Высоковольтные электростатические распылительные роботы широко используются в автомобильной покраске. Одним из основных технических показателей для оценки их производительности является эффективность переноса краски во время распыления. В настоящее время покраска деталей бамперов из полимерных материалов страдает от низкой проводимости полимерного материала и неправильной формы, что приводит к низкой адгезии покрытия и расходу материала во время покраски деталей из полимерных материалов. Исходя из практических усовершенствований и применений на производстве, в данной статье представлено определение и метод измерения эффективности переноса краски при электростатическом распылении полимерных деталей, изучены передовые технологии электростатического распыления и ключевые технические параметры, используемые в автомобильной промышленности, а также определены ключевые технологии и методы оптимизации для повышения эффективности переноса краски, предложены рекомендации по построению ресурсоэффективного и экологически чистого общества.

Ключевые слова: высоковольтное электростатическое напыление, эффективность переноса, детали бампера из полимерной смолы.

Роботы являются приоритетным направлением развития, определенным в программе «Сделано в Китае 2025». В лакокрасочной промышленности, по сравнению с традиционным распылительным оборудованием, электростатические распылительные роботы постепенно стали одними из наиболее широко используемых промышленных роботов, особенно в автомобильной промышленности, поскольку они позволяют эффективно сократить расход краски, уменьшить выбросы отходов и снизить производственные затраты.

01 Метод электростатического вращающегося чашечного распыления

Роботизированное электростатическое распыление — это эффективный метод распыления, основанный на основных свойствах отталкивания одноименных зарядов и притяжения противоположных зарядов. Обрабатываемая деталь обычно заземлена и служит анодом, а сопло краскопульта находится под отрицательным высоким напряжением. Когда частицы краски, проходя через краскопульт, приобретают заряд, они становятся заряженными частицами и под действием высоковольтного электростатического поля движутся к противоположно заряженной поверхности детали и прилипают к ней, образуя равномерное покрытие.

02 Принцип электростатического вращающегося чашечного распыления и состав оборудования

Для обеспечения глянцевой поверхности автомобилей и повышения эффективности переноса краски, в автомобильной лакокрасочной промышленности недавно был разработан новый универсальный электростатический роторный распылительный робот. Контролируя ключевые параметры в процессе распыления, он обеспечивает как высокое качество отделки, так и высокую эффективность переноса краски. Высокоскоростное вращение распыляет краску на мелкие частицы, а электростатическая сила заставляет эти частицы прилипать к поверхности заготовки. По сравнению с пневматическим распылением это значительно повышает эффективность переноса. Электростатический роторный распылительный робот в основном состоит из вращающейся распылительной головки (чаши), высокоскоростного вращающегося подшипника (пневматического двигателя), форсунки подачи краски (линии подачи), пневматического блока для управления рисунком распыления, высоковольтного генератора и т. д. Движения распыления, как правило, точно контролируются шестиосевыми роботами и подходят для обработки крупных и сложных по форме заготовок.

03 Метод измерения эффективности переноса

Эффективность переноса — ключевой технический показатель для оценки производительности статического робота-распылителя. Эффективность переноса — это отношение количества краски, фактически прилипшей к заготовке, к количеству краски, использованной в процессе распыления. Измерение эффективности переноса для деталей бампера зависит от измерительных инструментов и окружающей среды, что приводит к значительным колебаниям в различных условиях. Формула расчета:

Эффективность переноса = (вес высохшей пленки покрытия на заготовке (B − A) г / количество использованной краски C г × разбавление NV) × 100

Результаты отдельных измерений эффективности переноса смолы на детали могут различаться; как правило, проводится 3–5 измерений, и для определения типичной эффективности распыления для данного изделия используется средний результат.

3.1 Текущее состояние эффективности передачи

Передовые отечественные и зарубежные автомастерские, такие как Mercedes-Benz, Volkswagen, Great Wall и Geely, широко используют электростатические распылительные роботы ABB RobotBe1951 с регулируемой шириной факела. Сопоставление заводских производственных данных и лабораторных испытаний, сравнивающих эффективность переноса краски с помощью электростатических распылительных пистолетов, показало, что при одинаковых параметрах оборудования эффективность переноса значительно различается для кузовов автомобилей и пластиковых бамперов.

04 Факторы, влияющие на эффективность переноса полимерных бамперов, и направления для ее улучшения

4.1 Состояние заземления заготовки

Электростатическое распыление основано на электростатическом притяжении: заземленная заготовка выступает в качестве положительного электрода, а распылитель краски (колба или диск) подключен к высокому отрицательному напряжению. Качество заземления заготовки напрямую влияет на эффективность распыления. В заводском производстве плохое заземление часто приводит к дефектам внешнего вида поверхности и неудовлетворительному качеству.

Поскольку плохое заземление существенно влияет на эффективность переноса полимерных бамперов, состояние заземления деталей бамперов следует всесторонне учитывать при проектировании технологического процесса для обеспечения надлежащего заземления. Как правило, для соединения пластиковых бамперов с приспособлениями используются токопроводящие зажимы или токопроводящие пластины, повышающие эффективность переноса. Состояние токопроводящих зажимов или пластин следует регулярно контролировать в процессе производства, а при необходимости проводить измерения сопротивления для обеспечения надлежащего заземления. На некоторых заводах из-за неудобства ручной установки заземляющих зажимов внедряются автоматизированные решения, такие как роботизированная клепка; они обеспечивают заземление и сокращают ручной труд, повышая уровень автоматизации при сохранении качества.

4.2 Ключевые технические параметры

При оптимизации параметров распыления цель состоит в обеспечении внешнего вида деталей из смолы — равномерной, постоянной толщины пленки — а также в достижении целевых показателей частоты производства и эффективности переноса. Ключевыми параметрами, влияющими на эффективность переноса при электростатическом роторном распылении, являются: высоковольтное электростатическое давление, расстояние до пистолета, скорость пистолета, давление воздуха в факеле, расход (выходная мощность) и ширина факела — шесть важнейших технических показателей.

При оптимизации этих параметров для увеличения скорости переноса следует оценивать их вместе, а не по отдельности. Например, более высокое электростатическое напряжение обычно повышает эффективность переноса, но поскольку смоляные бамперы имеют низкую проводимость заземления, увеличение высокого напряжения может привести к чрезмерному току между пистолетом и бампером, что создает опасность разряда. Обычно высоковольтное электростатическое напряжение для смоляных бамперов составляет около −60 кВ. Испытания скорости переноса при различных комбинациях шести параметров показывают, что наиболее эффективный способ повышения эффективности переноса — при сохранении напряжения, скорости и расстояния — это оптимизация трех параметров: ширины факела, давления воздуха в факеле и расхода. Высокое давление воздуха в факеле создает вихри на поверхности бампера, которые рассеивают частицы краски в воздух, снижая эффективность переноса (см. рисунок 4); снижение давления воздуха в факеле должно быть приоритетным улучшением.

4.3 Оптимизация траектории для ребер и отверстий

Существующие модели краскопультов в основном подходят для перпендикулярного распыления. При планировании траекторий распыления для поверхностей бамперов с неровной геометрией кромок, помимо угла наклона распыла, необходимо учитывать высоту распыла, ширину факела и скорость вращения краскопульта, а также другие управляемые параметры. Игнорирование криволинейных форм границ при проектировании траектории приводит к избыточному распылению. Улучшение угла наклона и позиционирования точки распыления (см. рис. 5) может значительно повысить эффективность переноса в зонах с отверстиями, сохраняя при этом качество толщины пленки. Распределение толщины пленки при наклоне 40° показано на рисунке 6.

При покраске кромок следует учитывать задержку включения/выключения пистолета. При проектировании траектории следует учитывать дальность распыления пистолета и минимизировать частые циклы включения/выключения, чтобы уменьшить эффекты задержки и тем самым повысить эффективность переноса.

4.4 Проводимость краски

В процессе производства различия в электропроводности краски существенно влияют на эффективность распыления и качество покрытия. Электропроводность краски зависит от электропроводности сухой пленки самой краски и от толщины сухой пленки грунтовки. Более толстые слои покрытия повышают электропроводность и, следовательно, улучшают эффективность электростатического распыления; однако более толстые слои грунтовки увеличивают производственные затраты и повышают риск провисания. Поэтому крайне важно найти оптимальный баланс между экономичностью производства и качеством.

05 Заключение

В условиях быстрого роста автомобильной промышленности необходимо учитывать как требования к внешнему виду и толщине пленки, так и себестоимость производства. Повышение эффективности переноса краски при распылении является одной из наиболее эффективных технических мер по экономии ресурсов, снижению затрат, уменьшению выбросов опасных отходов и соблюдению экологических стандартов. Например, на производственной линии с годовой производительностью 100 000 комплектов окрашенных пластиковых деталей, где краска составляет около 70% стоимости материала, а себестоимость единицы продукции — 300 юаней/комплект, увеличение эффективности переноса на 20% позволит сэкономить примерно 6 миллионов юаней в год только на стоимости краски — без учета расходов на обработку летучими органическими соединениями — что делает это предложение чрезвычайно важным для снижения затрат и повышения эффективности.