Размещено на http://www.allbest.ru

АННОТАЦИЯ

Курсовой проект «Камера окрашивания изделий порошковой краской» выполнен на основе данных учебной практики на предприятии ОАО «ЖМЗ», г. Жуковский.

Проведён выбор технологического процесса подготовки поверхности и окрашивания комплектующих деталей газового котла «АГВ 11».

Проведён расчёт конвейерной линии, а также выполнен материальный расчёт потребности краски и произведены конструктивные расчёты камеры порошковой окраски.

Расчётно-пояснительная записка содержит 58 листов машинопечатного текста, включающая 9 таблиц, 2 рисунка и 31 ссылку на использованный источник информации.



СОДЕРЖАНИЕ

1. Литературный обзор

1.1 Виды порошковых красок

1.2 Способы нанесения порошковых красок

1.3 Виды распылительных камер

2. Технологическая часть

2.1 Конструктивные параметры

2.2 Технологические параметры

2.3 Характеристика исходного состояния окрашиваемой поверхности

2.4 Требования к подготовленной поверхности

2.5 Выбор технологического процесса подготовки поверхности

2.6 Основные операции, проводимые при подготовке поверхности

2.6.1 Обезжиривание

2.6.2 Фосфатирование

2.6.3 Пассивирование

2.6.4 Промывка

2.6.5 Сушка от влаги

2.7 Выбор порошковой краски

2.8 Выбор метода окрашивания

2.9. Выбор камеры окрашивания

2.10 Выбор метода отверждения лакокрасочного покрытия

2.11 Технологическая карта

3. Расчётная часть

3.1 Расчёт конвейера

3.2 Материальный расчёт

3.3 Конструктивный расчёт камеры

3.3.1 Расчёт установки для нанесения порошковых материалов

3.3.2.Расчёт циклона

3.3.3 Расчёт рукавного фильтра

Список используемой литературы



1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Виды порошковых красок

Порошковые материалы являются наиболее значительным открытием XX века в лакокрасочной технологии. Они были разработаны не только для того, чтобы обеспечить надежную защиту и придать красивый вид изделиям, но и чтобы решать экологическую проблему в области покрытий. Этому способствует практически полное отсутствие органических растворителей и других летучих компонентов в их составе. По этой причине область применения порошковых лакокрасочных материалов (ЛКМ) все больше расширяется. поверхность окрашивание котел краска порошковый камера

Все порошковые ЛКМ могут быть разделены на две большие группы: термопластичные и термореактивные.

Термопластичные ЛКМ формируют покрытия без химических реакций, лишь за счет сплавления частиц при нагревании. Образующиеся из них покрытия термопластичны, обратимы. Их применяют преимущественно для получения покрытий функционального назначения - химически стойких, противокоррозионных, антифрикционных, электроизоляционных. Покрытия обычно наносят толстыми слоями - 250 мкм и более. Типичные области их применения - защита проволоки, труб, корзин посудомоечных машин, морозильных камер, шлицевых валов и узлов трения, электроизоляция шин, переключателей и других изделий.

Термореактивные краски, в отличие от термопластичных, формируют покрытия посредством химических реакций при нагревании. Такие покрытия имеют трехмерное строение, они неплавкие и нерастворимы, т. е. необратимы. Термореактивные краски служат для получения, как функциональных покрытий, так и защитно-декоративных. Для получения покрытий функционального назначения наиболее широко применяют эпоксидные составы. Их наносят слоями 100-150 мкм на нагретую поверхность в аппаратах кипящего слоя (многократно чередуя нагрев и погружение в порошок) или струйным распылением. Так наносят покрытия на роторы и статоры электродвигателей, на трубы - снаружи и изнутри, металлическую арматуру, проволоку, сетку, катушки.

Основная доля потребления термореактивных красок, однако, приходится на защитно-декоративные покрытия, для которых внешний вид наиболее важен. Такие покрытия обычно имеют небольшую толщину (25-100 мкм). Наиболее распространенный способ их нанесения - электростатическое распыление. Трудно перечислить все области применения этих покрытий. В качестве примера можно указать окрашивание бытовой техники (холодильники, стиральные машины и т. д.), защиту авто - и мото-деталей, изделий хозяйственного назначения, а также лакирование металлических и других изделий.

Большинство порошковых ЛКМ состоит из небольшого числа компонентов: пленкообразователя (полимера или олигомера), пигментов и наполнителей, вспомогательных веществ и других целевых добавок.

Термореактивные краски получают по следующей технологии . Сначала все сыпучие компоненты, имеющие небольшой размер частиц, смешивают всухую до получения однородной массы, затем смесь экструдируют, сплав охлаждают, измельчают и фракционируют до частиц требуемого размера; полученную краску упаковывают в тару и транспортируют. Определяющее влияние на качество красок оказывает процесс экструдирования, т. е. смешения компонентов в расплаве, при котором происходит полная гомогенизация их состава. Важной является и операция измельчения, которая обеспечивает нужный размер частиц. Отклонения от требуемого размера частиц отрицательно сказываются на качестве получаемых покрытий.

Термопластичные порошковые краски наиболее часто получают с применением смесительного оборудования, совмещающего процесс смешения с измельчением материала, - шаровых и вибромельниц, дезинтеграторов и др.

· Полиэфирные краски.

Известно несколько видов порошковых полиэфирных красок, применяемых в коммерческом масштабе: полиэфир-уретановые, полиэфирные, отверждаемые триглицидилизоциануратом (ТГИЦ), и другие их разновидности.

Полиэфир-уретановые составы представляют собой комбинации гидроксилсодержащих полиэфиров и блокированных полиизоцианатов. Чаще всего блокирование производят капролактамом или оксимами. Формирование покрытия должно происходить при температуре, превышающей температуру деблокирования, которая в случае капролактама, например, составляет около 170 °С.. Покрытия наносят небольшой толщины (25-75 мкм), так как в толстых слоях затрудняется удаление деблокирующего агента из пленки. Полиэфир-уретановые покрытия сочетают в себе комплекс ценных свойств: твердость с высокой устойчивостью к сколам, устойчивость к погодным условиям и химическая стойкость. Они устойчивы в разбавленных растворах кислот, солевых средах, выдерживают воздействие ароматических и алифатических углеводородов, бензина и смазочных масел; тонкие слои этих покрытий хорошо защищают металлы от коррозии. Области применения полиэфир-уретановых покрытий - защита оборудования спортивных площадок и садов, кондиционеров, электрооборудования, деталей автомобилей, металлической мебели. Лаки служат хорошей защитой различных пигментированных покрытий, в том числе флуоресцентных.

Полиэфирные краски, отверждаемые ТГИЦ, изготавливают на основе карбоксилсодержащих полиэфиров. ТГИЦ вводят в полимер по числу функциональных групп, обычно в соотношении на 9 ч. полимера 1 ч. ТГИЦ. Покрытия (толщина около 75 мкм) формируются при более низких температурах, чем полиэфир-уретановые. Особенность этих красок - способность хорошо укрывать, не стекая, острые кромки; с их помощью легко получать текстурированные (типа апельсиновой корки) покрытия. Покрытие имеет хорошие механические свойства, отличную светостойкость и погодоустойчивость. По адгезии и противокоррозионным свойствам они близки к полиэфир-уретановым покрытиям, однако по устойчивости к химическим веществам и растворителям заметно уступают последним. Типичные сферы применения полиэфирных покрытий с отвердителем ТГИЦ- защита алюминиевых профилей, дисков колес, трансформаторов, кондиционеров, оборудования газонов, металлических ограждений.

Другие разновидности полиэфирных красок представляют недавно разработанные составы с использованием меламина, гидроксиалкиламидов, неблокированных изоцианатов и глицидилсодержащих соединений. Эти составы относительно новы, подробный анализ их свойств представляется преждевременным. Можно сказать, что в этих материалах сочетаются достоинства и недостатки известных порошковых красок. Тем не менее, они расширяют рынок порошковых лакокрасочных материалов.

· Полиакрилатные краски.

Первые попытки создания таких красок не увенчались успехом. Покрытия были хрупкими, не отличались чистотой поверхности, возникла проблема загрязнения ими других красок. По мере совершенствования акрилатных смол и расширения их ассортимента улучшилось и качество получаемых из них порошковых красок. В настоящее время производят следующие виды полиакрилатных красок: полиакрилат-уретановые (на основе гидроксилсодержащих смол), гибридные полиакрилатные (с применением карбоксилсодержащих смол) и глицидилсодержащие полиакрилатные (на основе эпоксидированных смол).

Полиакрилат-уретановые краски аналогично полиэфир-уретановым требуют довольно высокой температуры и времени для формирования покрытий (минимальная температура деблокирования 180 °С). Получаемые покрытия по атмосферо- и химстойкости превосходят покрытия из полиэфир-уретанов, что согласуется со свойствами полиакрилатов. Они имеют хороший розлив и абсолютно гладкую поверхность при небольшой толщине. Предельная их толщина, необходимая для улетучивания деблокирующего агента, - 75 мкм. По механическим свойствам - гибкости и устойчивости к удару полиакрилат-уретановые покрытия значительно уступают полиэфир-уретановым. Сферы применения этих покрытий - защита дисков колес, окрашивание торговых автоматов, жести, проката из алюминия.

Гибридные полиакрилатные краски изготовляют на смесях акрилатных и эпоксидных смол, поэтому их считают аналогами гибридных эпоксидно-полиэфирных красок. Вместе с тем по свойствам покрытий они существенно превосходят последние. Отмечается, в частности, лучшая атмосферостойкость. Гибридные полиакрилатные краски наиболее широко применяют для окрашивания металлической мебели и осветительного оборудования.

Глицидилсодержащие полиакрилатные составы характеризуются относительно быстрым отверждением; покрытия хорошо противостоят погодным воздействиям. Непигментированные покрытия отличаются чистотой поверхности и прозрачностью пленки, поэтому они идеально подходят для лакирования латуни и хромированных изделий. Красивый внешний вид имеют и пигментированные покрытия. Допустимая толщина покрытия лежит в широких пределах; однако в толстых слоях гибкость покрытий может быть пониженной.

· Эпоксидные краски.

Это первый вид термореактивных порошковых материалов, освоенных в промышленности, имеющий широкое применение до сих пор. Несмотря на то, что эпоксидные краски могут образовывать покрытия с хорошими декоративными свойствами, они используются, прежде всего, для получения функциональных покрытий. Существующие эпоксидные краски разнообразны по составу. В зависимости от типа смолы и отвердителя они образуют покрытия с разнообразными свойствами. При соответствующем выборе сырья получены краски и покрытия, допускающие контакт с продуктами питания. Главный недостаток эпоксидных покрытий - низкая устойчивость к атмосферным воздействиям.

Краски функционального назначения. Главные области применения таких красок - электрическая изоляция и защита от коррозии. Эпоксидные краски явились хорошей альтернативой многим видам электроизоляции, ранее применявшимся в промышленности, как-то: обмотка лентой, компаундирование, окраска (пропитка) жидкими красками и др. Благодаря комплексу ценных свойств, простоте и низкой стоимости электроизоляции эпоксидные порошковые краски и компаунды приобрели доминирующее значение в электротехнической и радиоэлектронной промышленности. Эпоксидные порошковые краски широко используются в целях противокоррозионной защиты. Покрытия отличаются низкой стоимостью, простотой обслуживания и долговременной защитой в разных агрессивных средах. Для них характерны гибкость, ударопрочность, низкая проницаемость, хорошая термостойкость и адгезия. Краски могут быть нанесены тем или иным способом на холодную или предварительно нагретую поверхность. После отверждения они могут длительно эксплуатироваться при температурах до 150 °С. Как электроизоляционные по стойкости к нагреванию их относят к классу В (130 °С).

Краски защитно-декоративного назначения. В отличие от материалов функционального назначения этот вид красок предназначен для получения покрытий небольшой толщины. Их выбирают в соответствии с конкретными требованиями. Области применения таких составов разнообразны. В первую очередь, это сушильные барабаны, садовый инвентарь, дверная мебельная фурнитура, микроволновые печи, детали холодильников, стеллажи, игрушки.

· Эпоксидно-полиэфирные (гибридные) краски.

Эти краски более устойчивы, чем эпоксидные, к пожелтению, вызванному перегревом в момент отверждения покрытий. В меньшей степени проявляются меление и изменение цвета покрытий при эксплуатации в атмосферных условиях. Тем не менее, гибридные покрытия, как и эпоксидные, не рекомендуется применять в условиях воздействия солнечного света. Механические свойства (гибкость, твердость, ударопрочность) покрытий в основном такие же, как и у эпоксидных, а стойкость к воздействию химикатов несколько ниже.

Эпоксидно-полиэфирные краски имеют те же сферы применения, что и эпоксидные защитно-декоративного назначения. Ими окрашивают стеллажи, водонагреватели, офисную металлическую мебель, электроинструмент, огнетушители, масляные фильтры и многое другое.

Порошковые краски наносят на детали либо электростатическим распылением, либо их погружением в псевдоожиженный слой (с электризацией частиц или без нее), либо методом газопламенного распыления. /1/

1.2 Способы нанесения порошковых красок

· Электростатическое распыление.

Электростатическое распыление наиболее удобно и обеспечивает лучший контроль толщины покрытия. Оно стало основным методом нанесения покрытий в промышленности. Этот способ экономичен, обеспечивает хорошее качество покрытий, возможность автоматизации процесса и высокую производительность. Путем воздействия электрического поля на аэродинамичные частицы достигается практически полное осаждение распыляемого лакокрасочного материала на изделия (потери не >10%).

В электрическом поле можно окрашивать изделия I и II групп сложности, изготовленные из различных материалов, с применением стационарных и ручных установок. Особенно приемлем этот способ при окрашивании мелких изделий не очень сложной формы: деталей приборов, авто-, вело - и мотодеталей, электротехнических изделий, фурнитуры, бытовой техники, мебели, обуви и др. Его используют и при окрашивании средне - и крупногабаритных изделий, таких как кузова и кабины автомобилей, железнодорожные и трамвайные вагоны, автобусы. Хорошие результаты получены как при массовом, серийном производстве, так и при окрашивании единичных изделий. При применении стационарных установок существенно улучшаются санитарно-гигиенические условия труда, и повышается общая культура производства.

Основы способа. Сущность электростатического способа заключается в распылении лакокрасочного материала с одновременным сообщением образующимся аэрозольным частицам электрического заряда, благодаря чему они равномерно осаждаются на противоположно заряженном изделии. При электростатическом нанесении приемлем любой способ образования аэрозолей, однако наиболее распространены механическое (центробежное), пневматическое и гидравлическое (безвоздушное) распыление. Возникновение заряда на частицах связано с наложением постоянного электрического поля высокого напряжения (50-140 кВ), при этом изделие, как правило, заземляется. Существует несколько способов зарядки аэрозольных частиц, определяющих различный подход к аппаратурному оформлению процессов. Практическое использование нашли два из них: ионный и контактный.

Ионная зарядка. Ионная зарядка (зарядка ионной адсорбцией) широко используется во многих аппаратах электронно-ионной технологии благодаря высокой эффективности и простоте процесса. Источником ионов обычно является коронный разряд, возникающий в пространстве между двумя электродами, например, между электродной сеткой, соединенной с источником высокого напряжения, и заземленным изделием. Одним из важных свойств коронного разряда является его способность сообщать заряд аэрозолю, находящемуся на некотором расстоянии от электрода. Заряд возникает в результате адсорбции частицами аэрозоля ионов, возникающих при ионизации воздуха. Адсорбция происходит до тех пор, пока силы отталкивания между ионами, осевшими на частице, и силы притяжения ионов частицей не уравняются. Адсорбция ионов вызывает направленное движение аэрозольных частиц (капель) по силовым линиям поля в сторону окрашиваемого изделия.

Контактная зарядка. Контактная зарядка (или зарядка путем электростатической индукции) происходит в результате контакта лакокрасочного материала с острой кромкой распылителя, восполняющего одновременно роль коронирующего электрода. Для лучшей зарядки материала обычно выбирают электрод вытянутой формы, образующий кромку в виде острия. Чем меньше радиус распылителя, тем больше напряженность электрического поля в этом месте и легче возникает коронный заряд, вызывающий распыление и зарядку материала. Коронный разряд образуется на острие кромки электрода, если напряженность поля достигает 3 МВ/м. При этом электрические заряды интенсивно стекают в воздух, вызывая его ионизацию в прилегающем к электроду пространстве. При подключении высокого напряжения к коронирующему электроду на острие его кромки создается поверхностный заряд большой плотности. Если на такую кромку подать тонкий слой лакокрасочного материала, то он будет заряжаться и под влиянием сил электрического поля вытягиваться и стекать с поверхности в направлении заземленного изделия.

· Нанесение в кипящем (псевдоожиженном) слое.

Термореактивные порошковые краски, прежде всего эпоксидные, могут быть использованы для нанесения в псевдоожиженном слое. Однако большую часть покрытий в псевдоожиженном слое получают с применением термопластичных смол. В этом случае образуются толстые прочные покрытия с отличными механическими, электрическими и противокоррозионными свойствами.

Для нанесения покрытий этим методом порошок загружают в ванну, имеющую пористую перегородку и воздушную камеру. Сжатый воздух поступает в воздушную камеру, проходит через пористую перегородку и поднимается в верхнюю камеру с порошком. В результате псевдоожижения объем, занимаемый порошком, увеличивается на 50-150 % от первоначального. Иногда используется вибрация либо механическое встряхивание для содействия процессу псевдоожижения порошка. Данное состояние порошка аналогично наблюдаемому в питателе установки электростатического распыления.

Детали, на которые нужно наносить покрытие (обычно металлические), нагревают до температуры выше температуры плавления порошкового материала и опускают в псевдоожиженный слой порошка. Частицы порошка, соприкасаясь с поверхностью подложки, расплавляются, образуя пленку. Толщина покрытия на детали сначала очень быстро растет, но затем приближается к максимальной в течение 10 с после погружения в слой. Покрытия, нанесенные в псевдоожиженном слое, обычно имеют толщину от 0,25 до 0,50 мм, но при многократном нагревании и погружении могут быть получены покрытия с толщиной 2,5 мм. Такой процесс особенно полезен при нанесении покрытий на объекты с высокой удельной поверхностью, такие, как метизы, сетка и др. На острых концах и пересечениях проволоки образуется достаточно хорошее покрытие.

Если подложка имеет значительную массу, то количество теплоты, аккумулированной деталью, может быть достаточным для полного расплавления слоя покрытия. Однако, если покрывают изделия с небольшой массой, то для полного расплавления порошка бывает необходимо проводить последующее нагревание изделия.

· Нанесение в электростатическом кипящем слое.

Сущность данного метода нанесения покрытий заключается в том, что в камере псевдоожижения порошок переводят в состояние аэрозоля и одновременно посредством электрода высокого напряжения заряжают, создавая облако заряженных частиц. Когда заземлённый объект помещается в это облако, заряженный порошок быстро оседает на его поверхность. В большей части установок, производимых в настоящие время, порошок заряжается посредством ионизации воздуха.

Ввиду слишком быстрого оседания заряженного порошка на деталь очень сложно получить покрытие равномерной толщины от верхней части детали до нижней части на удлиненных деталях. Однако для выравнивания покрытия можно использовать вращение детали. Обычно этот процесс используется для нанесения покрытий на небольшие либо двухмерные детали, такие, как оконные переплеты.

Метод нанесения в электростатическом кипящем слое широко используется для изоляции роторов электродвигателей. Детали вращаются над псевдоожиженным слоем порошка, при этом получают равномерное покрытие. В тех местах, где наличие порошка нежелательно, например, на концах вала, он удаляется вакуумом. Затем деталь подвергается тепловой обработке с помощью ИК излучателя либо в конвективной печи. Этим способом наносят как термопластичные порошки, так и термореактивные, особенно краски на эпоксидных смолах.

· Газопламенное напыление.

Газопламенное напыление осуществляется с использованием распылителя, в котором термопластичный порошок продувается через пламя газовой горелки сжатым воздухом. Порошок плавится при этом и в таком виде попадает на изделие. Поскольку оборудование для распыления (газопламенные установки) является портативным, большие изделия, такие как танки, трубопроводы, мосты, легко могут быть окрашены по данной технологии. Оборудование для газопламенного напыления универсально. Его используют для нагревания поверхности, напыления порошка и повторного нагревания с целью разравнивания покрытия.

Установка состоит из газовой горелки, питателя, инжектора, компрессора для подачи воздуха и газового баллона. Порошок подается сжатым воздухом из питателя через шланг в газовую горелку. Расплавленные частицы, соприкасаясь с подложкой, растекаются, формируя монолитное покрытие. Подложка обычно предварительно нагревается до температуры приблизительно 65-95°С той же горелкой. Это помогает расплавленному порошку лучше растекаться по мере того, как он наносится на подложку. Скорость нанесения обычно составляет 4,5 м²/ч при толщине покрытия 0,25-0,4 мм, для нанесения покрытий на непористый материал требуется минимальная толщина пленки от 0,2 до 0,25 мм. При необходимости может быть достигнута максимальная толщина пленки 0,6 мм и более. Покрытия, полученные методом газопламенного напыления, не всегда имеют ровную поверхность; их назначение скорее функциональное и реже - декоративное.

С помощью установок газопламенного напыления можно наносить покрытия при почти любых погодных условиях, поскольку процесс не подвержен влиянию температуры и влажности. Количество образующихся летучих продуктов невелико, нет и проблем с удалением вредных отходов. Поэтому термопластичные покрытия, получаемые этим методом, являются конкурентоспособной альтернативой покрытиям из жидких красок, как в заводских, так и полевых условиях.

Этот метод заключается в нанесении распыленного порошка (аэрозоля) на предварительно нагретую поверхность. Так иногда наносят изоляционное покрытие на роторы и статоры электродвигателей. У статоров внутренние части не должны иметь слоя изоляции, поэтому подогретую деталь часто помещают на охлажденную оправку во избежание осаждения порошка на данной поверхности. Детали вращаются, и порошок наносят на горячую поверхность. Сопла распыляющего устройства установлены парами, противостоящими друг другу, и потоки порошка соударяются в центре изделия (ротора либо статора), обеспечивая хорошее проникновение порошка в зазоры. Обычное время распыления - в пределах 4-10 с. Порошок подается из питателя с псевдоожиженным слоем по трубам к распылительным соплам эжектором. В данном процессе обычно используются термореактивные порошковые краски, в первую очередь эпоксидные.

Струйное распыление можно осуществлять с помощью ручных пневмораспылителей. В случае толстостенных изделий с большой массой и большим запасом аккумулированной теплоты можно наносить более толстые покрытия (например, толщиной до 0,5 мм), чем методом электростатического распыления на холодные детали. При этом не возникает проблемы при окрашивании сложных по конфигурации деталей; могут использоваться как термопластичные, так и термореактивные порошковые краски. На деталях, которые можно покрывать краской полностью, таких, как трубы, арматура, образуются равномерные толстые покрытия. Однако, если изделия разнотолщинные, трудно контролировать толщину пленки на разных участках поверхности, поскольку деталь охлаждается по-разному. Для больших деталей время распыления может составлять от 30 до 60 с. Обычно, если время распыления превышает 1 мин, детали должны быть возвращены в печь для повторного нагревания и последующего повторного распыления порошка.

Трубы перед нанесением покрытия предварительно нагревают с помощью индукционных нагревательных устройств. Правильно составленный термореактивный порошковый материал, обычно эпоксидная краска, успевает отвердиться под влиянием теплоты детали. Затем деталь погружают в воду для охлаждения, после чего транспортируют на следующий этап контроля. При помощи такой системы окрашивания можно получать толстые, до 0,5мм и более, высококачественные защитные покрытия. /2/

1.3 Виды распылительных камер

Существуют различные типы распылительных камер, каждый из которых предназначен для соответствующего типа операций. Выбор камеры зависит от вида окрашиваемых деталей, характера производства, конструкции используемого конвейера.

· Тупиковые камеры.

Тупиковые камеры предназначены для нанесения порошковой краски на отдельные детали либо группы деталей в условиях мелкосерийного производства. Они могут быть использованы и в поточном производстве, когда отдельные детали должны окрашиваться дополнительно.

В таких камерах окрашивание обычно осуществляется вручную. Детали подаются внутрь камеры с помощью тали или на тележке, либо подвешиваются вручную на крюк. Камера имеет один рабочий проем, через который подаются детали, и осуществляется процесс их окрашивания. В зависимости от размера окрашиваемых деталей камеры могут быть небольшими (оператор стоит вне камеры) и достаточно большими, так что и оператор, и детали находятся внутри.

Поток воздуха в камерах для мелкосерийного производства может иметь боковую или нижнюю тягу. Сбор и утилизация порошка ограничены. Поскольку камеры служат для окрашивания небольших партий изделий с относительно небольшим потреблением порошка, зачастую утилизацию порошка не производят.

· Проходные камеры.

Проходные камеры весьма разнообразны по конструкции. Все они предназначены для нанесения покрытий на конвейерных линиях при среднем и крупносерийном производстве. Окрашиваемые изделия могут быть различны по размеру и форме: от небольших до средних и крупных, от простых плоских панелей до объемных изделий сложной конфигурации.

В конструкциях проходных камер предусмотрены проемы для подвесного конвейера для входа деталей и их выхода на каждом конце. Проемы для автоматических аппликаторов и/или ручного нанесения расположены вдоль сторон камеры. Оборудование для нанесения покрытий может быть автоматическим, ручным либо это комбинация того и другого - в зависимости от сложности изделий. Автоматические аппликаторы могут быть неподвижными, вибрирующими либо представлять собой механизмы с возвратно-поступательным движением вверх и вниз, внутрь и изнутри. Также могут быть использованы роботы с разным числом степеней свободы и программным управлением. /3/



2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Конструктивные параметры

В качестве основных конструктивных параметров окрашиваемых изделий приняты:

1. Наибольший размер изделия;

2. Группа сложности окрашиваемой поверхности;

3. Основной металл, на который наносится лакокрасочное покрытие.

Источником информации для определения конструктивных параметров служит конструкторская документация на окрашиваемое изделие.

Моё изделие размером 56мм, относится к классу «особо мелкие» менее 300мм.

В зависимости от конфигурации окрашиваемого изделия различают 3 группы сложности поверхности.

Моё изделие относится в 1 группе.

· 1 группа (изделия имеют простую конфигурацию, плоскую или объёмную обтекаемую форму, с гладкими поверхностями без углублений и неровностей, задерживающих стекание различных обрабатывающих растворов, воды и лакокрасочного материала).

Данные взяты из таблицы 2.1. /4/

Форма плоская;

Ширина-свыше 300мм;

Доля поверхности, занятая отверстиями-до 20%.

Металлы, на которых наносятся лакокрасочные покрытия, делятся на чёрные и цветные.

Моё изделие относится к чёрным металлам

08ПС сталь низко углеродная (полустойкая сталь).



2.2 Технологические параметры

К основным технологическим параметрам окрашиваемых изделий относится следующие показатели:

1. Категория размещения окрашиваемых поверхностей в соответствии с ГОСТ 15150-69;

2. Группа условий эксплуатации окрашенных изделий в соответствии с ГОСТ 9.104-79;

3. Группа условий эксплуатации окрашенных изделий по характеру воздействия особых сред по ГОСТ 9.032-74;

4. Класс покрытия по внешнему виду по ГОСТ 23852-79;

5. Тип покрытия по плёнкообразующему веществу;

6. Тип производства.

Категория размещения окрашенных поверхностей характеризуется воздействие климатических факторов внешней среды на окрашенное изделие. Перечень воздействующих факторов внешней среды устанавливаются в технических условиях на данное изделие.

В соответствии с ГОСТ 15150-69 различают 4 категории размещения окрашенных поверхностей. /4/

Моё изделие относится к 3 категории.

· Окрашенные поверхности изделий подвергаются воздействию совокупности искусственно регулируемых климатических факторов (например, в закрытых отапливаемых и охлаждаемых, искусственно вентилируемых помещениях, в том числе подземных).

Группа условий эксплуатации окрашенных изделий определяется двумя параметрами:

1. Категорией размещения окрашенных поверхностей;

2. Климатом, в котором эксплуатируются окрашенное изделие.

Данные взяты из таблицы 2.2. /4/

Климат умеренный УХЛ4 лёгкая.

Лакокрасочные покрытия должны удовлетворять требованиям ГОСТ 23852-79 по внешнему виду. Внешний вид окрашенной поверхности оценивается по классам. Класс покрытия задаётся в технических условиях на окрашиваемое изделие.

Данные взяты из таблицы 2.4. /4/

Моё изделие относится к 3 классу покрытия.

· Блеск глянцевых покрытий от 59 до 50%, полуглянцевых от 49 до 20%, матовых от 19 до 4%, глубокоматовых 3%. Для глянцевых покрытий допускается не более 10 шт/кв.м. включений размером не более 0,5х0,5мм., для полуглянцевых-не более 15 шт/кв.м., для матовых и глубокоматовых -не более 25 шт/кв.м. Допускается незначительный шагрень, штрихи и риски. Не допускается разнооттеночность и потёки.

Тип покрытия плёнкообразующему веществу, или покрывной слой лакокрасочного покрытия указывается на чертежах окрашиваемого изделия (детали, сборочной единицы) с учётом условий эксплуатации и предъявляемых к нему требовании. Эти указания служат основой для выбора системы многослойного лакокрасочного покрытия и разработки технологического процесса окрашивания конкретного изделия.

Если такие указания отсутствуют в технической документации на изделие или технологический процесс окрашивания разрабатываются вновь, то выбор покрывного лакокрасочного материала осуществляется с учётом группы условии эксплуатации изделия, а также рекомендации по преимущественному применению того или иного материала для окрашивания соответствующих групп изделии. Такие рекомендации приводятся в технической документации на лакокрасочные материалы ( ГОCT, ТУ) или в справочной литературе.

Обозначение лакокрасочного покрытия на чертежах состоит из сочетания слов, букв и цифр в виде отдельных групп, которые разделены точками:

1-я группа знаков обозначает марку покрывного лакокрасочного материала, его цвет, ГОСТ или ТУ, обозначаемые полностью;

2-я группе знаков - класс покрытия по внешнему виду, обозначаемый одной римской цифрой;

3-я группа знаков - условия эксплуатации, обозначаемые индексом по ГОСТ 9.104-79.

По типу производства массовое; по характеру организации технологического процесса - периодический (конвейерный).

2.3 Характеристика исходного состояния окрашиваемой поверхности

На поверхности изделий, подлежащих окрашиванию, могут находиться масляно-жировые загрязнения и продукты коррозии металла (ржавчина, окалина), количество и характер которых необходимо учитывать при выборе технологического процесса подготовки поверхности.

В соответствии с ГОСТ 9.402-80 металлические поверхности, подлежащие подготовке перед нанесением лакокрасочных покрытий, классифицируются по степени зажиренности и степени окисленности.

Данные взяты из таблиц 3.1 и 3.2. /4/

Степень зажиренности поверхности моего изделия относится к 1-ой степени.

· Наличие тонких слоёв минерального масла, смазочных, смазочно-охлаждающих эмульсий, смешанных с металлической стружкой и пылью.

Степень окисления моего изделия Г.

· Поверхность покрыта прокатной окалиной или литейной коркой. Ржавчина отсутствует или занимает до 30% поверхности.



2.4 Требования к подготовленной поверхности

Подготовленные к нанесению лакокрасочных покрытий поверхности металлических изделий классифицируются по степени обезжиривания и степени очистки от оксидов чёрных металлов. При разработке технологического процесса подготовки поверхности необходимые степени обезжиривания и очистки от оксидов устанавливаются исходя, главным образом, из условий эксплуатации окрашиваемого изделия и, соответственно, наносимого лакокрасочного покрытия: чем они жёстче, тем более высоким требованиям по чистоте должна отвечать подготовленная к окрашиванию поверхность.

Данные взятые из таблиц 3.3 и 3.4. /4/

Степень обезжиривания - первая;

Время до разрыва плёнки воды на изделии - более 30с;

Наличие масляного пятна на фильтровальной бумаге - отсутствует.

Степень очистки от оксидов чёрных металлов у моего изделия вторая.

· При осмотре невооружённым глазом окалин и ржавчин не обнаруживаются.

При выборе методов обработки изделии перед окрашиванием необходимо учитывать предельно допустимые степени очистки поверхности чёрных металлов от оксидов при использовании различных способов и рекомендуемые обезжиривающие средства при различных исходных степенях зажиренности.

Данные взяты из таблиц 3.5 и 3.6. /4/

Предельная степень очистки чёрных металлов от оксидов:

Способ очистки - обработка механизированными инструментами;

Степень окисленности - 3.

Средства, рекомендуемые для обезжиривания поверхности.

Моё изделие - сталь;

Степень зажиренности - первая;

Обезжиривающие средство - органические растворители, щелочные растворы.

2.5 Выбор технологического процесса подготовки поверхности

Выбор технологического процесса подготовки поверхности чёрных металлов зависит от следующих параметров:

1. Металла, из которого изготовлено изделие;

2. Условий эксплуатации лакокрасочного покрытия;

3. Исходного состояния поверхности (степень её зажиренности и окисленности);

4. Требуемой степени очистки поверхности от загрязнений и продуктов коррозии;

5. Экономической целесообразности применения той или иной схемы технологического процесса подготовки поверхности.

Данные взяты из таблицы 3.7. /4/

Сталь (УХЛ4) заменяем на сталь (У1)

Выбираем схему 4

Наличие зажиренности - (+);

Наличие окалины и ржавчины - (-);

Обезжиривание - (1);

Удаление окалины и ржавчины - (-);

Обезжиривание:

Органическими растворителями - (-);

Моющими составами - (+);

Удаление оксидов:

Травление - (-);

Абразивной обработкой - (-);

Фосфатирование - (+);

Пассивирование - (+);

Сушка - (+);

Обдувка сжатым воздухом - (-).

2.6 Основные операции, проводимые при подготовке поверхности

Подготовка поверхности металлических изделии перед окрашиванием включает в себя комплекс последовательно проводимых операции, конечной целью которых является удаление различного рода загрязнении (масляно-жировых, механических, продуктов коррозии) и создание наиболее благоприятных условий для адгезионного контакта наносимого лакокрасочного покрытия с подложкой. Не менее важной задачей, которая должна решаться при подготовке поверхности, является перевод обрабатываемого металла в пассивное в электрохимическом отношении состояние, обеспечивающее наибольшую эффективность антикоррозионной защиты.

2.6.1 Обезжиривание

Для проведения операции обезжиривания используют, главным образом, водные щелочные многокомпонентные растворы (моющие композиции) и органические растворители, реже - эмульсионные составы. Выбор обезжиривающего средства и способа его применении производят в зависимости от характера имеющихся загрязнений, степени зажиренности и требуемой степени обезжиривания, материала изделия, его конфигурации, типа производства. Среди щелочных составов наибольшее распространение получили готовые моющие композиции.

При выборе метода обезжиривания необходимо учитывать следующие обстоятельства. При обработке изделий методом распыления в связи с наличием сильного механического воздействия струи концентрация обезжиривающего раствора, и его температура могут быть снижены. Однако обработка распылением сохраняет высокую эффективность только для изделий несложной конфигурации, вся поверхность которых одинаково доступна действию струи раствора. Для изделий сложной формы рекомендуется проводить обработку поверхности методом окунания. При этом необходимо предусматривать интенсивное перевешивание обезжиривающего раствора во всем объёме ванны, исключающем образование застойных зон.

Органические растворители эффективно удаляют жировые загрязнения минерального и животного происхождения. Для обезжиривания металлических изделии используют пожаро - и взрывобезопасные хлорированные углеводороды, в основном, трихлорэтилен и тетрахлорэтилен. Основной недостаток хлорированных углеводородов - токсичность, поэтому их применяют в специально сконструированных установках. При обезжиривании не допускается попадание воды в растворитель.

Выбор технологического процесса обезжиривания зависит от степени зажиренности обрабатываемой поверхности. Обезжиривание проводят методами окунания, распыления или путем выдержки в парах растворителя. Наиболее качественное удаление загрязнений достигается при последовательной обработке изделия окунанием и выдержке в парах растворителя.

Данные взяты из таблицы 3.9. /4/

Моющие средство - КМ-1;

Концентрация - 2-5 г/л;

Температура - 55-65 ;

Продолжительность - 1-5 мин.;

Давление - 0,12-0,15 Мпа;

Метод обезжиривания - распыление.

Моющие средство КМ-1 представляет собой мелкокристаллический порошок от белого до светло-жёлтого цвета, хорошо растворимый в воде, изготовленный на основе ПАВ. pН=10-12

Состав: сода, фосфат натрия, 3 полифосфат, пеногосящие добавки (жирные спирты), комплексоны, ПАВ.

Удаление загрязнений:

1. Реакция омыления:

(2.1)

Реакция получения NaOH:

Na₂CO₃ + H₂O NaOH + NaHCO₃ (2.2)

NaHCO₃ + H₂O NaOH + H₂O + CO₂ (2.3)

Na₃PO₄ + H₂O NaOH + Na₂HPO₄ (2.4)

Na₂HPO₄ + H₂O NaOH + NaH₂PO₄ (2.5)

NaH₂PO₄ + H₂O NaOH + H₃PO₄ (2.6)

2. Влияние ПАВ.

Обезжиривание водными растворами основано на химическом разрушении омыляемых жиров и масел и солюбилизации и эмульгировании неомыляемых загрязнений. Последний процесс схематически можно представить в виде последовательных стадий (рис.2.1).



Рисунок 2.1. Схема процесса удаления (эмульгирования) масляного слоя щелочным раствором.

Р - раствор;

М - масло;

Э - эмульсия;

П - подложка.

Вода обладает слабым моющим действием по отношению к масляным загрязнениям. Из-за большого поверхностного натяжения и несовместимости с маслами она плохо смачивает зажиренные поверхности и не образует стабильных эмульсий. Обезжиривание ускоряется при повышении температуры, механическом воздействии, использовании электролитов, повышении pH среды, применении ПАВ. На принципе сочетания температурного и механического воздействий разработан и применяется способ пароструйной очистки. Поверхность обрабатывают водяным паром под давлением 0,6-4,0 МПа или теплой водой, выходящей из насадок под давлением 16-18 МПа.

Особенно хороший эффект достигается при использовании водных растворов щелочных электролитов и ПАВ. В качестве электролитов применяются едкий натр (каустическая сода) NaOH, карбонат натрия (кальцинированная сода) Nа2СO3, силикат натрия (жидкое стекло) Na2SiO3, тринатрийфосфат Nа3РO4, пирофосфат натрия Na4Р2O7, гексаметафосфат натрия (NaPO3)6, триполифосфат натрия Na3PO4-2NaPO3. Эмульгирующее действие возрастает при введении ионогенных (мыла, алкил - и арилсульфонаты) и неионогенных (оксиэтиленовые эфиры алкилированных фенолов и др.) ПАВ. Нередко предусматривают добавки водорастворимых полимеров, например Na-карбоксиметилцеллюлозы; их присутствие предотвращает оседание загрязнений на очищаемой поверхности. /5/

2.6.2 Фосфатирование

При фосфатировании на поверхности изделий образуется тонкая плёнка не растворимых в воде фосфатов металлов (железа, цинка), которая увеличивает срок службы лакокрасочного покрытия, улучшает его сцепление с подложкой и замедляет развитие коррозии в местах нарушения лакокрасочной плёнки.

Фосфатированию обычно подвергаются изделия из стального проката, которые эксплуатируются в жёстких и очень жёстких условиях. Перед фосфатированием поверхность должна быть очищена от окалины, ржавчины, механических и жировых загрязнений.

Установление при пгиготовпени и корректировка оптимальной кислотности фосфатирующих растворов (pH = 4-5) проводится путём добавеления соответствующего количества 20 %-ного раствора щелочи или 60%-ного раствора ортофосфорной кислоты. Образованию мелкокристаллических фосфатных покрытий и ускорению процесса способствует нитрит натрия, который постоянно дозируется в раствор, т.к. он непрерывно разлагается в кислой среде фосфатирующего раствора.

Фосфатирование проводим методом распыления. При равномерном распыление раствора при струнной обработке способствует улучшению качества фосфатного покрытия.

Высокого качества фосфатного покрытия можно добиться только при строгом соблюдении параметров технологического процессе: состава и концентрации фосфатирующего раствора, величины pH, продолжительности и температурного режима для выбранного метода обработки.

Масса цинк-фосратного покрытия (например, на основе фосфатирующих концентратов типа КФ-1) не должна превышать 5 г/м², а перед окрашиванием изделий методом электроосаждения - не более 3 г/м².

Цинк-фосфатные покрытия должны бить от светло-серого до темно-серого цвета и иметь мелкокристаллическую структуру. Допускается неравномерный цвет фосфатной плёнки на изделиях, подвергнутых термообработке, а такие разнотонность покрытия за счёт неоднородности металла при условии сохранения покрытием требуемых защитных свойств. На фосфатированной поверхности изделий не допускается наличие пятен, точек ржавчины и белого солевого налёта (шлама).

Данные взяты из таблицы 3.12. /4/

Компонент - концентрат КФ-1;

Количество, вводимое на 100л раствора - 1,6л;

20 %-ный раствор едкого натра;

Количество, вводимое на 100л раствора - 0,25-0,30л;

10 %-ный раствор нитрита натрия;

Количество, вводимое на 100л раствора - 0,15л;

Температура - 45-50;

Продолжительность - 1,5-2,0мин;

Давление - 0,08-0,10 МПа;

Способ обработки - распыление.

В состав концентрата входит: ZnO, H3PO4, HNO3, H2O.

Водный раствор КФ-1:

ZnO + 2HNO₃ Zn(NO₃)₂ + H₂O (2.7)

ZnO + H₃PO₄ ZnHPO₄ +H₂O (2.8)

Процесс, происходящий при фосфатирование:

Fe Fe²⁺ +2e (2.9)

2H⁺ +2e H₂ (2.10)

Zn Zn²⁺ +2e (2.11)

2H⁺ +2e H₂ (2.12)

H₃PO₄ H⁺ + H2PO^-₄ (2.13)

H2PO^-₄ H⁺ + HPO^2-₄ (2.14)

HPO^2-₄ H⁺ + PO^3-₄ (2.15)

Образование фосфатной плёнки:

Fe²⁺ + PO^3-₄ Fe₃(PO₄)₂ (2.16)

Zn²⁺ + PO^3-₄ Zn₃(PO₄)₂ (2.17)

Fe²⁺ + HPO^2-₄ FeHPO₄ (2.18)

Zn²⁺ + PO^2-₄ ZnHPO₄ (2.19)

2.6.3 Пассивирование

Операция пассивирования металлов проводится для повышения коррозийной стойкости наносимого лакокрасочного покрытия. Пассивированию подвергаются обычно зафосфатированные поверхности.

Режим пассивирования:

Выбираем нитрит натрия и кальцинированная сода;

Концентрация: Нитрит натрия - 10-15г/л;

Кальцинированная сода - 3-7г/л;

Температура - 40-50;

Продолжительность - 0,5мин;

Способ обработки - распыление;

рН до 4,0-4,5;

Давление - 0,10-0,12МПа. /4/

2.6.4 Промывка

От качества межоперационных и окончательных промывок водой во многом зависит долговечность лакокрасочных покрытий. Остатки солей на окрашиваемой поверхности изделий способствуют проникновению влаги сквозь покрытие, развитию подплёночной коррозии.

Промывку водой производят после обезжиривания водными щелочными растворами, фосфатирования и пассивирования. После пассивирования раствором нитрита натрия промывку не производят.

После проведения указанных выше операций на поверхности остаётся обрабатывающий раствор, количество которого зависит от конфигурации изделия и должно быть учтено при технологических расчётах и определений расхода чистой воды при промывках.

Данные взяты из таблицы 3.16. /4/

Группа сложности поверхности изделия - первая;

Количество воды, находящиеся на поверхности изделия - 40г/л.

Количество переносимого на поверхности обрабатываемого изделия раствора (воды) можно уменьшить, если рационально разместить изделия на подвесках или предусмотреть технологические отверстия для стока растворов.

2.6.5 Сушка от влаги

Перед нанесением на изделия органорастворимых, органодисперсионных и порошковых лакокрасочных материалов с окрашиваемых поверхностей должна быть удалена влага, остающаяся после промывки даже незначительное количество воды, находящейся на окрашиваемой поверхности, резко ухудшает адгезионное взаимодействие наносимого лакокрасочного материала с подложкой и вызывает вздутие и отслаивание покрытия.

Сушку изделий после промывки производят в сушильных камерах при температуре 60-90°С и обдувкой чистым сжатым воздухом в течение 5-20 минут. При наличии на поверхности изделий фосфатных покрытий (особенно цинк-фосфатных) рекомендуется плавный подъём температуры в сушильной камере, что необходимо для предотвращения интенсивной дегидратации фосфатной плёнки, приводящей к ухудшению её защитных свойств. /4/

2.7 Выбор порошковой краски

1.Краска на основе полиолефинов.

Плёнкообразователями в лакокрасочных составах полиолефинового типа обычно служат полиэтилен низкого (ПЭНД) и высокого давления (ПЭВД), полипропилен, сополимеры этилена с винилацетатом (СЭВА), сополимеры этилена с пропиленом (СЭП) и акриловой кислотой, смеси полиэтилена с каучуками, например полиизобутилен, и т.д.

Свойства покрытий из полиолефинов приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Свойства покрытий

Показатели	Краска на ПЭВД П-ПО-226	Краска на ПЭНД	Краска на полипропилене
Блеск, %	12-16	8-15	-
Прочность при растяжении, МПа	7-9	21-24	17-18
Относительное удлинение, %	110-120	10-17	30-35
Твёрдость по ПМТ-3, МПа	43	70	75-90
Ударная прочность по У-1А, Нм	5	5	2
Адгезионная прочность (к алюминию), Н/м	200-300	50-100	80-100

Из таблицы выбираем краску на ПЭВД П-ПО-26.

Недостаток большинства покрытий из полиолефинов - повышенная склонность к растворению при эксплуатации. Наиболее высокой устойчивостью к растворению обладают покрытия из низкокристалических полиолефинов (СЭВА, ПЭВД, СЭП-10, полипропилен).

Покрытия из полиолефинов выполняют преимущественно защитную функцию, будучи самым дешёвым покрытием. /1/

2.Краска на основе поливинилбутираля.

Поливинилбутираль относится к числу ацеталей поливинилового спирта:

Наряду с ацетальными группами в полимере всегда присутствуют гидроксильные и ацетатные группы, повышающие гидрофильность и полярность.

Свойства покрытий из поливинилбутираля приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Свойства покрытий

Показатели	П-ВЛ-212	П-ВЛ-212Э	П-ВЛ-212М
Толщина, мм	160-250	80-10	80-100
Прочность при растяжении, МПа	22-23	25-28	34-39
Относительное удлинение, %	5-7	5-7	6-10
Ударная прочность по У-1А, Нм	1	1,5	5
Адгезионная прочность (к алюминию), Нм	380-500	400-500	750-850
Водопоглощение при кипячении в течение 5ч, %	18-20	18-20	10
Внешний вид	Потеря глянца, образование пузырей	Потеря глянца, образование пузырей	Покрытие без изменений
Интервал рабочих температур,	От -60 до +60	От -60 до +60	От -60 до +80

Из таблицы выбираем краску П-ВЛ-212М

Покрытия из краски П-ВЛ-212М вследствие трёхмерной структуры более химически устойчивы, чем неструктурированные. Они дольше защищают металлические изделия в разных средах, как при комнатной, так и при повышенных температурах. /1/

3.Полиамидные краски.

Полиамидные краски получают на основе твёрдых алифатических полиамидов.

Свойства покрытия из полиамида приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3

Свойства покрытия

Показатели	П-12АП-1
Прочность при растяжении, МПа	25
Относительное удлинение, %	10
Твёрдость по ПМТ-3, МПа	98
Ударная прочность по У-1А, Нм	5
Гибкость по ШГ-1, мм	1
Адгезионная прочность (к алюминию), Нм	550
Интервал рабочих температур,	От -40 до +100

Покрытия из полиамидных красок, в первую очередь на основе рильсана и полиамида П-12, отличаются красивым внешним видом, благодаря чему их широко используют для отделки металлических архитектурных деталей, металлической мебели и предметов домашнего обихода. /1/

4.Эпоксидные краски.

Для производства красок применяются в основном диановые олигомеры с молекулярной массой 1400-1500 у.е. В общем виде они отвечают формуле:

...