Wysokonapięciowe roboty do natrysku elektrostatycznego są szeroko stosowane w lakierniach samochodowych. Jednym z kluczowych wskaźników technicznych oceny ich wydajności jest wydajność natrysku. Obecnie lakierowanie elementów zderzaków z żywicy charakteryzuje się niską przewodnością elektryczną żywicy i nieregularnymi kształtami, co skutkuje niską przyczepnością powłoki i stratami materiału podczas lakierowania. Wychodząc od praktycznych usprawnień i zastosowań w fabrykach, niniejszy artykuł przedstawia definicję i metodę pomiaru wydajności natrysku elektrostatycznego elementów z żywicy, analizuje zaawansowane technologie natrysku elektrostatycznego i kluczowe parametry techniczne stosowane w przemyśle motoryzacyjnym, a także identyfikuje kluczowe technologie i metody optymalizacji w celu poprawy wydajności natrysku, oferując sugestie dotyczące budowania zasobooszczędnego i przyjaznego dla środowiska społeczeństwa.

Słowa kluczowe: natryskiwanie elektrostatyczne wysokim napięciem, wydajność transferu, elementy zderzakowe z żywicy

Robotyka stanowi priorytetowy obszar rozwoju wskazany w dokumencie „Made in China 2025”. W branży powłok, w porównaniu z konwencjonalnym sprzętem do natryskiwania, roboty do natryskiwania elektrostatycznego stopniowo stały się jednymi z najczęściej stosowanych robotów przemysłowych, szczególnie w produkcji samochodów, ponieważ mogą skutecznie ograniczyć zużycie farby, obniżyć emisję odpadów i obniżyć koszty produkcji.

01 Metoda natrysku elektrostatycznego przy użyciu obrotowego kubka

Robotowe natryskiwanie elektrostatyczne to wydajna metoda natryskiwania oparta na podstawowych właściwościach odpychania ładunków o tym samym ładunku i przyciągania ładunków o przeciwnym ładunku. Powlekany przedmiot jest zazwyczaj uziemiony i pełni funkcję anody, a dysza pistoletu natryskowego jest pod ujemnym wysokim napięciem. Gdy cząsteczki farby nabierają ładunku przechodząc przez pistolet, stają się cząsteczkami naładowanymi i pod wpływem wysokiego napięcia pola elektrostatycznego przemieszczają się w kierunku powierzchni przedmiotu o przeciwnym ładunku i przylegają do niej, tworząc równomierną powłokę.

02 Zasada natrysku elektrostatycznego w obrotowym kubku i skład sprzętu

Aby zapewnić połysk powierzchni samochodów i poprawić wydajność nanoszenia, branża lakiernicza opracowała niedawno nowy, uniwersalny elektrostatyczny robot natryskowy z obrotowym kubkiem. Kontrolując kluczowe parametry podczas natrysku, osiąga on zarówno wysoką jakość dekoracyjną, jak i wysoką wydajność nanoszenia. Szybkie obroty rozpylają farbę na drobne cząsteczki, a siła elektrostatyczna sprawia, że ​​cząsteczki te przylegają do powierzchni przedmiotu obrabianego. W porównaniu z natryskiem pneumatycznym, rozwiązanie to może znacznie zwiększyć wydajność nanoszenia. Elektrostatyczny robot natryskowy z obrotowym kubkiem składa się głównie z obrotowej głowicy rozpylającej (kubka), szybkoobrotowego łożyska obrotowego (silnika pneumatycznego), dyszy lakierniczej (przewodu zasilającego), modułu pneumatycznego do sterowania strumieniem natrysku, generatora wysokiego napięcia itp. Ruchy natryskowe są zazwyczaj precyzyjnie kontrolowane przez roboty sześcioosiowe i nadają się do dużych i skomplikowanych kształtów przedmiotów obrabianych.

03 Metoda pomiaru efektywności transferu

Efektywność transferu jest kluczowym wskaźnikiem technicznym służącym do oceny wydajności robota natryskowego. Efektywność transferu to stosunek farby faktycznie przylegającej do przedmiotu obrabianego do farby użytej w procesie natrysku. Pomiar efektywności transferu dla elementów zderzaka zależy od narzędzi pomiarowych i środowiska, co powoduje znaczne wahania w różnych warunkach. Wzór obliczeniowy jest następujący:

Wydajność transferu = (masa suchej powłoki na obrabianym przedmiocie (B − A) g / ilość użytej farby C g × rozcieńczenie NV) × 100

Pojedyncze pomiary wydajności natryskiwania części żywicznych mogą się różnić; zwykle wykonuje się 3–5 pomiarów, a średni wynik służy do określenia typowej wydajności natryskiwania produktu.

3.1 Aktualny stan efektywności transferu

Zaawansowane krajowe i międzynarodowe lakiernie samochodowe – takie jak Mercedes-Benz, Volkswagen, Great Wall i Geely – powszechnie korzystają z robotów natryskowych ABB RobotBe1951 z obrotowym kubkiem o zmiennej szerokości strumienia. Połączenie danych z produkcji fabrycznej i testów laboratoryjnych porównujących wydajność nanoszenia pistoletów elektrostatycznych z obrotowym kubkiem wykazało, że przy tych samych parametrach sprzętu, wydajność nanoszenia znacznie różni się między nadwoziami pojazdów a zderzakami z tworzywa sztucznego.

04 Czynniki wpływające na efektywność transferu zderzaków żywicznych i kierunki poprawy

4.1 Warunki uziemienia przedmiotu obrabianego

Natrysk elektrostatyczny opiera się na przyciąganiu elektrostatycznym: uziemiony element obrabiany pełni rolę elektrody dodatniej, a rozpylacz farby (kubek lub tarcza natryskowa) jest podłączony do wysokiego napięcia ujemnego. Jakość uziemienia elementu obrabianego bezpośrednio wpływa na wydajność natrysku. W produkcji fabrycznej słabe uziemienie często powoduje wady w wyglądzie powierzchni i niezadowalającą jakość.

Ponieważ słabe uziemienie znacząco wpływa na wydajność przesyłu odbojników żywicznych, stan uziemienia elementów odbojników powinien być kompleksowo uwzględniony na etapie projektowania procesu, aby zapewnić prawidłowe uziemienie. Zazwyczaj do łączenia plastikowych odbojników z osprzętem stosuje się zaciski lub płytki przewodzące, aby poprawić wydajność przesyłu. Stan zacisków lub płytek przewodzących należy regularnie monitorować podczas produkcji, a w razie potrzeby przeprowadzać pomiary rezystancji, aby zapewnić prawidłowe uziemienie. W niektórych fabrykach, ze względu na niedogodności związane z ręcznym montażem zacisków uziemiających, wprowadzane są rozwiązania zautomatyzowane, takie jak nitowanie robotyczne; zapewniają one zarówno uziemienie, jak i zmniejszają nakład pracy ręcznej, poprawiając automatyzację przy jednoczesnym zachowaniu jakości.

4.2 Kluczowe parametry techniczne

Optymalizacja parametrów natrysku ma na celu zapewnienie wyglądu elementów żywicznych – równomiernej, stałej grubości powłoki – przy jednoczesnym spełnieniu celów dotyczących rytmu produkcji i wydajności natrysku. Kluczowe parametry wpływające na wydajność natrysku w elektrostatycznym natrysku kubkowym to: wysokie napięcie elektrostatyczne, odległość pistoletu, prędkość pistoletu, ciśnienie powietrza w dyszy, natężenie przepływu (wydajność) i szerokość dyszy – sześć kluczowych wskaźników technicznych.

Optymalizując te parametry w celu zwiększenia szybkości transferu, należy oceniać je łącznie, a nie osobno. Na przykład, wyższe napięcie elektrostatyczne zazwyczaj zwiększa wydajność transferu, ale ponieważ zderzaki żywiczne mają słabo przewodzące uziemienie, wzrost wysokiego napięcia może generować nadmierny prąd między pistoletem a zderzakiem, co stwarza zagrożenie wyładowaniami. Zazwyczaj wysokie napięcie elektrostatyczne dla zderzaków żywicznych wynosi około −60 kV. Testy szybkości transferu przy różnych kombinacjach sześciu parametrów pokazują, że najskuteczniejszym sposobem poprawy wydajności transferu – przy zachowaniu napięcia, prędkości i odległości – jest optymalizacja trzech parametrów: szerokości strumienia, ciśnienia powietrza i natężenia przepływu. Wysokie ciśnienie powietrza tworzy wiry na powierzchni zderzaka, które rozpraszają cząsteczki farby w powietrzu, zmniejszając wydajność transferu (patrz rysunek 4); zmniejszenie ciśnienia powietrza powinno być priorytetem.

4.3 Optymalizacja trajektorii dla krawędzi i otworów

Istniejące modele pistoletów nadają się głównie do natrysku prostopadłego. Planując trajektorie natrysku dla powierzchni zderzaków o nieregularnej geometrii krawędzi, oprócz kąta nachylenia strumienia, należy uwzględnić wysokość natrysku, szerokość strumienia i prędkość pistoletu, a także inne parametry, które można kontrolować. Pominięcie zakrzywionych kształtów granicznych w projektowaniu trajektorii prowadzi do nadmiernego natrysku. Poprawa kąta nachylenia i położenia punktu natrysku (patrz rysunek 5) może znacznie zwiększyć wydajność natrysku w obszarach otworów, przy jednoczesnym zachowaniu odpowiedniej grubości powłoki. Rozkład grubości powłoki przy nachyleniu 40° pokazano na rysunku 6.

Podczas natryskiwania krawędzi należy wziąć pod uwagę opóźnienie włączania/wyłączania pistoletu. Projekt trajektorii powinien uwzględniać zasięg pistoletu i minimalizować częste cykle włączania/wyłączania, aby zmniejszyć efekt opóźnienia, a tym samym poprawić wydajność natrysku.

4.4 Przewodność farby

W procesie produkcji różnice w przewodności elektrycznej farby znacząco wpływają na wydajność natrysku i jakość powłoki. Przewodność elektryczna farby zależy od przewodności samej suchej warstwy farby oraz od grubości suchej warstwy podkładu. Grubsze powłoki zwiększają przewodność elektryczną, a tym samym poprawiają wydajność natrysku elektrostatycznego; jednak grubsze warstwy podkładu podnoszą koszty produkcji i zwiększają ryzyko zacieków. Dlatego znalezienie odpowiedniej równowagi między ekonomiką produkcji a jakością jest kluczowe.

05 Wnioski

W kontekście szybkiego rozwoju branży motoryzacyjnej, konieczne jest uwzględnienie zarówno wymagań dotyczących wyglądu i grubości powłoki, jak i kosztów produkcji. Poprawa efektywności transferu w procesie natryskiwania jest jednym z najskuteczniejszych środków technicznych pozwalających oszczędzać zasoby, redukować koszty, ograniczać emisję odpadów niebezpiecznych i spełniać normy środowiskowe. Na przykład, na linii produkcyjnej o rocznej wydajności 100 000 zestawów lakierowanych części z tworzyw sztucznych, gdzie farba stanowi około 70% kosztów materiałów, a koszt jednostkowy wynosi 300 CNY/zestaw, 20-procentowy wzrost efektywności transferu pozwoliłby zaoszczędzić około 6 milionów CNY rocznie na samych kosztach lakieru – z wyłączeniem kosztów usuwania lotnych związków organicznych (LZO) – co ma ogromne znaczenie dla redukcji kosztów i poprawy wydajności.