortici sulla superficie del paraurti che disperdono le particelle di vernice nell‘aria, riducendo l‘efficienza di trasferimento (vedere Figura 4); la riduzione della pressione dell‘aria del ventaglio dovrebbe essere un miglioramento prioritario.

4.3 Ottimizzazione della traiettoria per bordi e aperture

I modelli di pistola esistenti sono adatti principalmente per la spruzzatura perpendicolare. Quando si pianificano traiettorie di spruzzatura per superfici di paraurti con geometrie dei bordi irregolari, oltre all‘angolo di inclinazione dello spruzzo, è necessario considerare l‘altezza di spruzzo, la larghezza del ventaglio e la velocità della pistola, tra gli altri parametri controllabili. Ignorare le forme curve dei bordi nella progettazione della traiettoria porta a un overspray. Miglioramenti all‘angolo di inclinazione e al posizionamento del punto di spruzzatura (vedere Figura 5) possono aumentare notevolmente l‘efficienza di trasferimento nelle aree di apertura, preservando al contempo la qualità dello spessore del film. La distribuzione dello spessore del film con un‘inclinazione di 40° è mostrata in Figura 6.

Quando si spruzzano i bordi, considerare il ritardo di accensione/spegnimento della pistola. La progettazione della traiettoria dovrebbe tenere conto della gittata di spruzzo della pistola e ridurre al minimo i cicli di accensione/spegnimento frequenti per ridurre gli effetti del ritardo e quindi migliorare l‘efficienza di trasferimento.

4.4 Conduttività della vernice

In produzione, le differenze nella conduttività della vernice influiscono significativamente sull‘efficienza di spruzzatura e sulla qualità del rivestimento. La conduttività della vernice dipende dalla conduttività del film secco della vernice stessa e dallo spessore del film secco del primer. Rivestimenti più spessi aumentano la conduttività e quindi migliorano l‘efficienza della spruzzatura elettrostatica; tuttavia, strati di primer più spessi aumentano i costi di produzione e il rischio di colature. Pertanto, trovare un giusto equilibrio tra economia di produzione e qualità è fondamentale.

05 Conclusion

Nel contesto della rapida crescita del settore automobilistico, è necessario considerare sia i requisiti di aspetto e spessore del film, sia i costi di produzione. Migliorare l‘efficienza di trasferimento nella spruzzatura è una delle misure tecniche più efficaci per risparmiare risorse, ridurre i costi, ridurre le emissioni di rifiuti pericolosi e soddisfare gli standard ambientali. Ad esempio, su una linea di produzione con una capacità annua di 100.000 set di componenti in plastica verniciati, dove la vernice rappresenta circa il 70% del costo del materiale e il costo unitario è di 300 CNY/set, un aumento del 20% dell‘efficienza di trasferimento consentirebbe un risparmio di circa 6 milioni di CNY all‘anno solo in costi di verniciatura, escludendo le spese di trattamento dei COV, il che lo rende estremamente significativo per la riduzione dei costi e il miglioramento dell‘efficienza.