Как руководитель производства на заводе по обработке листового металла компании ShincoFab, я на протяжении многих лет наблюдал на производстве, как вполне качественные металлические детали приходилось выбраковывать из-за некачественной подготовки к порошковой окраске.
Большинство конструкторов просто вписывают в чертеж в AutoCAD или SolidWorks стандартную пометку о чёрном порошковом покрытии и перекладывают эту проблему на изготовителя. Это дорогостоящая ошибка. Проектирование с учётом порошкового покрытия — это правило машиностроения, а не эстетическая деталь, о которой думают в последнюю очередь. Если игнорировать особенности нанесения порошкового покрытия или процесс обжига детали при температуре 400°F, готовые детали могут просто не сойтись друг с другом.
В этом руководстве я покажу вам, как изготавливать металлические детали более высокого качества. Вы узнаете о точных габаритных припусках, необходимых для учета толщины покрытия, о том, как безопасно спускать скопившуюся жидкость, а также о наиболее экономичном способе защиты резьбы.
Если вы уже сегодня внедрите эти правила в свои модели в Fusion 360 или SolidWorks, вы сможете предотвратить сбои при сборке, значительно сократить сроки выполнения заказов и избавиться от необходимости оплачивать дорогостоящую доработку.
1. Как следует проектировать форму металлических деталей для нанесения порошкового покрытия?
Проектирование с учетом порошковой окраски начинается с физической формы детали. Если исходная геометрия детали препятствует процессу нанесения покрытия, конечный результат, скорее всего, будет неудовлетворительным. Вот как правильно сформировать детали, чтобы добиться успеха.
Следует ли наносить порошковое покрытие до или после сложной сборки?
Правило «линии видимости» — это один из основных принципов нанесения порошкового покрытия, согласно которому порошок в первую очередь прилипает к тем участкам поверхности, которые находятся непосредственно на пути струи из распылителя. Представьте себе распылитель для порошкового покрытия как фонарик: если луч света не попадает на конкретное место детали, порошок с трудом до него доберётся.
Не следует сваривать сложные, плотно прилегающие узлы, если вы хотите, чтобы внутренние углы были равномерно покрыты. Скорее всего, останутся незаметные участки без покрытия. Эти участки с обнаженным металлом быстро заржавеют при контакте с влагой.
Чтобы исправить это, нанесите покрытие на отдельные детали до того, как приступить к окончательной сложной сборке.
Что такое эффект «клетки Фарадея» при нанесении порошкового покрытия?
Глубокие углубления и узкие U-образные профили сложно покрыть порошковой краской из-за Эффект «клетки Фарадея» при электростатическом порошковом нанесении покрытий. В глубоких углублениях и на острых внутренних углах электростатическое поле действует в пользу открытых краев, поэтому заряженный порошок имеет тенденцию скапливаться на наружных поверхностях, в то время как покрытие на дне углубления остается тонким или неполным.
В прошлом месяце один из клиентов прислал нам изготовленное по индивидуальному заказу шасси из U-образного профиля глубиной 4 дюйма, но шириной всего 1 дюйм. Порошковая краска не проникла в эту выемку. Нам пришлось приостановить производство и попросить клиента перепроектировать конструкцию, разделив её на две части, соединяемые болтами.
Согласно правилу проектирования «1:1» для порошкового покрытия, глубина углубления или U-образного канала, как правило, не должна превышать его ширину. Это позволяет избежать отталкивания порошка под действием эффекта клетки Фарадея. Чтобы соблюсти это правило в SolidWorks, Fusion 360 или AutoCAD, необходимо придерживаться следующих строгих ограничений по размерам:
- Соотношение глубины к ширине должно быть не более 1:1.
- Если ширина канала составляет 2 дюйма, его глубина не должна превышать 2 дюйма.
- Если углубление глубже, чем шире, порошок, скорее всего, не дойдет до дна.
- Если вам нужен карман поглубже, переделайте его на две отдельные части.
Почему перед нанесением порошкового покрытия необходимо сгладить острые края?
Жидкая краска стекает и скапливается по краям. Порошковое покрытие действует наоборот.
В процессе запекания при температуре 400 градусов порошковое покрытие под действием поверхностного натяжения естественным образом отходит от острых кромок. В результате образуются опасно тонкие участки, подверженные сколам и ржавчине. Чтобы обеспечить максимальную долговечность покрытия и защиту кромок, придерживайтесь следующих рекомендаций по геометрии:
- Старайтесь не оставлять острых, необработанных кромок на деталях из алюминия 6061 или холоднокатаной стали.
- Добавьте к всем кромкам радиус не менее 0,030 дюйма.
- Закруглённый край обеспечивает плотный и ровный слой пудры, который не осыпается.
Скрывает ли порошковое покрытие неровности сварных швов?
Дизайнеры часто полагают, что порошковое покрытие скрывает некрасивые сварные швы. Как правило, это не так. На самом деле глянцевое порошковое покрытие действует как увеличительное стекло, подчеркивая дефекты поверхности.
Глянцевое порошковое покрытие не скрывает, а, напротив, подчеркивает дефекты поверхности. Неровные сварные швы оставляют мелкие углубления и острые выступы, к которым порошок не может должным образом прилипнуть, что сразу же создает уязвимые места, подверженные ржавчине и коррозии. Чтобы правильно подготовить поверхности необработанного металла, таких как холоднокатаная сталь или нержавеющая сталь марки 304, перед нанесением порошкового покрытия:
- Зашлифуйте конструкционные сварные швы до уровня поверхности.
- Зашлифуйте все глубокие царапины и следы шлака.
- Чем гладче ваша основа из алюминия 6061 или стали, тем прочнее будет конечная отделка.
2. Насколько увеличивает толщину металла порошковое покрытие?
Порошковое покрытие — это не «невидимая» краска. Оно придает металлу реальную, измеримую толщину. Если не учесть этот фактор на этапе проектирования, детали могут не сойтись при сборке.
Каковы стандартные допуски в САПР для порошковой окраски?
Распространенной ошибкой является указание отверстия диаметром 1 дюйм для штифта диаметром 1 дюйм. Поскольку порошковое покрытие откладывается на стенках отверстия, это приводит к уменьшению внутреннего диаметра готового изделия; поэтому перед запуском в производство необходимо определить зазор и толщину покрытия. Учтите требуемую посадку после обработки в вашем Параметры правил SOLIDWORKS DFMXpress для листового металла или Справочник по правилам обработки листового металла методом термической плавки, а также указать на чертеже толщину покрытия и любые требования к маскировке.
Порошковое покрытие, как правило, увеличивает толщину с каждой стороны на 0,003–0,010 дюйма, что требует внесения соответствующих поправок в CAD-чертежи для обеспечения правильной посадки деталей. Поскольку порошковое покрытие наносится на обе стороны отверстия, этот зазор необходимо удвоить. Для стандартного отверстия диаметром 1 дюйм следует ожидать следующих изменений размеров:
- Необработанное отверстие, обработанное на станке с ЧПУ: Диаметр 1,000″
- С стандартным глянцевым покрытием (толщина слоя 0,003″ с каждой стороны): диаметр 0,994″
- С толстым слоем Sandtex (толщина покрытия 0,005″ с каждой стороны): диаметр 0,990″
Как видите, пальто с плотной текстурой уменьшает диаметр отверстия целой сотой дюйма. Обязательно делайте вырезы побольше, чтобы они соответствовали выбранному вами порошку.
Как рассчитать зазоры для соединений типа «язычок-паз»?
Это правило сборки в значительной степени относится к соединениям «язычок-паз» в листовом металле. Если пазы слишком узкие, детали застрянут. В итоге вам придётся сбивать их вместе резиновым молотком.
Соединения типа «язычок-паз» в листовом металле требуют определённых зазоров для учёта толщины слоя порошкового покрытия. Если соединения спроектированы слишком плотно, при сборке приходится применять сильные удары молотком, что приводит к растрескиванию затвердевшего покрытия. Чтобы детали с порошковым покрытием плавно вставлялись друг в друга без заклинивания, соблюдайте следующие зазоры при проектировании в CAD:
- Добавьте дополнительный зазор от 0,010” до 0,015” ко всем соприкасающимся поверхностям.
- Детали будут плавно соединяться друг с другом.
- Порошок аккуратно заполнит этот небольшой зазор.
3. Как защитить резьбовые отверстия при нанесении порошкового покрытия?
Отвердевшее порошковое покрытие отличается высокой прочностью. Если оно попадет внутрь резьбовых отверстий, вам будет очень сложно вкрутить болт. Своевременная подготовка крепежа и мест соединений избавит вас от серьезных проблем в будущем.
Следует ли устанавливать вставки PEM до или после нанесения порошкового покрытия?
Следует ли устанавливать вставки PEM до или после нанесения порошкового покрытия? Этот вопрос вызывает ожесточенные споры, но ответ на него прост.
Перед нанесением покрытия вставьте стандартные металлические вставки.
Крепежные элементы из нержавеющей стали марки 304 и оцинкованной стали с самозажимным креплением, как правило, устанавливаются до нанесения порошкового покрытия при условии, что выбранный артикул и вид отделки одобрены для указанного цикла отверждения. Уточните материал, вид отделки, требования к монтажу и любые температурные ограничения в соответствующих Каталог крепежных изделий PEM® перед извлечением. Установка самозажимных крепежных элементов после нанесения покрытия может привести к повреждению готовой поверхности, поскольку этот процесс требует применения значительного усилия при установке. Для правильной обработки мест соединений следуйте приведенным ниже рекомендациям по использованию крепежных элементов:
- Перед нанесением покрытия вставьте металлическую фурнитуру.
- Ни в коем случае не устанавливайте стандартные пластиковые или резиновые детали перед духовкой.
- Чётко обозначьте на чертеже, какие вставки необходимо замаскировать.
Как размер отверстия влияет на затраты на маскировку при нанесении порошкового покрытия?
Чтобы в резьбу не попал порошок, на заводе её необходимо заклеивать. Стандартизация размеров отверстий позволяет снизить итоговую стоимость.
На предприятиях по нанесению порошковых покрытий для защиты резьбовых отверстий используются многоразовые силиконовые заглушки. Эти заглушки выпускаются стандартных размеров. Если вы проектируете деталь с произвольными, нестандартными размерами отверстий, эти стандартные заглушки не подойдут.
Вместо этого оператору приходится вручную вырезать кусочки высокотемпературной ленты нужного размера. Ручная обмотка занимает больше времени. Чем дольше это занимает, тем больше вам придется заплатить. Придерживайтесь стандартных размеров болтов (таких как M4, M6 или 1/4-20), чтобы на производстве могли установить стандартную заглушку и продолжить работу.
Что дешевле: зашпаклевать отверстия или заново нарезать резьбу после нанесения порошкового покрытия?
Некоторые конструкторы вообще обходятся без маскировки. Они полагают, что на заводе можно просверлить отверстия после отвердевания покрытия. Это дорогостоящая ошибка.
Я постоянно сталкиваюсь с этой ошибкой на нашем производстве. Конструкторы полагают, что на заводе резьбу потом восстановят. Вот реальная разбивка затрат, основанная на данных о трудозатратах ShincoFab, когда нам приходится исправлять 50 резьбовых отверстий:
- Маскировка 50 отверстий: Рабочий устанавливает 50 силиконовых заглушек. На это уходит 5 минут. При стандартной ставке за работу стоимость этой услуги будет минимальной.
- Повторное нарезание резьбы в 50 отверстиях: Работнику приходится зажимать деталь, аккуратно выравнивать метчик и вручную вырезать затвердевший порошок из 50 отверстий. На это уходит около 45 минут, в результате чего затраты на рабочую силу для этих отверстий увеличиваются почти в 10 раз.
Хуже того, прокладка трубы через отверстие с покрытием часто приводит к отслоению краски вокруг него. Придерживайтесь правила: при проектировании предусматривайте установку заглушек и четко указывайте требования к маскировке на чертежах.
4. Как подготавливать металлические детали к нанесению покрытия на заводской линии?
Прежде чем деталь попадёт под распылитель, она проходит химическую очистку и обработку в печи. Если при проектировании не учтеть эти этапы производственного процесса, деталь выйдет из строя на конвейере.
Почему сварные трубы нуждаются в вентиляционных отверстиях при нанесении порошкового покрытия?
Перед нанесением покрытия детали погружают в ванну для химической очистки. Если вы проектируете герметичную сварную трубу, эти жидкости остаются внутри.
Когда эта деталь попадает в печь для отверждения при температуре 400°F, находящаяся внутри жидкость закипает, превращается в газ и быстро расширяется. Выдувание порошкового покрытия — это серьезный дефект поверхности, возникающий, когда этот расширяющийся газ прорывается сквозь плавящееся порошковое покрытие, пробивая в нем огромные отверстия.
Я собственными глазами видел, как из-за взрыва в нашей печи была испорчена целая партия изготовленных на заказ трубчатых рам, потому что конструктор забыл проделать всего одно вентиляционное отверстие.
В трубчатых каркасах необходимо предусмотреть вентиляционные и дренажные отверстия. В качестве надежного практического правила рекомендуется проделывать вентиляционное отверстие диаметром 0,25 дюйма на каждый кубический фут внутреннего объема. Располагайте эти отверстия в самой нижней точке конструкции, чтобы жидкости могли надлежащим образом стекать под действием силы тяжести.
Как спроектировать отверстия для подвешивания при нанесении порошкового покрытия?
На заводе деталь необходимо подвесить на металлический крюк. Это обеспечивает доступ распылителя ко всем сторонам детали и позволяет отвести электрический заряд на массу. Стандартное скрытое отверстие диаметром 0,125 дюйма является идеальным решением для этой задачи.
Заводские отверстия для подвешивания позволяют порошковому покрытию равномерно наноситься на все стороны металлической детали, одновременно обеспечивая заземление электрического заряда. Стандартное скрытое отверстие диаметром 0,125 дюйма подходит для этих целей, однако высокие температуры в печи размягчают металл, что приводит к деформации тяжелых деталей. При использовании стандартных отверстий для подвешивания необходимо строго соблюдать следующие ограничения по весу:
- Алюминий 6061: Отверстие диаметром 0,125 дюйма начнёт разрываться или деформироваться, если вес детали превышает 15 фунтов.
- Холоднокатаная сталь: Отверстие диаметром 0,125 дюйма в холоднокатаной или мягкой стали может безопасно выдержать нагрузку около 45 фунтов.
Если вес вашей детали превышает указанные пределы, разработайте специальный подвесной кронштейн большей толщины. Вы также можете просверлить несколько отверстий для распределения веса.
А что, если на вашей детали нельзя проделать постоянные отверстия для подвешивания?
Не всегда можно проделать постоянное отверстие. Это может нарушить лаконичный вид вашего дизайна.
Если ваша деталь небольшая, спроектируйте отрывной выступ. Добавьте к краю модели в SolidWorks или AutoCAD крошечный выступ, предназначенный для удаления, с отверстием. На заводе деталь подвешивают за этот выступ, наносят на нее покрытие и запекают.
После того как деталь остынет, отломите язычок. На месте отлома останется крошечная точка из голого металла. Небольшое количество ретушной краски позволит эффективно скрыть этот след, сохранив чистоту основных поверхностей.
5. Как выбрать подходящее порошковое покрытие?
Ваша деталь наконец-то спроектирована так, чтобы выдержать условия заводского производства. Теперь пришло время придать ей привлекательный вид. Однако выбор вида отделки требует учета не только эстетических соображений.
Как выбор цвета влияет на стоимость порошковой окраски?
Выбор цвета кажется простым делом. Но от вашего выбора напрямую зависят как ваши расходы, так и сроки выполнения проекта.
Если вы укажете на чертеже очень конкретный, нестандартный цвет по шкале RAL, вам, скорее всего, придется соблюдать минимальный объем заказа (MOQ). Поставщики порошковых красок продают продукцию оптом. Если вам нужно всего несколько деталей с покрытием нестандартного неоново-розового цвета, производственному цеху всё равно придётся закупать полную коммерческую оптовую упаковку этого порошка. Эти затраты будут переложены на вас, а ожидание доставки увеличит срок выполнения заказа на несколько недель.
Создание одной детали с несколькими цветами — задача ещё более сложная. Для этого требуется запекание, нанесение маскирующего слоя и повторное запекание. Это очень дорого и сопряжено с риском испортить первый слой.
По возможности придерживайтесь стандартных фирменных цветов цеха. Как правило, они всегда есть в наличии. Ваши детали будут покрыты быстрее, и вы избежите значительных расходов, связанных с минимальным объемом заказа.
В чём заключается разница между эпоксидным и полиэфирным порошковым покрытием?
Не все порошки состоят из одного и того же вещества. Необходимо подобрать химический состав с учётом условий окружающей среды.
Эпоксидное порошковое покрытие — это долговечное промышленное покрытие, обладающее высокой стойкостью к воздействию химических веществ, топлива, масел и механическим повреждениям, как описано в Информация о продуктах Sherwin-Williams для нанесения эпоксидных порошковых покрытий. Однако обычные эпоксидные порошковые покрытия, как правило, лучше всего подходят для применения в помещениях: длительное воздействие ультрафиолета может привести к мелования, изменению цвета и потере блеска. Для наружных деталей следует выбирать полиэфирные покрытия с УФ-стойкостью, сверхпрочные полиэфирные покрытия, фторполимерные покрытия или другие системы покрытий, проверенные на соответствие требуемым условиям эксплуатации.
Полиэфирное порошковое покрытие — это отделочный материал для наружного применения, который на протяжении многих лет выдерживает воздействие интенсивного ультрафиолетового излучения и суровых погодных условий, не теряя при этом своего цвета. Используйте полиэфирные порошки для деталей, которые эксплуатируются на открытом воздухе.
Какая текстура порошкового покрытия лучше всего подходит для маскировки дефектов поверхности?
Глянцевые покрытия выглядят потрясающе на бумаге. На самом деле глянцевое покрытие действует как зеркало. Оно подчеркивает практически каждую царапину, отпечаток пальца и след от зерна металла на вашей детали из необработанного алюминия 5052 или холоднокатаной стали.
Если ваша необработанная нержавеющая сталь марки 304 или алюминий марки 6061 не отполированы до безупречного блеска, избегайте глянцевой отделки. Вместо этого используйте текстурированную отделку.
В данном случае вашими лучшими помощниками станут порошки Sandtex или «морщинистые» порошки. На ощупь они напоминают мелкую наждачную бумагу. Такая шероховатая текстура рассеивает свет. Это позволяет эффективно скрыть мелкие дефекты, следы от инструментов и отпечатки пальцев. Кроме того, они придают деталям суровый, профессиональный вид и обеспечивают дополнительное сцепление.
Заключение
Премия порошковое покрытие Это происходит не случайно. Эта функция встроена в SolidWorks, AutoCAD и Fusion 360.
Заблаговременно предусмотрев дополнительную толщину, обеспечив защиту резьбы и добавив вентиляционные отверстия, вы полностью контролируете конечный результат. Вам больше не придется скрещивать пальцы и надеяться, что детали сойдутся. Вместо этого вы получаете именно те результаты, которые заложили в проекте, в установленные сроки и без затрат на дорогостоящую доработку.
На сайте ShincoFab, мы ежедневно занимаемся изготовлением листового металла по индивидуальным заказам. Мы сразу замечаем, когда конструктор хорошо разбирается в этих правилах. Когда мы получаем файл, в котором уже учтены надлежащие зазоры, указаны инструкции по маскировке и предусмотрены выступы для подвески, это позволяет нам беспрепятственно выполнить заказ и гораздо быстрее изготовить деталь высокого качества.
Применяйте эти правила при следующей сборке. Ваш производитель будет вам благодарен, работа вашей сборочной линии пойдет гладче, а металлические детали будут выглядеть лучше, чем когда-либо.
