Технология окраски изделий в машиностроении

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Аналитический обзор состояния проблемы с элементами патентной проработки

1.1 Лакокрасочные покрытия

В настоящее время лакокрасочные покрытия являются наиболее распространенным средством защиты оборудования (станков, машин), приборов и различных изделий от разрушения и придания им внешнего вида, удовлетворяющего требованиям промышленной эстетики. К достоинствам метода защиты лакокрасочными покрытиями следует отнести: несложность технологического процесса и его сравнительно низкую стоимость; разнообразие цветовой гаммы отделки; возможность защиты изделий различной конфигурации, изготовленных из металлов, древесины, пластических масс и других материалов; возможность ремонтировать покрытия без демонтажа машин и конструкций в период их эксплуатации.

Действительно, на долю лакокрасочных покрытий приходится более 85% защиты изделий машиностроения; свыше 90% поверхности зданий и строительных конструкций подвергаются окраске. Нанесением лакокрасочных покрытий также заканчивается процесс производства изделий мебельной, кожевенно-обувной, полиграфической промышленности, многих резиновых изделий. Велика и ответственна роль лакокрасочных покрытий как основного средства электроизоляции, герметизации, защиты от излучения, декоративной отделки в радио-электро-технической и электронной промышленности, при производстве космических кораблей и летательных аппаратов. Лакокрасочные покрытия используются для борьбы с кавитацией, обледенением, грязеудержанием, обрастанием в морских условиях микроорганизмами, для целей звукоизоляции, светомаскировки и создания источников света, измерения температуры, регулирования физиологической и оптической активности материалов, решения ряда санитарно-гигиенических задач.

Роль покрытий как средства защиты материалов от разрушения особенно проявилась с ростом производства и потребления металлов. Усиление борьбы с коррозией предусматривает не только увеличение доли потребления лакокрасочных материалов, но, в первую очередь, резкое улучшение качества и защитной способности покрытий.

Долговечность лакокрасочного покрытия, его стойкость в различных условиях эксплуатации во многом определяют качество и работоспособность машин, приборов и других изделий [1] .

защита материал разрушение машиностроение

1.2 Подготовка поверхности перед окрашиванием

Срок службы лакокрасочных покрытий на металлах во многом зависит от качества подготовки поверхности. Цель подготовки удаление с поверхности любых загрязнений и наслоений, мешающих непосредственному контакту покрытия с металлом, К ним относятся оксиды (окалина, ржавчина), масляные, жировые и механические загрязнения, имеющиеся на поверхности старые покрытия.

Оксиды -- типичный вид загрязнений большинства металлов. Наибольшую опасность с точки зрения коррозия вызывает окалина, представляющая собой смесь оксидных соединений железа: вюстита FеО, магнетита Fе₃O₄ и гематита Fе₂O₃. Окалина отличается от основного металла повышенной хрупкостью и более высоким значением электродного потенциала. Ржавчина -- гидратированные оксиды железа; ее присутствие приводит к уменьшению адгезии покрытий и может вызвать изменение цвета белых покрытий.

Загрязнения в виде жиров, консервационных смазок, остатков полировочных паст, абразивов, охлаждающих эмульсий ухудшают условия смачивания поверхности лакокрасочными материалами и отрицательно сказываются на пленкообразовании и свойствах покрытий.

Старые, особенно непрочные, ветхие покрытия служат плохой основой для вновь наносимых покрытий, их также требуется удалять с поверхности.

При подготовке поверхности наряду с очисткой одновременно проводят ее выравнивание -- снятие заусенцев, удаление облоя и литников, сглаживание сварных швов и острых кромок и т. д. Нередко также выполняют операции по направленному изменению природы поверхности металла (гидрофобизация или гидрофилизация), степени ее шероховатости, а также дополнительной защите металла, например, путем нанесения конверсионных покрытий (фосфатирование, оксидирование, сульфохромирование и др.). Число подготовительных операций, способы и условия их проведения определяются требованиями ГОСТ 9.402-80 ЕСЗКС. Они зависят от вида металла, состояния его поверхности, требований к эксплуатационным свойствам покрытий, их назначения. Любая подготовка поверхности связана с удорожанием покрытий, поэтому при выборе того или иного способа наряду с качеством очистки следует учитывать и затраты на ее проведение.

Различают следующие способы подготовки поверхности: механические, термические и химические.

К механическим способам очистки относятся: шлифование, крацевание, галтовка, пневмо- и гидроабразивная обработка. Механически можно удалять любые загрязнения, но наиболее часто этим способом очищают поверхность от ржавчины, окалины и старых покрытий.

Из механических способов подготовки поверхности наиболее распространена струйная абразивная и гидроабразивная обработка: пескоструйная, гидропескоструйная, дробеструйная, дробеметная.

Такая очистка основана на воздействии частиц абразива, поступающих с большой скоростью и обладающих в момент соударения с металлом значительной кинетической энергией. Поверхность металла при этом становится шероховатой (углубления достигают 0,04-0,1 мм). Это улучшает адгезию покрытий.

Удаление окалины, старой краски, ржавчины, масел и других загрязнений с поверхности можно проводить термическим способом, например путем нагревания изделия пламенем газокислородной горелки (огневая зачистка), электрической дуги (воздушно-электродуговая зачистка) или отжига в печах при наличии окислительной (воздушной) или восстановительной среды.

Эти способы очистки (термические) экономичны и производительны, но во избежание коробления и деформации металла они применяются, в основном, для изделий с толщиной стенки не менее 5 мм. Обычно термическая обработка требует последующей дополнительной механической или химической очистки.

Химические способы очистки металлов наиболее широко распространены в промышленности. Это связано с их доступностью, универсальностью, экономичностью. Их используют при обезжиривании поверхности, удаление оксидов металлов (травление) и снятии старых покрытий.

Обезжиривание.

На поверхности металлов могут присутствовать как омыляемые (компоненты смазок, полировочных паст, следы от кожи рук), так и неомыляемые (консервационные смазки, эмульсионные составы и др.) «жировые» загрязнения. Химическое обезжиривание основано на растворения, эмульгировании и разрушении (омылении) жиров и масел.. В качестве обезжиривающих веществ нашли применение: органические растворители, водные моющие растворы и эмульсии растворителей в воде (эмульсионные составы). Наибольшее применение в нашей стране получило обезжиривание водными моющими растворами, как наименее токсичный, дешевый и пожаробезопасный способ.

Удаление старых покрытий.

Химический способ удаления старых покрытий среди других способов (выжигание, механическая очистка) считается наиболее эффективным. Удаление основано на растворении, набухании или химическом разрушении материала пленки, т. е. превращении пленки в состояние, при котором она легко может быть снята с поверхности механическим путем. Применяют неорганические и органические смывки - жидкие и пастообразные составы на основе щелочей, кислот и смеси органических растворителей.

Нанесение конверсионных покрытий

Назначение конверсионных покрытий - повысить противокоррозионную стойкость металла, улучшить адгезию лакокрасочных покрытий, сделать их более долговечными.

Конверсионные покрытия наносят перед окрашиванием преимущественно на те изделия, которые подвергаются эксплуатации в жестких и особо жестких условиях. Наибольшее применение нашли покрытия, получаемые методами фосфатирования, оксидирования, хроматирования.

1.3 Способы нанесения лакокрасочных материалов на поверхность

За время применения лаков и красок определились разнообразные способы их нанесения на поверхность. Первоначально применяли исключительно ручные способы окрашивания.

С увеличением масштабов потребления лакокрасочных материалов и расширением их ассортимента совершенствовались и способы нанесения.

Основное внимание при этом обращалось на возможность механизации и автоматизации процессов, повышение производительности труда, снижение потерь материалов, уменьшение энергетических и других затрат, улучшение качества покрытий.

Существующий набор способов позволяет наносить любые жидкие и порошковые лакокрасочные материалы в непрерывном и периодическом режимах на изделия и объекты разной формы и размеров. При этом до минимума сократилось время нанесения и резко возросла производительность труда [2].

1.3.1 Нанесение лакокрасочных материалов методом пневматического распыления

Одними из самых распространенных способов нанесения ЛКМ в настоящее время являются методы распыления: пневматическое, безвоздушное, комбинированное, электростатическое. Развитие окрасочных технологий, стремление повысить производительность процесса окраски, снизить потери ЛКМ, улучшить декоративные свойства покрытий становятся причиной появления новых подходов к методам распыления.

Пневматическое распыление ЛКМ было изобретено в конце XIX в. и по-прежнему остается самой популярной разновидностью этого метода. Его широкое распространение во многом обусловлено простотой, высоким качеством получаемых покрытий а также возможностью применения для выполнения окрасочных работ, как с низкой, так и высокой производительностью.

При пневматическом распылении ЛКМ, подающийся в краскораспылитель различными способами (из верхнего или нижнего красконаливного стакана; под давлением от насоса, красконагнетательного бака, из системы централизованного краскораспределения), выходя из сопла, измельчается сжатым воздухом, вытекающим с большой скоростью из отверстий в воздушной головке. В результате образуется окрасочный факел, состоящий из частичек ЛКМ размером 5 - 100 мкм, движущихся по направлению к окрашиваемому изделию, осаждаясь на котором частички формируют покрытие. Часть распыленных частиц не долетает до поверхности и уносится потоком воздуха, образуя красочный туман.

Снижение потерь ЛКМ на туманообразование и повышение коэффициента переноса материала на изделие являются важнейшими факторами увеличения экономической эффективности процесса и улучшения экологии при пневмораспылении.

В настоящее время различают несколько разновидностей метода пневматического распыления, основными из которых являются: конвенциональное (традиционное) распыление при высоком давлении сжатого воздуха; распыление при низком давлении сжатого воздуха HVLP (High Volume Low Pressure); распыление при среднем давлении сжатого воздуха.

Рассмотрим основные типы краскораспылителей, исходя из приведенной выше классификации методов пневматического распыления. Краскораспылители конвенциональной системы В конвенциональных краскораспылителях давление сжатого воздуха на входе в краскораспылитель и давление распыления на воздушной головке примерно одинаковы (около 3 - 4 атм). Краскораспылители этого типа обеспечивают превосходное качество распыления и однородность красочного факела, имеют невысокий расход сжатого воздуха.

Основным недостатком конвенциональных краскораспылителей является низкий коэффициент переноса материала на изделие, обычно не превышающий 45% при окраске изделий сложной конфигурации, повышенный расход ЛКМ и большое количество отходов.

Краскораспылители системы HVLP В начале 80-х годов XX в. вследствие ужесточения законодательств по охране окружающей среды производители окрасочного оборудования разработали новый вид краскораспылителей, имеющих специальное строение внутренних воздушных каналов и распыляющих ЛКМ при низком избыточном давлении сжатого воздуха. Все краскораспылители, относящиеся к системе распыления HVLP, имеют давление распыления на воздушной головке < 0,7 атм (при этом давление сжатого воздуха на входе в краскораспылитель может достигать 2,0-4,5 атм) и обеспечивают перенос материала на изделие свыше 65%. Снижение потерь ЛКМ на туманообразование достигается за счет того, что частички материала, распыленные при низком давлении сжатого воздуха, имеют невысокую скорость и образуют «мягкий» красочный факел, равномерно «настилающийся» на изделие.

Следует отметить, что краскораспылителям системы HVLP для эффективного создания красочного факела при низком давлении распыления необходимо значительно большее количество сжатого воздуха по сравнению с конвенционными краскораспылителями, что требует применения более мощных компрессоров.

Еще одним недостатком краскораспылителей системы HVLP является некоторое ухудшение декоративных свойств покрытий, например появление шагрени, так как средний размер частиц в красочном факеле больше, чем в случае распыления при высоком давлении. Краскораспылители, наносящие ЛКМ при среднем избыточном давлении сжатого воздуха.

Чтобы устранить недостатки, характерные для краскораспылителей системы HVLP, в конце 90-х годов XX в. ведущие производители окрасочного оборудования разработали метод распыления ЛКМ при среднем давлении сжатого воздуха (0,7 - 1,2 атм на воздушной головке), который позволяет получать покрытия высокого качества и обеспечивает коэффициент переноса материала на изделие, превышающий 65%. Подобные результаты становятся достижимыми благодаря специальной конструкции внутренних воздушных каналов краскораспылителя, обеспечивающей оптимальное соотношение распыляемого ЛКМ со сжатым воздухом и вследствие этого получение однородного высокодисперсного красочного факела и относительно низкое потребление сжатого воздуха.

Метод распыления ЛКМ при среднем избыточном давлении сжатого воздуха был реализован в краскораспылителях с торговыми марками Trans-Tech1 (DeVilbiss, США), RP2 (Sata, Германия), LVLP3 (Iwata, Япония). Следует отметить, что, несмотря на внешнее сходство, краскораспылители различных систем пневматического распыления отличаются друг от друга конструкцией внутренних воздушных каналов и строением воздушной головки.

Таким образом, значительное сокращение потерь ЛКМ, которое обеспечивают современные модели пневматических краскораспылителей, позволит пневматическому распылению и в новом веке уверенно сохранять свои лидирующие позиции среди других методов нанесения жидких ЛКМ [2].

Пневматическое распыление применяют без нагрева (основной способ) и с нагревом.

Распыление без нагрева

Этим методом можно наносить лакокрасочные материалы на основе почти всех видов пленкообразующих. Он применяется при окраске изделий всех групп сложности (за исключением изделий с внутренними полостями). Получаемые покрытия по внешнему виду относятся к I классу.

К недостаткам метода относятся: потери на туманообразование от 20 до 40% (в отдельных случаях и более) и, как следствие, значительный удельный, расход лакокрасочных материалов; необходимость применения специальных окрасочных камер с устройствами для вытяжки и очистки выбрасываемого в атмосферу воздуха, загрязненного красочным туманом; дороговизна их эксплуатации; большие расходы растворителей для разведения красок до рабочей вязкости.

Установка пневматического распыления состоит из передвижного компрессора (если нет общей централизованной линии сжатого воздуха), масловлагоотделителя, красконагнетательного бака с редуктором и перемешивающим устройством, шлангов для подачи сжатого воздуха и краски, краскораспылителя.

Красконагнетательный бак представляет собой герметически закрытый сосуд с крышкой, на которой монтируется арматура бака. Редуктор на баке служит для снижения давления воздуха на краску. Часть воздуха от редуктора направляется прямо к краскораспылителю, другая (со сниженным давлением) поступает в бак и вытесняет краску через трубку с фильтром и кран по шлангам к краскораспылителю. Избыточное давление воздуха в баке сбрасывают поворотом винта клапана для сброса давления. Для безопасности работ и сохранности изделия установлен предохранительный клапан, который срабатывает при достижении давления 4,5 кгс/см².

1 - корпус; 2 - мешалка; 3 - фильтр; 4 - редуктор; 5 - манометр; 6 - привод мешалки; 7 - крышка.

Рисунок 1.1 - Красконагнетательный бак

Шланги для подачи краски от красконагнетательного бака к краскораспылителю изготовляют из резинотканевого напоровсасываюшего рукава для жидких топлив и масел (ГОСТ 2318-43 тип Б - бензостойкий). Внутренний диаметр рукава 9, 12 или 16 мм. Шланги эксплуатируют при рабочем давлении до 7 кгс/см², испытательное гидравлическое давление не менее 20 кгс/см² [3].

Сжатый воздух, поступающий от компрессора, обычно содержит различные примеси (масло, влагу, механические включения), присутствие которых может отрицательно сказаться на качестве покрытий. Для очистки воздуха от примесей применяют масловодоотделители.

В конструкциях масловодоотделителей используются различные методы улавливания, особенно часто инерционные и контактные. Инерционное разделение воздуха и капель влаги, масла и механических включений (твердых частиц) осуществляется путем резкого изменения скорости воздуха или направления потока, а контактное - пропусканием воздушного потока через фильтрующий слой. Наиболее эффективны комбинированные методы очистки, позволяющие уменьшить габариты масловодоотделителей, сделать их более компактными.

На рисунке 1.2 изображен комбинированный масловодоотделитель, широко применяемый в окрасочных цехах. Он представляет собой вертикальный резервуар цилиндрической формы с вмонтированными внутри очистными элементами [3].

1 - корпус; 2, 4, 10, 11 - краны; 3 - редуктор; 5 - цилиндр; 6 - труба с вкладышем и металлическими сетками; 7 - крышка; 8 - спускной кран; 9 - ниточный фильтр; 12 - воздушный штуцер.

Рисунок 1.2 - Масловодоотделитель

В зависимости от принципа действия и типа распылительной головки краскораспылители могут быть низкого (до 2,5--3 кгс/см²) и высокого давления (от 3 до 6 кгс/см²). Краскораспылители высокого давления бывают наружного и внутреннего смешивания в зависимости от того, происходит ли смешивание краски с воздухом на выходе из головки или перед выходом. Краскораспылители низкого давления редко применяют в машиностроении.

К краскораспылителям высокого давления наружного смешивания относятся распылители марок КР-10, КРУ-1, КА-1, ЗИЛ, О-37А, а к краскораспылителям высокого давления внутреннего смешивания -- С-512 (практически неприменимы в машиностроении).

Краскораспылитель КРУ-1 наиболее распространен и применяется для нанесения лакокрасочных материалов с вязкостью до 40 с по ВЗ-4 при 18-23° С. Подача краски к краскораспылителю производится либо от красконагнетательного бака через нижний штуцер, либо от стаканчика, смонтированного в верхней части краскораспылителя. При этом один из штуцеров, верхний или нижний, должен быть заглушен.

Большинство краскораспылителей по конструктивной схеме аналогичны краскораспылителю типа КРУ, но могут иметь более совершенную распылительную головку и большее число направляющих отверстий для воздуха, которые позволяют изменять форму факела при распылении. Подача воздуха в такой головке обеспечивается кольцевым распределением его по воздушной камере перед выходным отверстием. Для точной настройки распылителя служат клапаны подачи воздуха и краски. К распылителям высокой производительности относятся краскораспылители марки ЗИЛ. Краскораспылитель с автоматическим открыванием иглы воздухом КА-1 предназначен для окраски поверхности изделий холодными и подогретыми лакокрасочными материалами на поточно-автоматических линиях [4].

Распыление с нагревом

При нагреве лакокрасочных материалов снижается их вязкость и поверхностное натяжение, что позволяет распылять вязкие материалы без дополнительного разведения растворителями. Степень падения вязкости зависит преимущественно от пленкообразующего, входящего в состав материала, который подвергают нагреву. Поэтому для отдельных групп лакокрасочных материалов рекомендуются различные оптимальные исходные вязкости. На рисунке 1.3 указана температура нагрева лакокрасочного материала во время распыления на различных расстояниях от краскораспылителя. При этом материал не охлаждается ниже температуры рабочего помещения в отличие от распыления без нагрева, при котором температура факела около окрашиваемого изделия на 10--15°С ниже исходной температуры распыляемого материала. По сравнению с распылением без нагрева этот метод имеет следующие преимущества:

1) возможность применения материалов с высокой вязкостью и повышенным содержанием сухого остатка;

2) уменьшение расхода растворителей: для нитроцеллюлозных материалов до 30%; для масляных, глифталевых, пентафталевых, мочевино- и меламиноалкидных до 40%;

3) сокращение числа слоев за счет увеличения их толщины и повышения укрывистости;

4) повышение производительности за счет уменьшения числа наносимых слоев;

5) снижение потерь на туманообразование вследствие уменьшенного содержания растворителя в лакокрасочном материале и сокращения времени распыления.

Рисунок 1.3- Схема изменения температуры лакокрасочного материала во время распыления на различных расстояниях от краскораспылителя

Кроме того, повышается качество покрытий, что обусловлено следующими причинами: подогретый лакокрасочный материал, наносимый толстым слоем, имеет лучшую текучесть; увеличивается глянец покрытия и устраняется возможность «поведения» пленки, так как на ней не конденсируется влага. Для распыления с нагревом применяют лакокрасочные материалы, которые при подогреве до определенной температуры не подвергаются химическим изменениям, хорошо распыляются и образуют покрытия высокого качества. К таким материалам относятся битумные лаки, глифталевые, нитроцеллюлозные, нитроглифталевые лаки и эмали, меламиноалкидные, мочевинные, нитроэпоксидные и перхлорвиниловые эмали марки ХВ-113.

По коррозионной стойкости и физико-механическим свойствам покрытия, изготовленные с предварительным подогревом лакокрасочного материала, при одинаковой толщине пленки не уступают покрытиям из тех же материалов, нанесенных без подогрева и разведенных растворителем до рабочей вязкости. Для нанесения нагретых лакокрасочных материалов применяют аппарат УГО-5М (установка горячей окраски).

Установка УГО-5М выполнена во взрывонепроницаемом исполнении [3]. При повышении температуры может ускориться испарение растворителя из лакокрасочного материала и вызвать образование шагрени на покрытии. Такой же дефект возможен при неправильном подборе состава летучей части лакокрасочного материала.

1 - нагреватель лакокрасочного материала, 2 - воздухонагреватель; 3- шланг для подачи лакокрасочного материала; 4 - шланг для подачи сжатого воздуха; 5 - редуктор; 6 - пульт управления; 7 - краскораспылитель.

Рисунок 1.4 - Схема стационарной установки УГО-5М

Так же установка для распыления нагретых материалов может содержать насос, нагреватель, подающий материалопровод, распылитель и возвратный материалопровод с установленным на нем дросселем, отличающаяся тем, что она снабжена размещенным на подающем материалопроводе перед распылителем регулятором давления и дополнительным дросселем, вход которого соединен с подающим материалопроводом перед регулятором давления, а выход с возвратным материалопроводом между первым дросселем и насосом, при этом распылитель выполнен пневматическим. Предлагаемая установка обеспечивает возможность применения пневматического распылителя при работе с насосом высокого давления для нанесения материалов, в том числе и высоковязких. Установка обеспечивает стабильный расход материала, регулируемый в широких пределах, при этом создаются условия для получения лакокрасочного покрытия высшего класса при экономном расходовании материала и растворителя. Данное оборудование может использоваться для нанесения нагретых материалов (лакокрасочных, преимущественно повышенной вязкости, консервационных смазок, мастик и др.) методом распыления как при ручной, так и при автоматической окраске изделий [5].

При пневматической окраске изделия можно достичь сокращения расхода растворителя лакокрасочного материала путем насыщения парами растворителя струи нагретого воздуха перед подачей сжатого воздуха на распыление.

Известен способ получения однородного аэрозоля, включающий воздействие потока горячих газов на жидкий краситель, который перед распылением формируют в тонкую пленку.

Известный способ получения аэрозолей пожароопасен из-за наличия открытого пламени перед зоной распыления и ведет к ухудшению качества покрытия изделий из-за присутствия в аэрозоле капелек влаги (воды) - продуктов сгорания топлива.

Наиболее близким из известных по технической сути является способ получения аэрозолей, заключающийся в воздействии на распыливаемый жидкий краситель струей нагретого воздуха, которую насыщают парами растворителя.

Недостатком этого способа является повышенный расход растворителя для приготовления красителя к распылению, так как для такого распыления требуется краситель с малой вязкостью.

Техническим результатом изобретения является сокращение расхода растворителя лакокрасочного материала.

Это достигается тем, что в способе получения аэрозолей, заключающемся в воздействии на распыливаемый жидкий краситель струей нагретого воздуха, которую насыщают парами растворителя, согласно изобретению насыщение парами растворителя осуществляют перед подачей сжатого воздуха на распыление. Сжатый воздух нагревают до температуры не менее 80^оС. В качестве растворителя используют растворитель, давление насыщенных паров которого в сжатой парогазовой смеси меньше давления насыщенных паров воды в этой парогазовой смеси в интервале температур 60-80^оС.

Благодаря наличию в сжатой парогазовой смеси паров растворителя наружный слой жидкого красителя разжижается до такой текучести, что образуется жидкая пленка, которая под действием потока горячей парогазовой смеси уносится ею и разбивается на мелкие капли. Образующиеся мелкие капли частично испаряются. При входе в более холодные слои воздуха пары растворителя конденсируются в капельки тумана, образуя однородный с тонким спектром аэрозоль. Насыщение парами растворителя нагретого сжатого воздуха перед подачей его на распыление снижает расход растворителя на разбавление красителя на 30-40%. Благодаря отсутствию открытого пламени при образовании аэрозоля повышается пожаробезопасность процесса.

В предлагаемом способе получения аэрозоля предпочтительнее использование таких растворителей, как например толуол и м-ксилол, так как давления насыщенных паров этих растворителей при одинаковой температуре меньше давления насыщенных паров воды, образование капель которой при охлаждении аэрозоля снижает качество покрытия. Температура парогазовой смеси 60-80^оС необходима для поддержания оптимальной текучести красителя без изменения его качества.

При температуре меньше 60^оС необходим дополнительный расход растворителя на разбавление красителя, а при температуре выше 80^оС ухудшается качество красителя [6].

1.4 Классификация распылительных камер и гидрофильтров

В зависимости от размеров окрашиваемых изделий различают камеры (кабины) для окрашивания мелких изделий (небольших узлов машин, механизмов, инструментов и приборов), камеры для окрашивания средних изделий (кабины грузовых машин и тракторов, станин и узлов станков, кузовов автомашин, небольших сельскохозяйственных машин и т. п.), камеры для окрашивания крупных изделий (станков и автомашин в сборе, тракторов и сельскохозяйственных машин в сборе, автобусов, троллейбусов, вагонов, тепловозов и т. п.).

Мелкие изделия помещают в распылительные камеры и окрашивают через открытый проем. При окрашивании средних и некоторых крупных изделий рабочий находится вне камеры или в ней на рабочей площадке, куда подается чистый воздух; при этом необходимо строго соблюдать режим работы краскораспылителей и последовательность окрашивания. Крупные изделия типа грузовых автомашин, а также некоторые изделия средних габаритных размеров окрашивают в распылительных камерах с нижним отсосом и подачей чистого воздуха по всей площади потолка. Рабочий, производящий окрашивание, в этом случае находится внутри камеры.

Для окрашивания крупногабаритных изделий (вагонов, тепловозов, электровозов и т. п.) применяют специальные установки в виде камер с частичным охватом поверхности изделия. При этом либо изделия перемещаются относительно установки, либо рабочие передвигаются вдоль изделия на специальных площадках.

В зависимости от вида производства и организации окрасочных работ различают камеры проходные и тупиковые. По расположению и количеству рабочих мест проходные камеры бывают односторонними и двухсторонними.

В серийном и массовом производствах изделия окрашивают на стационарном рабочем месте при непрерывном движении их на транспортном средстве (проходные камеры непрерывного действия). В мелкосерийном и серийном производствах изделия окрашивают на стационарном рабочем месте в период остановки движения изделий на транспортном средстве (проходные камеры периодического действия); в единичном и мелкосерийном непоточном производствах изделия окрашивают на рабочем месте с использованием неподвижного или вращающегося поворотного устройства (тупиковые камеры периодического действия). Направление потока воздуха в камере относительно перемещающихся изделий может быть продольно-горизонтальным, поперечно-горизонтальным, или поперечно-вертикальным.

Классификация гидрофильтров.

Наиболее важным элементом в окрасочных камерах является гидрофильтр, основное назначение которого -- предохранить от загрязнения вентиляционную систему (воздуховоды и вентиляторы) краской. В гидрофильтрах также задерживаются частично и пары растворителей.

Промывной канал и водоразделяющее устройство -- наиболее важные элементы гидрофильтра, определяющие способ контакта воздуха с водой, в зависимости от которого все гидрофильтры разделяют на три типа: форсуночные, где воздух промывается распыленной водой; каскадные (с дырчатыми трубами или лотками), в которых воздух многократно проходит через водяные завесы; барботажно-вихревые (насосные и безнасосные), где происходит активное перемешивание воздуха с водой.

В промывных каналах форсуночных гидрофильтров установлены форсунки. Каплеотделителем является пластинчатый сепаратор 2 (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 -Форсуночный гидрофильтр

В промывном канале каскадного гидрофильтра у передней и задней стенок его установлены плоскости 1 (рисунок 1.6). Вода подается на верхнюю плоскость, с которой стекает на нижнюю и т. п. Таким образом, получается несколько водяных завес, которые пересекают воздух, удаляемый из камеры и проходящий промывной канал снизу вверх. Другой разновидностью каскадного гидрофильтра является гидрофильтр с переливом воды из лотка-ванны через ее закругленный борт. Здесь также образуется несколько водяных завес, которые пересекают воздух.

Рисунок 1.6 - Каскадный гидрофильтр

Применяют гидрофильтры барботажно-вихревого действия (как насосные, так и безнасосные). В лабиринтном промывном канале насосного гидрофильтра у передней и задней стенок его установлены по две направляющих цилиндрических поверхности, смещенные по высоте. Вода подается на верхнюю наклонную плоскость из трубы и стекает по цилиндрическим плоскостям, переливаясь от стенки к стенке. В промывном канале такого гидрофильтра воздух перемешивается с водой с частичным барботированием.

В лабиринтном промывном канале безнасосного гидрофильтра барботажно-вихревого действия в средней части его расположен завихритель извилистой формы. Воздух, проходя с большими скоростями (не менее 16 м/с) через щель, заполненную водой, захватывает воду и направляется по лабиринтному каналу. В расширенной части канала скорость воздуха уменьшается и вода издает в емкость, а воздух направляется к сепаратору. Из емкости вода перетекает в водоотстойную ванну. Циркуляция воды происходит в результате эжекции и действия закона сообщающихся сосудов.

У гидрофильтров с боковым отсосом воздуха первой ступенью очистки часто является водяной экран с водяной завесой, образующейся в плоскости воздухоприемного отверстия за счет стекания воды из верхнего бачка по вертикальной (передней) стенке гидрофильтра.

Главным недостатком большинства гидрофильтров является неравномерность подачи воды из-за быстрого загрязнения отдельных водоразделяющих элементов, а также сложность очистки некоторых из них (водоподающих труб с отверстиями и форсунками, пластинчатых сепараторов). Основным недостатком безнасосного барботажно-вихревого гидрофильтра является его большая чувствительность к уровню воды в ванне; в случае понижения этого уровня коэффициент очистки сильно падает, при повышении резко уменьшается объем отсасываемого воздуха.

Более современными являются вертикальные гидрофильтры типа Вентури (рисунок 1.7). Воздух из системы питания проходит через воздухоочиститель 8 и, смешиваясь с частицами лакокрасочного материала, проходит через решетчатый пол 6 камеры окрашивания. Сюда же подается поток воды из магистрали 12. Смесь воды с воздухом, содержащим частицы лакокрасочного материала, через отверстие в конической части 7 пола попадает в бак-отстойник 11, где вода очищается от частиц краски коагулянтом, а воздух через водоотборные ребра 10 и трубопровод 9 поступает к вытяжному вентилятору.

Рисунок 1.7 - Гидрофильтр типа Вентури

В настоящее время применяют более современные гидрофильтры каскадного типа с полуцилиндрами. Очистка воздуха в них происходит не только за счет прохождения через водяные каскады, но и за счет центробежных сил. Коэффициент очистки воздуха достигает 92% [4].

1.4.1 Конструкции распылительных камер

Наиболее простую конструкцию имеет распылительная камера с экранным гидрофильтром для окрашивания изделий малых размеров (рисунок 1.8). Камера имеет открытую переднюю стенку, через которую производится окрашивание, загрузка и выгрузка изделий. В камере установлен поворотный стол 4, позволяющий окрашивать изделия со всех сторон, и краскоулавливающая решетка 3. Камера имеет нижний гидрофильтр 2. Корпус 1 камеры имеет криволинейную обтекаемую форму с отогнутыми внутрь краями рабочего проема, препятствующими выходу загрязненного воздуха из камеры. Гидрофильтр снабжен форсунками 5, ванной 6 и сепаратором 7. Камера может быть рекомендована для окрашивания мелких изделий, когда расход краски относительно небольшой.

Рисунок 1.8 - Распылительная камера для окрашивания изделий малых размеров

Двусторонняя распылительная камера проходного типа непрерывного действия е поперечным отсосом воздуха, и экранными гидрофильтрами для окрашивания изделий средних размеров показана на рисунке 1.9. Она имеет корпус 10, гидрофильтр 11, осевой вентилятор / с электродвигателем, сепаратор 2, переливной водораспределительный короб 6, экран 4, лотки 3, ванны гидрофильтра 12, сетчатые фильтры 5, светильники 9, монорельс транспортера 7 и трубопроводы 8. Изделия 13 непрерывно перемещаются подвесным цепным транспортером, проходящим по центру камеры. Экраны гидрофильтров выпуклые, что способствует образованию равномерного водяного слоя по экрану и сплошной водяной завесы под экраном.

На рисунке 1.10 показана конструкция камеры с боковым отсосом для окрашивания изделий: деталей, сборочных единиц машин, станков и др. Камеру применяют в окрасочных цехах промышленных предприятий мелкосерийного производства. Изделие подвозят к камере на тележке. Мелкие и легкие изделия окрашивают на поворотном кругу 9, установленном на переносном штативе; более крупные подвешивают на таль, монорельс 2 которой крепится к перекрытию камеры. Вместо тали может быть использован пневмоподъемник или другое приспособление.

Рисунок 1.9 - Двухсторонняя распылительная камера проходного типа

Камера состоит из корпуса 1, гидрофильтра 4 с ванной, насосного агрегата и системы вытяжной вентиляции. Корпус камеры включает металлический каркас и панель, ограждения. Каркас изготовлен из гнутых профильных элементов, панели ограждения-- из листовой стали. В передней части камера имеет открытый проем, через который производится окрашивание. Над проемом закреплен монорельс 2, сбоку установлены люминесцентные светильники во взрывобезопасном исполнении.

Гидрофильтр представляет собой вертикальную шахту s-образной конфигурации, изготовленную из листовой стали, вверху которой расположены труба 6 с ванной-лотком 7 под ней и отбойные щитки для задерживания капельной влаги.

Для удобства чистки воздухопромывного канала со стороны обслуживания гидрофильтра предусмотрены съемные щитки, а наружная секция-полуцилиндра установлена на шарнирах и может поворачиваться, на 90°. Со стороны камеры на гидрофильтр навешивается экран, омываемый водой. Он используется для первичной очистки отсасываемого от красочной пыли воздуха. Выпуклая форма экрана способствует образованию сплошной водяной пленки, которая перекрывает всасывающее отверстие гидрофильтра.

Рисунок 1.10 - Окрасочная камера с боковым отсосом

Также применяются бескамерные установки и камеры с частичным охватом окрашиваемой поверхности [7].

На рисунке 1.11 показана конструкция модульной окрасочной вентилируемой камеры. Изобретение относится к вентиляции и может использоваться в качестве местного отсоса воздуха при окраске изделий малых и средних размеров методом пневматического и безвоздушного распыления. Камера выполняется в одно- и двухпостовой компоновке, содержит укрытия с поворотным столом и решеткой, основания со струйным промывным каналом, имеющим плоскофакельные форсунки на водоподводящих трубах, вертикальные шахты, зеркально расположенные по бокам укрытий и оснований и образующие параллельные каскадно-пленочные промывные каналы, имеющие лотки с водоподводящими трубами, систему горизонтальных полуцилиндров, отбойные щитки сепаратора и отстойную ванну с погружным насосом. Такая компоновка позволяет увеличивать объем ванны в несколько раз и, в случае двухпостовой камеры, создает возможность установки роторного сепаратора или двух вентиляторов, установленных боком на крышках шахт и работающих на общий воздуховод [8].



Рисунок 1.11 - Модульная окрасочная вентилируемая камера

1.5 Отверждение покрытий

Отверждение лакокрасочных покрытий осуществляется в естественных условиях или искусственным путем в установках, обычно называемых сушильными. Отверждение связано с переходом лакокрасочного материала из жидкого состояния в твердое и формированием покрытия с комплексом необходимых свойств.

В зависимости от того, относится исходный лакокрасочный материал к материалам непревращаемого или превращаемого типа, отверждение может быть вызвано физическими процессами (испарение растворителей и воды, охлаждение и т.д.), химическими (полимеризация, поликонденсация ), либо теми и другими процессами одновременно.

Применяемые для отверждения покрытий сушильные установки классифицируют:

-по способу передачи энергии окрашенному изделию на: конвективные, терморадиацонные (лучистого нагрева), терморадиационно-конвективные, индукционные, радиационно-химические;

-по виду потребляемой энергии на: электрические, газовые, паровые и водяные;

-по конструктивному исполнению на: тупиковые (одно- и многосекционные) периодического действия и проходные (одно- и, многоходовые) непрерывного и периодического действия.

В зависимости от применяемых транспортных средств различают установки с подвесным конвейером, с напольным конвейером и т. д.

Наибольшее промышленное применение находят электрические и газовые конвективные, терморадиационные и терморадиационно-конвективные установки непрерывного и периодического действия, в которых отверждение покрытий связано с использованием тепловой энергии; перспективными и экономичными являются также радиационно-химические установки, покрытия в которых отверждаются под воздействием ультрафиолетовых (УФ) лучей и ускоренных электронов [9].

1.5.1 Конвективные сушильные установки

В конвективных сушильных установках передача теплоты лакокрасочному материалу, находящемуся на изделии, осуществляется за счет непосредственного его контакта с циркулирующим нагретым воздухом или топочными газами.

Теплоносителем в установках является вода, пар, газ или электроэнергия.

Достоинством конвективных сушильных установок является простота устройства, легкость обслуживания, достаточно высокая надежность в работе. В отличие от других типов сушилок в них удается получать покрытия на изделиях самой сложной формы, изготовленных из разных материалов.

Относительная равномерность нагрева позволяет формировать высокодекоративные покрытия любых цветов, включая чисто белый.

К недостаткам этих сушильных установок относится низкая производительность, обусловленная длительностью нагрева изделий, и их большая тепловая инерционность.

1 - зонт; 2 -нагнетательный воздуховод; 3-калорифер; 4 -воздуховод вытяжной системы; 5 -вентилятор рециркуляционный; 6 -шибер; 7 -вентилятор вытяжной; 8 -корпус установки

Рисунок 1.12 - Принципиальная схема конвективной сушильной установки

Конвективные сушильные установки представляют собой камеры туннельного или тупикового типа, состоящие из корпуса, тепловентиляционных агрегатов, вытяжных устройств, системы контроля и автоматического регулирования.

Нагрев холодного воздуха (при запуске установки) и поддержание необходимой температуры рециркулирующего воздуха осуществляется в калориферах различного типа (водяных, паровых, электрических) или смешением воздуха с продуктами сгорания природного газа, поступающего из топки. При применении пара или горячей воды для нагрева воздуха используют пластинчатые калориферы различных моделей, а также гладкотрубные нагреватели. Водяные калориферы в настоящее время используют крайне редко. Паровые калориферы экономичны при нагреве воздуха до 60--100 °С. Их устанавливают, как правило, вертикально, чтобы облегчить удаление воздуха во время работы и при необходимости обеспечить слив воды. В установках, рассчитанных на температуру сушки 100 °С и выше, применяют электрические калориферы - трубчатые электронагреватели, заключают в металлический кожух. Конструкция электрокалориферов предусматривает возможность включения их в зависимости от необходимой теплопроизводительности камеры на различную мощность. Удаление загрязненного воздуха может осуществляться самостоятельным вытяжным вентилятором, вентиляторами воздушной завесы или рециркуляционным вентилятором через выхлопной воздуховод, установленный перед калорифером. Подсос свежего воздуха взамен удаляемого загрязненного происходит обычно через транспортные проемы или через отверстия на всасывающих участках воздуховодов с установленными на них фильтрами, которые представляют собой сетчатые короба, заполненные металлической стружкой, трубками или листами перфорированной жести, смазанными индустриальным маслом.

На линии окраски деталей колесных тягачей применяются сушильные установки проходного типа непрерывного действия. Загрузка и выгрузка изделий в них осуществляется непрерывно с помощью конвейера без отключения установки.

Типовая сушильная установка непрерывного действия с электрообогревом приведена на рисунке 1.13. По ходу движения конвейера она имеет входной и выходной тамбуры, одну или несколько зон (секций) сушки. Тамбуры обеспечивают сокращение тепловых потерь через расположенные по торцам сушильной камеры открытые транспортные проемы, снижение перепадов температуры при входе и выходе изделий, предотвращают проникновение загрязненного воздуха в помещение цеха. Тамбуры отделены от зон сушки теплоизоляционными диафрагмами 9 и оборудованы воздушными завесами 4 (обычно нагнетательного типа). Воздушная завеса каждого тамбура состоит из вентилятора 2 с электродвигателем во взрывобезопасном исполнении и воздуховодов. Производительность вентиляторов тепловентиляционных агрегатов и воздушных завес регулируется шиберами 3. Вместо тамбуров в небольших сушильных установках над открытыми проемами иногда устанавливают вытяжные зонты. Для уменьшения тепловых потерь сушильные установки, с большим сечением открытых проемов, иногда делают с наклонными тамбурами и приподнятой средней частью корпуса камеры (установки с тепловым подпором). В конструкциях таких сушильных установок верхняя кромка открытых проемов располагается ниже пола средней части камеры, что создает благоприятные условия для удержания в ней теплого воздуха.

Взрывобезопасная концентрация паров растворителей в сушильной установке обеспечивается выбросом в атмосферу части загрязненного воздуха и подсосом свежего [10].

1--тамбур; 2--вентилятор воздушной завесы; З -- шибер; 4 -- воздушная завеса; 5--корпус камеры; 6--теплоизоляция, 7--вентилятор рециркуляционный; 8--калорифер; 9--диафрагма; 10-- нагнетательный воздуховод.

Рисунок 1.13 - Конвективная сушильная установка непрерывного действия

1.6 Обоснование выбора технологической схемы получения покрытия

В настоящее время в промышленности применяют много способов нанесения лакокрасочных материалов на поверхность; наибольшее распространение получили: пневматическое распыление, окраска обливом, окунанием, окраска в электростатическом поле высокого напряжения, окраска порошковыми лакокрасочными материалами, окраска методом электроосаждения, гидравлическое распыление. Пневматическое распыление -- один из наиболее распространенных способов окрашивания в промышленности и строительстве. Главные его достоинства -- универсальность, относительно высокая производительность, простота технического осущест вления, достаточно хорошее качество получаемых покрытий. Способом пневматического распыления можно наносить практически любые жидкие лаки и краски и окрашивать изделия разных размеров и групп сложности, изготовленные из различных материалов. Особенно хорошо зарекомендовал себя этот способ при нанесении быстросохнущих ла кокрасочных материалов -- эфироцеллюлозных, перхлорвиниловых, полиакрилатных и др. Имеются ручной (с ручными распылителями) и автоматизированный (с автоматическими распылителями) варианты способа пневматического распыления, которые применяют самостоятельно или комбинируют в технологическом цикле окраски изделий с другими способами нанесения.

Остальные методы имеют ряд недостатков, например к недостаткам способа электростатического распыления можно отнести сложность и повышенную стоимость окрасочной аппаратуры, некоторые ограничения в использовании лакокрасочных материалов. Недостатками способов окунания и облива являются: неравномерность толщины покрытий по высоте изделий, невозможность окрашивания изделий, имеющих карманы и внутренние полости, относительно большие потери лакокрасочных материалов, нередко доходящие до 20% и более. Недостатком способа окраски в электростатическом поле является его высокая стоимость.

Проведение подготовки поверхности в трехзонном аппарате оправдан как с экономической точки зрения, так и с позиции эффективности производства, так как декоративные требования к получаемым покрытиям не высоки. Отверждение лакокрасочного материала осуществляется конвективным методом из-за его высокой производительности и несложного аппаратурного оформления. В качестве теплоносителя используется природный газ, который является достаточно доступным.

Список использованной литературы

1 Денкер, И.И. Технология окраски изделий в машиностроении - М.: Высшая школа/ И.И.Денкер, В.В. Вольберг 1990. - 303 с.

2 Кантерова, Т.И. Современные способы нанесения лакокрасочных материалов методом распыления. Обзорная информация / Т.И. Кантерова, Т.М. Сухарева, Г.С. Касимова, Н.Я. Митрованова, Г.Н. Веденова. - М.: НИИТЭХИМ, 1985. -49 с.

3 Крутько, Э.Т. Технология и оборудование лакокрасочных производств./ Э. Т. Крутько, Н.Р. Прокопчук - Мн.: БГТУ,2005.- 446 с.

4 Лабутина,Р.А. Аппаратура и приборы для нанесения лакокрасочных покрытий / Р.А. Лабутина, С.И. Лихова, В.А. Котова, Б.И. Мейзеля, И.К. Седина. - М.: Химия, 1973. -176 с.

5 Патент 2060839 Россия, B05B7/16. Установка для распыления нагретых материалов/ Капусткин В.А.; Гундоров И.М.; Козлов В.Б.; Филатов С.Н. -№93004320/26; Заявл. 11.02.93.; Опубл. 27.05.96.

6 Патент 2021035 Россия, B05B7/16. Способ получения аэрозолей/ Молодкин И.Ф.; Баскова Т.В. - №5041361/05; Заявл. 08.05.92.; Опубл. 15.10.94.

7 Вольберг, В.В. Устройство и эксплуатация окрасочно-сушильных агрегатов в машиностроении - М.: Высшая школа, 1986. - 264 с.

8 Патент 2189534 Россия, F24F3/16. Модульная окрасочная вентилируемая камера/ Гончаров А.В.; Тихонов Б.А. - №2000128704/06; Заявл. 9.11.00.; Опубл. 20.09.02.

9 Химия и технология лакокрасочных покрытий. - СПб. : Химиздат, 2008 - 445 с.

10 Рабинович, Г.Д. Терморадиационная и конвективная сушка лакокрасочных покрытий./Г.Д. Рабинович ,Л.С. Слободкин Ї Минск, «Наука и техника», 1986. Ї с. 92-104.

Размещено на Allbest.ru