Принципы автоматической покраски

15.02.2008
Распыление можно назвать наиболее универсальным способом нанесения лакокрасочных материалов на изделие, позволяющим окрашивать детали самой разнообразной конфигурации и размера. В настоящее время распыление широко применяется как для окрасочных работ небольшого объема, выполняемых вручную, так и в серийном производстве.

Процесс автоматической окраски состоит в том, что изделия, размещенные на конвейере, проходят зону распыления, где установлены автоматические краскораспылители с дистанционным управлением, наносящие ЛКМ на поверхность изделий без участия человека. В некоторых установках автоматического распыления ЛКМ краска наносится на неподвижную деталь. Автоматические краскораспылители в зоне окрашивания также либо подвижны (механически перемещаются), либо закреплены стационарно. Автоматическая распылительная система позволяет окрашивать профильные детали и кромки. Стационарные распылители используются, как правило, для окраски кромок узких рамочных деталей и плоских изделий. Для отделки более крупных деталей применяют распылители с горизонтальным, вертикальным или карусельным движением. Подвижными распылителями окрашиваются как перемещаемые, так и неподвижные изделия; изделия, окрашиваемые стационарно закрепленными распылителями, совершают линейно-поступательные либо вращательные перемещения. Распыление ЛКМ с помощью роботов применяется при отделке более сложных деталей, когда необходимо имитировать движение человеческой руки.

Плюсы и минусы автоматического окрашивания

Автоматическое окрашивание применяется, прежде всего, для достижения большой производительности и является наиболее эффективным при нанесении ЛКМ на поточных линиях при массовом или серийном производстве, при окрашивании изделий одинаковых габаритов: кабин, бортов, платформ грузовых и кузовов легковых автомобилей, электробытовых приборов, металлических листов, деревянных и асбоцементных строительных панелей. Такое окрашивание позволяет вывести рабочего-маляра из зоны, загрязненной парами растворителей и красочного аэрозоля; повысить уровень техники безопасности (взрыво- и пожаробезопасность) процесса покраски; уменьшить содержание сольвентного аэрозоля в производственных помещениях и снизить выбросы вредных веществ в атмосферу. Кроме того, при автоматическом окрашивании можно оптимизировать такие параметры, как расход ЛКМ через сопло и давление сжатого воздуха на распыление. Траекторию перемещения краскораспылителя относительно окрашиваемой поверхности (расстояние, угол) в автоматическом режиме легко поддерживать постоянной, снижая тем самым расход ЛКМ.

Факторы, ограничивающие использование автоматического окрашивания, - высокие, по сравнению с ручной окраской, затраты на оборудование; более высокие требования к квалификации обслуживающего персонала и сложность перенастройки системы автоматизации при переходе на окраску новых, отличающихся конфигурацией и размерами, изделий.

Схемы окрашивания

Схемы автоматического окрашивания, применяемые в промышленности, различаются сочетаниями движений краскораспылителей и окрашиваемых изделий. В качестве примера можно описать три такие схемы:

  • изделия выпуклой или вогнутой формы передвигаются на горизонтальном конвейере, а краскораспылитель, установленный на подвижной каретке, совершает возвратно-поступательное движение в плоскости, параллельной поверхности изделий, в направлении, перпендикулярном их движению;
  • изделия выпуклой или вогнутой формы, установленные вертикально, перемещаются на горизонтальном или подвесном конвейере, а краскораспылители совершают возвратно-поступательное криволинейное движение в вертикальной плоскости, параллельной поверхности изделий, перпендикулярно их перемещению;
  • цилиндрические изделия, с боковой и торцевой окрашиваемыми поверхностями, перемещаются на напольном цепном конвейере и вращаются в зоне окраски перед установленными перед ними автоматическими распылителями, закрепленными под определенными углами, один из которых окрашивает боковую поверхность, а другой - торцевую.

Выбор схемы окрашивания зависит от производительности линии, типа конвейера, размера и формы окрашиваемых деталей.

Автоматические краскораспылители

Для автоматической окраски могут использоваться автоматические краскораспылители пневматического, безвоздушного и комбинированного распыления, а также электростатические. Наиболее распространены пневматические краскораспылители. Распылитель состоит из корпуса, в котором помещен механизм дистанционного управления, и распылительной головки (воздушная головка и сопло, закрываемое запорной иглой). Вместо рукоятки на корпусе автоматического краскораспылителя находится посадочное место для закрепления на кронштейне механизма перемещения.

Мы рассмотрим подробнее устройство автоматического краскораспылителя, снабженного механизмом дистанционного управления с пневмоприводом . Преимуществами пневматической системы управления являются простота ее конструкции, взрыво- и пожаробезопасность.

Механизм дистанционного управления состоит из подпружинного манжетного поршня, который смонтирован на корпусе поршня (он же выполняет одновременно роль воздушного клапана), запорной иглы, связанной подвижно с корпусом поршня пружиной и регулировочными гайками, и подвижного хвостового упора. Этот упор ограничивает перемещение корпуса поршня и запорной иглы в пределах от 0 до 5мм. Корпус поршня с запорной иглой проходит через две полости корпуса распылителя, камеру поршня и камеру воздушного клапана, которые разделены манжетными уплотнениями. Передний конец поршня упирается в гнездо воздушного клапана, снабженное манжетной прокладкой. Камера поршня и камера воздушного клапана соединены каналами со штуцерами подачи сжатого воздуха на управление и распыление. Полость воздушного клапана двумя раздельными каналами соединена с полостью центрального отверстия воздушной головки, которая образует круглый факел, и полостью боковых воздушных отверстий, с помощью которых формируется плоский факел. С помощью дроссельного винта перекрывается канал, подающий воздух в боковые отверстия. ЛКМ подается в распылитель через штуцер. При подаче ЛКМ и сжатого воздуха на распыление краскораспылитель начинает работать только после того, как в камеру поршня поступит сжатый воздух на управление. При его поступлении корпус поршня начинает двигаться назад, освобождая седло воздушного клапана и давая проход воздуху в распылительную головку. При дальнейшем движении корпус воздействует через регулировочные гайки на запорную иглу и освобождает отверстия сопла для распыления ЛКМ. Для закрепления краскораспылителя на стойке в его корпусе есть отверстие, куда вставляется кронштейн с отверстием для стойки, который закрепляется в корпусе винтом.

Автоматические краскораспылители могут поставляться как в традиционном исполнении (для традиционного пневматического распыления), так и в экономичном (для HVLP-распыления). При этом распылитель может быть снабжен либо пружинным, либо пневматическим возвратом запорной иглы.

Существуют модели распылителей, конструкция которых состоит из двух блоков: корпуса краскораспылителя с распылительной головкой и платформы-коллектора, которая с помощью винтов герметично присоединяется к корпусу распылителя и имеет отверстия для закрепления на кронштейне стойки. К штуцерам этой платформы подводится ЛКМ и сжатый воздух на управление и распыление. Материальный и воздушный каналы корпуса распылителя через соответствующие каналы платформы связаны с ее штуцерами. На распылителе такой модели также могут быть установлены и обычная головка, и головка HVLP. Краскораспылитель такого типа эффективен при окраске сложных изделий с помощью роботов, так как изменение формы факела от круглого до плоского осуществляется дистанционно или автоматически с пульта управления.

Блочная конструкция краскораспылителя удобна еще и потому, что дает возможность, используя единые платформу и корпус распылителя и заменяя только корпус распылительной головки с клапанным механизмом, поставлять модели как для безвоздушного, так и для комбинированного распыления.

Детали краскораспылителей изготавливают из нержавеющей стали. Конструкция современных краскораспылителей ориентирована на простоту эксплуатации и позволяет быстро проводить замену пистолета и запасных частей без отсоединения шлангов, что уменьшает время простоя линии. Некоторые модели позволяют быстро менять цвет без промывки пистолета и использовать ЛКМ с малым сроком жизни. В некоторых пистолетах предусмотрена возможность подключения к системе циркуляции. Широкое распространение получили распылители с пневматической системой управления. Следует отметить, что работать таким образом могут как пневматические распылители, так и распылители безвоздушного, комбинированного и электростатического распыления.

Автоматические электростатические распылители состоят из корпуса, распылительной головки и пластикового кожуха, защищающего корпус распылителя. Как и ручные, автоматические электростатические распылители в зависимости от способа первоначального распыления ЛКМ делятся на пневмо-, гидро-, гидропневмоэлектростатические и электромеханические (распыление под воздействием центробежных сил).

В электростатических распылителях пневматического, безвоздушного и комбинированного распыления также может быть использована блочная конструкция. К штуцерам коллектора распылителя подводятся ЛКМ, сжатый воздух на управление, распыление и работу патронного источника высокого напряжения (в случае использования для подачи напряжения ИВН, преобразующего энергию сжатого воздуха в электрическую). Такие распылители могут использоваться стационарно либо совместно с манипулятором или роботом.

Автоматический электромеханический краскораспылитель обычно называют высокооборотным дисковым распылителем. Начальное распыление ЛКМ с помощью такого распылителя происходит за счет вращения насадки, имеющей форму плоского диска (скорость вращения - до 60000 мин.-1), который приводится в движение сжатым воздухом. Особенностью таких распылителей является то, что для сужения созданного диском факела ЛКМ используется поддув сжатого воздуха по всей периферии факела. Высокооборотные дисковые краскораспылители обладают высокой производительностью и широко используются для конвейерной окраски кузовов автомобилей и их комплектующих, бытовой техники и металлической мебели.

Автоматические распылительные системы

В состав участка автоматической окраски входят: распылительная окрасочная кабина (шкаф), конвейер, механизм перемещения, на котором закреплены краскораспылители, контур подачи ЛКМ, пневматический контур для подачи сжатого воздуха на распыление, система управления распылителями, система фильтрации и вытяжки воздуха.

В поточных окрасочных линиях чаще используются простые механизмы перемещения распылителей, сообщающие им возвратно-поступательное движение в горизонтальной или вертикальной плоскости. Для такого перемещения распылителей применяются механизмы с цепной, реечной или кривошипно-шатунной передачей, с электро-, пневмо- или гидроприводом. Наиболее распространены механизмы с цепной передачей. Такие механизмы обеспечивают одну степень свободы перемещения (распылители на каретке качаются поперек движения транспортера), и их применение ограничено окраской изделий несложной конфигурации, расположенных в плоскости, параллельной плоскости перемещения краскораспылителей.

Для отделки более сложных изделий применяются механизмы с двумя и более степенями свободы. На выбор механизма перемещения распылителей влияют и такие факторы, как размер окрашиваемых изделий, объем производства и требуемое качество отделки.

Количество используемых краскораспылителей также зависит от требуемой производительности. В различных автоматических окрасочных системах на одной каретке можно установить до 8 распылителей. При больших объемах производства используют не качающиеся каретки, а карусель, вращающуюся с высокой скоростью. На такой карусели может располагаться 10-20 окрасочных пистолетов. Помимо высокой производительности, карусель обеспечивает большую равномерность окраски.

Для получения самого высокого качества отделки используются автоматы, в которых распылители установлены на манипуляторе с программируемой траекторией движения. Но производительность таких систем ниже, так как в них окрашивание происходит при остановленном транспортере.

Для автоматической окраски объемных изделий сложной формы применяются роботы-распылители, управляемые при помощи электронного пульта. Такой робот может обеспечивать закрепленному на его механической "руке" краскораспылителю до шести степеней свободы. Современные роботы обучаемы, они работают от контурной системы программного управления с записью программы на магнитный диск, кассету или перфоленту управляющего устройства. Механическая рука копирует движения оператора, который "обучает" робота, а запоминающее устройство записывает их на диск. Впоследствии робот "узнает" изделия, процесс окраски которых уже есть в его программе и автоматически воспроизводит операции, записанные в его памяти. В число основных характеристик робота входят степень точности воспроизведения записанной программы, максимальное количество запоминаемых одновременно программ и емкость памяти.

Краскораспылители в системе автоматического окрашивания могут быть запитаны ЛКМ по закрытой (позиция А) или открытой цепи (позиция В). Второй способ наиболее распространен при частой смене цвета ЛКМ и частой промывке системы. При открытии клапана (1) происходит слив ЛКМ из всей системы. Целесообразно располагать распылители как можно ближе друг к другу, чтобы давление ЛКМ в них было одинаковым. Если это невозможно, то нужно использовать схему параллельного включения (позиция С). Если система включает распылители, производительность которых различна, следует оснастить такую систему регулятором давления ЛКМ, который позволяет регулировать давление для каждого распылителя в отдельности. Питание краскораспылителей осуществляется от красконагнетательного насоса или бака (это зависит от типа ЛКМ и требуемой производительности). Фильтры очистки ЛКМ (2) устанавливаются между красконагнетательным насосом и распылителями. Давление воздуха и материала, а также ширина окрасочных факелов распылителей может регулироваться компьютером.

Для предотвращения потерь ЛКМ автоматические краскораспылители должны включаться при прохождении перед ними изделия и отключаться, когда факел распыленного ЛКМ выходит за контуры изделия. Управление работой краскораспылителей может осуществляться при помощи средств автоматизации, основанных на электронике и электрических связях. Другой вариант - система управления, основанная на элементах пневмоавтоматики.