Selezione dei materiali per le apparecchiature di rivestimento

Le apparecchiature di rivestimento sono una parte indispensabile e importante dei moderni sistemi di produzione industriale. Sono ampiamente utilizzate in settori come l'automotive, gli elettrodomestici, la ferramenta, la cantieristica navale, i macchinari per l'ingegneria, l'arredamento e il trasporto ferroviario. Il loro compito principale è applicare i rivestimenti in modo uniforme sulla superficie dei pezzi per formare rivestimenti protettivi, estetici e funzionali. A causa delle complesse condizioni di lavoro nel processo di rivestimento, che coinvolgono flussi d'aria, liquidi, polveri, reazioni chimiche, essiccazione ad alta temperatura e sostanze corrosive, i materiali utilizzati nella produzione di apparecchiature di rivestimento devono essere affidabili nelle prestazioni e adattabili per garantire un funzionamento stabile a lungo termine, rivestimenti di alta qualità e sicurezza operativa.

Una selezione ragionevole dei materiali per le apparecchiature di rivestimento richiede che gli ingegneri comprendano appieno le caratteristiche prestazionali dei vari materiali e formulino giudizi approfonditi basati sull'ambiente operativo dell'apparecchiatura, sui requisiti di processo e sui principi economici. I produttori di linee di produzione di rivestimenti analizzeranno i requisiti di carico e di materiale dei componenti comuni in base alla struttura funzionale dell'apparecchiatura di rivestimento, esploreranno l'applicabilità di diversi materiali nelle apparecchiature di rivestimento e i loro pro e contro, e proporranno strategie complete e tendenze di sviluppo per la selezione dei materiali.

I. Struttura di base e componenti chiave delle apparecchiature di rivestimento

Le apparecchiature di rivestimento sono in genere costituite da un sistema di pretrattamento, un sistema di alimentazione del rivestimento, dispositivi di spruzzatura, un sistema di trasporto, un'apparecchiatura di essiccazione, un sistema di recupero, un sistema di ventilazione e scarico e un sistema di controllo. La struttura è complessa e l'ambiente operativo è vario. Ogni sistema svolge funzioni diverse, richiedendo materiali diversi.

Il sistema di pretrattamento prevede temperature elevate, elevata umidità e sostanze chimiche fortemente corrosive.

Il sistema di spruzzatura comporta rischi di flusso d'aria ad alta velocità, scariche elettrostatiche ad alta tensione e scariche elettriche.

Il sistema di trasporto deve sopportare il peso dei pezzi in lavorazione e funzionare per lunghi periodi.

Le apparecchiature di essiccazione comportano problemi di riscaldamento ad alta temperatura e di dilatazione termica.

Il sistema di ventilazione richiede tubi e strutture di ventilazione resistenti alla corrosione e all'invecchiamento.

Il sistema di trattamento dei gas di scarico e di recupero del rivestimento deve gestire gas e polveri infiammabili, esplosivi o altamente corrosivi.

Pertanto, la scelta dei materiali deve essere in linea con le condizioni di lavoro specifiche di ogni area funzionale, senza adottare un approccio universale.

II. Principi di base per la selezione dei materiali nelle apparecchiature di rivestimento

Nella scelta dei materiali per le diverse parti, è opportuno seguire i seguenti principi di base:

1Dare priorità alla resistenza alla corrosione

Poiché il processo di rivestimento coinvolge spesso mezzi corrosivi quali soluzioni acide e alcaline, solventi organici, rivestimenti e detergenti, il materiale deve avere un'eccellente resistenza alla corrosione chimica per prevenire ruggine, perforazione e degrado strutturale.

2Resistenza alle alte temperature o stabilità termica

I componenti che operano in camere di essiccazione ad alta temperatura o forni di sinterizzazione devono avere resistenza alle alte temperature, un buon coefficiente di dilatazione termica e resistenza all'invecchiamento termico per far fronte a variazioni di temperatura e shock termici.

3Resistenza meccanica e rigidità

Le parti strutturali portanti, i sistemi di sollevamento, i binari e i trasportatori devono avere una resistenza e una fatica sufficienti per garantire un funzionamento stabile senza deformazioni.

4.Superficie liscia e facile da pulire

Le attrezzature di rivestimento sono soggette a contaminazione da rivestimenti, polvere e altri inquinanti, pertanto i materiali devono avere una superficie liscia, una buona resistenza all'adesione e proprietà di facile pulizia per agevolare la manutenzione.

5Buona lavorabilità e assemblaggio

I materiali devono essere facili da tagliare, saldare, piegare, stampare o sottoporre ad altre lavorazioni meccaniche, adattandosi alla produzione e all'assemblaggio di strutture di apparecchiature complesse.

6Resistenza all'usura e longevità

I componenti sottoposti a frequenti operazioni o a contatto con attrito devono avere una buona resistenza all'usura per prolungare la durata utile e ridurre la frequenza di manutenzione.

7.Requisiti di isolamento o conduttività elettrica

Per le apparecchiature di spruzzatura elettrostatica, i materiali devono avere buone proprietà di isolamento elettrico; mentre i dispositivi di protezione di messa a terra richiedono materiali con buona conduttività elettrica.

III. Analisi della selezione dei materiali per i componenti chiave delle apparecchiature di rivestimento

1. Sistema di pretrattamento (sgrassaggio, rimozione della ruggine, fosfatazione, ecc.)

Il sistema di pretrattamento richiede spesso il trattamento chimico delle superfici dei pezzi con liquidi acidi o alcalini ad alta temperatura. Questo ambiente è altamente corrosivo, rendendo la selezione dei materiali particolarmente critica.

Raccomandazioni sui materiali:

Acciaio inossidabile 304/316: comunemente utilizzato per la fosfatazione e lo sgrassaggio di serbatoi e tubi, con buona resistenza agli acidi e agli alcali e alla corrosione.

Lastre in acciaio rivestite in plastica (PP, PVC, PE, ecc.): adatte ad ambienti altamente acidi, con costi relativamente bassi e un'elevata resistenza alla corrosione. Lega di titanio o FRP: offrono buone prestazioni in ambienti altamente corrosivi e ad alte temperature, ma a un costo più elevato.

2. Sistema di spruzzatura (pistole di spruzzatura automatiche, cabine di spruzzatura)

La chiave per le apparecchiature di spruzzatura è atomizzare il rivestimento, controllare il flusso e prevenire l'accumulo di vernice e i rischi di scariche elettrostatiche.

Raccomandazioni sui materiali:

Lega di alluminio o acciaio inossidabile: utilizzata per gli alloggiamenti delle pistole a spruzzo e i canali interni, offre una buona resistenza alla corrosione e proprietà di leggerezza.

Materiali plastici tecnici (ad esempio POM, PTFE): utilizzati per rivestire i componenti di flusso per evitare grumi e intasamenti della vernice. Materiali compositi antistatici: utilizzati per le pareti della cabina di verniciatura per prevenire l'accumulo di elettricità statica che potrebbe causare scintille ed esplosioni.

3. Sistema di trasporto (binari, sistemi di sospensione, catene) Le linee di rivestimento utilizzano spesso trasportatori a catena o trasportatori a rulli a terra, che sopportano carichi pesanti e funzionano per periodi prolungati.

Raccomandazioni sui materiali:

Acciaio legato o acciaio trattato termicamente: utilizzato per ruote dentate, catene e cingoli, con elevata resistenza ed eccellente resistenza all'usura.

Acciaio antiusura debolmente legato: adatto per aree soggette a forte usura, come binari di svolta o sezioni inclinate.

Cursori in plastica tecnica ad alta resistenza: utilizzati nei sistemi di riduzione dell'attrito e di tamponamento per ridurre il rumore e migliorare il funzionamento regolare.

4. Attrezzature di essiccazione (forno ad aria calda, scatole di essiccazione) L'area di essiccazione richiede un funzionamento continuo a temperature comprese tra 150°C e 300°C o anche superiori, con elevate esigenze di stabilità termica del metallo.

Raccomandazioni sui materiali: acciaio inossidabile resistente al calore (ad esempio, 310S):

Può resistere ad alte temperature senza deformarsi o ossidarsi.

Acciaio al carbonio + rivestimenti ad alta temperatura: adatti per tunnel di essiccazione a temperature medio-basse, convenienti ma con una durata leggermente inferiore.

Strato isolante in fibra refrattaria: utilizzato per l'isolamento delle pareti interne per ridurre la dispersione di calore e migliorare l'efficienza energetica.

5. Sistema di ventilazione e scarico

Utilizzato per controllare il flusso d'aria, prevenire la diffusione di sostanze tossiche e nocive e garantire la pulizia dell'officina e la sicurezza dei lavoratori.

Raccomandazioni sui materiali:

Condotti in PVC o PP: resistenti alla corrosione dei gas acidi e alcalini, comunemente utilizzati per lo scarico di nebbie acide e alcaline.

Condotti in acciaio inossidabile: utilizzati per il trasporto di gas ad alta temperatura o contenenti solventi per vernici.

Giranti per ventilatori in fibra di vetro: leggere, resistenti alla corrosione e adatte ad ambienti con rivestimenti chimici.

6. Dispositivi di recupero e trattamento dei gas di scarico

Durante i processi di verniciatura a polvere e a base di solvente, vengono generati polvere e composti organici volatili (COV), che richiedono recupero e purificazione.

Raccomandazioni sui materiali:

Acciaio al carbonio con rivestimento a spruzzo + rivestimento anticorrosione: utilizzato per contenitori di recupero e locali di rimozione della polvere, conveniente. Gusci dei filtri in acciaio inossidabile: adatti ad ambienti con elevate concentrazioni di solventi e grave corrosione organica.

Contenitori di carbone attivo e dispositivi di combustione catalitica: comportano reazioni ad alta temperatura e richiedono metalli o ceramiche resistenti alle alte temperature.

IV. Fattori ambientali e di sicurezza nella selezione dei materiali

I laboratori di verniciatura spesso affrontano i seguenti rischi:

Infiammabilità ed esplosione dei solventi organici: i materiali devono avere proprietà antistatiche e antiscintilla, con collegamenti di messa a terra affidabili.

Rischi di esplosione di polvere: evitare materiali che tendono ad accumulare polvere o ad accendersi, soprattutto in spazi chiusi.

Rigoroso controllo delle emissioni di COV: la scelta dei materiali deve tenere conto della sostenibilità ambientale ed evitare l'inquinamento secondario.

Elevata umidità o gas corrosivi: utilizzare materiali antiossidanti, anticorrosione e resistenti alle intemperie per ridurre la frequenza di manutenzione delle apparecchiature.

Durante la progettazione, i produttori di linee di produzione di rivestimenti devono considerare contemporaneamente la selezione dei materiali, la progettazione strutturale, gli standard di sicurezza e le condizioni operative per evitare sostituzioni frequenti e rischi per la sicurezza.

V. Considerazioni economiche e di manutenzione nella selezione dei materiali

Nella produzione di apparecchiature di rivestimento, non tutti i componenti richiedono materiali costosi e ad alte prestazioni. Una configurazione razionale del gradiente di materiale è la chiave per controllare i costi e garantire le prestazioni:

Per le aree non critiche è possibile scegliere l'acciaio al carbonio più economico o la plastica tradizionale.

Per le aree altamente corrosive o ad alta temperatura, è necessario utilizzare materiali affidabili, resistenti alla corrosione e alle alte temperature.

Per le parti soggette a frequente usura, è possibile utilizzare componenti sostituibili e resistenti all'usura per migliorare l'efficienza della manutenzione.

Le tecnologie di trattamento superficiale (come spruzzatura, rivestimenti anticorrosione, galvanica, ossidazione, ecc.) migliorano significativamente le prestazioni dei materiali ordinari e possono sostituire alcune materie prime costose.

VI. Tendenze di sviluppo futuro e direzioni di innovazione dei materiali

Con il progresso dell'automazione industriale, delle normative ambientali e della produzione sostenibile, la selezione dei materiali per le apparecchiature di rivestimento si trova ad affrontare nuove sfide:

Materiali verdi ed ecocompatibili

Diventeranno comuni nuovi metalli e non metalli a basse emissioni di COV, riciclabili e non tossici.

Materiali compositi ad alte prestazioni

L'uso di materie plastiche rinforzate con fibra di vetro, compositi in fibra di carbonio e altri materiali consentirà di ottenere un miglioramento sinergico della leggerezza, della resistenza alla corrosione e della robustezza strutturale.

Applicazioni di materiali intelligenti

“Materiali intelligenti”con funzioni di rilevamento della temperatura, induzione elettrica e autoriparazione saranno gradualmente applicate alle apparecchiature di rivestimento per migliorare i livelli di automazione e le capacità di previsione dei guasti.

Tecnologia di rivestimento e ottimizzazione dell'ingegneria delle superfici

Il rivestimento laser, la spruzzatura al plasma e altre tecnologie miglioreranno le prestazioni superficiali dei materiali comuni, riducendone i costi e prolungandone la durata.