Дипломная (вкр): Разработка технологии для окраски деталей троллейбуса порошковыми полимерными материалами

Однако эти методы позволяют установить твердость только пластичных материалов и плохо применимы для измерения твердости полимеров, древесины, резины, тонких покрытий, обладающих высокой эластичностью и низкой твердостью[3].

Предлагаем использовать специально разработанное устройство для определения твердости вышеуказанных материалов.

Устройство состоит из корпуса, направляющей, индентора, индикатора, стойки, грузов различной массы (рисунок 1). Твердость образцов определяется в зависимости от глубины внедрения закаленного индентера конической формы непосредственно в момент приложения нагрузки.

Данное приспособление позволит определить твердость покрытий толщиной от 20 мкм при нагрузке на образец до 200 г. Точность измерения глубины отпечатка - 0, 01мм.

Твердость будет определяться в МПа по формуле:

Н = ;    (8)

где, Р - общая нагрузка от индентора и грузов, Н;

 - площадь поверхности отпечатка в виде конуса, мм²;

L - длинна образующей;

R - радиус основания.

L = ; R = htg   (9)

 =  (10)

Отсюда:

h = ²   (11)

Рисунок 16 Микротвердомер для элаластичных материалов

Таким образом данное приспособление позволит определить твердость эластичных материалов.

3. Исследовательский раздел

3.1 Физико-механические свойства покрытий

Для оценки физико-механических свойств покрытий были проведены исследования по определению адгезионной прочности твердости покрытий.

Для оценки адгезионной прочности покрытий применялся метод нормального отрыва "грибков". Метод заключается в равномерном отрыве покрытия, нанесенного на торец образца с контробразцом. Для определения адгезионной прочности использовалась разрывная машина при скорости нагружения 100 г/мин. В качестве покрытий использовались: ЭПК-202 - эпоксидно-полиэфирная краска, алкидная эмаль COLOMIX 1025.

Адгезионная прочность высокая у порошкового покрытия. При нормальном отрыве покрытий определен когезионный характер разрушения. Максимальная прочность адгезионного соединения достигается при температуре 160°С и длительности оплавления 60 мин.

Это говорит о завершенности процесса отверждения термореактивных композиций.

Адгезионная прочность покрытий из эмали COLOMIX 1025 в десятки раз ниже, чем у порошкового покрытия (рисунок 17а).

- COLOMIX 1025; 2 - ЭПК-202

Рисунок 17 а - Адгезионная прочность покрытий

Твердость покрытий определяли с использованием специального прибора, с помощью которого определялся размер отпечатка вдавившегося конуса, а затем по формуле рассчитывалась твердость покрытий. Результаты исследования показаны на диаграмме (рисунок 17 б).

1 - COLOMIX 1025; 2 - ЭПК-202

Рисунок 17 б - Твердость покрытия

3.2 Триботехнические свойства покрытий

Для оценки триботехнических свойств были проведены исследования по определению прочности покрытия к истиранию наждачной бумагой.

В ходе проведения данного исследования определили, что стойкость к истиранию у порошковой эпоксидно-полиэфирной краски ЭПК-202 выше чем у эмали COLOMIX 1025. Это доказывает кривая зависимости толщины покрытия от количества циклов для порошкового покрытия, которая является более пологой по сравнению с аналогичной кривой полученной для покрытия из эмали COLOMIX 1025 (рисунок 18). Полученные результаты можно объяснить особенностями структурного строения покрытия и их адгезионной прочностью.

1 - Эмаль COLOMIX 1025; 2 - ЭПК-202

Рисунок 18 - Зависимость потери массы покрытий от времени истирания

3.3 Защитно-декоративные свойства покрытий

Качественную оценку защитных свойств покрытий давали по стойкости покрытия к статическому воздействию жидкости согласно ГОСТ 9.403-80.

При испытании 10 %-ым раствором NaCl набухание и разрушение пленки у покрытия из эмали COLOMIX 1025 наблюдались уже через 168ч., а у порошковой эпоксидно-полиэфирной краски начали незначительно проявляться только через 600ч. (рисунок 19).

1 - Эмаль COLOMIIX 1025; 2 - ЭПК-202

Рисунок 19 - Стойкость покрытий в 10% растворе NaCl

Также, для оценки защитно-декоративных свойств покрытий использовали способ определения коррозии по прозрачности раствора.

При испытании, количество света, проходящего через раствор, и попадаемого на фотодиод, зависело от наличии продуктов коррозии в растворе. Чем больше продуктов коррозии находилось в растворе, тем количество попадаемого света на фотодиод было меньше, а следовательно и сила фототока, преобразованное фотодиодом, была меньше.

Из графиков (рисунок 20) видно, что у эмали COLOMIX 1025 с течением времени продуктов коррозии становилось все больше, и соответственно, прозрачность раствора ухудшалась.

Если же посмотреть на результаты порошковой краски, то видно, что прозрачность раствора с течением времени особо не менялась. Следовательно можно сделать вывод что порошковая краска более стойкая к коррозии, чем COLOMIX 1025.

1 -COLOMIX 1025; 2 - ЭПК-202

Рисунок 20 - Определение коррозии по прозрачности раствора

4. Разработка технологического процесса окраски порошковыми полимерными материалами

Высокая эффективность применения порошковых материалов достигается лишь при хорошей организации труда на участках и в цехах покрытий.

При проектировании участка по нанесению порошковых покрытий учитывается:

) характеристика покрываемых изделий;

) годовой объем производства покрытий;

) схему технологического процесса изготовления покрытий;

) режим работы цеха или участка;

) цикл покрытия и увязку его с общим циклом обработки деталей и сборки их в готовые изделия.

Так как нанесение порошковых покрытий в разработанном технологическом процессе непрерывно, то эффективность организации производства на участке достигается за счёт частичной механизации и автоматизации процесса и вспомогательных операций.

Конвейер используется как средство транспортировки деталей от одной технологической операции к другой.

Для более рационального использования рабочего времени и оборудования предусматривалось:

)последовательное прохождение деталей по всем операциям технологического процесса;

) величина рабочих участков, проходы и проезды для транспорта;

) специализация рабочих мест, организация участков для навешивания деталей на конвейер и их снятия;

) удобство обслуживания оборудования цеха (участка) и т. д.

Для повышения производительности труда следует предусматривать применение подвесок и оснастки для группового нанесения покрытий на изделия, а также легкосъемных защитных приспособлений для изоляции мест, не подлежащих покрытию [11].

В цехе предусматриваются необходимые противопожарные и санитарно-профилактические мероприятия. В целях соблюдения противопожарных правил отделены операции подготовки поверхности, где могут быть использованы жидкие грунтовки, от операции нанесения полимера, разместив соответствующие участки в разных производственных помещениях.

Цех (участок) полимерных покрытий должен отвечать современным требованиям “комфортности”, которые включают комплекс следующих мероприятий:

)естественное и искусственное освещение с применением светорассеивающей арматуры;

) наличие приточно-вытяжной вентиляции; краткость обмена воздуха устанавливается в зависимости от вида применяемого полимера;

) температура помещения не ниже 15° С и не выше 28° С; относительная влажность воздуха в пределах 50-70%; желательно применение кондиционеров для поддержания нормального климата в рабочем помещении;

) наличие местной вентиляции в местах образования пыли (ванны, участки распыления порошков), а также испарения летучих продуктов (печи, камеры набухания, сушильные камеры), обеспечивающей допустимые концентрации вредных веществ на рабочих местах; скорость воздуха на рабочем месте не менее 0, 4 м/сек;

) оборудование удобных бытовых помещений в цехе (на участке);

) соблюдение чистоты рабочего места.

Снятые с подвесок и освобожденные от защитных материалов изделия подвергаются контролю на качество, главным образом на сплошность покрытия, декоративный вид, наличие микротрещин и пузырьков на поверхности покрытия. При налаженном и стабильном производстве контроль качества производится визуально или при помощи незначительно увеличивающих приборов (лупа).

Полимерное покрытие должно быть ровным, глянцевым или матовым (по требованию), не иметь шероховатости. Цвет покрытия должен соответствовать указанным данным в чертеже или же эталону. Допускается изменение цвета в соответствии с вилкой. Толщина покрытия должна соответствовать размерам, указанным в чертеже данного изделия. Электроизоляционные и химически стойкие покрытия подвергаются испытанию на сплошность [11].

Мелкие изделия, прошедшие контроль, завертывают в бумагу, укладывают в тару и отправляют на склад готовой продукции.

При контроле качества покрытий могут быть выявлены различные дефекты. Некоторые из них допустимы, другие исправимы, а третьи требуют удаления бракованного покрытия с изделия и нанесения нового. Небольшие дефекты (шероховатость поверхности, расхождение в оттенках цвета, пятнистость, местные утолщения, следы от подвесок) допускаются для нелицевых деталей и поверхностей. Для лицевых деталей эти дефекты недопустимы. Дефекты, связанные с нарушением сплошности покрытий, наблюдаются особенно в местах крепления изделий к подвеске. Их исправление производится следующим образом: засыпается порошок полимера того же цвета и расплавляется струёй горячего воздуха. Для этой цели применяется горелка, аналогичная горелке для сварки винипласта. Дефекты также можно исправить с помощью жидкой пасты или краски, приготовленной на основе порошкового состава путем растворения его в соответствующем растворителе. Так, поливинилбутиральную сухую краску СВЛ-21 растворяют в спирте, получают пасту, которая и применяется для исправления дефектов на поливинилбутиральных покрытиях. Предварительно место брака на покрытии зачищается напильником.

Схема технологического процесса представлена на рисунке 21.

Рисунок 21 - Технологический процесс нанесения порошковых полимерных покрытий

5. Расчет энергоэффективности и экономического эффекта от внедрения защитно-декоративных покрытий на основе порошковых полимерных материалов для деталей троллейбусов

5.1 Сравнительная характеристика энергозатрат при окраске

Характеристика камеры:

- длина , м……………………………………………….......0, 3

ширина, м…………………………………………..………0, 28

отношение длины к ширине помещения ……….…. 1, 071

высота , м…………………………………………….……0, 3

площадь , м²………………………………........................0, 084

температура воздуха внутри камеры , °С.....................60, 180

- среднегодовая температура воздуха в Гомеле °С ….……7, 4

коэффициент теплоизоляции k………………………..……. 0, 9

Рассчитаем количество тепла необходимое на сушку деталей салона транспортного средства:

P=V∙(t_кам-t_нар)∙k   (12)

Объём окрасочной камеры V:

V=L∙B∙H    (13)

V=0, 3∙0, 28∙0, 3=0, 0252 м³

Подставим численные значения для ЛКМ:

P_COLOMIX=0, 0252∙(60-7, 4)∙0, 9=1, 1929 кКал/ч

P_ЭПК=0, 0252∙(180-7, 4)∙0, 9=3, 9146 кКал/ч

Время высыхания краски COLOMIX 1025(60°С), в окрасочно-сушильной камере составляет 1 час, ЭПК-202 составляет 15-20 мин, при температуре 180°С.

Тепло затрачиваемое на сушку при окрашивании краской COLOMIX 1025:

P₁=1, 1929 ∙1=1, 1929 кКал/ч

Тепло затрачиваемое на сушку при окрашивании эмалью ЭПК-202:

P₂=3, 9146 ∙0, 4=1, 5658 кКал/ч

Рассчитаем необходимое количество энергии:

кВт=860 кКал/ч

Для COLOMIX 1025:

Для ЭПК-202:

Затраты энергии на сушку краски COLOMIX 1025 превышают в 3, 9 раза, так как COLOMIX 1025 наноситься в 3 слоя, а ЭПК-202 в один слой, при достижении такого же результата. Следовательно, ЭПК-202 энергоэффективней применять на производстве.

5.2 Сравнительная характеристика экономических затрат при окраске

Годовой экономический эффект от внедрения новой техники, технологии с учетом увеличения срока службы покрытий

где С₁, С₂ - себестоимость еденицы техники, продукции при базовой и новой технике, технологии, руб;

Е_н - нормативный коэффициент капитальных вложений; Е_н=0, 15;

Т₁, Т₂ - срок службы покрытий;

З - удельные затраты на внедрение новой техники, руб.;

N - годовой выпуск продукции, м².;

n - количество троллейбусов в депо №1, 130 единиц;

n_д - количество деталей на окраску в одном троллейбусе, 150 единиц;

S_дет - средняя площадь одной детали под окраску, 0, 08 м².

Себестоимость единицы продукции:

,   (15)

где З_м - затраты на материалы, руб.;

З_з - основная и дополнительная заработная плата, руб.;

О_с.н - процент отчисления на социальные нужды, руб.;

З_зд - затраты на обслуживание зданий и сооружений, руб.;

З_эн - затраты на энергоресурсы, руб.

Затраты на материалы:

,    (16)

где Р - расход материала, кг;

Ц_м - стоимость материалов, руб.

При окраске жидкими ЛКМ: Р=180×10^-3 кг/м², Ц_м=360000руб/кг.

При окраске эпоксидными порошковыми материалами: Р=100×10^-3кг/м², Ц_м=125000 руб/кг.

З_м1= 180×10^-3×360000=64800 руб;

З_м2= 100×10^-3×125000=12500 руб;

Затраты на заработную плату

,    (17)

где  - основная заработная плата, руб.;