Процесс распыления краски окрасочным пистолетом

Процесс распыления краски окрасочным пистолетом  31.05.2015 10:30

Достижение правильного распыления современных окрасочных материалов зависит от многочисленных факторов, так как они наносятся на различные металлические поверхности. Состав материала и технологии окрашивания, несомненно, имеют значение, однако понимание инструмента производства - окрасочного пистолета - это первый шаг на пути к получению высококлассного покрытия.

Окрасочный пистолет может стать эффективным инструментом и средством для получения отличного покрытия, при условии понимания оператором основных принципов распыления. Существуют различные технологии окрашивания, например, с помощью окрасочных пистолетов HVLP (большие объемы при низком давлении) и окрасочных пистолетов безвоздушного комбинированного распыления, которые рассчитаны на давление материала приблизительно 150-400 пси. Более новые окрасочные пистолеты LVMP (малые объемы при среднем давлении) стремятся достичь соответствия техническим условиям через более высокую эффективность перекачивания.

Эти технологии полагаются на \"сердце\" и \"душу\" окрасочного пистолета, то есть на его воздушную крышку и жидкостную форсунку. Чтобы полностью оценить всю сложность, обратимся для начала к основам - из чего состоит окрасочный пистолет? Какую роль играет каждый из компонентов для правильного распыления? И, наконец, какие тенденции на рынке покрытия металлов оказывают влияние на перспективы в конструировании воздушной крышки и форсунки?

Рис. 1. Микросекундное изображение слоевого распыления латексной краски, демонстрирующее феномен \"волнового распада на слои\".

Три основных метода распыления

Распыление может быть описано как процесс, в котором используется сжатый воздух для того, чтобы измельчить жидкий материал на маленькие капли и задать этим каплям направление (рис. 1). Для того чтобы регулировать поток сжатого воздуха и материала, окрасочный пистолет имеет два клапана, которые могут легко управляться с помощью одного курка. Смешивание воздуха и материала происходит снаружи окрасочного пистолета между выступами воздушной форсунки.

Существует три основных метода распыления материала. Материал может быть доведен до окрасочного пистолета путем создания вакуума на наружной поверхности форсунки сифонного типа. Этот вакуум засасывает материал через трубку, идущую из бачка, к воздушной форсунке для распыления. Этот метод называется сифонным распылением. Когда используются более тяжелые жидкости или требуется более высокая производительность, необходимо создать давление в материале и поднять его к воздушной форсунке для распыления. Этот метод называется распыление с подачей под давлением. Кроме того, есть метод, при котором материал подается из бачка, установленного в верхней части пистолета, этот метод называется распыление с подачей самотеком. Последний метод очень популярен в автосервисах при дополнительной обработке автомобилей.

Понимание деталей окрасочного пистолета

Рис. 2. Основные компоненты окрасочного пистолета. Названия и функции компонентов приведены в тексте.

Существуют десять основных зон компонентов, составляющих окрасочный пистолет.

Воздушная форсунка

• (А) - это первый компонент. Воздушная форсунка направляет струи воздуха для распыления материала и придает частицам эффективную скорость для достижения поверхности продукта. Жидкостная форсунка
• (В) обеспечивает дозирование подачи материала. В некоторых конструкциях выпрямление этого потока обеспечивает диффузор или дефлектор потока воздуха, которые являются частью жидкостной форсунки. Игла
• (С) производит остановку и запуск движения материала. Это происходит при нажатии лицевой стороны иглы на гнездо механизма в форсунке. Боковой порт или контроллер веера распыления
• (D) регулирует ширину пятна напыления, контролируя подачу воздуха к выступам воздушной форсунки. Подпружиненная конструкция для контроля жидкости
• (Е) поддерживает механическое давление в игле, когда курок отжат. Эргономически сконструированная ручка корпуса пистолета
• (F) обеспечивает правильный баланс и центр тяжести для оптимального нанесения покрытия. Воздушные каналы обычно смонтированы в корпусе пистолета.
• (G) типичное соединение воздушного входа для большинства окрасочных пистолетов содержит 1 /4 дюймовое соединение. Обычно 1 /4 дюймовые воздушные соединения используются с рукавами 5/8 дюйма.
• Курок (Н) открывает и контролирует поток воздуха и материала к воздушным и жидкостным форсункам. Воздушный клапан
• (I) контролирует количество воздуха, идущего через пистолет.
• Воздушный вход (J) обеспечивает удобное соединение сифонного бачка или шланга высокого давления для материала. Обычно это соединение 3/8 дюйма. Для того чтобы линии не могли случайно поменяться местами, жидкостное соединение имеет диаметр 3/8 дюйма, а воздушное соединение 1 /4 дюйма.

Характеристики жидкостной форсунки и иглы

Рис. 3. Иллюстрация стержня игольчатого клапана внутри жидкостной форсунки и взаимодействие столбиков жидкости и воздуха для получения распыленной струи.

Основная цель жидкостной форсунки (рис. 3) или сопла состоит из трех частей: чтобы дозировать поток, направлять его и служить пазом для жидкостной иглы, чтобы ограничить или перекрыть поток. Размер отверстия жидкостной форсунки, как правило, определяется следующими параметрами:
-вязкость материала
-тип требуемого материала
-максимальный расход материала

Вязкость имеет отношение к сопротивлению потока материала. Высоковязкие материалы более тяжелые и поэтому текут медленнее. Следовательно, размер отверстия жидкостной форсунки должен быть больше, а также необходимо большее давление материала, чтобы протолкнуть его через отверстие. В главном \"правиле большого пальца руки\" применяется аналогия с электродинамикой: поток жидкости подобен электрическому току, а давление жидкости аналогично напряжению. Если нет напряжения, не будет и тока. Аналогично, если давление жидкости имеет низкое значение, расход жидкости также будет невелик. Таблица I демонстрирует \"правило большого пальца руки\" для определения размера отверстия в зависимости от диапазона вязкости.

Скорость распыления и расход материала колеблются в широких пределах в зависимости от задач производства. При низком уровне производства, таком, как при работе на поворотном круге, может потребоваться поток материала со скоростью около 237-296 мЛ/мин. Конвейерные операции, проходящие со скоростью 30-40 футов в минуту, могут потребовать производительность 473-532 мЛ/мин. При экстремально высокой скорости работы, например в автомобильной промышленности, производительность может превышать 946 мЛ/мин.

Жидкостная игла действует таким образом, чтобы перекрыть поток, и в некоторых случаях может также дозировать поток в связи с сужением иглы. Выбор материала для иглы крайне важен в случае применения абразивных или разъедающих жидкостей. Обычно используется нержавеющая сталь, например, 300 серии (немагнитный) или 400 серии. Правильно затвердевшая поверхность материала может принимать значения твердости по Роквеллу от 56 до 60. В некоторых случаях иголки имеют нейлоновый или делриновый наконечник, чтобы обеспечить абсолютное перекрытие потока без протечек.

Для более абразивных материалов потребуется седло из карбида вольфрама. Также можно установить седло в жидкостную форсунку из нейлона, чтобы достигнуть такого же эффекта перекрытия. На некоторых окрасочных пистолетах иголка является частью соответствующего набора с жидкостной форсункой. Для абразивных материалов потребуется седло или игла из карбида вольфрама. На некоторых окрасочных пистолетах необходима настройка иглы, чтобы компенсировать износ.

Геометрия жидкостной форсунки имеет очень большое значение для контроля потока, а в некоторых случаях для предварительного распыления материала. Окрасочные пистолеты комбинированного распыления вытесняют жидкость через маленькие отверстия в виде кошачьего глаза, которые влияют на форму и разбивают поток материала. В этих конструкциях давление жидкости может быть высоким - в диапазоне от 40 до 400 пси и выше.

Таблица I. Соотношение отверстия форсунки, вязкости и материалов (диапазон диаметров отверстий жидкостной форсунки выражен в дюймах)

Жидкостная форсунка также может иметь возможность отклонения потока, чтобы перенаправить воздух в воздушную крышку. Некоторые конструкции имеют для этой цели точно просверленные воздушные каналы по периметру форсунки. Эти каналы создают ламинарный (ровный) поток воздуха для распыления материала.

Воздушные форсунки

Рис. 4. Особенности расположения распылительных отверстий во внешней смешивающей воздушной форсунке. 1. Кольцеобразный хомут вокруг сопла жидкостной форсунки.
2. Защитные отверстия. 3. Крылья, выступы или ушки.
4. Отверстия бокового порта.
5. Сходящиеся под углом отверстия.

Воздушная форсунка обеспечивает первичное распыление окрасочного пистолета с наружным смешиванием. Первичное распыление производится с помощью кольцеобразного хомута или промежутка, созданного между жидкостной форсункой и воздушной крышкой. Столбик воздуха, идущий из этого промежутка, взаимодействует с потоком материала, чтобы создать первичный разрыв материала.

Это обычно соответствует первому этапу распыления. Давление воздуха в этой точке на воздушной форсунке может варьироваться от 10 пси для режимов HVLP до давления, превышающего 20-80 пси для стандартных воздушных крышек. Расход жидкости варьируется от 16 до 18 цикл/мин при 70 пси для стандартных окрасочных пистолетов до более высоких значений расхода, превышающих 22 цикл/мин при 50 пси для окрасочных пистолетов HVLP. На рисунке 4 изображены основные компоненты воздушной форсунки. Вернитесь к рисунку 3, чтобы увидеть, как воздушные и жидкостные форсунки соединяются друг с другом.

Защитные отверстия находятся на одной линии с выступами воздушной форсунки и на лицевой стороне воздушной крышки. Эти отверстия нужны для предотвращения слишком быстрого распространения пятна напыления и поддерживания выступов в чистоте. Если эти отверстия не существуют или они заблокированы, может произойти вихрь или рециркуляция. Рециркуляция может образовать нарост или осадок на выступах воздушной крышки. На некоторых воздушных форсунках подачи под давлением может быть второй набор отверстий, расположенных под прямым углом по отношению к защитным отверстиям. Часто они соответствуют сходящимся под углом отверстиям или второму этапу распыления. Эти отверстия особенно эффективны при распылении материала в системах подачи под давлением вследствие более высоких скоростей материала.

Также они помогают поддерживать лицевую поверхность воздушной крышки в чистоте. Рисунок 5 дает табличное представление различных неисправностей воздушных форсунок и их корректировку.

Формирование веера распыления

Выступы создают поток воздуха, помогающий сформировать распыляемый поток материала в характерный веер. Без боковых струй воздуха распыляемая струя будет иметь округлую форму вместо эллиптической. Это показано на рисунке 6. Регулирование количества отведенного к воздушным выступам воздуха может контролировать ширину веера распыления. Регулировка выполняется с помощью клапана, соответствующего контролю бокового порта. Клапан обычно расположен в верхней части окрасочного пистолета. Если клапан открыт полностью, тогда ширина веера распыления будет максимальной. Когда клапан закрыт, пятно распыления будет круглым или иметь минимальный размер.

Когда клапан полностью открыт, воздух отводится от струи распыления и направляется к воздушным выступам. Это уменьшение давления воздуха распыления может повлиять на форму пятна распыла и, следовательно, для выполнения этой работы потребуется больше воздуха. Для этого баланса между давлением воздуха у воздушных выступов и струей распыления, важно использовать приборы для измерения давления у воздушной крышки, чтобы при работе с оборудованием HVLP обеспечить давление 10 пси.

Таблица поиска и устранения неисправностей для определения дефекта пятна распыления и нахождение способов его устранения

Пятно распыления	Причина	Корректировка
	1. Засохшая краска в одном из отверстий боковых портов воздушной форсунки	1. Растворите краску в отверстии с помощью растворителя; не зондируйте отверстия более твердыми, чем латунь, инструментами.
	1. Нарастание краски на стороне жидкостной форсунки. 2. Повреждена жидкостная форсунка из-за падения окрасочного пистолета	1. Удалите воздушную форсунку и протрите жидкостную форсунку. 2. Замените поврежденную жидкостную форсунку.
	1. Слишком высокое давление воздуха 2. Слишком широкое пятно распыления 3. Слишком низкое давление материала	1. Снизить давление воздуха 2. Уменьшить ширину веера 3. Увеличить подачу материала
	1. Давление воздуха слишком низкое 2. Избыточная скорость материала или слишком сильная подача материала	1. Увеличить давление воздуха 2. Использовать меньшее отверстие жидкостной форсунки, снизить давление материала
	1. Воздух, попадающий в подвод материала, может быть вызван: А) незатянутой или неправильно расположенной жидкостной форсункой вследствие попадания в нее грязи Б) незатянутой или недостающей герметизирующей гайкой или высохшим герметиком материала В) незатянутым жидкостным соединением	А) затяните жидкостную форсунку или очистите область расположения форсунки Б) затяните герметизирующую гайку или замените отсутствующий или засохший герметик материала. В) затяните все соединения подачи материала, ведущие к окрасочному пистолету

Рис. 5. Иллюстрация показывает соотношение между углом распыления и формой пятна распыления.

Рис. 6. Расположение отверстий распыления на типичных форсунках с сифонной подачей и подачей под давлением.

Рис. 7. Еще одно сравнение конфигурации форсунок с сифонной подачей и подачей под давлением. Отметьте важность выступания жидкостного сопла при сифонной подаче.

Воздушные форсунки с подачей под давлением и сифонной подачей

Воздушные форсунки внешнего смешивания разделяются на два типа. Они могут быть либо с подачей под давлением либо с сифонной подачей. Форсунка с сифонной подачей может быть определена как жидкостная форсунка, выступающая за лицевую часть воздушной форсунки. Выступ имеет незначительные размеры, как показано на рисунках 6 и 7, но он очень эффективен.

Распыляющийся воздух, рвущийся через жидкостное сопло, будет стремиться создать частичный вакуум в сопле, вытягивая жидкость из бачка. Аналогией может послужить распылительная трубка на флаконе духов. Форсунка с подачей под давлением будет иметь тенденцию к противодавлению подачи материала при применении распыляемого воздуха. Поэтому сложно получить точное значение потока при распылении. Форсунки с подачей под давлением не могут использоваться при распылении с сифонной подачей. Форсунки с сифонной подачей могут использоваться для распыления под давлением, но размер пятна распыления будет меньше. Угол, на котором просверлены боковые отверстия в сифонной форсунке отличается от соответствующего угла в форсунке с подачей под давлением, потому что на лицевой стороне сифонной воздушной форсунки должен создаваться вакуум.

Форсунки давления могут и должны использоваться с меньшим давлением распыляемого воздуха, поскольку наличие вакуума, как в случае с сифонной форсункой, не требуется. Распыление под давлением является более эффективным, быстрым и аккуратным. Когда используется небольшое количество материала, например, на заводе по производству автомобильных кузовов, больше подходит сифонное распыление. Типичные значения вязкости для сифонного распыления это средний и более высокий 20-секундный диапазон для красок и грунтовок. Выступы форсунок подачи под давлением могут быть короче, а их лицевая сторона может содержать дополнительные воздушные отверстия. Боковые отверстия могут быть просверлены на более близком расстоянии, потому что на лицевой стороне форсунки подачи под давлением вакуум создаваться не должен. Рисунок 8 демонстрирует эффект от настройки бокового порта для достижения более эллиптической формы. Полагая, что значения давления жидкости и воздуха остаются постоянными на всех образцах пятен распыления, количество оседающей жидкости на каждом из пятен останется постоянным. Таким образом, можно заметить, что если площадь пятна увеличивается, толщина пленки нанесенной жидкости должна уменьшиться. Пленка нанесенной жидкости измеряется в милах (1 мил соответствует 0,001 дюйму). Например, если пятно в крайнем левом положении имеет площадь 8 квадратных дюймов и толщину покрытия 4 мила, то пятно в крайнем правом положении имеет площадь 16 квадратных дюймов и будет иметь толщину покрытия 2 мила. Обычно правильного распыления можно достигнуть при любой форме пятна распыления, хотя с некоторыми форсунками и жидкостями может потребоваться минутная настройка давления жидкости и воздуха, так как при веерном распылении будет иметь место больший избыток краски и вымывание растворителя, чем с круглым пятном распыления. Так как эта жидкость будет потеряна и не осядет на распыляемой поверхности, реальная толщина пленки во всех случаях должна быть определена посредством измерения. Также сухая пленка будет иметь меньшую толщину, чем влажная, потому что после того, как растворители при сушке испарятся, останется только сухой остаток.

Рис. 8. Эволюция пятен распыления воздушной форсунки внешнего смешивания.

Сводка всех деталей

Окрасочный пистолет может быть технически совершенным, но если оператор не будет применять правильную технику распыления, общий эффект в результате положительным не будет. Неправильные методы нанесения покрытия могут значительно увеличить затраты. Чтобы максимизировать функции и рабочие характеристики окрасочного пистолета:

- убедитесь, что держите окрасочный пистолет перпендикулярно рабочей поверхности, как показано на рисунке 10. Наклоны окрасочного пистолета из стороны в сторону, приближение и удаление пистолета от окрашиваемого предмета вызовет отклонение большого количества краски от рабочей поверхности и ее потерю.

- движение пистолета по дуге вызовет неровную толщину пленки. Помните, что нужно перемещать всю руку вдоль поверхности, держа запястье прямо.

- контролируйте скорость маха, чтобы добиться правильной толщины пленки.

- наносите материал внахлест таким образом, чтобы перекрытие не превышало 50%. Более сильное перекрытие потребует увеличения скорости прохода для получения однородного напыления материала.

Рис. 9. Показаны правильная и неправильная технологии распыления.

Переизбыток краски - это тот материал, который теряется при промахе мимо цели. Чтобы минимизировать потери, необходимо выработать осторожность и правильно нажимать на курок. Курок не должен нажиматься, когда пистолет неподвижен. Использование правильно подобранного давления распыляемого воздуха предотвратит переизбыток распыления; этот режим уменьшит потери краски из-за ее отскакивания от окрашиваемого объекта.

Окрасочный пистолет необходимо держать достаточно далеко от рабочей поверхности, чтобы ширина пятна распыла могла увеличиться до достижения подходящего размера. Оптимальное расстояние обычно составляет от 6 до 10 дюймов, как показано на рисунке 9.

Важно продумать время просушки распыляемого материала, так как в итоге это поможет операторам отточить правильную технику для достижения наилучших результатов в нанесении покрытия. Последний пункт особенно важен, потому что тенденция развития современных материалов идет по направлению к быстросохнущим веществам с высоким содержанием твердых частиц, которые существенно уменьшают загрязнение воздуха. Более быстросохнущие материалы требуют поддерживания правильных значений давления и уровней расхода. Если требуемые значения давления не будут поддерживаться, то может произойти сухое распыление и будет наноситься нежелательный текстурированный слой покрытия. Будущие направления в конструкции должны учитывать эти тенденции развития материалов. Можно использовать технический прием - контролировать скорость частиц для оптимизации эффективности перемещения и снижения потерь материала. Гибкие значения давления воздуха имеют решающее значение, но также важно правильное регулировать поток воздуха и материала. Если давление воздуха поддерживается на относительно низком уровне, то основная нагрузка упадет на \"предварительную подготовку\" материала перед тем, как он достигнет воздушной крышки.