Утверждены научно-методическим

Советом БГИТА

Протокол № 1  от 03 февраля 2011 г.

Технология и оборудование

Защитно-декоративных покрытий

Древесины и древесных материалов

Методические указания

 по курсовому и дипломному проектированию для студентов

Специальности 250403 «Технология деревообработки»

 

 

Брянск 2011

 

УДК 674.8.

 

 

Технология и оборудование защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов: Методические указания по курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 250403 «Технология деревообработки»/ Брянск. гос. инж.-технол. акад. Сост. Н.А.Ермачкова, Т.А. Свиридова. – Брянск; БГИТА, 2011. – 71с.

 

Методические указания содержат варианты заданий на курсовое проектирование, рекомендации по проектированию технологических процессов отделки древесных материалов лакокрасочными материалами, примеры технологических расчетов, правила расстановки технологического оборудования в цехах отделки, правила оформления пояснительной записки.

Даны методики расчета нормативов расхода лакокрасочных материалов, норм расхода основных, прочих отделочных и вспомогательных материалов; расчета производительности оборудования при формировании лакокрасочных покрытий при проходной и позиционной схемам обработки, расчета общих трудозатрат при выполнении технологических операций отделки изделий, расчета необходимого количества оборудования и процента его загрузки; расчета площади цеха и его участков для создания буферных запасов деталей и изделий, а также организации зон сушки лакокрасочных покрытий.

Для студентов очной и заочной форм обучения.

 

 

Рецензент:

кандидат техн. наук, доц. Пархоменко В.И.

 

 

Рекомендованы редакционно-издательской и методической комиссиями механико-технологического факультета БГИТА.

Протокол № 3 от 24 января 2011 г.

 

Содержание

Введение	4
1 Содержание и оформление курсового проекта	5
2 Рекомендации по проектированию технологических процессов отделки	7
3 Расчет отделочных материалов	17
4 Расчет потребного количества отделочного оборудования	26
5 Расчёт площади цеха	32
6 Разработка плана расстановки оборудования	38
Список рекомендуемой литературы	43
Приложение А. Задание на проектирование
Приложение Б. Маршрутная схема
Приложение В. План размещения технологического оборудования
Приложение Г. Спецификация оборудования
Приложение Д. Принципиальные схемы формирования лакокрасочного покрытия
Приложение Е. Оперативное время на некоторые работы по отделке изделий из древесины
Приложение Ж. Нормативы расхода лакокрасочных материалов

 

 

Введение

Технология защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов занимает важное место в деревообработке, т.к. является завершающим этапом технологического процесса изготовления изделий. Трудозатраты этого этапа, например, при изготовлении мебели, составляют от 30 до 50%. От совершенства защитно-декоративных покрытий во многом зависит товарный вид и качество изделий.

Формирование защитно-декоративных покрытий в настоящее время осуществляется преимущественно последовательным нанесением различных видов лакокрасочных материалов. Современная технология защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов – это высокоорганизованное механизированное производство, базирующееся на последних научно-исследовательских достижениях в области химии, физики и механики, использовании новых материалов, совершенствовании применяемых и внедрении прогрессивных технологических процессов и высокопроизводительного оборудования.

Технологическая подготовка производства защитно-декоративных покрытий включает, наряду с остальными, расчеты расхода материалов, оборудования, площади цехов. В учебном плане подготовки инженеров по специальности 250403 «Технология деревообработки» при изучении дисциплины «Технология и оборудование защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов» предусматривается выполнение курсового проекта.

Цель курсового проектирования - закрепление и систематизация теоретических знаний, полученных студентами при изучении дисциплины, приобретение навыков самостоятельного применения полученных знаний для решения стоящих перед отраслью задач. Задание на курсовое проектирование предусматривает решение основных вопросов, связанных с техникой и технологией покрытий, принципами разработки технологических процессов и проектирования отделочных цехов деревообрабатывающих предприятий.

 

1 Содержание и оформление курсового проекта

 

Курсовой проект по дисциплине «Технология и оборудование защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов» выполняется после курсового проекта по дисциплине «Технология изделий из древесины». В связи с этим исходные данные для проектирования выбирают, ориентируясь на уже выполненный проект по технологии изделий; а именно, конструкцию и техническое описание изделия, спецификацию и размеры деталей и сборочных единиц.

Задание на проектирование приведено в приложении А.

Выполнение проекта предполагает:

1) провести анализ изделия с точки зрения условий эксплуатации, функционального назначения поверхностей, особенностей конструкции, его разборности/неразборности; составить спецификацию деталей и сборочных единиц, подвергающихся отделке, с указанием размеров и вида отделываемых поверхностей (приложение Б, таблица Б1, графы 1-9);

2) изучить свойства лакокрасочных материалов (ЛКМ), составляющих покрытия, особенности их нанесения, отверждения и облагораживания; ознакомиться с типовыми технологическими процессами формирования покрытий заданными лакокрасочными материалами;

3) выбрать методы нанесения отделочных материалов, отверждения и облагораживания покрытий, а также соответствующее оборудование; разработать маршрутную схему технологического процесса отделки каждой детали и сборочной единицы (изделия) с указанием основных операций и оборудования (графы с 10 и т.д. таблицы Б1 приложения Б);

4) рассчитать нормы расхода основных и вспомогательных отделочных материалов на одно изделие и на годовую программу выпуска;

5) рассчитать необходимое количество отделочного оборудования и рабочих мест на выполнение всех технологических операций;

6) рассчитать площадь отделочного цеха, расставить технологическое оборудование и рабочие места в цехе, вычертить план цеха в масштабе М 1:100 или М 1:50;

7) разработать технологические инструкции на основные отделочные операции (лакирование, крашение, грунтование);

8) разработать карты технологического процесса на выполнение всех операций отделки деталей фасада изделия (или всего изделия).

Курсовой проект состоит из пояснительной записки и графической части.

Пояснительная записка содержит описание изделия, характеристику формируемых покрытий и применяемых отделочных материалов, характеристику методов нанесения и методов отверждения формируемых покрытий, краткое описание технологического процесса, рецептуры лакокрасочных материалов и режимы их нанесения, техническую характеристику оборудования, технологические карты и инструкции, а также расчеты отделочных материалов, оборудования и рабочих мест, площади цеха.

При расчете материалов, оборудования, площади цеха и др. приводятся формулы с расшифровкой всех входящих в них параметров с указанием единиц измерения, и выполняется один пример расчета по этой формуле, остальные подобные заносятся в таблицу.

Пояснительную записку брошюруют в следующей последовательности: титульный лист, задание на проектирование, содержание, введение, далее следуют разделы в соответствии с бланком задания на проектирование, заключение, список использованных источников, приложения. Основная надпись дается на странице с содержанием.

Литературные источники располагают в порядке появления ссылок в тексте пояснительной записки или в алфавитном порядке.

Графическая часть курсового проекта состоит из трех листов чертежей формата А1:

1 лист - маршрутная схема технологического процесса отделки деталей и сборочных единиц изделия (приложение Б);

2 лист - план расстановки технологического оборудования в цехе отделки (приложение В);

3 лист - принципиальные схемы выполнения технологических операций (крашения, лакирования, шлифования, полирования и др.) на выбранном оборудовании (приложение Д).

 

Рекомендации по проектированию технологических процессов

Отделки

Основное назначение защитно-декоративных (в том числе лакокрасочных) покрытий - это защита поверхности древесины от воздействия воздуха, загрязнения, непосредственного воздействия света, влаги, механических повреждений. Защитные свойства покрытий различаются и зависят от целого ряда таких факторов, как природа и свойства лакокрасочного материала, толщина покрытия, нали­чие в покрытии пигментов и их вид и др.

При создании защитно-декоративных покрытий, прежде всего, учитываются условия эксплуатации изделий. Эксплуатационные качества лакокрасочных покрытий определяются целым комплексом их физико-механических свойств: адге­зией к поверхности, твердостью и эластичностью, прочностью на истирание, стойкостью к воздействию тепла, света, влаги, химических реагентов и т.д.

Физико-механические свойства покрытий в первую очередь определяются свойствами самих лакокрасочных материалов. На них оказывают влияние также условия нанесения, сушки и последующей обработки, толщина и шероховатость поверхности покрытий. Последняя имеет, кроме того, самостоятельное значение, так как определяет характер блеска и, следовательно, внешний вид покрытий. Рекомендации по применению отделочных материалов для различных изделий из древесины приведены в ГОСТ 9825-73. Так, например, для образования атмосферостойких покрытий при отделке окон, наружных дверей, фургонов, контейнеров и др. рекомендуется использовать материалы МЧ-113 и ПФ-115, стойких внутри помещений покрытий при отделке мебели, внутренних дверей, корпусов телерадиоаппаратуры, часов и др. - НЦ-218, ПЭ-265, МЛ-2111, УР-2124М и т.д.

Помимо общих требований, связанных с условиями эксплуатации изделий в целом, необходимо учитывать требования эксплуатации конкретных изделий или некоторых поверхностей этих изделий (рабочих) в связи с их функциональным назначением. Так, например, необходимо учитывать требования водо- и теплостойкости покрытий кухонной мебели, крышек рабочих кухонных столов, крышек обеденных столов и др. Особые требования предъявляются к покрытиям медицинской и лабораторной мебели, где помимо водостойкости должна обеспечиваться еще и стойкость к различным химическим реагентам.

В зависимости от требований, предъявляемых к декоративным свойствам отделываемых поверхностей, например, корпусной мебели, различают фасадные, другие лицевые и внутренние поверхности. Для каждого вида поверхностей могут применяться отдельные группы отделочных материалов, классы покрытий. При этом осуществляется целесообразная и экономная технология не в ущерб общему качеству отделки изделия.

Часто в одном изделии для разных поверхностей могут создаваться покрытия с различными физико-механическими показателями. Так, рабочие поверхности крышек кухонных столов облицовываются декоративным бумажно-слоистым пластиком, рабочие поверхности крышек обеденных столов покрываются полиэфирными лаками и эмалями, а подстолье, ножки (лицевые поверхности) тех и других изделий могут быть отделаны нитроцеллюлозными лаками или эмалями.

Таким образом, более водо- и теплостойкие и стойкие к химическим реагентам покрытия создаются на тех поверхностях, которые в процессе эксплуатации будут подвергаться наибольшему внешнему воздействию.

В ВПКТИМе разработаны рекомендации по отделке мебели лакокра­сочными материалами в зависимости от группы стойкости покрытия с учетом условий эксплуатации мебельных изделий.

Согласно РТМ «Метод определения стойкости лакокрасочных покрытий к химреагентам, пищевым продуктам и другим веществам» лакокрасочные покрытия разделяют на три группы: ВС – высокостойкие, С – стойкие, НС – низкостойкие.

Так, покрытия группы ВС на основе полиэфирных, полиуретановых материалов и материалов кислотного отверждения рекомендуются для всех поверхностей (рабочих и лицевых) корпусной мебели, мебели для сидения и лежания, покрытия группы С на основе водоразбавляемых материалов (полиэфирных, полиакриловых, полиуретановых и кислотного отверждения) – для всех поверхностей корпусной мебели, мебели для сидения и лежания, за исключением поверхностей, подвергающихся длительному воздействию влаги (рабочие поверхности кухонной мебели и мебели для предприятий общественного питания), покрытия группы НС на основе нитроцеллюлозных материалов – для всех поверхностей (кроме рабочих) корпусной мебели, мебели для сидения и лежания, кроме поверхностей, подвергающихся воздействию химических реагентов и длительному воздействию влаги.

Защитно- декоративные покрытия на мебели из древесины и древесных материалов должны иметь определенную характеристику по показателям водостойкости, теплостойкости и морозостойкости. По этим показателям защитно-декоративные покрытия делятся на три группы. К группе с обозначением 3 относятся покрытия ограниченно водостойкие, которые выдерживают в пресной воде при температуре 20±2°С в течение 6 ч без побеления, низкотеплостойкие, на которых при выдержке при температуре 60°С в течение 30 мин наблюдается отпечаток, и низкоморозостойкие, которые можно выдерживать при температуре минус 30°С менее 10 ч.

К группе с обозначением 6 относятся покрытия водостойкие, выдер­живающие воздействие пресной воды при температуре 20±2°С в течение 24 ч без побеления, ограниченно теплостойкие, выдерживающие воздействие температуры 60°С в течение 30 мин без отпечатка, ограниченно морозостойкие, выдерживающие воздействие температуры минус 30 °С не менее 10 ч.

К группе с обозначением 9 относятся покрытия водостойкие, выдер­живающие воздействие пресной воды при температуре 20±2° С в течение 24 ч без побеления, теплостойкие, выдерживающие воздействие температуры 100°С в течение 30 мин без отпечатка, морозостойкие, выдерживающие воздействие температуры минус 40°С не менее 3 суток.

Обозначение защитно-декоративных покрытий на поверхностях изделий мебели осуществляется в соответствии с ГОСТ Р 54208–2010, столярно-строительных изделий – ГОСТ 24404-80.

Различают отделку изделий в деталях (пласти щитов, кромки щитов в стопе, бруски: ножки столов, шкафов и др.) и в собранном виде (стулья, каркасы кресел, ящики, тумбочки и др.). В связи с этим в производстве мебели принята классификация отделываемых поверхностей по группам сложности (таблица 1).

В основу классификации положены конструктивные признаки и габаритные размеры, влияющие на величину технологических потерь при нанесении ЛКМ.

При расчетах рекомендуется применять следующие соответствующие методам нанесения группы сложности поверхностей: при распылении – 1, 2, 3; наливе – 2; окунании – 3; распылении в электрическом поле высокого напряжения – 3, вальцовом методе – 2.

Поверхности кромок щитов и поверхности отдельно входящих деталей шириной менее 100 мм, покрываемых методом распыления, с учетом плотной групповой укладки относят ко 2 группе сложности.

Технологический процесс создания лакокрасочных покрытий состоит из трех стадий: I – подготовка поверхности подложки к отделке, II – нанесение покрытия, III – облагораживание покрытия. Примерный состав операций каждой стадии приведен в таблице 2.

 

Таблица 1 – Классификация отделываемых поверхностей мебели по группам

                сложности

Группа сложности поверхности	Характеристика группы сложности отделываемой поверхности
1	Поверхности собранных изделий корпусной мебели, состоящие, в основном, из щитовых элементов, в т.ч. шкафов, секретеров, буфетов, сервантов, комодов, тумбочек различного назначения, столов и т.д.
2	Поверхности отдельных щитовых и брусковых элементов различной конфигурации
3	Поверхности собранных изделий и сборочных единиц, состоящих из деталей шириной менее 100 мм, в т.ч., стульев, каркасов кресел и диванов, скамеек шкафов, рамок дверок, вешалок, карнизов и т.п.

 

Конкретные технологические процессы отделки древесины отличаются большим разнообразием. Это связано с широкой номенклатурой ЛКМ, особенностями их нанесения, сушки, облагораживания, а также свойствами подложки и качеством ее подготовки.

Чем чище и тщательнее подготовлена поверхность подложки, тем лучше и с наименьшими затратами труда и материалов может быть выполнена отделка.

 

Таблица 2 – Стадии и операции технологического процесса отделки

Стадии технологического процесса	Состав операций при формировании покрытия
	прозрачного	непрозрачного
I Подготовка поверхности подложки к отделке	Удаление пыли Удаление ворса Обессмоливание	Удаление пыли Обессмоливание
II Нанесение   покрытия	Крашение или отбеливание Грунтование Порозаполнение Лакирование	Грунтование Местное шпатлевание Сплошное шпатлевание Окрашивание
III Облагораживание покрытия	Шлифование, полирование, глянцевание Разравнивание Освежовка Термопрокат

 

Удаление пыли с поверхности деталей осуществляется перед каждым нанесением жидкого материала. Для удаления пыли с поверхности щитов используются станки типа МЩП, а с прочих (в т.ч. рельефных) поверхностей – щетка-сметка.

Операция по удалению ворса выполняется перед лакированием материалами, поднимающими ворс. Поднявшийся ворс не только увеличивает шероховатость (которая под отделку должна составлять R_m max ≤ 16 мкм), но и вызывает неравномерное крашение подложки.

Для удаления ворса поверхность древесины смачивают теплым 3 – 5%-ным раствором глютинового клея или мало концентрированным раствором карбамидоформальдегидной смолы с отвердителем. Поднявшийся ворс после высыхания приобретает жесткость и легко сошлифовывается шкуркой № 6 – 8.

Удаление ворса не требуется, если поверхность древесины предварительно грунтуется составом, не вызывающим набухания древесины.

Обессмоливание выполняется только при отделке древесины хвойных пород. Под прозрачную отделку рекомендуются растворяющие составы (ацетон, спирт, бензол и др. органические растворители), под непрозрачную – более дешевые и менее токсичные, но вызывающие потемнение древесины, омыляющие средства (5 – 6%-ный раствор углекислого или 4 – 5%-ный раствор едкого натра). Эта операция выполняется, как правило, вручную тампонами.

Местное шпатлевание выполняется для устранения местных неровностей (выколов, трещин и др.) с применением шпателя и густой шпатлевки. После высыхания оставшиеся от шпатлевания неровности сошлифовывают шкуркой вручную или ручными механизированными аппаратами.

Крашение применяют для усиления естественного цвета древесины, выравнивания общего цветового тона или придания внешнего вида древесины более ценных пород (мореного дуба, красного дерева и др.). Используют водные или спирторастворимые красители, а также красящие грунтовки. Последние позволяют совмещать операцию крашения и операцию грунтования.

Красильные растворы можно наносить вальцами (на плоские щиты), окунанием, пневматическим распылением, тампоном. Красящие грунтовки (НЦ-0140, НЦ-0192К и др.) наносят вальцами и распылением. Для отделки щитовых деталей имеются линии крашения (МКП-1, МКП-2, МКП-3).

Отбеливание предполагает придание древесине более светлых и однородных тонов. Применяется крайне редко. Для отбеливания используют отбеливающие составы на основе перекиси водорода и нашатырного спирта, а также слабые органические кислоты (щавелевая, уксусная, лимонная). Отбеливающие составы токсичны. Их наносят тампоном вручную.

Операция грунтования при соответствующем подборе грунтовки может способствовать улучшению адгезии и растеканию лаков, снижению расхода дорогостоящих лаков, проявлению текстуры древесины. Широко известны грунтовки НК, БНК, НЦ-0192, ПЭ-0211, ПЭ-0243. Химическая промышленность часто предлагает лаки одновременно с грунтовками, например, лак УР-2124М – грунт

УР-2112М, лак ПЭ-2121 – грунт ПЭГР-2, лак ПЭ-251Б – грунт ПЭ-0155, лак ПЭ-2135ПМ – грунт ПЭ-0188 и т.д.

При выборе грунтовки обязательно учитывается метод нанесения, совместимость с покровным лаком и целесообразность ее использования. Операция грунтования является желательной, но не обязательной. Вместо грунтовок можно применять дешевые лаки: НЦ-218, МЧ-52, ВЛ-278 и др.

Порозаполнение может выполняться при формировании закрытопористых покрытий. Известны порозаполнители КФ-1, КФ-2, ЛК-1, ЛК-2.

Сплошное шпатлевание выполняется для сокращения расхода покровной эмали. В зависимости от состояния поверхности подложки шпатлевку наносят 1 или 2 раза с промежуточной выдержкой в течение 2 – 3 часов. Известны нитроцеллюлозные (НЦ-0038, НЦ-007, НЦ-008) и полиэфирные (ПЭ-0025, ПЭ-0059) шпатлевки.

Операция лакирования заключается в нанесении на отделываемую поверхность нескольких слоев лака. Количество нанесений лака обычно составляет 2 или 3. Каждая операция грунтования заменяет одно лакирование. После каждого нанесения осуществляется сушка сформированного покрытия и промежуточное шлифование (или прокатка нагретыми валами).

Нитроцеллюлозные лакокрасочные материалы могут наноситься всеми известными методами, за исключением электростатического распыления. Для отделки щитовых поверхностей разработаны линии МЛН-1, «Вильнюс», «Бяржас».

Парафиносодержащие полиэфирные лаки (ПЭ-246 и ПЭ-265) целесообразно применять для отделки плоских щитовых деталей методом налива (линия МЛП-1). Это обусловлено необходимостью их последующего облагораживания шлифованием, полированием и глянцеванием, что представляет очень трудоемкий процесс.

Полиэфирные лаки ультрафиолетового отверждения ПЭ-2153 (водоразбавляемый), ПЭ-2136, ПЭ-2137 и др. предназначены для нанесения методом налива с предварительным грунтованием двумя грунтами ПЭ-0211 и ПЭ-0243 с последующей ультрафиолетовой сушкой без последующего облагораживания на линиях ЛО-2М, ДЮРР, МЛУ-14, Лигнакон и др. Лак ПЭ-2153 может наноситься также методом распыления при отделке профильных поверхностей, например, на линии «Чефла». Лак ПЭ-2150 (водоразбавляемый) наносится вальцами и отверждается ультрафиолетовыми лучами.

Меламинный лак МЛ-2111 наносится методом распыления, наливом, окунанием, а также вальцами с последующей прокаткой нагретыми валами (термопрокатом). Для нанесения вальцовым методом разработаны линии «Кавказ», МЛВ-1 (ПФМО «Владимирмебель»).

Полиуретановые лаки УР-2124М, УР-277, импортные фирм «Рейххольд Хеми», «Фоттелер» наносятся распылением и наливом.

Известна универсальная поточная линия типа ПКБ ММСК-1 формирования покрытий методом налива на базе лаконаливной машины, виброшлифовального станка и конвективного сушильного тоннеля. Универсальность этой линии заключается в том, что на ней можно формировать покрытия всех групп (полиэфирных, нитроцеллюлозных, полиуретановых и пр.) методом налива.

Окрашиванием называется операция нанесения цветных эмалей. Широко применяются нитроцеллюлозные (НЦ-25, НЦ-257, НЦ-132), полиэфирные (ПЭ-276, ПЭ-257) и пентафталевые (ПФ-115) эмали. Рекомендации по разработке технологического процесса окрашивания практически не отличаются от общих рекомендаций по лакированию.

Выбор метода нанесения ЛКМ определяется в значительной степени формой, размером и конфигурацией деталей и изделий, а также свойствами применяемого материала. Основное внимание при этом обращается на возможность механизации и автоматизации процессов, повышение производительности труда, снижение потерь материалов и т.п.

Метод отверждения (сушки) определяется только свойствами лакокрасочного материала (его химической природой). Существуют следующие рекомендации по выбору метода отверждения: для нитроцеллюлозных, полиуретановых, меламино-алкидных – конвективный и терморадиационный нагрев; для полиэфирных – все известные методы, начиная с естественной сушки (под вытяжным зонтом) и заканчивая ускоренной сушкой (ультрафиолетовой и радиационно-химической). При этом надо помнить, что многие марки ЛКМ созданы для конкретного метода отверждения.

Облагораживание сформированных покрытий выполняется с целью повышения декоративности внешнего вида и блеска, а также удаления незначительных дефектов, образующихся в процессе сушки. Состав операций облагораживания определяется группой покрытия. Облагораживание полиэфирных покрытий на основе парафиносодержащих ЛКМ заключается в сошлифовывании слоя парафина, полирования для получения блеска и удаления следов полировочного состава (глянцевание).

Шлифование можно производить на всех известных шлифовальных станках (ШЛПС, Шл2В, ШлНСВ, ШлДБ и др.). Имеются линии шлифования на базе этих станков (МШП-3).

Полирование выполняется на однобарабанных позиционных (П1Б, П1БА) и шестибарабанных проходных (П6Б, П6БА) станках или на линиях МПП-2, МПП-3, «Хильдебранд».

Глянцевание, т.е. удаление масел, осуществляется на станках ГЛП.

Криволинейные поверхности облагораживаются вручную с применением механизированного инструмента.

Разравнивание выполняется только для облагораживания обратимых (нитроцеллюлозных) покрытий, как правило, вручную тампонами.

Освежовка матовых покрытий (полиуретановых, меламинных) осуществляется тампоном вручную специальными составами для освежовки.

Термопрокат в настоящее время производится для облагораживания матовых меламино–алкидных покрытий, полученных вальцовым методом на линии МЛВ-1.