Что делает оператор гибочного пресса? Роли и обязанности
Представьте мир без точности и мастерства, которые вкладываются в формирование металлических деталей для различных отраслей. Здесь становится незаменимым опыт оператора…
Компания MACO, базирующаяся в Зальцбурге (Австрия), является ведущим международным производителем фурнитуры для окон и дверей. Основанная в 1947 году, компания сейчас насчитывает около 2300 сотрудников, работающих на трех площадках в Австрии и различных международных объектах.
Фурнитура для окон и дверей MACO производится на высокотехнологичных предприятиях в Австрии и поставляется на мировой рынок. Широкая номенклатура собственной продукции включает многочисленные процессы обработки поверхности, такие как анодирование (электролитическое окисление алюминия), электрооцинкование и порошковое покрытие без хрома. Для снижения воздействия на окружающую среду MACO применяет только современные технологии очистки сточных вод и обработки.
В повседневной жизни мы редко задумываемся о фурнитуре для окон и дверей, хотя она производится в огромных масштабах. В зависимости от условий эксплуатации фурнитура должна удовлетворять различным требованиям и одновременно выдерживать воздействие неблагоприятных погодных условий. Поэтому производители обычно наносят дополнительное покрытие, чтобы обеспечить необходимые свойства продукции. Например, при покрытии стальных деталей тонким слоем цинка они становятся более устойчивыми к коррозии.
В процессе электрооцинкования цинковый слой наносится с помощью электрического тока. Используется цинковый электролит с двумя электродами — анодом (положительный полюс) и катодом (отрицательный полюс), где роль катода выполняют стальные детали, подлежащие оцинковке.
В ванне растворен цинк, который подается в виде концентрата с помощью дозировочных насосов, а также электропроводящая соль — обычно каустическая сода (гидроксид натрия, NaOH), что увеличивает проводимость. Под действием электрического тока ионы цинка (Zn2+), растворённые в ванне, восстанавливаются на катоде и постепенно осаждаются на поверхности стальной детали (см. рисунок 1).
Рисунок 1. Электрооцинкование в щелочной цинковой ванне.
Во время электрооцинкования ионы цинка на катоде принимают электроны и осаждаются на детали в виде металлического цинка:
Zn2+ + 2e¯ → Zn
В данном случае анод не содержит цинка, а выполнен из инертного материала. В ходе процесса концентрация ионов цинка в ванне уменьшается, и цинк добавляется вновь в виде концентрата. Качество цинкового покрытия зависит от точного соблюдения всех этапов производства. Важно, чтобы не только сам процесс оцинкования, но и предшествующие и последующие стадии были выполнены корректно для получения долговечного и качественного покрытия.
Стальные детали подготавливаются к покрытию с помощью обезжиривания и травления в соответствующих ваннах. Так как процесс проводится в цианид-свободной и экологически чистой ванне, важно, чтобы детали были полностью очищены от загрязнений, окалины и ржавчины. После нанесения цинкового слоя он дополнительно защищается и герметизируется путем пассивации.
Последовательность ванн такова:
Таким образом, процесс электрооцинкования включает четыре активные ванны, а также дополнительные ванны для очистки и промывки (см. рисунок 2). Для достижения высокого качества продукции крайне важно поддерживать состав каждой ванны в заданных пределах — даже незначительное отклонение может привести к ухудшению качества и увеличению числа брака.
Рисунок 2. Схематическая диаграмма этапов процесса электрооцинкования.
В зависимости от размера металлических деталей используются различные методы нанесения покрытия. Для обеспечения хорошей проводимости тока мелкие детали оцинковываются в барабанах, а крупные транспортируются по ванне на подвесах.
Это называется барабанным и подвесным оцинкованием. При этом необходимо корректировать плотность тока в цинковой ванне с учетом особенностей процесса. Электрооцинкование — один из наиболее распространенных и экономически выгодных способов обеспечения долговременной защиты от коррозии.
Производство фурнитуры для окон и дверей с последующим электрооцинкованием — это трудоемкий и длительный процесс.
Для получения продукции высокого качества каждый этап должен строго контролироваться и выполняться в установленных пределах. Ранее анализ ванн выполнялся персоналом, ответственным за процесс, в дополнение к их основным обязанностям. При этом терялось много времени, так как анализ был трудоемким и преимущественно ручным.
Впоследствии анализ ванн был автоматизирован. Однако идеальное решение должно соответствовать требованиям производства и позволять быстро и непосредственно измерять параметры ванн без потери времени. Основная цель — простота эксплуатации.
Компания Metrohm разработала новую аналитическую систему ProcessLab, которая наилучшим образом отвечает потребностям MACO. Система имеет модульную конструкцию и специально адаптирована для процесса оцинкования. Благодаря этому она соответствует потребностям заказчика и обеспечивает быстрые и простые измерения непосредственно на производственной линии. Для анализа ванн MACO система ProcessLab включает два аналитических модуля и TFT-монитор для управления всей системой (см. рисунок 3).
Рисунок 3. ProcessLab позволяет проводить анализ непосредственно у производственной линии (atline-анализ). На предприятии MACO система размещена непосредственно у оцинковочных ванн.
Оператору необходимо только загрузить образец ванны и запустить анализ — все дальнейшие действия ProcessLab выполнит автоматически. Система определяет необходимый объем пробы, переносит её в измерительный сосуд и добавляет вспомогательные вещества и реагенты. Затем концентрация аналита определяется либо фотометрическим методом на правом модуле, либо титрованием на левом.
Встроенный фотометр используется для фотометрических измерений. Оценка результатов и вычисления производятся автоматически с помощью встроенного ПО tiamo™ для ProcessLab. Все результаты анализов сохраняются в центральной базе данных и могут быть использованы в дальнейшем.
Сигналы состояния легко передаются через встроенный в систему ProcessLab контроллер ввода/вывода. Например, при возможной неисправности системы или превышении/понижении значения за пределы допуска эти данные могут быть переданы. Полученные концентрации ванн также могут быть отправлены в диспетчерскую как аналоговый сигнал 4…20 мА.
На основе этих данных все последующие этапы запускаются и контролируются автоматически. ProcessLab используется в MACO как atline-система для мониторинга всего процесса. Все параметры, относящиеся к активным ваннам, быстро и непосредственно анализируются одной системой, при необходимости можно добавить дополнительные реагенты.
Поскольку на площадке в Трибене эксплуатируется семь параллельных производственных линий, из-за высокой частоты анализов был установлен также онлайн-анализатор Applikon ADI 2040. Applikon входит в группу Metrohm AG, которая более 25 лет производит процессные анализаторы. ADI 2040 используется для контроля содержания NaOH и цинка в цинковых ваннах и автоматической их корректировки, а система ProcessLab контролирует весь процесс во всех активных ваннах.
На площадке в Зальцбурге работает меньше параллельных линий, поэтому там используется только система ProcessLab для мониторинга процессов. Этот пример показывает, как atline- и онлайн-анализаторы могут идеально дополнять друг друга, особенно если поставлены одним производителем.
Автоматизированная система анализа способна измерять все ключевые параметры процесса электрооцинкования и контролировать все активные ванны.
Определение концентрации кислоты проводится с помощью кислотно-основного титрования с pH-электродом (Profitrode) и каустической содой; по объему израсходованного NaOH вычисляется концентрация кислоты.
В травильной ванне концентрация кислоты определяется титрованием с использованием pH-электрода и NaOH. Система ProcessLab автоматически рассчитывает концентрацию кислоты по объему израсходованного NaOH.
Для определения концентрации цинка используется комплексонометрическое титрование. При добавлении буферного раствора Cu-EDTA к аликвоте ванны высвобождающиеся ионы Cu2+ титруются с помощью ион-селективного медного электрода (Cu-ISE) и раствора ЭДТА. Концентрация цинка определяется по объему израсходованного ЭДТА. На рисунке 4 показана типичная кривая титрования для определения Zn2+ — это пример одной из многочисленных титраций.
Рисунок 4. Типичная кривая комплексонометрического титрования Zn2+.
Концентрация NaOH в щелочной цинковой ванне определяется титрованием с HCl и pH-электродом. По количеству израсходованной HCl определяется концентрация NaOH.
Для приготовления пассивационной ванны растворяется соответствующий концентрат. Благодаря наличию добавок ванна приобретает характерный цвет, что позволяет отслеживать её состояние фотометрически.
Помимо контроля параметров процесса, необходимо также анализировать содержание тяжелых металлов в сточных водах для соответствия строгим нормативным требованиям. Благодаря модульной конструкции системы ProcessLab фотометрический модуль также может использоваться для этих измерений — например, для определения железа, хрома, меди или цинка по необходимости. С помощью фотометрии хром определяется с использованием 1,5-дифенилкарбазида, медь — с помощью 2,2′-бихинолина, цинк — с зинконом, а железо — с 5-сульфосалициловой кислотой.
Система ProcessLab, разработанная компанией Metrohm, полностью удовлетворяет производственные требования MACO, обеспечивает простоту и удобство проведения регулярных atline-анализов и предоставляет воспроизводимые и достоверные данные всех ключевых параметров ванн в процессе оцинкования. Система также может использоваться для определения концентраций тяжелых металлов в сточных водах. При выборе оборудования важным критерием становится автоматизация, снимающая нагрузку с персонала и позволяющая им больше времени уделять контролю самого процесса. MACO выбрала ProcessLab не только за модульную конструкцию, но и за возможность дальнейшего расширения системы в будущем.
