Технологические процессы окрашивания, применяемые в автомобилестроении при изготовлении автомобилей

Проведенные испытания показали, что традиционные жидкие ЛКМ и порошковые ЛКМ совместимы. Применение терморадиационного нагрева для отверждения покрытий, способствует получению комбинированных покрытий с высокой степенью адгезии.

Исследование коррозионной стойкости образцов, окрашенных порошковой краской

Одним из важнейших свойств лакокрасочных покрытий, характеризующих их возможность применения для ремонтного окрашивания автомобилей является коррозионная стойкость покрытий.

В работах [1], [3] проведены исследования коррозионной стойкости образцов, окрашенных порошковой краской в условиях ремонтного окрашивания.

Испытания на коррозионную стойкость проводили в соответствии с ГОСТ Р 51844-2001 "Материалы лакокрасочные. Коррозионная стойкость покрытий". Методика испытаний образцов на коррозионную стойкость следующая. Испытуемый образец помещают и выдерживают в камере холода при температуре окружающей среды минус 50С не менее двух часов. Затем образец переносится в термокамеру и выдерживают при температуре плюс 50С не менее двух часов [3]. Продолжительность перемещения образца из одной камеры в другую должна быть не более 10 минут. Далее образец выдерживают в нормальных климатических условиях не менее 24 часов.

В соответствии с ГОСТ 9.407-84 образец считается выдержавшим испытание, если при визуальной оценке внешнего вида антикоррозионного покрытия не обнаружено изменение ее цвета и структуры по сравнению с контрольным образцом.

Проведенные испытания показали высокую защитную способность покрытий из порошковых красок. Результаты испытаний на коррозионную стойкость приведены в таблицах 2.5, 2.6.

Оценка внешнего вида покрытий по ГОСТ 9.407-84

Таблица 2.5

Тип и цвет покрытия	Виды разрушения
	Изменение блеска	Изменение цвета	Грязеудерживание	Меление
Эпокси-полиэфирная (красная RAL 3002)	Б1	Ц1	Г1	М1
Эпокси-полиэфирная (белая RAL 9016)	Б1	Ц1	Г1	М1
Полиэфирная (красная RAL 3002)	Б1	Ц1	Г1	М1
Полиэфирная (белая RAL 9016)	Б1	Ц1	Г1	М1

Оценка защитных свойств покрытия по ГОСТ 9.407-84

Таблица 2.6

Тип и цвет покрытия	Оценка защитных свойств по размерам разрушения покрытия
	Глубина трещин, выветривания, отслаивания, растворения	Диаметр пузырей, мм Глубина разрушения	Диаметр коррозионных очагов, мм
Эпокси-полиэфирная (красная RAL 3002)	Разрушение отсутствует	Разрушение отсутствует	0
Эпокси-полиэфирная (белая RAL 9016)	Разрушение отсутствует	Разрушение отсутствует	0
Полиэфирная (красная RAL 3002)	Разрушение отсутствует	Разрушение отсутствует	0
Полиэфирная (белая RAL 9016)	Разрушение отсутствует	Разрушение отсутствует	0



3. Расчетно-конструкторская часть

3.1 Организация технологического процесса ремонтного окрашивания деталей автомобилей порошковыми красками в условиях СТОА

В результате экспериментальных и теоретических исследований в работах [1, 3] разработана практическая технология ремонтного окрашивания деталей автомобилей.

Условно технологический процесс можно разделить на четыре стадии:

1. Подготовка поверхности к окрашиванию.

2.Окрашивание

3.Полимеризация (отверждение) покрытия

4.Полировка поверхности (при необходимости)

Подготовка поверхности к окрашиванимю

Первоначальной операцией технологического процесса ремонтного окрашивания является моечная операция. Эта операция выполняется на участке уборочно-моечных работ. Мойку можно производить, например, моечной установкой типа Karcher HDS.

Затем производится дефектовка лакокрасочного покрытия органолептическим методом и визуально. При дефектовке определяется степень повреждения лакокрасочного покрытия. Дефектовку можно производить на подготовительном месте на участке окраски.

Затем на дефектном участке снимается весь слой старого лакокрасочного покрытия до металла. Для этого используется мелкозернистая шлифовальная бумага. При применении ручной шлифовальной машинки используются шлифовальные диски типа Д, ДО и ДП (ГОСТ 22773-87).

Кромки лакокрасочного покрытия по всему периметру дефектного участка необходимо зашлифовать так, чтобы на ощупь не была заметна граница между ремонтируемыми и неповрежденными участками покрытия.

В таблице 3.1 приведена зависимость зернистости шлифовальной шкурки от вида шлифуемых покрытий [1].

Зависимость зернистости шлифовальной шкурки от вида шлифуемых покрытий. лакокрасочный ремонтный покрытие коррозионный

Таблица 3.1

Вид шлифуемого покрытия	Зернистость
Заводская грунтовка на запасных частях	8…6
Кромки лакокрасочного покрытия по периметру дефектного участка	8…6
Шпатлевки марок ПФ-002, эпоксидные и полиэфирные: - первые слои - промежуточные слои - последние слои	16…12 12…10 10…8
Шпатлевка МС-006, нитрошпатлевка	8…6
Меламиноалкидные эмали: - первые слои - последние слои	6…4 4…2
Нитроэмали: - первые слои - последние слои	8…6 6…4

Зашлифованный участок обрабатывают препаратом Ferrofos 7766, который одновременно обезжиривает поверхность и фосфатирует ее. Этот препарат можно наносить, как распылением, так и методом погружения.

При обработке препаратом Ferrofos 7766 образуются фосфатные слои с хорошими пассивирующими свойствами. Необходимое количество препарата для обработки поверхности методом распыления 10…25 г/м2, продолжительность обработки составляет 0,5…3 минуты при температуре 40…50С. После фосфатирования поверхность промывают и сушат.

Затем необходимо маскировать окрашиваемую поверхность. Для этого необходимо изготовить из плотной бумаги трафарет с отверстием, имеющим форму зашлифованного участка покрытия, на на 15…20 мм больше. Трафарет щзакрепить на ремонтируемой поверхности при помощи малярного бумажного скотча.

Нанести на ремонтируемый участок шпатлевку. Необходимость операции шпатлевания определяется применительно к каждому конкретному случаю. Шпатлевание необходимо для исправления мелких неровностей формы, которые не удается устранить механически. Под полиэфирную порошковую краску необходимо использовать полиэфирную шпатлевку ПЭ-00-85, для эпокси-полиэфироной краски - шпатлевку ЭП-00-01 [1]. Несоблюдение данной рекомендации может привести при отверждении покрытия к дефектам в виде рыхлостей и провалов на лакокрасочном покрытии.

Предельная толщина шпатлевочного слоя для исследуемого вида порошковых красок (полиэфирные и эпокси-полиэфирные) определяется величиной усадки материала. Для полиэфирных и эпоксидных шпатлевок величина усадки составляет 0…0,1%. При такой усадке толщина наносимого слоя шпатлевки может достигать 2 мм.

Шлифовать шпатлевку необходимо после полного высыхания. Зернистость шлифовальной шкурки выбирать в соответствии с таблицей 3.1.

Зашлифованный участок необходимо промыть водой, после чего протереть ветошью, смоченной в уайт-спирите, просушить при температуре 18…20С.

Окрашивание

Окрашивание ремонтируемой поверхности детали автомобиля необходимо осуществлять в окрасочной камере окрасочным пистолетом, например, ITW Gema Easy-F. В качестве расходного материала можно использовать полиэфирную или эпокси-полиэфирную порошковую краску.

Нанести один слой порошковой краски. Степень заряда порошка 70 кВ. Расстояние краскораспылителя от окрашиваемой поверхности 250…300 мм. Краскораспылитель передвигать над окрашиваемой поверхностью со скоростью 0,2…0,3 м/с. Удельный расход воздуха 0,5 м3/с, давление воздуха при распылении 0,4 МПа. Толщина наносимого слоя 70…80 мкм.

Колер порошковой краски выбирается из гаммы колеров, составляющих до 300 различных оттенков.

Отверждение покрытия

После нанесения порошкового покрытия на ремонтируемую поверхность необходимо произвести операцию полимеризации (отверждения) покрытия.

Способ отверждения выбирается в зависимости от вида окрашиваемой детали. Если окрашивается демонтированная деталь (капот, дверь, бампер и т.д.) то полимеризацию покрытия можно проводить в нагревательной печи при помощи конвективного обмена. При конвективном обмене воздух проходя через нагревательные ТЭНы разогревается до температуры 140С и нагревает покрытии с выдержкой в печи 45 минут. Можно также проводить полимеризацию в нагревательной печи с инфракрасными лампами.

При окрашивании деталей без демонтажа или когда деталь крупногабаритная полимеризация порошкового покрытия производиться путем локального нагрева поверхности инфракрасными лампами. (рис.3.1).

Режимы отверждения в соответствии с [3] для инфракрасной лампы мощностью 250 Вт приведены в таблице 3.2. Такая лампа создает плотность излучения до 1250 Вт/м2.

Режимы отверждения покрытий различных цветов лампой ИКЗК 250 Вт

Таблица 3.2

Цвет покрытия	Расстояние до излучателя, мм	Время выдержки излучателем, мин.
Черный	150	40
Серый	150	40
Красный	125	50
Синий	90	60
Зеленый	90	60
Белый	80	60

При отверждении покрытий с площадью более 15000 мм2 необходимо применять излучатель с большей интенсивностью излучения.

Полировка поверхности

Заключительной операцией технологического процесса окраски является полирование перехода. Полирование можно выполнять вручную и при помощи полировальных машинок. Применение полировальных машинок существенно сокращает операционное время на полирование.Полирование производится кругами прямого профиля на войлочной основе с подводом полировальной пасты ВАЗ-1 в зону полирования. Полирование осуществляется периферией круга После удаления перехода поверхность полировать при помощи полировальной пасты ВАЗ-2. Остатки пасты смываются водой. При полировании с помощью полировальных машинок не допускается перегрев полируемой поверхности выше 40С. По окончании полирования пастами поверхность необходимо протереть фланелевым тампоном, смоченным полировочной водой или восковым составом №3 [1].

После полирование рекомендуется не мыть окрашенные места в течение 14 дней после окрашивания, т.к. покрытие должно пройти период термостабилизации.

Разработанный технологический процесс [1, 3] ремонтного окрашивания деталей автомобиля порошковыми красками приведен на рис.3.2. Там же для сравнения дан традиционный технологический процесс ремонтного окрашивания деталей автомобиля жидкими лакокрасочными материалами.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что в разработанной технологии получения покрытия из порошковых красок рекомендуется малозатратная, малотрудоемкая и малоэнергоемкая методика проведения операции полимеризации покрытия с помощью автономного нагрева ремонтируемого места детали. Такой подход позволяет использовать порошковые покрытия в небольших станциях технического обслуживания автомобилей так как не требует больших площадей для размещения технологического оборудования.

Кроме этого, применяемое в предлагаемом технологическом процессе технологическое оборудование значительно дешевле, чем традиционная печь полимеризации, используемая в технологическом процессе на заводе-изготовителе.

Предварительные оценки показывают, что применение порошковых красок в ремонтном окрашивании с использованием предлагаемого технологического процесса экономически целесообразно и экологически выгодно.

3.2 Разработка участка окраски деталей автомобилей порошковыми красками

Участок окраски предназначен для окраски автомобилей и отдельных деталей автомобилей после ремонта. Участок окраски порошковыми красками оборудован специализированным оборудованием:

- место подготовки автомобилей к покраске;

- покрасочная камера;

- камера полимеризации;

- краскопульт с технологическим оборудованием.

Место подготовки автомобилей к окраске, покрасочная камера, камера полимеризации оснащены индивидуальными вентиляционными системами.

Окрасочный участок изолирован от всех других помещений. На нем имеется отдельное помещение для подготовки краски.

На окрасочном участке помимо местной вентиляции имеется и общая вентиляционная система, обеспечивающая необходимый микроклимат в помещении.

Окрасочный участок оборудован противопожарной сигнализацией и средствами пожаротушения.

На окрасочном участке максимальное возможное число работающих - три человека - один маляров и двое рабочих, подготавливающих поверхность деталей автомобилей под окраску.

Все работники должны быть обеспечены необходимыми средствами индивидуальной защиты в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями.

Технологическое оборудование для окрасочного участка

Определим площадь окрасочного участка по площади, занимаемой оборудованием по формуле:

Fо.у. = fоб *Кп = 63,2 * 4,5 = 285 м2,

где fоб = 57,9 м2 - суммарная площадь горизонтальной проекции оборудования по габаритным размерам;

Кп = 4…5 - коэффициент плотности расстановки оборудования, учитывающий проходы и проезды.

3.3 Описание оборудования, применяемого при окраске порошковыми красками

Для ремонтного окрашивания деталей автомобилей порошковыми красками в условиях станции технического обслуживания применяется различное технологическое оборудование. Помимо типового оборудования, которое применяется при традиционных методах окрашивания жидкими лакокрасочными материалами, и которое также используется в технологии порошкового окрашивания, при применении порошковых красок требуется специализированное технологическое оборудование. Основное специализированное оборудование следующее:

1.Камера напыления.

2.Камера полимеризации.

3.Окрасочный аппарат.

Камера напыления

Камера напыления предназначена для нанесения порошковой краски на поверхность ремонтируемой детали.

Задачи, которые выполняет камера напыления следующие:

1.Ограждение зоны распыления порошковой краски.

2.Сбор порошковой краски, не осевшей на изделие с помощью рекуператора.

3.Возврат краски в технологический процесс с помощью вибросита

4.Очистка воздуха, используемого в окрасочном процессе.

Ограждение зоны распыления порошковой краски осуществляется корпусом камеры напыления, который ограничивает внутреннее пространство для окраски детали. За это ограждение краска не распространяется.

Сбор порошковой краски, не осевшей на ремонтируемое изделие, осуществляется с помощью рекуператора. Рекуператор предназначен для выделения частиц порошковой краски из воздуха и их сбора в специальном бункере. Собранная краска повторно используется для окраски.

Конструкция рекуператора состоит из следующих частей:

- циклон, улавливающий до 80% всей краски;

- пылесборный бункер, где осаждается улавливаемая циклоном порошковая краска;

- вентилятор, создающий направленный воздушный поток и улитка, выпрямляюшая этот поток;

- фильтрующая камера тонкой очистки, улавливающая около 18% от общего объема частиц краски.

Принцип действия рекуператора

Воздушный поток, создаваемый вентилятором затягивает не осевшую на изделие порошковую краску через тангенциальный патрубок в циклон. Циклон представляет собой инерционный пылеуловитель, в котором выделение частиц краски из воздушной среды происходит под воздействием центробежной силы, возникающей при вращении воздушного потока в корпусе аппарата. Частицы краски, обретая вращательное движение, опускаются винтообразно вместе с воздухом вниз вдоль внутренних стенок циклона. Частицы краски при этом движутся непосредственно вблизи от стенок циклона и поступают в пылесборный бункер, где происходит осаждение и накопление частиц порошковой краски.

В центральной зоне воздушный поток, освобожденный от частиц краски, поднимается винтообразно вверх и поступает в камеру тонкой очистки. В камере тонкой очистки установлена система фильтров, выполненных из нетканного материала. Совокупная фильтрующая способность рекуператора составляет до 98% от общего объема проходящей краски.

Порошковая краска, осевшая в пылесборном бункере и в фильтре тонкой очистки, возвращается в технологический цикл окраски.

В дипломном проекте применяется камера напыления КНП-2 производства российской компании ООО "ЦПК Магистр".

Технические характеристики камеры напыления

Таблица 3.4

Габаритные размеры(наружные/рабочей зоны), мм: - ширина - глубина - высота	3200/1200 3080/2500 2510/2000
Количество установленных рекуператоров	2
Объем фильтруемого воздуха, м3/ч	2550
Концентрация порошка в воздухе после фильтра, мг/м3	5
Степень очистки воздуха, % от общего объема	98
Объем бункера для сбора краски , л	2х25
Мощность двигателя вентилятора, кВт	2х3

Камера полимеризации

Камера полимеризации предназначена для формирования покрытий из порошковых красок путем нагрева окрашиваемого изделия с нанесенным порошком до температуры полимеризации и выдержки при этой температуре определенное время.

В дипломном проекте применяется тупиковая камера полимеризации.

Камера полимеризации представляет собой теплоизолированную камеру с модулями нагрева и направляющими для подвеса окрашиваемых изделий. Камера полимеризации оснащена вытяжной вентиляцией. Камера полимеризации оснащена системой управления параметрами технологического процесса. Камера полимеризации оснащена дополнительной теплоизолирующей перегородкой для более экономичного использования при малой загрузке;

Нагрев в камере происходит конвективным методом. Нагревательный модуль камеры полимеризации представляет собой вентилятор и нагревательную установку в виде ТЭНов. Воздух проходит через ТЭНы, нагревается и нагревает окрашиваемую поверхность.

Общий вид камеры полимеризации дан на рис.3.5. Технические характеристики камеры полимеризации приведены в таблице 3.5.

Технические характеристики камеры полимеризации

Таблица 3.5

Габаритные размеры, мм: -длина - ширина - высота	2500 1500 2000
Потребляемая мощность в расчете на 1 м3, кВт	6
Максимальная температура печи, С	260

Камера полимеризации герметична и оснащена:

- автоматическим контролем температуры и времени;

- звуковой и световой сигнализацией.

Окрасочный аппарат

В дипломном проекте для нанесения порошковой краски на покрытие применяем окрасочный аппарат фирмы "Larius". Этот окрасочный аппарат может применятся, как для электростатического напыления, так и для трибоэлектрического напыления порошковой краски на окрашиваемую поверхность. При этом порошок подается непосредственно из фабричной упаковки с помощью всасывающего патрубка.

Технические характеристики окрасочного аппарата представлены в таблице 3.6. Общий вид окрасочного аппарата представлен на рис.3.6. Пуль т управления окрасочного аппарата представлен на рис.3.7.

Технические характеристики окрасочного аппарата "Larius"

Таблица 3.6

Установленная мощность, Вт	60
Расход порошка, кг/ч	3…20
Вес, кг	55
Габаритные размеры, мм: - длина - ширина - высота	490 800 1100

В дипломном проекте для окрашивания ремонтируемой поверхности применяется электростатический метод напыления

Как уже говорилось выше при электростатическом распылении сухие порошковые частицы краски специально электризуются под воздействием внешнего электростатического поля образуемого в электростатическом распылителе или трением у трибостатического краскопульта. Окрашиваемая поверхность при этом электрически нейтральна и заземлена. Сухие заряженные частицы с помощью сжатого воздуха подаются на окрашиваемую поверхность и притягиваются к окрашиваемой поверхности. Попадая на окрашиваемую, порошковое покрытие сохраняет свой заряд, который удерживает ее на окрашиваемой поверхности. Окрашенная таким образом поверхность помещается в специальную печь, где под нагревом частицы расплавляются и полимеризуются, образуя единое покрытие и теряя заряд.

Инфракрасная портативная установка

В дипломном проекте для проведения процесса полимеризации на деталях без их демонтажа применяется переносная нагревательная портативная установка с инфракрасной лампой WDK-2200W.

WDK-2200W - профессиональное портативное устройство для отверждения лакокрасочных покрытий. Нагревательный элемент представляет собой двухкассетный блок с коротковолновыми инфракрасными лампами на пантографической стойке. Кассеты могут быть легко установлены на высоте 2100 мм, что позволяет производить сушку в верхней части автомобиля. Стойка оснащена пневматическим амортизатором для поддержки и изменения положения кассетного блока. Регулировка положения кассет осуществляется индивидуально винтом с удобной ручкой. U-образная платформа имеет 4 колеса (2 из них с фиксаторами), которые обеспечивают стабильность и позволяют устанавливать лампу в необходимое положение для работы с кузовом автомобиля. Настройки панелей управления просты и удобны и обеспечивают возможность регулировки мощности и времени нагрева.

Общий вид инфракрасной портативной установки приведен на рис.3.9. Технические характеристики установки даны в таблице 3.7.

Технические характеристики инфракрасной нагревательной портативной установки

Таблица 3.7

Габаритные размеры, мм: - длина - ширина - высота	1150 850 2550
Потребляемая мощность, кВт	2х1
Размеры прогреваемой поверхности, мм	800х800
Температура нагрева, С	40…160
Установка времени, мин.	1…60



4. Безопасность жизнедеятельности

4.1 Опасные и вредные факторы, возникающие при работе с порошковыми красками

По сравнению с другими видами красок порошковые лакокрасочные материалы обеспечивают относительно низкий уровень риска в отношении безопасности и сохранения здоровья при их использовании.

Усовершенствование технологии получения из них покрытий будет гарантировать дальнейший рост их применения в будущем по сравнению с конкурирующими технологиями окрашивания, поскольку они отвечают все более жестким критериям защиты окружающей среды, здоровья и безопасности.

Основным компонентом в большей части порошковых красок является смола. Обычно используются эпоксидные, полиэфирные или акрилатные смолы. Большинство твердых смол в настоящее время не относят к вредным для здоровья веществам. Некоторые получаемые из них покрытия допущены для контакта с продуктами питания, естественно при условии применения разрешенных отвердителей.

Поскольку все краски представляют собой мелкодисперсные порошки, они вредны, как минимум, из-за негативного воздействия пыли на организм.

Вдыхание мелкодисперсной пыли может вызвать болезни легких и гортани. Например, воздействие высоких концентраций кварцевой пыли приводит к дегенеративному заболеванию легких, называемому силикозом. Доказано, что кристаллический кварц может привести к раку легких у людей, которые вдыхают его пыль в течение многих лет. Если порошок для нанесения покрытия содержит кристаллический кварц, то это должно быть указано в техническом паспорте на материал и на упаковке с предупреждением, что данный продукт является потенциальным канцерогенным веществом.

Порошковые краски токсичны (ПДК от 3-4 мг/м3 до 6-7 мг/м3), горючи (температура воспламенения открытым пламенем от 270 до 435°С), пылевоздушные смеси их взрывоопасны (нижний предел взрываемости пылевоздушной смеси от 20 до 60 г/м3). Поэтому участок нанесения покрытий из ПК относят к вредным, пожароопасным и взрывоопасным производствам. Не следует преувеличивать это: в любом случае нанесение ПК менее вредно и менее опасно, чем аналогичный процесс из красок на растворителях, но, тем не менее, нельзя и пренебрегать мерами безопасности.

Самая главная опасность состоит в том, что порошковые краски являются высокодисперсными органическими веществами. Как и в случае других органических материалов, они могут при определенных условиях образовывать взрывоопасные смеси с воздухом. Такими условиями являются: распыление порошка в воздухе при концентрации выше нижнего критического предела взрываемости (НКПВ) или транспортирование аэрозоля порошка в циклоне либо коллекторе, при наличии источника возгорания.

НКПВ для большей части порошковых красок находится в пределах от 20 до 50 г/м3. Непигментированные порошки (порошковые лаки) и порошки с низким содержанием пигментов имеют НКПВ, приближенный к нижнему пределу, а у порошков с высоким содержанием неорганических пигментов НКПВ приближен к верхнему пределу. В распыленном состоянии порошок может загореться только при наличии источника воспламенения, поскольку он находится не в замкнутом объеме. Однако, если горящие частицы порошка попадут в циклон либо коллектор пыли, может произойти взрыв. Поэтому циклоны и коллекторы должны иметь вентиляционные выходы. Современные автоматические системы распыления порошковых красок снабжены устройствами обнаружения огня и автоматического пожаротушения.

Порошки состоят из абразивных частиц и могут вызвать раздражение кожи либо глаз при трении. Использование сжатого воздуха для удаления порошка не рекомендуется, поскольку это может привести к попаданию абразивных частиц на кожу и в глаза. Рабочие должны носить защитную спецодежду и очки для уменьшения и исключения контакта. Если порошок попал на кожу, рекомендуется промыть ее с мылом. Необходимо также поддерживать чистоту и порядок для уменьшения вероятности контакта с пылью порошковых красок.

Воздействие красок на организм человека происходит через контакт с кожей либо при вдыхании. Контакт с кожей может быть минимизирован при использовании защитной спецодежды, например рубашки с рукавами и перчаток. Необходимо всегда избегать вдыхания пыли. Если порошковая краска даже не содержит вредных ингредиентов, она все же должна рассматриваться как вредная пыль с предельно допустимой концентрацией (ПДК) 10 мг/м3. Во всех операциях по нанесению покрытий всегда рекомендуется использовать респираторы. Если запыленность находится в пределах порогового значения либо ниже, обычно применяют специальные маски. Они должны соответствовать требованиям стандарта и быть надлежащим образом протестированы на герметичность. Полумаски с фильтрами необходимо использовать при уровне запыленности, превышающем пороговое значение. Для очень высоких уровней содержания пыли, что иногда может иметь место при ручной работе операторов, могут потребоваться маски с подаваемым извне воздухом.

4.2 Требования техники безопасности при работе с порошковыми красками

На установках нанесения покрытий из порошковых красок наиболее опасным процессом является процесс нанесения слоя ПК на изделие. Блок установки для осуществления данного процесса: камера нанесения, распылители ПК в электростатическом поле и система рекуперации, - относится к классу взрывоопасности В-IIа, поскольку в нем во время работы постоянно имеется несколько мест с концентрацией ПК в пылевоздушной смеси выше нижнего предела взрываемости (факел распылителя, система рекуперации), а также наиболее вероятный источник поджига - искровой электрический разряд, который может случиться при неисправности распылителя, при неправильном выборе материалов для изготовления камеры нанесения, фильтров, при плохом заземлении отдельных частей оборудования и при нарушении рекомендаций как изготовителя установки, так и изготовителя ПК. Все остальное помещение, при соответствующей организации работы, может относиться к категории В-IIб, если будет исключена при любых обстоятельствах (в том числе при пожаре, взрыве с разрушением части оборудования) возможность создания взрывоопасной концентрации во всем объеме помещения.

Поэтому от персонала установок нанесения ПК требуется неукоснительное соблюдение норм техники безопасности и охраны труда, чтобы избежать аварий и угрозы собственному здоровью.

Правила безопасной работы должны быть изложены в виде инструкций по каждому рабочему месту, соблюдение которых обязательно для работающего.

Такие инструкции должны сопровождать каждый вид оборудования. Особо следует отметить необходимость специального инструктажа по безопасной работе с каждым новым материалом, сведения по свойствам которого, необходимо получить от поставщика.

В целом при организации окрасочного участка с применением порошковых красок необходимо соблюдать следующие требования техники безопасности:

1. Производственные здания и помещения должны соответствовать категории А и Б по СНиП 2.09.02-85.

2. Параметры воздуха рабочей зоны помещений должны соответствовать ГОСТ 12.1.005-76.

Степень очистки воздуха, удаляемого из системы рекуперации, должна составлять не менее 99,8 %.

Концентрацию вредных веществ в воздухе рабочей зоны определяют по методическим указаниям, утвержденным Минздравом РФ, или в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.016 - 89, не реже двух раз в месяц. Допускается устанавливать другую периодичность контроля по согласованию с местными органами государственного санитарного контроля.

3. Основные требования безопасности к технологическим процессам должны соответствовать ГОСТ 12.3.005-75.

4. Показатели пожаровзрывобезопасности технологического процесса и оборудования для нанесения порошковых материалов должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.1.041-83.

Методы определения показателей пожаровзрывоопасности должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.1.044-84.

5. Класс взрывоопасных зон, в которых проводят операции технологического процесса окрашивания порошковыми материалами, - В-IIа в соответствии с требованиями Правил устройства электроустановок, утвержденных Главгосэнергонадзором, при этом допускается применять электрические аппараты и приборы со степенью защиты не менее IP54 по ГОСТ 14254-80.

6. При использовании в одном технологическом цикле жидких лакокрасочных и порошковых материалов оборудование для окрашивания порошковыми материалами отделяют пыленепроницаемыми ограждениями с пределом огнестойкости 0,75 ч.

7. Вентиляционные системы технологического оборудования должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.4.021-75.

Блокировка вентиляционных систем должна обеспечивать до начала, и после окончания процесса распыления не менее чем двукратный обмен воздуха по отношению к объему камер.

8. При пневмоэлектростатическом распылении включение источника высокого напряжения и дозатора блокируют системой вентиляции камеры распыления для включения их после включения вентиляции.

9. Производительность вентилятора должна обеспечивать в технологическом оборудовании и воздуховодах вытяжной вентиляции концентрацию аэровзвеси порошкового материала менее половины его нижнего концентрационного предела воспламенения.

10. Системы воздуховодов от установок окрашивания порошковыми материалами к оборудованию рекуперации должны быть оснащены пламеотсекательными устройствами.

11. Не допускается местные отсосы воздуха от распыляющих устройств и печей формирования покрытий объединять общей вытяжной вентиляцией.

12. Температура внутренних поверхностей печей отверждения не должна быть более 2/3 температуры самовоспламенения порошкового материала.

13. Количество порошкового материала, хранимого в цехе окрашивания, должно быть не более суточной нормы.

14. Камеры окрашивания и рекуперации должны быть оборудованы датчиками и форсунками общецеховой автоматической системы пожаротушения, иметь местные средства пожаротушения.

В качестве средств пожаротушения применяют смачиватель НП-1,

НП-5, воздушную механическую пену, тонкораспыленную воду, асбестовые одеяла и песок.

15. Для полного устранения выброса порошкового материала входная скорость воздуха в технологических проемах установок окрашивания должна быть не менее 0,8 м/с.

Средняя скорость воздушного потока в воздуховодах систем вытяжной вентиляции должна быть не менее 8 м/с.

16. При очистке воздуховодов от порошкового материала пыль не должна попадать в помещение цеха. В воздуховодах необходимо предусмотреть люки, через которые их продувают подаваемым по шлангам сжатым воздухом при включенной вытяжной вентиляции. Порошковый материал, осевший на поверхности оборудования и в помещении, удаляют с помощью пылесоса во взрывобезопасном исполнении при работающей вентиляции, допускается влажная уборка. Периодичность очистки устанавливают в зависимости от производительности и запыленности оборудования.

17. Загрузку и выгрузку порошкового материала в установках автоматического окрашивания проводят механизированным иди автоматизированным способом.

Для ручных установок допускается ручная загрузка и выгрузка порошкового материала под вытяжным зонтом с включенной вытяжной вентиляцией при отключении питания установки от электросети с последующим удалением осевшего порошкового материала, используя при этом средства индивидуальной защиты.

18. Ток короткого замыкания с открытых коронирующих электродов не должен превышать 200 мкА.

Энергия искры с коронирующего электрода должна быть меньше минимальной энергии зажигания порошкового материала.

19. Допустимый уровень шума на рабочем месте должен соответствовать требованиям ГОСТ 12.1.003-83, ГОСТ 12.1.050-86 и санитарным нормам допустимых уровней шума на рабочих местах

20. Открытые движущиеся поступательно и вращающиеся устройства должны быть ограждены в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.062-81.

21. Для предотвращения образования зарядов статического электричества все единицы оборудования должны быть заземлены.

Сопротивление заземления должно быть не более 10 Ом. Проверку заземления проводят не реже одного раза в месяц.

22. Для исключения или снижения пожаро- и электроопасности разрядов статического электричества, которые могут возникнуть при распылении, транспортировке, рекуперации порошкового материала, необходимо выполнять требования ГОСТ 12.1.018-86, «Правил защиты от статического электричества в производствах химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности».

23. Рабочее место должно быть оборудовано в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.033-78, ГОСТ 12.2.049-80, ГОСТ 12.2.061-81.

24. Температура поверхности оборудования и ограждений рабочих мест не должна быть более 45 °С.

25. При выполнении операций технологического процесса получения покрытий используют средства индивидуальной защиты:

- очки защитные по ГОСТ 12.4.013-85;

- перчатки трикотажные по ГОСТ 5007-87;

- перчатки резиновые по ГОСТ 20010-74;

- фартуки специальные по ГОСТ 12.4.029-76;

- халаты по ГОСТ 12.4.131-83, ГОСТ 12.4.132-83;

- комбинезоны по ГОСТ 12.4.099-80, ГОСТ 12.4.100-80;

- обувь специальную по ГОСТ 12.4.137-84;

- сапоги резиновые по ГОСТ 12265-78;

- респиратор, фильтрующий универсальный РУ-60М по ГОСТ 17269-71;

- респиратор ШБ-1, СИЗОФ-ФП-110, "Лепесток-40" по ГОСТ 12.4.028-76.



5. Экологическая безопасность

5.1 Экологические опасности воздействия на природу от использования порошковых красок

Окружающая среда характеризуется совокупностью физических, химических и биологических факторов, способных при определенных условиях оказывать прямое или косвенное воздействие на деятельность и здоровье человека.

Развитие промышленного производства сопровождается значительным загрязнением окружающей среды и создает различные экологические опасности для окружающей среды и как следствие для человека

Наиболее уязвимые составляющие окружающей среды, без которых невозможно существование человека и которым наносится наибольший ущерб промышленностью - это воздушная и водная среды, а также почва.

Воздушная среда

Основной загрязняющий фактор воздушной среды это различные газы, пары углеводород, кислот, металлов и разнообразные пыли. В основном все это обусловлено производственной и хозяйственной деятельностью человека.

Максимальная концентрация вредных веществ, не оказывающая вредного влияния на здоровье человека, называется предельно-допустимой концентрацией (ПДК), мг/м3. ПДК вредных веществ, загрязняющих воздушную среду, установлены ГОСТ 12.1.005 - 2003 "Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны".

Опасность воздействия на человека загрязняющих воздух веществ заключается в том, что человек сразу может не ощущать их вредного влияния. примером может служить оксид углерода (угарный газ) - газ без цвета, вкуса и запаха, высокая концентрация которого вызывает тяжелые последствия вплоть до остановки сердца.

К наиболее распространенным газам, загрязняющим воздушную среду относят оксид углерода (СО), оксиды азота (NO, N2O3, NO2, N2O5) и сернистый ангидрид (SO2)

Водная среда

Водная среда в основном загрязняется сточными (промышленными и хозяйственными), дождевыми и талыми водами, несущими значительную массу веществ органического и минерального происхождения.

Содержание вредных веществ в воде измеряется величиной ПДК, мг/л.

Почва

Загрязнение почвы происходит различными путями - переносом вредных веществ через воздушную и водную среды и осаждением на почвенном покрове, а также непосредственным складированием твердых и жидких отходов хозяйственной и промышленной деятельности человека.

Для почвы также установлены ПДК вредных веществ, мг/кг.

Использование порошковых красок в производственном процессе оказывает неблагоприятное влияние на экологическую обстановку, если не принимать защитных мер.

Экологическое воздействие на окружающую среду от применения порошковых красок проявляется в следующем:

1. При проведении процесса окрашивания в атмосферу выделяется часть порошковой краски в виде дисперсной пыли.

2.При проведении процесса полимеризации покрытия в атмосферу выделяется пары вредных веществ.

3.При проведении механической подготовки поверхности к окраске образуется мелкодисперсная промышленная пыль, которая загрязняет атмосферу и почву.

4.При проведении химической подготовки поверхности перед окрашиванием образуются промышленные сточные воды, загрязняющие воздушную среду.

Необходимо отметить, что порошковые краски имеют значительно большую экологическую безопасность, чем традиционные жидкие лакокрасочные материалы.

Это достигается следующими мерами:

1.В составе большинства современных порошковых красок производители стараются не применять вредные компоненты (пигменты, отвердители и различные добавки).

2.При окрашивании порошковыми красками технологические потери окрасочного материала значительно меньше, чем при использовании жидких ЛКМ, а применение рекуператоров практически исключает отходы окрасочного материала (рекуперация 99%), а значит, резко снижает вредное воздействие на окружающую среду.

3.Количество образующихся летучих продуктов при формировании покрытий из порошковых красок невелико. Оно не превышает 3…5 г на 1 кг использованной краски. Это в сотни раз меньше количества выделяемых летучих соединений при формировании покрытий из традиционных жидких лакокрасочных материалов.

4.Порошковые краски, являясь горючими материалами, в пожарном отношении, однако менее опасны, чем содержащие растворители жидкие краски: минимальная энергия зажигания взвесей порошковых красок в воздухе примерно в 100 раз меньше, чем жидких красок.

Таким образом, основное воздействие окрасочного производства порошковыми красками проявляется через засорение атмосферы, водной среды и почвы.

Необходимо подчеркнуть, что порошковое окрашивание оказывает куда меньшее вредное воздействие на окружающую среду даже без применения специальных защитных средств.

В целом можно отметить следующие экологические преимущества порошковой краски:

1.Не содержит вредных органических примесей.

2.Технология является экологически чистой.

3.Сниженная опасность возгорания.

4.Минимальное выделение химического запаха.

5.технология способствует улучшению санитарно-гигиенических условий труда.

6.Концентрация летучих веществ, выделяющихся в процессе полимеризации, никогда не достигает предельно допустимой нормы.

5.2 Средства защиты окружающей среды от вредных факторов

Средства защиты для порошковой краски защиты

Одной из форм экологической защиты окружающей среды является применение малоотходной технологии. При применении порошкового окрашивания эта технология проявляется в резком снижении отходов окрасочного материала по сравнению с традиционным способом окрашивания. В атмосферу уходит только один процент вредных веществ от общего объема использованной краски, в то время как при использовании традиционного метода окрашивания количество отходов может достигать 30…40%.

На эту же малоотходную технологию работает и значительно меньшее применение различных химических препаратов используемых на стадии подготовки поверхности перед окрашиванием по сравнению с традиционным способом окрашивания.

Для очистки воздуха от частиц порошковой краски применяются циклоны, принцип действия которого основан на использовании центробежной силы, воздействующей на частицы краски во вращающемся потоке воздуха (рис.5.1.).

Воздух, подвергаемыйочистке, вводятся через патрубок по касательной к внутренней поверхности корпуса. За счет тангенциального подвода происходит закрутка воздушнопылевого потока. Частицы краски отбрасываются к стенке корпуса и по ней ссыпаются вниз в бункер. Воздух, освободившись от частиц краски поворачивает на 180 и выходит из циклона через трубу. Для более тонкой очистки воздуха за циклоном устанавливают специальные фильтры.

Средства защиты от промышленных сточных вод

При проведении работ по подготовке поверхности к окраске выполняется химическая подготовка поверхности. Она заключается в смывании пылевых и технических загрязнений с поверхности детали, обработка поверхности химическими препаратами для обезжиривания и фосфатирова-ния и повторной мойки поверхности детали. В результате этих операций образуются загрязненные сточные промышленные воды, которые оказывают вредное воздействие на окружающую среду.

Для уменьшения вредного воздействия в этом случае применяются специальные очистные сооружения, располагаемые на территории станции технического обслуживания автомобилей.

В комплекс очистных сооружений, как правило, входят сооружения механической очистки. В состав сооружений механической очистки входят решетки, различного рода уловители, отстойники, фильтры.

В зависимости от требуемой степени очистки сооружения механической очистки могут дополняться сооружениями химической, биологической либо физико-химической очистке.

Механическая очистка применяется для выделения из сточных вод нерастворимых минеральных и органических примесей. Механическая очистка сточных вод обеспечивает снижение содержания взвешенных веществ до 90%, органических - до 20%.

В нашем случае возможна дополнительная очистка сточных вод химическим методом путем нейтрализации.

Перед сбросом в водоем очищенные сточные воды обеззараживают. Очищенные сточные воды направляют в оборотные системы водообеспечения или сбрасывают в канализацию, обработанный осадок утилизуют.

Средства защиты от механической абразивной пыли

Механическая абразивная пыль образуется на окрасочном участке в местах подготовки ремонтируемых поверхностей деталей в результате обработки шлифовальными машинками. Эта пыль собирается в специальные контейнеры и направляется на утилизацию либо на промышленную свалку, либо на специальный завод по переработке отходов.



6. Экономическая часть

6.1 Допущения, принятые при расчете экономической эффективности

При внедрении предлагаемой технологии окрашивания порошковыми красками, вместо традиционной жидкими лакокрасочными материалами, экономический эффект предполагается получить за счет удаления из технологического процесса окрашивания операций грунтования, а также уменьшения количества наносимых слоев и отсутствия операций промежуточной сушки лакокрасочного покрытия.

Экономический эффект будем определять в расчете на 1 м2 площади окрашиваемой поверхности, без учета операций подготовки поверхности, шпатлевания и полирования поверхности, так как для обеих технологий они одинаковы. Принимаем, что в обоих случаях используется терморадиационный нагрев. Тогда вопрос экономической оценки заключается в расчете норм расхода лакокрасочных материалов (жидких и порошковых), средств для промежуточной обработки поверхности (обезжириватель и Ferrofos), а также в сравнении затрат на эти материалы.

Для расчета принимаем жидкую краску эмаль МЛ-12 красного цвета, грунтовку ГФ-021, разбавитель Р-197 и отвердитель "Диур". В качестве порошковой краски при расчетах используем полиэфирную краску П-ПЭ-1130 красного цвета (RAL 3002).

6.2 Расчет стоимости ремонтных материалов при окрашивании жидкими лакокрасочными материалами

С учетом принятых допущений стоимость ремонтных материалов при окрашивании жидкими ЛКМ определим по формуле:



,

где Згр.- затраты на грунтовочные материалы, руб./м2;

Зоб. - затраты на обезжириватель, руб./м2;

Зэм. - затраты на покрывную эмаль, руб./м2;

Зраст.эм. - затраты на растворитель для эмали, руб./м2;

Зраст.гр. - затраты на растворитель для грунтовки, руб./м2;

Зотв. - затраты на отвердитель, руб./м2.

Затраты на грунтовочные материалы

Затраты на грунтовочные материалы определяем в следующей последовательности.

Технологический расход грунтовки

Tгр. = Nуд.гр.*S*n = 0,04*1*2 = 0,08 кг,

где Nуд.гр. = 0,04 кг/м2 - удельная норма расхода грунтовки [13 ];

S = 1 м2 - площадь окрашиваемой поверхности;

n = 2 - число наносимых слоев.

Полный расход грунтовки

Nгр. = Тгр. + Пт.гр. + По гр. = 0,08 + 0,5*0,08 + 0,03*0,08 = 0,12 кг

где Пт гр. - технологические потери лакокрасочных материалов, составляют 20…50% от технологического расхода ЛКМ [12];

По гр. - организационные потери, обусловленные нарушениями в транспортировании, хранении и использовании лакокрасочных материалов, составляют 1…3% от технологического расхода ЛКМ.

Затраты на грунтовку



,

где Цгр = 60 руб/кг - стоимость одного килограмма грунтовки ГФ-021 .

Затраты на обезжириватель

Полный расход обезжиривателя

Nоб = Nуд.об.*S*n = 0,055*1*1 = 0,055 кг,

где N = 0,055 кг/м2 - удельная норма расхода обезжиривателя;

S = 1 м2 - площадь окрашиваемой поверхности;

n = 1 - число наносимых слоев.

Затраты на обезжириватель

,

где Цоб. = 120 руб/кг - стоимость одного килограмма обезжиривателя .

Затраты на покрывную эмаль

Технологический расход эмали

Tэм. = Nуд.эм.*S*n = 0,08*1*2 = 0,16 кг,

где Nуд.эм. = 0,08 кг/м2 - удельная норма расхода эмали [ 59 ];

S = 1 м2 - площадь окрашиваемой поверхности;

n = 2 - число наносимых слоев.

Полный расход эмали

Nэм. = Тэм + Пт.эм. + По эм. = 0,16 + 0,5*0,16 + 0,03*0,16 = 0,24 кг

Затраты на эмаль

,

где Цгр = 550 руб/кг - стоимость одного килограмма эмали МЛ-12 .

Затраты на растворитель для эмали

Для доведения эмали до необходимой вязкости к ней необходимо добавить 25% растворителя. Тогда полный расход растворителя для эмали составит:

Nраст.эм. = Nэм.*0,25 = 0,24*0,25 = 0,06 кг

Затраты на растворитель для эмали

Зраст.эм. = Nраст.эм.*Цраст. = 0,06*190 = 11,4 руб.,

где Цраст. = 190 руб. - цена 1 кг растворителя Р-197.

Затраты на растворитель для грунтовки

Для доведения грунта до необходимой вязкости к ней необходимо добавить 25% растворителя. Тогда полный расход растворителя для грунтовки составит:

Nраст.гр. = Nгр.*0,25 = 0,12*0,25 = 0,03 кг

Затраты на растворитель для эмали

Зраст.грм. = Nраст.гр.*Цраст. = 0,03*190 = 5,7 руб.,

Затраты на отвердитель для эмали

В эмаль добавляется 3% отвердителя "Диур". Тогда полный расход отвердителя составляет



Nотв.эм. = Nэм.*0,25 = 0,24*0,03 = 0,007 кг

Затраты на отвердитель для эмали

Зотв.эм.= Nотв.эм.*Цотв.. = 0,007*600 = 4,2 руб.,

где Цотв. = 600 руб. - стоимость 1 кг отвердителя "Диур".

Стоимость жидких ЛКМ затрачиваемых на окраску 1 м2 поверхности

,

6.3 Расчет стоимости ремонтных материалов при окрашивании порошковыми лакокрасочными материалами

Стоимость ремонтных материалов при окрашивании порошковыми красками

,

где Зпор.кр. - затраты на порошковую краску, руб/м2;

ЗFerrofos - затраты на препарат Ferrofos, руб./м2.

Затраты на порошковую краску

Технологический расход порошковой краски

Tпор.кр. =S*h* = 1*70*10-6*1*1400 = 0,098 кг,

где h. = 70 мкм - толщина наносимого слоя;

S = 1 м2 - площадь окрашиваемой поверхности;

= 1400 кг/м3 - плотность порошковой краски в расплаве .

Полный расход порошковой краски

Nпор.кр. = Тпор.кр. + Пт.пор.кр. + По пор.кр. = 0,098 + 0,02*0,098 + 0,03*0,098 = 0,10 кг

где Пт пор.кр - технологические потери лакокрасочных материалов, составляют 2% от технологического расхода порошковой краски;

По пор.кр. - организационные потери, обусловленные нарушениями в транспортировании, хранении и использовании лакокрасочных материалов, составляют 1…3% от технологического расхода порошковой краски.

Затраты на порошковую краску

,

где Цгр = 350 руб/кг - стоимость одного килограмма порошковой краски .

Затраты на препарат Ferrofos

Полный расход препарата Ferrofos

NFerrofos = Nуд.Ftrrofos*S*n = 0,02*1*1 = 0,02 кг,,

где Nуд. Ftrrofos = 0,02 кг/м2 - удельная норма расхода препарата Ferrofos;

S = 1 м2 - окрашиваемая площадь;

n = 1 - число слоев покрытия.

Затраты на препарат Ferrofos

,

где ЦFerrofos = 295 руб/кг - стоимость одного килограмма препарата Ferrofos .

Общая стоимость ремонтных материалов при окрашивании порошковыми красками составит

,

Удешевление стоимости ремонтных материалов при окрашивании порошковыми красками по сравнению с жидкими лакокрасочными материалами для 1 м2 составит

,

Таким образом, при внедрении новой технологии ремонтного окрашивания деталей автомобилей достигается экономия в 102.6 руб. с одного квадратного метра окрашиваемой поверхности только за счет удешевления стоимости ремонтных материалов.

Необходимо отметить, что экономический эффект будет еще выше если учесть общее снижение трудоемкости при применении нового технологического процесса окрашивания за счет устранения ряда технологических операций (например, грунтования, уменьшения количества наносимых слоев покрытия).



Заключение

В дипломном проекте предложена решение технологической задачи совершенствования технологии ремонтного окрашивания автомобилей порошковыми лакокрасочными материалами в условия станций технического обслуживания автомобилей.

В разделе "Обоснование проекта" проанализированы достоинства и недостатки порошкового окрашивания, анализ видов и причин отказов лакокрасочного покрытия автомобилей. В конце этого раздела сформулированы цели и задачи проекта.

В разделе "Технологическая часть" рассмотрены виды порошковых красок и исследованы их сравнительные характеристики. Определены виды порошковых красок наиболее подходящие для ремонтного окрашивания автомобилей. Это полиэфирные и эпокси-полиэфирные порошковые краски. В этом же разделе рассмотрены различные методы окрашивания порошковыми красками. Для сравнения показаны технологические процессы окрашивания автомобилей жидкими и порошковыми красками в условиях завода-изготовителя. Здесь же по литературным источникам разобраны методы подготовки поверхности для окрашивания в условиях ремонтного производства. Показаны различные методы подготовки поверхности к окрашиванию, позволяющие выполнять окрашивание в условиях ремонтного производства на станциях технического обслуживания. рассмотрена совместимость покрытий из жидких ЛКМ с порошковыми ЛКМ.

В разделе "Расчетно-конструкторская часть" предложен технологический процесс ремонтного окрашивания деталей автомобилей в условиях станции технического обслуживания автомобилей, разработан участок окраски автомобилей порошковыми красками для СТОА, подобрано и описано специализированное технологическое оборудование для порошкового окрашивания.