Оборудование для порошковой покраски: состав линии и где в ней робот

Порошковая краска ложится на изделие сухим полимерным порошком, а сплошным покрытием становится только после нагрева. ГОСТ 9.410-88 введён 1 июля 1990 года. Он охватывает порошковые полимерные покрытия на металле, стекле и керамике и расписывает типовой процесс по операциям: подготовка поверхности, при необходимости предварительный нагрев, окрашивание, формирование покрытия и охлаждение. ГОСТ 12.3.005-75 тоже называет оплавление покрытий из порошковых полимерных красок среди стадий окрасочных работ, вместе с сушкой лакокрасочных покрытий.

Оборудование для покраски порошком собирают под эти операции. Агрегат подготовки готовит металл, камера с распылителями наносит порошок, рекуперация ловит то, что пролетело мимо детали, печь полимеризации оплавляет слой, а конвейер с подвесками везёт изделия через все участки к охлаждению.

Порошковая окраска входит в семейство «Обработка поверхности» рядом с окраской жидкими материалами. Камеры, где роботы распыляют жидкие грунты, краски и лаки, описаны на странице роботизированные покрасочные камеры. Здесь речь только о порошке.

Металл под порошок готовят по ГОСТ 9.402-80: окислы удаляют до степени 2, обезжиривают до первой степени. Заусенцев и острых кромок с радиусом закругления меньше 0,3 мм на окрашиваемой поверхности быть не должно. Фосфатирование нельзя заменять фосфатирующими грунтовками. Мыть и обезжиривать штучные детали может отдельная автоматическая мойка деталей.

Для покрытий из пентапласта, фторопласта, полиэтилена и поливинилхлоридной краски П-ХВ-716 стандарт требует очистить металл механически до шероховатости Rz 10–30 мкм или загрунтовать. Шероховатость и металл без окалины даёт абразивоструйная обработка. На этом участке работает пескоструйный робот.

Если дефект нашли уже после печи, порошком его исправляют так: шлифуют и обезжиривают всю поверхность и красят изделие заново. Шлифовать перед перекраской может и шлифовальный робот.

Для металла ГОСТ 9.410-88 называет четыре метода: пневматическое распыление на нагретое изделие, пневмоэлектростатическое распыление на нагретое или холодное изделие, погружение нагретого изделия в псевдоожиженный слой и окрашивание в псевдоожиженном слое с электрополем. Дальше речь о камерах и распылителях для второго метода.

В пневмоэлектростатическом распылителе порошок заряжают двумя способами. Заряд даёт либо источник высокого напряжения, либо трение: частицы трутся друг о друга и о трибоэлектризующие стенки распылителя. На холодное изделие наносят порошок дисперсностью не больше 150 мкм.

Метод выбирают по материалу и по тому, насколько изделие сложное и крупное. Нагретые детали средней и сложной формы в псевдоожиженный слой не погружают. Во время напыления контролируют напряжение на распылителе, расстояние до изделия, ток утечки, время окрашивания и давление воздуха, а пока формируется покрытие, следят за температурой и временем.

Часть порошка до детали не долетает. Этот перепыл воздух камеры уносит в систему рекуперации. У Gema она замкнута в кольцо. Из питающего центра порошок идёт к электростатическим распылителям, циклон отделяет перепыл от отсасываемого воздуха, насос возвращает порошок в питающий центр, а встроенное сито убирает загрязнения. Финишный фильтр задерживает пыль и выпускает чистый воздух. По данным производителя, циклон отделяет больше 95 % перепыла.

ГОСТ 9.410-88 задаёт рамки для любой такой системы. Воздух на выходе из рекуперации очищают не меньше чем на 99,8 %. Во входных проёмах камеры воздух движется не медленнее 0,8 м/с, чтобы порошок не выбивало в цех, а в воздуховодах вытяжки в среднем не медленнее 8 м/с. На воздуховоды от камеры к рекуперации ставят пламеотсекатели, а камеры и рекуперацию подключают к автоматическому пожаротушению цеха.

Перед сменой цвета весь контур чистят. В малогабаритной линии из приложения к ГОСТ 9.410-88 смена цвета занимала 2–2,5 ч. В современных системах, рассчитанных на частую смену цвета, циклон легко вычистить, а питающий центр и насос чистятся сами.

Слой на детали после камеры ещё остаётся порошком. Покрытием его делает печь формирования, которую в цехах называют печью полимеризации. Режим задаёт материал. Для эпоксидных красок П-ЭП ГОСТ 9.410-88 рекомендует 180 или 200 °C, а последний слой выдерживают от 20 до 60 минут в зависимости от марки. Полиэтиленовые покрытия формируют при 170–250 °C. Литые детали перед окраской прокаливают не ниже 250 °C в течение 30 минут, чтобы вышли газы.

У печи свои требования безопасности. Внутренние поверхности печи отверждения не нагревают выше 2/3 температуры самовоспламенения порошка, а местные отсосы от распылителей и от печей не объединяют в общую вытяжку. Готовые изделия проверяют выборочно: от 1 до 10 % в зависимости от типа производства, по толщине, цвету и классу покрытия.

Участки у всех линий одни и те же. Разница в масштабе и в том, как изделие переходит от участка к участку. ГОСТ 9.410-88 в приложении называет минимальным набором камеру ручного распыления и сушильный шкаф, где формируют покрытие. Так устроена мини-линия порошковой покраски: детали красят вручную и партиями загружают в печь.

В конвейерной линии подвески сами проходят все участки, а производительность растёт в десятки раз. Тот же стандарт приводит механизированную конвейерную линию на 30–60 м²/ч, малогабаритную на 80–150 м²/ч и комплектную пневмоэлектростатическую на 180 м²/ч. Это установки из стандарта, утверждённого в 1988 году. Современные модели другие, но разница в масштабе видна хорошо.

Распылитель в камере держит маляр, подъёмник или робот. Чем сложнее деталь и чем стабильнее серия, тем дальше по этому ряду имеет смысл идти.

Автоматические пистолеты ставят на вертикальные подъёмники, или реципрокаторы, которые водят их вверх и вниз, пока изделие едет мимо. По Gema, с ними покрытие ложится ровнее, а ручного труда нужно меньше. Горизонтальная ось подводит подъёмник к изделию по его ширине, а синхронная ось ведёт его вместе с конвейером, чтобы прокрасить внутренние поверхности. Датчики, которые распознают детали, сами включают пистолеты и выставляют их по месту, так что в рекуперацию уходит меньше порошка.

Ступенью выше стоит сканер контура. Система Gema Dynamic Contour Detection меряет лазером расстояние до изделия в плоскости, строит контур и переводит его в положения осей и настройки каждого пистолета. Программировать её под новую деталь не нужно.

Покрасочный робот нужен там, где подъёмнику не хватает подвижности. Обзор Gema 2018 года описывает две схемы. В комбинированной линии с движущимся конвейером робот стоит рядом с осциллирующими осями и заменяет или разгружает маляра: прокрашивает повторяющиеся внутренние контуры и кромки. В автономной системе несколько роботов полностью автоматически красят детали повторяющейся формы в три смены. Конвейер в таких линиях обычно идёт со скоростью до 2 м/мин, а смотря по сложности деталей и до 5 м/мин.

Распространённые покрасочные роботы шестиосевые. С седьмой осью робот целиком ездит по линейной оси у пола. Из ходовых моделей Gema называет ABB IRB 580 и Yaskawa Motoman MPX2600. У роботов разных производителей повторяемость лежит в пределах ±0,05–2 мм, поэтому деталь должна висеть на конвейере точно в заданном положении, а скорость конвейера программа берёт с энкодера.

Под робота камеру делают с широкими проёмами, и это учитывают в её воздушном балансе. На каждый робот закладывают свой шкаф управления, а зону вокруг ограждают от людей. В ЕС технику для взрывоопасной среды, в том числе окрасочную, регулирует директива 2014/34/EU. ГОСТ 9.410-88 относит зону порошкового окрашивания к классу В-IIа.

Робот только водит распылитель. Параметрами напыления управляет отдельный блок пистолета, а контроллеры связывают простым дискретным сигналом пуска и остановки, по CANopen или через общую промышленную шину вроде Profinet. Робота обучают по точкам или ведут за руку, либо готовят программу офлайн-программированием по 3D-модели детали. Для плоских и рамочных деталей программа может строиться сама по 2D-скану, который снимает световая завеса.

Выбор зависит от формы детали, от того, как часто меняется номенклатура, и от того, сколько сейчас докрашивают вручную. Таблицу ниже собрали по описаниям производителя оборудования и требованиям ГОСТ 9.410-88.

Gema предлагает считать на один распылитель от 0,5 до 1,5 м² поверхности в минуту, смотря по сложности детали и толщине слоя, а для оценки брать 1 м²/мин. Сколько пистолетов ставить на робот, один или два, решают по скорости конвейера и нужной площади.

Взвесь порошка в воздухе пожаро- и взрывоопасна: ГОСТ 9.410-88 требует держать её концентрацию в оборудовании и воздуховодах ниже половины нижнего концентрационного предела воспламенения. Поэтому подачу порошка привязывают к вентиляции камеры. По ГОСТ 12.3.005-75 местную вытяжку от камер и постов напыления порошковых красок оснащают устройствами, которые не дают горючим отложениям копиться в воздуховодах, и блокировками: пока вентиляторы стоят, состав к распылителям не подаётся. По ГОСТ 9.410-88 источник высокого напряжения и дозатор включают только после того, как камеру провентилировали. Правила по охране труда при окрасочных работах (приказ Минтруда № 849н) требуют, чтобы у камер и постов напыления порошковых красок была местная вытяжка. Пока робота обучают и налаживают, а в рабочем пространстве есть люди, его исполнительные устройства движутся не быстрее 0,3 м/с.

В Европе камеры для жидких и порошковых материалов подчиняются одному стандарту безопасности, EN 16985:2018. На него ссылается и Gema, описывая финишный фильтр своей рекуперации.

Цену линии складывают её участки: подготовка поверхности, камера с рекуперацией, распылители, печь и конвейер, а размер каждого задают габариты подвески и нужная производительность в квадратных метрах в час.

Робот обходится дороже, чем его строка в коммерческом предложении. Gema перечисляет обязательные опции и работы: пульт обучения, взрывозащищённое исполнение ATEX, программное обеспечение для программирования, связь с IT-системой завода, интеграцию и обучение персонала. Окупится ли робот, по оценке того же обзора, решают разнообразие изделий, их форма, выпуск и требования к качеству.

Состав оборудования под порошковую покраску конкретной детали помогает определить подбор оборудования. Участок с роботами, подъёмниками и рекуперацией сводят в один проект линии, иначе проёмы камеры, вентиляция и программы роботов не сойдутся.

• Робот окупается на сериях. Типичные пользователи роботизированного напыления порошка, по оценке Gema, массовые производства с высокими и постоянными требованиями к качеству. При большой номенклатуре, обычной для порошковых цехов, решение принимают после отдельного анализа.
• Подвес решает не меньше робота. Деталь должна висеть на конвейере точно в заданном положении, иначе программа робота пройдёт мимо поверхности.
• Автоматическая программа годится только для плоских деталей. По 2D-скану программа строится для плоских и рамочных изделий. Объёмные детали программируют по точкам, ведением руки или офлайн.
• Робот меняет камеру. Под его движения нужны широкие проёмы, и воздушный баланс камеры пересчитывают.
• Не всё выдержит печь. Неметаллические изделия должны выдерживать нагрев на 30 °C выше температуры формирования покрытия, а паяные нагревают минимум на 30° ниже температуры пайки.
• Жидкая и порошковая окраска в одном цикле. Порошковое оборудование тогда отделяют пыленепроницаемыми ограждениями с пределом огнестойкости 0,75 ч.
• Цифры дал производитель. Площадь на распылитель и эффективность циклона взяты у Gema. Для своей детали их проверяют на пробных подвесках.