Системы сушильных печей используются в цехах по покраске автомобилей для термического отверждения различных материалов, применяемых в конструкции или кузове автомобиля.
Эти материалы включают: кузовные адгезивы, применяемые для соединения слоев листового металла, различные жидкие покрытия, которые наносят для защиты кузова и придания привлекательного внешнего вида, высоковязкие материалы, применяемые для герметизации швов и подавления вибраций, а также термически отверждаемые металлы.
ПРОБЛЕМЫ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ
Производители автомобильных деталей часто сталкиваются с проблемами отверждения материалов при использовании печей в своих малярных цехах. Это связано с конструкцией современных кузовов автомобилей, в которых делается упор на снижение общего веса транспортного средства путем использования более легких, высокопрочных легированных сталей или алюминиевых сплавов, а также полимерных конструкционных вставок. Кроме того, в секциях стоек и коромысла добавляется дополнительное армирование конструкции (металл или полимер) в целях соблюдения более строгих стандартов испытаний на ударную прочность при столкновении. Это особенно актуально для электромобилей, элементы конструкции которых обычно формируются непосредственно на коромыслах и днище кузова для защиты аккумулятора в случае аварии. Все эти современные особенности конструкции кузова приводят к увеличению площади сосредоточенной термальной массы (что обусловлено удельной массовой теплоемкостью и удельной теплоемкостью материала), которая требует больше тепловой энергии для достижения необходимого отверждения материала.
Современные печи отверждения зачастую пытаются выработать достаточно тепла для таких высокотемпературных областей в процессе обработки кузова в печи. Традиционные печи в малярных цехах пропускают окрашенные кузовы, расположенные как при движении по дороге, через несколько зон нагрева, в которых излучаемая и/или конвективная энергия направлена на внешнюю поверхность кузова.
При таком методе нагрева во внутреннюю область кузова направлена минимальная тепловая энергия, а именно там обычно расположены участки с высокой теплоемкостью.
Рисунок 1. Повышение качества окраски посредством нагревания кузова изнутри
В результате производители автомобилей зачастую сталкиваются с недостаточным отверждением материалов, применяемых для элементов конструкции кузова.
Чтобы это компенсировать, производители повышают рабочую температуру в печи, что не только увеличивает энергопотребление, но и может привести к избыточному отверждению наружных поверхностей, а в некоторых случаях и к конструктивной деформации внешних поверхностей из-за перепадов теплового расширения (неравномерный нагрев) между внутренними и внешними участками кузова.
НОВАЯ КОНЦЕПЦИЯ НАГРЕВА
Для решения этих проблем инженеры компании Dürr разработали концепцию нагрева EcoInCure, согласно которой окрашенные кузовы автомобилей нагреваются изнутри. В этом новом методе нагрева используется поперечная система транспортирования, при которой кузов автомобиля обрабатывается сбоку с помощью зон нагрева, что позволяет расположить большие конвекционные сопла таким образом, чтобы нагретый воздух проходил через отверстие для лобового стекла внутрь кабины, а также непосредственно в моторный отсек. Система транспортирования с частыми остановками позволяет кузову находиться в оптимальном положении для нагрева в течение максимального количества времени. Это обеспечивает минимальный конвективный воздушный поток вокруг наружной поверхности кузова и максимальный – внутри.
При таком методе нагрева обеспечивается несколько преимуществ.
Самое важное преимущество – это существенное повышение скорости нагрева участков с высокой термальной массой, которые включают в себя коромысла, дверные стойки, металлические полы и конструктивные элементы моторного отсека. Для конструктивных элементов кузова было зафиксировано уменьшение времени разогрева (т.е. время нагрева кузова до температуры отверждения) на целых 30% по сравнению с традиционной печью. Такое снижение времени разогрева напрямую сказывается на уменьшении необходимой длины печи, что обеспечивает экономию капиталовложений.
Еще одно важное преимущество заключается в улучшении равномерности нагрева на протяжении всего цикла отверждения. При использовании EcoIncure сокращение перепадов температур между внутренними и внешними панелями кузова составило 50%. Более равномерный нагрев способствует снижению температурных напряжений.
Рисунок 2. Для нагрева кузова изнутри в системе EcoInCure используются сопла с дальнобойной струей (в том числе через отверстие для лобового стекла). Поток воздуха в этом инновационном процессе обеспечивает оптимальное распределение покрытия.
Преимущества для внешнего вида готового покрытия достигаются благодаря снижению скорости воздушного потока по внешним окрашенным поверхностям. При использовании традиционных печей конвекционный воздух воздействует непосредственно на влажный слой краски. В системе EcoInCure конвекционный воздух в первую очередь воздействует на внутренние панели кузова без покрытия.
Измерения с помощью прибора Wavescan (метод оценки гладкости покрытия) показывают уменьшение волнистости на вертикальных поверхностях на 50%.
Дополнительные преимущества включают уменьшение занимаемой площади благодаря цельной, одноуровневой системе нагрева, в которой блоки циркуляции воздуха устанавливаются непосредственно на боковой стенке печи, что сокращает систему наружных воздуховодов. Инновационная централизованная система нагрева позволяет снизить сложность оборудования и обеспечить потенциальную экономию энергии до 25%. Система EcoInCure также обладает чертами, присущими четвертой промышленной революции, поскольку каждому обрабатываемому кузову присваивается индивидуальный сертификат качества, который позволяет точно отслеживать весь процесс сушки и получать данные с помощью специального программного обеспечения. Обработка и оценка данных выполняется с помощью программной платформы iTAC.IoT.Suite от компании Dürr.
ВЫВОДЫ
Тенденция налицо – растут проблемы с отверждением материалов в печах малярных цехов. Эта тенденция будет продолжаться, пока конструкторы автомобилей подбирают альтернативные материалы и методы сборки будущих кузовов автомобилей, особенно, электромобилей. Система EcoInCure разработана специально для решения этих проблем. Данный продукт привлекает к себе большое внимание с момента выпуска в 2017 году. Помимо известных автопроизводителей, таких как Skoda, которая использует EcoInCure в своем малярном цехе в городе Млада-Болеслав (Чехия), значительный интерес проявили новые производители автомобилей, на которых произвели впечатление такие преимущества, как качество окраски и производственная эффективность. Производитель электромобилей Byton также решил использовать EcoInCure в своем новом покрасочном цехе.
Первые три покрасочных цеха с этой инновационной печью будут введены в эксплуатацию уже в 2019 году; дальнейшие проекты уже планируются. Чтобы производители могли лучше оценить преимущества технологии EcoInCuregy для решения своих конкретных проблем с отверждением, компания Dürr предлагает возможность проведения лабораторных испытаний печи на своем научно-исследовательском предприятии в Битигхайм-Биссинген, Германия.
