Marquage de pièces métalliques avec précision

Les fabricants ont souvent besoin de marquer différents types de pièces métalliques. Certaines de ces parties peuvent nécessiter plusieurs codes complexes, tandis que d'autres n'ont besoin que de quelques chiffres simples. Dans tous les cas, cependant, les marquages ​​doivent être permanents, quelle que soit la taille de la pièce.

Les grandes roues et les machines minières comportent plusieurs grandes pièces en acier, et certaines d'entre elles, comme la chaîne de transmission, doivent être marquées de manière permanente pour l'identification et la traçabilité. Tsubakimoto Chain Co. fabrique des chaînes d'entraînement pour une grande variété d'applications, y compris les grandes roues et les machines minières.

En 2015, Tsubakimoto a commencé à utiliser un convoyeur personnalisé avec des machines de marquage par micro-percussion à double intégration de Kwik Mark Inc. pour marquer les numéros de série sur les maillons de chaque chaîne d'entraînement afin de mieux suivre les données de production.

Emil Cindric, président de Kwik Mark, dit que chaque maillon mesure jusqu'à 24 pouces de long sur 20 pouces de large et jusqu'à 2 pouces d'épaisseur. Les machines de marquage sont placées côte à côte au centre du convoyeur et sont réglables sur la longueur du convoyeur. Ils impriment rapidement les numéros de série, les codes de date et d'autres informations sur les liens. Cindric affirme que le convoyeur automatisé de 2 tonnes a permis à Tsubakimoto de doubler sa production de marquage de pièces.

Les moteurs aérospatiaux comportent également des pièces métalliques qui nécessitent des marquages ​​précis et très contrastés. Une entreprise aérospatiale de précision utilise un système de marquage personnalisé de Columbia Marking Tools (CMT) pour marquer une large gamme de pièces de moteurs aérospatiaux.

Le système produit des marquages ​​à contraste élevé et est intégré dans une ligne de production à haut volume, selon Michelle Krembel, présidente de CMT. Une fois la pièce marquée au poste de marquage, un système de vision garantit que tous les marquages ​​sont conformes aux spécifications. La pièce est ensuite déplacée vers la station suivante pour d'autres travaux d'assemblage.

Le martelage par points et le traçage sont deux des nombreuses méthodes mises à la disposition des fabricants pour marquer les pièces métalliques. L'estampage manuel, les machines à impact, la gravure chimique, l'impression à jet d'encre et les lasers produisent également des marquages ​​de qualité sur l'acier, l'inox, l'aluminium, le titane, le laiton et le cuivre.

Le type de métal marqué dicte souvent la meilleure méthode. Des facteurs tout aussi importants incluent les exigences de l'application, les facteurs environnementaux (tels que l'humidité ou l'exposition aux produits chimiques), le budget et les exigences de production.

L'émission télévisée hebdomadaire Dragnet des années 1960 a fait plus que simplement divertir ses téléspectateurs. Il leur a également donné une démonstration rapide de l'emboutissage manuel du métal après chaque épisode. La démonstration impliquait un homme utilisant un marteau pour frapper deux fois un timbre contre une feuille de métal. Après que l'homme ait retiré le timbre, un chiffre romain en retrait VII s'est révélé faire partie du logo du producteur de l'émission, Mark VII Limited.

"L'estampage à la main de pièces métalliques reste une méthode de marquage permanente et rentable, mais elle demande beaucoup de main-d'œuvre", note Krembel. "Néanmoins, il est souvent utilisé par les responsables du contrôle qualité pour marquer les pièces qui ont passé l'inspection finale. En fait, certains constructeurs automobiles apposent encore leurs logos à la main sur les moteurs et autres pièces propriétaires."

Le tampon manuel est juste un morceau de métal rectangulaire avec un ou plusieurs caractères gravés à une extrémité. Il peut être frappé directement avec un marteau, placé dans un support à main pour assurer une indentation uniforme ou monté dans une presse. Les tampons en métal sont de toutes formes et tailles et sont facilement personnalisables avec presque n'importe quel texte, logo ou symbole. Les matrices complexes peuvent même faire avancer automatiquement les chiffres pour créer des numéros de série consécutifs.

Les petits tampons manuels sont souvent utilisés pour marquer les couteaux en acier inoxydable, note Matt Martin, directeur des ventes et du marketing chez Durable Technologies. Des timbres plus grands sont utilisés pour marquer les produits de consommation comme les grils extérieurs.

Il y a plusieurs années, Geo. T. Schmidt Inc. a créé des tampons de gaufrage personnalisés distincts pour les lignes de production GrillMaster et Coleman de Sunbeam Products. Les timbres en deux parties ont reconfiguré le lettrage des mots off, haut et bas; et produit un graphique éclair et le logo de l'entreprise. Les poinçons parfaitement ajustés ont été insérés dans les matrices en tôle existantes qui coupent les bases des brûleurs.

Le marquage au rouleau, une variante de l'estampage à la main, consiste à rouler une matrice ronde sur une pièce métallique plate ou à rouler une pièce ronde devant une matrice plate. La pression appliquée par la machine de marquage sur la face de la matrice laisse une empreinte permanente sur la surface métallique. Martin dit que cette méthode est recommandée pour les applications où la surface de marquage est délicate ou pourrait être endommagée par la pression appliquée avec une presse de marquage à impact typique.

Un fabricant de roulements de train a récemment installé la machine de marquage à rouleaux entièrement électrique modèle 960 de Columbia pour imprimer les numéros de pièce et de série, un code de date et la phrase "Made in USA" sur ses roulements de roue. La machine utilise la méthode D2D, ou diamètre à diamètre, pour produire une pression de marquage uniforme sur des pièces de diamètre rond. Cela garantit des marques de haute qualité sur toutes les pièces, y compris celles dont les brides varient jusqu'à 0,25 pouce, les courbures supérieures à 10 % et les accouplements de forme irrégulière. La gamme standard de machines peut être équipée d'une fixation de pièces, d'une automatisation ou d'un fonctionnement manuel, d'une barrière immatérielle ou de boutons de paume de sécurité doubles, et de commandes complètes clé en main.

Les marqueurs à impact aérien utilisent la masse et la pression de l'air pour marteler rapidement une petite matrice dans le métal. Selon Krembel, ces marqueurs ont un temps de cycle inférieur à 1 seconde, coûtent beaucoup moins cher que les systèmes micro-percussion et laser, offrent une répétabilité élevée et sont suffisamment polyvalents pour s'intégrer dans des chaînes de montage complètes ou des postes de travail clés en main. Des marqueurs d'impact air-huile et hydrauliques sont également disponibles, bien que ces derniers puissent coûter jusqu'à 10 000 $, contre environ 3 000 $ pour une unité pneumatique.

La série Slide-A-Mark 751 de marqueurs à impact pneumatique de CMT offre une action télescopique avec préchargement des pièces. Ils peuvent marquer jusqu'à 20 caractères de 0,125 pouce en 0,5 seconde. Les unités sont souvent utilisées pour marquer les numéros de pièce, les numéros de série et les codes de date.

Ces unités sont également capables de marquer sur la face ou l'envers de la pièce. D'autres unités similaires sont disponibles pour fonctionner lorsqu'elles sont immergées dans l'eau. La longueur de course est jusqu'à 10 pouces. L'automate de connexion reçoit un signal CC lorsque le processus de marquage est terminé.

La gravure est une autre méthode populaire de marquage des pièces métalliques. Cette approche englobe le martelage par points et le marquage par rayage.

Dans le dot-peening, un stylet en carbure trempé ou à pointe de diamant impacte légèrement mais rapidement la pièce et laisse une série de points individuels suffisamment espacés pour apparaître sous la forme d'une ligne continue. Les fabricants apprécient cette méthode, car elle produit rapidement des codes-barres, des logos, des caractères alphanumériques et des codes matriciels 2D sans erreur de différentes tailles et profondeurs.

"L'un des principaux avantages du dot-peening est qu'il grave le métal sans l'enlever ni créer de copeaux", note Cindric. "Le stylet se déplace si rapidement, jusqu'à 200 fois par seconde, qu'il produit un microimpact de profondeur contrôlée sur le métal sans perte de résistance."

Comme le long trait du stylet tolère très bien l'épaisseur des pièces et les variations de surface, il finit par « flotter » sur la surface marquée, selon Cindric. Cette capacité permet de marquer les pièces rondes comme si elles étaient plates.

Cindric dit que ses clients utilisent le microbillage sur la plupart des métaux, y compris l'aluminium, le laiton, l'acier et l'acier inoxydable. Le processus n'utilise aucun outil de coupe qui chauffe et s'use, ce qui le rend idéal pour marquer des matériaux d'une dureté de 60 à 62 HRC. Le martelage par points peut également marquer à travers la plupart des revêtements de surface ou des films, et est bien adapté pour une utilisation avec des convoyeurs, des cadrans rotatifs et des robots sur des lignes de production automatisées.

En revanche, les codes matriciels 2D martelés sont parfois peu contrastés. Cela peut entraîner des problèmes de lecture sur toute la ligne, à moins qu'un bon contraste ne puisse être créé dans les images avec un éclairage correct.

L'année dernière, Kwik Mark a présenté son marqueur à micro-percussion série X simplifié avec six axes de contrôle de mouvement et une tête de marquage en porte-à-faux rétractable. Le marqueur est idéal pour les opérations de marquage de tout volume, et sa tête offre une ligne de visée dégagée en se rétractant et en passant au-dessus de l'outillage et de l'équipement. Les principaux composants de construction comprennent des vis-mères à double colonne verticale rigide, des glissières à billes, des servomoteurs sans balais, des capteurs domestiques sans contact et une grande table à rainures en T pour la fixation. Le marqueur est livré avec un axe Z programmable (à hauteur de colonne complète) et ne nécessite ni PC ni boîtier de commande pour fonctionner.

La machine micro-percussion Micro Mark est également disponible chez Kwik Mark. Il peut être activé par déclencheur dans les applications portables ou activé par bouton lorsqu'il est intégré dans des chaînes de montage. L'unité a un faible encombrement (3 x 5 x 6 pouces) et est légère (5 livres), mais fournit une zone de marquage de 1 x 2,5 pouces qui convient à la plupart des applications. Tous les textes (lignes simples ou multiples) et graphiques sont automatiquement centrés lors du marquage, que ce soit sur les axes X, Y ou les deux. Cette capacité garantit un marquage précis des pièces rondes telles que les tuyaux.

Tous les produits Kwik Mark ont ​​la fonction iTeach, qui permet à l'opérateur d'utiliser la pointe de marquage comme un pointeur pour marquer avec précision du texte sur un rayon, un angle, dans une zone définie ou à plusieurs endroits définis. Pour le texte de rayon, l'opérateur touche trois points quelconques le long d'un arc ou d'un trou, puis la machine calcule automatiquement le rayon, ainsi que les angles de départ et d'arrivée, avant de placer le texte sur ce rayon.

Le marquage par scribe consiste à pousser le stylet dans le métal, puis à faire glisser le stylet à travers le matériau. Étant donné que le traçage nécessite une plus grande force que le martelage, la machine à tracer est plus grande, non portable et dispose d'un moteur plus gros.

La version Silent Scribe du système de marquage par points de la série I-MARK de CMT marque jusqu'à quatre caractères par seconde. Entraînement par vis à billes, le système est livré avec deux options de fenêtre de marquage (taille moyenne et grande), et il est compatible avec l'identification unique (UID) et 2D Square-Dot. Son contrôleur I-Mark est compact et s'intègre facilement aux équipements de production.

Les options de communication pour le contrôleur incluent la programmation à distance sur LAN et les commandes opérationnelles via E/S, Modbus, série et Ethernet IP. Les utilisateurs peuvent mettre à niveau le contrôleur avec un écran tactile de 17 pouces. Un support de piédestal est facultatif.

Certains fabricants préfèrent équiper leurs machines CNC de stylets pointillés ou pointus plutôt que d'acheter des équipements séparés. Cette approche est très populaire parmi les fabricants d'armes à feu.

Plusieurs utilisent la machine MLCube de DATRON Dynamics Inc. pour graver des armes d'épaule. La plage de déplacement de 60 x 40 pouces de la machine peut être équipée d'un système de serrage pneumatique pour le maintien de la pièce.

L'accessoire DuraDot de Durable Technologies crée des caractères alphanumériques, des logos et d'autres types de marquages. Le marqueur actionné par broche s'intègre facilement dans les machines verticales ou horizontales et peut être chargé manuellement ou traversé par des processus de changement d'outils automatiques.

Les fabricants d'aérospatiale et d'électronique utilisent souvent la gravure électrochimique pour marquer leurs produits. Cette méthode consiste à presser une électrode imbibée d'électrolyte sur un pochoir placé sur la pièce. Lorsque le courant est envoyé à travers le pochoir, le matériau sous le pochoir se dissout et crée une marque. Plus le courant est présent longtemps, plus la marque est profonde.

La gravure sèche est effectuée de la même manière, mais avec un grain abrasif fin qui est soufflé à travers un pochoir. Ce processus marque les métaux avec des surfaces dures, anodisées ou hautement polies, comme les outils à main ou les accessoires de salle de bain. Il produit une impression givrée.

La gravure électrochimique produit des marquages ​​très nets avec des bords nets jusqu'à 0,006 pouce de profondeur. Tout aussi important, il brûle facilement le métal traité thermiquement au-dessus de HRC 60 et n'affaiblit pas les propriétés physiques ou chimiques de la pièce. Ce dernier avantage fait de cette méthode un bon choix pour le marquage de pièces fragiles et à parois minces, telles que les PCB.

En revanche, la gravure électrochimique ne marque que les surfaces conductrices et n'est rentable que lors de la production répétée de la même marque. Il utilise des consommables, car le pochoir finit par s'user et doit être remplacé. De plus, les assembleurs doivent être prudents lors de la manipulation de l'acide dangereux, et le processus est difficile à automatiser car il nécessite plusieurs étapes.

Le marquage de surface consiste à appliquer directement de l'encre sur le métal plutôt qu'à retirer tout matériau de surface. L'encre peut être appliquée de plusieurs façons.

Pour les pièces nécessitant un simple point, un marqueur à pointe feutre rechargeable monté sur un cylindre pneumatique peut suffire. Lorsque plusieurs petits points sont nécessaires, ils peuvent être appliqués avec une valve de pulvérisation pneumatique.

Une tampographie est idéale pour les marquages ​​profilés, texturés et complexes sur l'acier inoxydable et le métal nu, anodisé, peint ou revêtu de poudre. Cette méthode consiste à graver une image dans une plaque de cliché, à l'inonder d'une encre à base de solvant et à gratter l'excédent. Un tampon en silicone est pressé sur la plaque puis sur la pièce. L'encre se détache du tampon et colle à la surface de la pièce.

Pour les applications de marquage en série, un système à jet d'encre continu est nécessaire. Dans la tête d'impression du système, un fin jet d'encre sous pression est divisé en un flux de gouttes séparées ayant une charge électrostatique. La direction de vol de chaque goutte varie avec la taille de la charge. Les gouttes d'encre non nécessaires à l'impression ne reçoivent pas de charges électrostatiques et sont collectées dans une gouttière pour être recyclées.

« L'impression à l'encre n'est généralement pas aussi permanente que la gravure, mais une large gamme d'encres est spécifiquement formulée pour durer plus longtemps sur le métal en résistant aux solvants et aux produits chimiques caustiques », explique John Folkers, directeur technique du groupe R&D chez Videojet Technologies. "Les encres rouges, bleues et blanches durables offrent un contraste élevé pour les codes et autres marquages. De plus, les systèmes de marquage à base d'encre s'intègrent facilement dans les lignes de production et posent peu de problèmes de sécurité pour les travailleurs."

L'imprimante à jet d'encre continu 1710 de Videojet est conçue pour les applications nécessitant des données variables facilement lisibles sur des surfaces sombres. L'imprimante utilise des encres pigmentées pour créer des codes nets à contraste élevé sur de nombreux matériaux courants et difficiles à marquer dans la fabrication aérospatiale, tels que les métaux revêtus et nus. Folkers indique que Videojet recommande d'utiliser une encre noire opaque ou blanche avec l'imprimante pour marquer les pièces métalliques en raison de l'excellente adhérence et de la résistance à la lumière de l'encre. L'encre blanche contient des pigments lourds et offre un contraste élevé sur des pièces telles que les plaquettes de frein.

Lorsque l'application nécessite un marquage de pièces à grand volume, un système à base de laser est le meilleur choix. Ces systèmes utilisent l'un des nombreux types de lasers (dioxyde de carbone (CO2), fibre d'ytterbium (Yb : fibre), grenat d'yttrium et d'aluminium dopé au néodyme (Nd : YAG) et orthovanadate d'yttrium dopé au néodyme (YVO4) avec sorties infrarouges, vertes ou ultraviolettes (UV)) pour marquer avec précision l'acier, l'acier inoxydable, l'aluminium anodisé, le laiton, le cuivre et le titane.

Le laser est focalisé sur la surface métallique pour créer une marque soit par gravure, recuit ou enlèvement d'une partie de la surface. La gravure au laser vaporise le matériau de surface. Le recuit change la couleur du métal pour créer une marque contrastée. Le processus d'enlèvement de surface est utilisé sur des matériaux multicouches tels que l'aluminium anodisé.

Les lasers peuvent marquer n'importe quel caractère ou image qui peut être créé ou importé dans des logiciels de CAO ou graphiques comme Illustrator et Corel Draw. Cette capacité, associée au fait que ces systèmes n'utilisent aucun consommable et offrent des vitesses supérieures, contribue à expliquer la popularité croissante du marquage au laser.

Petit mais puissant, le système Videojet 7610 utilise un laser à fibre optique Yb de 100 watts pour produire des codes nets et clairs jusqu'à 600 mètres par minute sur des pièces en aluminium et en acier inoxydable. Sa tête de balayage de précision fournit des codes de haute qualité constants sur toute la fenêtre de marquage, ce qui est important pour augmenter le débit et maximiser la productivité. Le marquage peut être effectué sur des pièces mobiles ou fixes, selon Folkers. La source laser refroidie par air nécessite peu d'entretien et a une durée de vie pouvant atteindre 100 000 heures.

Les versions de bureau et linéaire du système de marquage laser UV Samurai de DPSS Lasers Inc. offrent une grande zone de travail et des taux de répétition élevés. Le laser de longueur d'onde UV de 355 nanomètres du système fournit une petite taille de faisceau avec une grande profondeur de champ, ce qui permet d'obtenir des marquages ​​permanents et sans dommage sur divers métaux. Les applications vont du codage de produits et du micro-usinage sur les dispositifs médicaux et les pièces aérospatiales, au traçage du saphir et à l'élimination de l'oxyde d'indium-étain. Des modèles de 1, 2 et 3 watts sont disponibles dans les deux versions. Les autres caractéristiques peuvent inclure un boîtier de classe 1 conforme aux directives de sécurité de la FDA, une grande porte d'entrée pour accéder à la zone de travail et un logiciel de contrôle intuitif qui permet aux utilisateurs de passer de la conception au marquage en quelques minutes après le démarrage du système.

"La plupart de nos clients souhaitent que le laser produise une réaction photochimique sur la surface métallique sans réellement la graver ni l'endommager", explique Allie Constantino, responsable marketing chez DPSS Lasers. "Sur les pièces en acier inoxydable, notre laser UV crée des liaisons double carbone sur la surface et des marquages ​​haute résolution qui sont permanents."

En 2017, CMT a développé son poste de travail Black-Out qui utilise l'arrière d'une pièce métallique fixée pour servir également de côté de boîtier lors du marquage au laser. Les capteurs de pression latéraux confirment que la pièce est correctement fixée avant le début du marquage au laser. Un embout spécial est utilisé pour maintenir solidement les pièces de forme conique.

Krembel affirme que les constructeurs automobiles utilisent souvent le poste de travail car il réduit les temps d'arrêt entre les projets de marquage au laser. Les autres caractéristiques de la station comprennent une protection complète du périmètre, une barrière immatérielle pour un chargement manuel des pièces en toute sécurité, des contrôleurs laser, un panneau de commande de la machine et des pieds de nivellement réglables.

Jim est rédacteur en chef de ASSEMBLY et possède plus de 30 ans d'expérience éditoriale. Avant de rejoindre ASSEMBLY, Camillo était rédacteur en chef de PM Engineer, Association for Facilities Engineering Journal et Milling Journal. Jim a un diplôme d'anglais de l'Université DePaul.