Оптимизация размещения и автоматических напылителей в системах порошковой окраски

Один вопрос часто дебатируется среди специалистов индустрии порошковой окраски и её потребителей: «Как лучше располагать автоматические системы напыления -стационарно или на манипуляторах; на осцилляторах или ресипрокаторах?»

Разные эксперты и продавцы оборудования защищают тот или иной метод размещения напылителей как «самый лучший» и редко кто объясняет почему. В результате, потребители технологии часто сталкиваются с конфликтующей информацией и не осознают реальных преимуществ или недостатков каждого метода. Более того, на многих предприятий где применяются автоматические манипуляторы систем напыления, нет никого кто знает как правильно их настроить для достижения наибольшей равномерности наносимого покрытия. Чтобы понять какой метод размещения систем напыления лучше для каждого конкретного случая, нужно сначала определить те критерии по которым мы будем оценивать преимущества и недостатки каждого метода. Например, что является более важным: равномерность покрытия; степень автоматической прокраски сложных участков деталей; или эффективность осаждения порошковых покрытий? Преимущества и применимость каждого из методов размещения автоматических напылителей в каждой конкретной ситуации зависит от следующих факторов:

- Высота окрашиваемого изделия;

- Скорость конвейера;

- Число автоматических напылителей;

- Важность достижения максимальной эффективности нанесения покрытий;

- Бюджет проекта;

- Степень автоматизации.

Начнем с анализа основных принципов расположания автоматических систем напыления в системах порошковой окраски. Прежде чем решать как расположить автоматические напылители, важно знать размер эффективного факела напыления используемых напылителей. Что является эффективным факелом напыления?Возьмём плоскую, металлическую поверхность (скажем 500 х 500 мм) и пропустим её на конвейеречерез факел напыления одного стационарного напылителя. Затем оплавим нанесенное покрытие и измерим его толщину на каждом сантиметре вдоль центральной оси факела напыления. При качественном исполнении напылителя и его распылительной насадки, мы обнаружим нормальное распределение толщины нанесенного покрытия. Иллюстрации 1 и 2.

Теперь возьмём максимальную толщину нанесенного покрытия, разделим её на 2 и измерим расстояние между точками по обе стороны оси факела напыления в которых толщина нанесенного покрытия равна половине максимальной  величины. Это расстояние и является эффективным факелом напыления данного напылителя, при данном расходе воздуха, и на данном расстоянии между напылителем и окрашиваемой поверхностью. При использовании двух и более напылителей, для достижения равномерного покрытия их эффективные факелы напыления (точнее их отображение на изделии) должны «соприкасаться» но не перехлестываться или образовывать зазоры. В простейшем случае использования двух стационарных напылителей, расстояние между центрами факелов должны быть равны эффективному факелу напыления. Иллюстрация 3 показывает что наносимые покрытия двух напылителей перекрываются в точках где толщина покрытия наносимого каждым напылителем равна половине максимального  значения.

Именно благодаря такому перекрытию двух факелов напыления на половину максимальной толщины покрытия (соприкасание эффективных факелов) достигается  равномерность результирующего покрытия. Этот принцип соприкасания эффективных факелов напылителей применим как к стационарно расположенным так и к манипулируемым напылителям. Разница только в том, что используя стационарные напылители мы соприкасаем факелы напыления двух разных напылителей а при использовании осциллирующего напылителя  (или горизонтальной группы  напылителей) положение эффективного факела напыления в конце цикла (вверх - вниз) должно соприкасаться с изначальным положением. (Иллюстрация 4)

В простейшем случае, за время одного цикла вертикальной манипуляции напылителя, конвейерная линия перемещается на расстояние равное эффективному факелу напыления. Формула в Иллюстрации 5, показывает как рассчитать число единичных манипуляций (вверх или вниз) в минуту при котором достигается равномерное наносимое покрытие.

В формуле:

S – скорость конвейера (м./мин.)

E – размер эффективного факела напыления (м.)

H – высота амплитуды манипуляции (м.)

N – число единичных манипуляций в минуту.

Немного математики...

При условии что конвейер продвгается на растояние (E/2) за то же время что автоматический  манипулятор делает одно полное движение (вверх или вниз) проходя расстояние (H) мы можем написать следующее уравнение:

H/ν = (E/2)/S (время одного размаха или время продвижения конвейера на Е/2).

Или...

ν = H x S/(E/2) (м/мин.)

В то же время:

ν = H x N (м/мин.)

Уравнивая: H x N = H x S/(E/2) и решая по N мы получаем:

N = S/(E/2) (манипуляций/мин.)

При расчете числа манипуляций по этой формуле, положение эффективного факела напылителя в конце цикла (две манипуляции) соприкаснется с его изначальным положением не создавая зазоров или перехлестов. Каждая точка поверхности окрашиваемого изделия будет окрашена дважды. Что если мы хотим окрасить каждую точку поверхности четыре раза? Мы просто меняем 2 на 4 в вышевыведенной формуле. При этом, за время продвижения конвейера на расстояние равное эффективному факелу напыления,  манипулятор завершит два цикла – вверх-вниз-вверх-вниз. Хотите окрасить каждую точку поверхности 6 раз? Измените 4 в формуле на 6. Таким образом, в обобщенном виде формула расчета числа единичных манипуляций может быть написана как:

N = n x S/E

Где n – число раз мы окрашиваем каждую точку поверхности изделия.

Сколько раз следует окрашивать каждую поверхность для оптимизации процесса? Теоретически, чем больше слоёв наносится тем равномернее покрытие. Это происходит в силу того что вероятность совпадение утолщений и провалов в толщине одного слоя с другим очень низка. При расчете числа манипуляций осцилятора или ресипрокатора в минуту не стоит забывать о максимально допустимой скорости движения напылителя которая не должна превышать 0.5 м./сек. или 30 м./мин.

ν = N x H < 30 m/min.

При превышении данной скорости, мягкий факел напыления начинает отставать от движения напылителя – так называемый «эффект метлы» (Иллюстрация 6) при появлении которого равномерность покрытия и эффективность осаждения ухудшаются.

При использовании стационарных напылителей, их факелы напыления обычно ориентируют вертикально и напылители располагаются вертикально. Напылители на манипуляторах могут располагаться вертикально или горизонтально. В обоих случаях, факела осциллирующих напылителей ориентируются горизонтально. (Иллюстрация 7).

При расположении напылителей в одну линию (вертикално или горизонтально) их факелы напыления  могут быть слегка повернуты (~ 15°) чтобы избежать возможной турбулентности (и неравномерности покрытия) в зоне перехлеста смежных факелов. Или, напылители могут быть слегка сдвинуты от линии друг с другом. Поворот факела напыления также может использоваться для контроля размера эффективного факела и расстояния между напылителями.

По материалам сети интернет.