金属部品に正確にマーキング

メーカーは多くの場合、さまざまな種類の金属部品にマークを付ける必要があります。 これらの部品の中には、いくつかの複雑なコードが必要な場合もありますが、いくつかの単純な数値だけが必要な部品もあります。 ただし、どのような場合でも、パーツのサイズに関係なく、マーキングは永続的である必要があります。

観覧車や鉱山機械にはいくつかの大きな鋼製部品が使用されており、ドライブ チェーンなどの一部の部品には、識別とトレーサビリティのために恒久的にマークを付ける必要があります。 椿本チエインは観覧車や鉱山機械など幅広い用途のドライブチェーンを製造しています。

2015 年、Tsubakimoto は、Kwik Mark Inc. のデュアル統合ドットピーンマーキングマシンを備えたカスタムコンベアの使用を開始し、各ドライブチェーンのリンクにシリアル番号をマーキングして、生産データをより適切に追跡しました。

Kwik Mark の社長である Emil Cindric 氏によると、各リンクの寸法は長さ最大 24 インチ、幅 20 インチ、厚さ最大 2 インチです。 マーキングマシンはコンベアの中央上部に隣り合って設置されており、コンベアの長さに沿って調整可能です。 シリアル番号、日付コード、その他の情報をリンクにすばやく刻印します。 Cindric 氏は、自動化された 2 トンコンベヤにより、椿本は部品マ​​ーキング生産量を 2 倍に増やすことができたと述べています。

航空宇宙エンジンには、正確でコントラストの高いマーキングが必要な金属部品も使用されています。 精密航空宇宙会社は、Columbia Marking Tools (CMT) のカスタム スクライブマーキング システムを使用して、幅広い航空宇宙エンジン部品にマーキングを行っています。

CMT 社長のミシェル・クレンベル氏によると、このシステムはハイコントラストのマーキングを生成し、大量生産ラインに統合されています。 マーキング ステーションで部品にマーキングが施された後、ビジョン システムによってすべてのマーキングが仕様を満たしているかどうかが確認されます。 その後、部品は次のステーションに移動され、さらなる組み立て作業が行われます。

ドットピーニングとスクライビングは、メーカーが金属部品にマーキングするために利用できるいくつかの方法のうちの 2 つです。 手動スタンピング、インパクトマシン、化学エッチング、インクジェット印刷、レーザーでも、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、真鍮、銅に高品質のマーキングを作成できます。

多くの場合、マーキングされる金属の種類によって、どの方法が最適かが決まります。 同様に重要な要素には、アプリケーション要件、環境要因 (湿気や化学薬品への曝露など)、予算、生産需要が含まれます。

1960 年代の毎週のドラグネット テレビ番組は、視聴者を楽しませるだけではありませんでした。 また、各エピソードの後に​​は、手作業による金属スタンピングの簡単なデモンストレーションも行われました。 デモでは、男性がハンマーを使って金属板にスタンプを2回打ちました。 男が切手を剥がしたところ、ローマ数字のVIIの凹みが番組プロデューサーであるマークVIIリミテッドのロゴの一部であることが判明した。

「金属部品のハンドスタンピングは依然として費用対効果が高く永久的なマーキング方法ですが、労働集約的です」とクレンベル氏は指摘します。 「それにもかかわらず、最終検査に合格した部品にマークを付けるために品質管理担当者によってよく使用されます。実際、一部の自動車メーカーは今でもエンジンやその他の独自部品に手作業でロゴを刻印しています。」

ハンドスタンプは、一方の端に 1 つまたは複数の文字が刻まれた長方形の金属片です。 ハンマーで直接叩いたり、均等なくぼみを確保するためにハンドホルダーに置いたり、プレスに取り付けたりすることができます。 メタルスタンプにはあらゆる形状やサイズがあり、ほぼすべてのテキスト、ロゴ、シンボルを使用して簡単にカスタマイズできます。 複雑な金型では、自動的に桁を進めて連続したシリアル番号を作成することもできます。

デュラブル・テクノロジーズの販売およびマーケティング担当ディレクターのマット・マーティン氏は、ステンレス鋼のナイフをマークするために小さなハンドスタンプがよく使用されると指摘しています。 大きなスタンプは、屋外用グリルなどの消費者製品をマークするために使用されます。

数年前のジオ。 T. Schmidt Inc. は、Sunbeam Products の GrillMaster および Coleman 生産ライン用に個別のカスタム エンボス スタンプを作成しました。 2 つの部分からなるスタンプは、「off」、「high」、「low」という単語のレタリングを再構成しました。 稲妻のグラフィックと会社のロゴを作成しました。 正確にフィットするスタンプは、バーナーベースを切断する既存の板金ダイスに挿入されました。

ハンドスタンピングの一種であるロールマーキングでは、平らな金属部品の上で丸いダイを転がしたり、平らなダイを通過して丸い部品を転がしたりすることが含まれます。 マーキングマシンによってダイ面に加えられる圧力により、金属表面に永久的な痕跡が残ります。 Martin 氏によると、この方法はマーキング表面がデリケートな場合や、一般的なインパクト マーキング プレスで加えられる圧力によって損傷を受ける可能性がある用途に推奨されます。

ある鉄道軸受メーカーは最近、コロンビアの全電動モデル 960 サーボ駆動ロール マーキング マシンを導入し、部品番号とシリアル番号、日付コード、および「Made in the USA」というフレーズを車輪軸受に刻印しました。 この機械は、D2D (直径対直径) 方式を使用して、円形の直径の部品に均一なマーキング圧力を生成します。 これにより、最大 0.25 インチのばらつきがあるフランジ、10% を超える曲率、一貫性のない形状のカップリングを含むすべての部品に高品質のマークが付けられます。 標準的な機械ラインには、部品固定装置、自動化または手動操作、ライト カーテンまたは二重安全パーム ボタン、および完全なターンキー制御が装備されています。

エア インパクト マーカーは、質量と空気圧を使用して、小さな金型を金属に素早く打ち込みます。 クレンベル氏によると、これらのマーカーのサイクルタイムは 1 秒未満で、ドットピーンやレーザー システムよりもはるかにコストが低く、再現性が高く、完全な組立ラインやターンキー ワークステーションに組み込むのに十分な多用途性を備えています。 エアオーバーオイル式インパクトマーカーや油圧式インパクトマーカーも入手可能ですが、後者は空気動力式ユニットの約 3,000 ドルと比較して、10,000 ドルもの費用がかかる場合があります。

CMT の Slide-A-Mark 751 シリーズのエア インパクト マーカーは、部品のプリロードによる伸縮動作を提供します。 0.5 秒で最大 20 個の 0.125 インチの文字をマークできます。 この単位は、部品番号、シリアル番号、日付コードをマークするためによく使用されます。

これらのユニットは、部品の表側または裏側にマーキングすることもできます。 他の同様のユニットは、水中に沈めても動作することができます。 ストローク長は最大10インチです。 マーキングプロセスが完了すると、接続している PLC は DC 信号を受信します。

彫刻は、金属部品にマーキングを行うもう 1 つの一般的な方法です。 このアプローチには、ドットピーニングとスクライブマーキングが含まれます。

ドットピーニングでは、硬化超硬または先端がダイヤモンドのスタイラスが部品に軽く素早く衝撃を与え、実線として見えるのに十分な間隔で配置された一連の個々のドットを残します。 さまざまなサイズと深さのエラーのないバーコード、ロゴ、英数字、および 2D マトリックス コードを迅速に生成できるため、メーカーはこの方法を気に入っています。

「ドットピーニングの主な利点の 1 つは、金属を除去したり切りくずを作ったりすることなく金属を彫刻できることです」と Cindric 氏は述べています。 「スタイラスは 1 秒あたり最大 200 回という非常に高速な動きをするため、強度を損なうことなく、制御された深さで金属に微小衝撃を与えます。」

シンドリック氏によると、スタイラスの長いストロークは部品の厚さや表面の変化に非常に寛容であるため、最終的にはマーキングされる表面上で「浮いた」状態になるという。 この機能により、丸い部品を平らであるかのようにマークできます。

Cindric 氏は、顧客がアルミニウム、真鍮、鋼、ステンレス鋼などのほとんどの金属にドットピーニングを使用していると述べています。 このプロセスでは、発熱や摩耗を引き起こす切削工具が使用されないため、HRC 60 ～ 62 の硬度を持つ材料のマーキングに最適です。ドットピーニングは、ほとんどの表面コーティングやフィルムをマーキングすることもでき、コンベヤーでの使用に適しています。自動生産ラインの回転ダイヤルとロボット。

欠点としては、ドットピーニングされた 2D マトリックス コードはコントラストが低い場合があります。 正しい照明で画像に良好なコントラストを作成できない限り、将来的には読み取りの問題が発生する可能性があります。

昨年、Kwik Mark は、6 軸のモーション コントロールと格納可能なカンチレバー マーキング ヘッドを備えた、合理化された X シリーズ ドットピーン マーカーを発表しました。 このマーカーは、あらゆる量のマーキング作業に最適であり、ヘッドが後退して工具や機器の上を通過することにより、明確な視線を提供します。 主要な構造コンポーネントには、ツインの剛性直立コラム親ねじ、ボール スライド、ブラシレス サーボモーター、非接触ホーム センサー、固定用の大型 T スロット テーブルが含まれます。 このマーカーにはプログラム可能な Z 軸 (柱の高さ全体まで) が付属しており、PC やコントロール ボックスを使用する必要はありません。

Kwik Mark からは、Micro Mark ドットピーン マシンも入手できます。 ハンドヘルドアプリケーションではトリガーで起動することも、組立ラインに統合する場合はボタンで起動することもできます。 このユニットは設置面積が小さく (3 x 5 x 6 インチ)、軽量 (5 ポンド) ですが、ほとんどの用途に適した 1 x 2.5 インチのマーキング領域を備えています。 すべてのテキスト (単一行または複数行) とグラフィックスは、X 軸、Y 軸、または両方の軸に関係なく、マーキング中に自動的に中央に配置されます。 この機能により、パイプなどの丸い部品に正確にマーキングできます。

すべての Kwik Mark 製品には iTeach 機能が搭載されており、オペレーターはマーキング チップをポインタとして使用して、定義された領域内または複数の定義された位置の半径、角度にテキストを正確にマークできます。 半径テキストの場合、オペレータが円弧または穴に沿った任意の 3 点に触れると、テキストをこの半径上に配置する前に、機械が自動的に半径と開始角度と終了角度を計算します。

スクライブマーキングでは、スタイラスを金属に押し込み、次にスタイラスを材料内にドラッグします。 スクライビングはドットピーニングよりも大きな力を必要とするため、スクライブマシンは大型で持ち運びが難しく、大型のモーターを備えています。

CMT の I-MARK シリーズ ドットピーン システムの Silent Scribe バージョンは、1 秒あたり最大 4 文字をマークします。 ボールねじ駆動のこのシステムには 2 つのマーキング ウィンドウ オプション (中サイズと大サイズ) が付属しており、固有の識別 (UID) と 2D スクエアドット互換性があります。 I-Mark コントローラはコンパクトで、生産設備と簡単に統合できます。

コントローラの通信オプションには、LAN 経由のリモート プログラミング、I/O、Modbus、シリアル、イーサネット IP 経由の操作制御が含まれます。 ユーザーは、17 インチのタッチ スクリーン モニターを備えたコントローラーをアップグレードできます。 台座マウントはオプションです。

メーカーによっては、別の機器を購入するよりも、CNC マシンにドットピーンまたはスクライブ スタイラスを装備することを好む場合があります。 このアプローチは銃器メーカーの間で非常に人気があります。

いくつかは、長い銃の彫刻に DATRON Dynamics Inc. の MLCube マシンを使用しています。 機械の 60 x 40 インチの移動範囲には、ワーク保持用の空気圧クランプ システムを装備できます。

Durable Technologies の DuraDot アタッチメントは、英数字、ロゴ、その他の種類のマーキングを作成します。 スピンドル駆動のマーカーは、垂直または水平の機械に簡単に統合でき、手動でロードしたり、自動工具交換プロセスを通過したりすることができます。

航空宇宙および電子機器メーカーは、製品にマークを付けるために電気化学エッチングを使用することがよくあります。 この方法では、電解液に浸した電極を部品の上に配置されたステンシルに押し付けます。 ステンシルに電流が流れると、ステンシルの下の材料が溶解してマークが作成されます。 電流が長く続くほど、マークは深くなります。

ドライエッチングも同様の方法で実行されますが、ステンシルに細かい砥粒を吹き付けます。 このプロセスは、手工具やバスルームの設備など、硬い表面、陽極酸化処理、または高度に研磨された表面を持つ金属にマークを付けます。 つや消しのような印象を与えます。

電気化学エッチングにより、最大 0.006 インチの深さの鮮明なエッジを備えた非常に鮮明なマーキングが生成されます。 同様に重要なことは、HRC 60 を超える熱処理された金属を容易に燃焼させ、部品の物理的または化学的特性を弱めないことです。 後者の利点により、この方法は PCB などの壊れやすく薄肉の部品をマーキングする場合に適しています。

欠点としては、電気化学エッチングは導電性表面にマークを付けるだけであり、同じマークを繰り返し作成する場合にのみ費用効果が高くなります。 ステンシルは最終的に摩耗して交換する必要があるため、消耗品を使用します。 また、組み立て業者は有害な酸を扱う際に注意する必要があり、いくつかの手順が必要なため、このプロセスを自動化するのは困難です。

表面マーキングでは、表面素材を除去するのではなく、金属にインクを直接塗布します。 インクはいくつかの方法のうちの 1 つで適用できます。

単純なドットが必要な部品の場合は、空気圧シリンダーに取り付けられた詰め替え可能なフェルトチップ マーカーで十分です。 複数の小さなドットが必要な場合は、空気圧スプレー バルブを使用して適用できます。

パッド プリンターは、ステンレス鋼、および裸の、陽極酸化処理、塗装または粉体塗装された金属への輪郭のある、テクスチャーのある複雑なマーキングに最適です。 この方法では、クリシェ版に画像をエッチングし、溶剤ベースのインクを流し込み、余分な部分を削り取ります。 シリコンパッドがプレートに押し付けられ、次にパーツに押し付けられます。 インクがパッドから剥がれ、部品の表面に付着します。

シリアルマーキング用途には、連続インクジェットシステムが必要です。 システムのプリントヘッド内では、加圧されたインクの微細なジェットが静電気を帯びた個別の液滴の流れに分割されます。 各滴の飛行方向は装薬のサイズによって異なります。 印刷に不要なインク滴は静電気を帯びず、ガターに回収されてリサイクルされます。

「インク印刷は通常、彫刻ほど永続的ではありませんが、さまざまなインクが溶剤や腐食性化学物質に耐性を持ち、金属上でより長く持続するように特別に配合されています」とビデオジェット テクノロジーズの研究開発グループ最高技術責任者であるジョン フォルカーズ氏は説明します。 「耐久性のある赤、青、白のインクは、コードやその他のマーキングに高いコントラストを提供します。さらに、インクベースのマーキング システムは生産ラインに簡単に統合できるため、作業員の安全上の懸念はほとんどありません。」

Videojet の 1710 連続インクジェット プリンタは、暗い表面でも容易に読み取り可能な可変データを必要とするアプリケーション向けに設計されています。 このプリンタは顔料インクを使用して、コーティングされた金属や地金など、航空宇宙産業の製造においてマーキングが難しい多くの一般的な材料に高コントラストできれいなコードを作成します。 Folkers 氏によると、ビデオジェットでは、インクの優れた接着力と耐光性により、金属部品のマーキングには不透明な黒または白のインクをプリンターで使用することを推奨しています。 ホワイト インクには高濃度の顔料が含まれており、ブレーキ パッドなどの部品に高いコントラストを与えます。

アプリケーションで大量の部品のマーキングが必要な場合、レーザーベースのシステムが最良の選択です。 これらのシステムでは、二酸化炭素 (CO2)、イッテルビウム ファイバー (Yb: ファイバー)、ネオジム ドープ イットリウム アルミニウム ガーネット (Nd: YAG)、ネオジム ドープ オルトバナジン酸イットリウム (YVO4) など、赤外線、緑色、またはレーザーの数種類のレーザーのうち 1 つを使用します。紫外線 (UV) 出力 - 鋼、ステンレス鋼、陽極酸化アルミニウム、真鍮、銅、チタンを正確にマーキングします。

レーザーは金属表面に焦点を合わせ、彫刻、アニーリング、または表面の一部の除去を通じてマークを作成します。 レーザー彫刻により表面素材が蒸発します。 アニーリングにより金属の色が変化し、コントラストのあるマークが作成されます。 表面除去プロセスは、アルマイトなどの多層材料に使用されます。

レーザーは、作成したり、CAD ベースのソフトウェア プログラムや Illustrator や Corel Draw などのグラフィック ソフトウェア プログラムにインポートしたりできる文字や画像にマークを付けることができます。 この機能は、これらのシステムが消耗品を使用せず、優れた速度を提供するという事実と相まって、レーザーマーキングの人気の高まりを説明するのに役立ちます。

小型ながら強力な Videojet 7610 システムは、100 ワットの Yb: ファイバー レーザーを使用して、アルミニウムおよびステンレス鋼の部品に最大 600 メートル/分の速度で鮮明で鮮明なコードを生成します。 その高精度スキャン ヘッドは、マーキング ウィンドウ全体にわたって一貫した高品質のコードを提供します。これはスループットを向上させ、生産性を最大化するために大きくなります。 Folkers 氏によると、マーキングは可動部品にも固定部品にも実行できます。 空冷レーザー光源はメンテナンスをほとんど必要とせず、最大 100,000 時間の期待寿命があります。

DPSS Lasers Inc. の Samurai UV レーザー マーキング システムのデスクトップ バージョンとリニア バージョンはどちらも、広い作業領域と高い繰り返し率を提供します。 このシステムの 355 ナノメートルの UV 波長レーザーは、大きな焦点深度で小さなビーム スポット サイズを提供し、さまざまな金属に損傷のない永続的なマーキングを実現します。 アプリケーションは、医療機器や航空宇宙部品の製品コーディングや微細加工から、サファイアのスクライビングやインジウム錫酸化物の除去まで多岐にわたります。 1 ワット、2 ワット、および 3 ワットのモデルが両方のバージョンで利用可能です。 その他の機能としては、FDA の安全ガイドラインを満たすクラス 1 エンクロージャ、作業エリアにアクセスするための大きな前面ドア、システム起動後数分以内に設計からマーキングまで行える直観的な制御ソフトウェアなどが挙げられます。

DPSS Lasers のマーケティング マネージャーである Allie Constantino 氏は、「当社の顧客のほとんどは、実際に金属を彫刻したり損傷したりすることなく、レーザーで金属表面に光化学反応を起こすことを望んでいます」と説明します。 「ステンレス鋼部品では、当社の UV レーザーが表面に二重炭素結合を作成し、永久的な高解像度のマーキングを作成します。」

2017 年、CMT は、レーザーマーキング時に固定金属部品の裏側を筐体側としても機能させる Black-Out ワークステーションを開発しました。 側面圧力センサーは、レーザーマーキングを開始する前に、部品が適切に固定されていることを確認します。 特殊なノーズピースを使用し、円錐形状の部品を確実に保持します。

クレンベル氏は、レーザーマーキングプロジェクト間のダウンタイムが短縮されるため、自動車メーカーはワークステーションをよく使用すると述べています。 その他のステーション機能には、完全な周囲保護、安全な手動部品ローディング用のライト カーテン、レーザー コントローラー、機械制御パネル、調整可能な水平調整脚などがあります。

Jim は ASSEMBLY の上級編集者で、30 年以上の編集経験があります。 ASSEMBLY に入社する前は、PM Engineer、Association for Facilities Engineering Journal、および Milling Journal の編集者を務めていました。 ジムはデポール大学で英語の学位を取得しています。