Marcado de piezas de metal con precisión

Los fabricantes a menudo necesitan marcar diferentes tipos de piezas metálicas. Algunas de estas partes pueden requerir varios códigos complejos, mientras que otras solo necesitan unos pocos números simples. Sin embargo, en todos los casos, las marcas deben ser permanentes, independientemente del tamaño de la pieza.

Las ruedas de la fortuna y la maquinaria minera cuentan con varias piezas grandes de acero, y algunas de ellas, como la cadena de transmisión, deben marcarse permanentemente para su identificación y trazabilidad. Tsubakimoto Chain Co. fabrica cadenas de transmisión para una amplia variedad de aplicaciones, incluidas las ruedas de la fortuna y la maquinaria de minería.

En 2015, Tsubakimoto comenzó a usar un transportador personalizado con máquinas de marcado por puntos de doble integración de Kwik Mark Inc. para marcar los números de serie en los eslabones de cada cadena de transmisión para realizar un mejor seguimiento de los datos de producción.

Emil Cindric, presidente de Kwik Mark, dice que cada eslabón mide hasta 24 pulgadas de largo por 20 pulgadas de ancho y hasta 2 pulgadas de grosor. Las máquinas de marcado se ubican una al lado de la otra en la parte superior central del transportador y son ajustables a lo largo del transportador. Imprimen rápidamente números de serie, códigos de fecha y otra información en los enlaces. Cindric dice que el transportador automatizado de 2 toneladas ha permitido a Tsubakimoto duplicar su producción de marcado de piezas.

Los motores aeroespaciales también cuentan con piezas de metal que requieren marcas precisas y de alto contraste. Una empresa aeroespacial de precisión utiliza un sistema de marcaje personalizado de Columbia Marking Tools (CMT) para marcar una amplia gama de piezas de motores aeroespaciales.

El sistema produce marcas de alto contraste y está integrado en una línea de producción de gran volumen, según Michelle Krembel, presidenta de CMT. Después de marcar la pieza en la estación de marcado, un sistema de visión garantiza que todas las marcas cumplan con las especificaciones. Luego, la pieza se mueve a la siguiente estación para continuar con el trabajo de ensamblaje.

El marcado por puntos y el trazado son dos de varios métodos disponibles para los fabricantes para marcar piezas de metal. El estampado manual, las máquinas de impacto, el grabado químico, la impresión por chorro de tinta y los láseres también producen marcas de calidad en acero, acero inoxidable, aluminio, titanio, latón y cobre.

El tipo de metal que se marca a menudo dicta qué método es el mejor. Los factores igualmente importantes incluyen los requisitos de la aplicación, los factores ambientales (como la humedad o la exposición a productos químicos), el presupuesto y las demandas de producción.

El programa de televisión semanal Dragnet de la década de 1960 hizo más que entretener a sus espectadores. También les dio una demostración rápida de estampado manual de metal después de cada episodio. La demostración involucró a un hombre que usaba un martillo para golpear un sello dos veces contra una hoja de metal. Después de que el hombre quitó el sello, se reveló que un número romano VII con sangría era parte del logotipo del productor del programa, Mark VII Limited.

"El estampado manual de piezas de metal sigue siendo un método de marcado rentable y permanente, pero requiere mucha mano de obra", señala Krembel. "Sin embargo, el personal de control de calidad suele utilizarlo para marcar las piezas que han pasado la inspección final. De hecho, algunos fabricantes de automóviles todavía estampan a mano sus logotipos en los motores y otras piezas patentadas".

El sello de mano es simplemente una pieza rectangular de metal con uno o más caracteres grabados en un extremo. Puede golpearse directamente con un martillo, colocarse en un soporte de mano para asegurar una muesca uniforme o montarse en una prensa. Los sellos de metal vienen en todas las formas y tamaños y se pueden personalizar fácilmente con casi cualquier texto, logotipo o símbolo. Los troqueles complejos pueden incluso avanzar dígitos automáticamente para crear números de serie consecutivos.

Los pequeños sellos manuales se utilizan a menudo para marcar cuchillos de acero inoxidable, señala Matt Martin, director de ventas y marketing de Durable Technologies. Los sellos más grandes se utilizan para marcar productos de consumo como parrillas al aire libre.

Hace varios años, Geo. T. Schmidt Inc. creó sellos de estampado personalizados separados para las líneas de producción GrillMaster y Coleman de Sunbeam Products. Los sellos de dos partes reconfiguraron las letras de las palabras off, high y low; y produjo un gráfico de rayo y el logotipo de la empresa. Los sellos de ajuste exacto se insertaron en troqueles de chapa existentes que cortaban las bases de los quemadores.

El marcado con rodillo, una variación del estampado manual, consiste en hacer rodar un troquel redondo sobre una pieza plana de metal o pasar una pieza redonda por un troquel plano. La presión aplicada por la máquina de marcado a la cara del troquel deja una impresión permanente en la superficie del metal. Martin dice que este método se recomienda para aplicaciones donde la superficie de marcado es delicada o podría dañarse por la presión aplicada con una prensa de marcado de impacto típica.

Un fabricante de rodamientos para trenes instaló recientemente la máquina marcadora de rodillos servoaccionada Modelo 960 completamente eléctrica de Columbia para imprimir números de pieza y de serie, un código de fecha y la frase "Fabricado en los EE. UU." en los rodamientos de las ruedas. La máquina utiliza el método D2D, o de diámetro a diámetro, para producir una presión de marcado uniforme en piezas de diámetro redondo. Esto garantiza marcas de alta calidad en todas las piezas, incluidas aquellas con bridas que varían hasta 0,25 pulgadas, curvaturas que superan el 10 por ciento y acoplamientos con formas irregulares. La línea estándar de máquinas puede equiparse con fijación de piezas, automatización o operación manual, cortina de luz o botones de palma de seguridad dobles y controles completos llave en mano.

Los marcadores de impacto de aire usan masa y presión de aire para martillar rápidamente un pequeño troquel en metal. Según Krembel, estos marcadores tienen un tiempo de ciclo de menos de 1 segundo, cuestan mucho menos que los sistemas láser y de micropercusión, ofrecen una alta repetibilidad y son lo suficientemente versátiles como para integrarse en líneas de ensamblaje completas o estaciones de trabajo llave en mano. Los marcadores de impacto hidráulicos y de aire sobre aceite también están disponibles, aunque estos últimos pueden costar hasta $ 10,000, en comparación con los $ 3,000 de una unidad accionada por aire.

La serie Slide-A-Mark 751 de marcadores de impacto de aire de CMT ofrece una acción telescópica con precarga de piezas. Pueden marcar hasta 20 caracteres de 0,125 pulgadas en 0,5 segundos. Las unidades se utilizan a menudo para marcar números de pieza, números de serie y códigos de fecha.

Estas unidades también pueden marcar en el frente o el reverso de la pieza. Otras unidades similares están disponibles para operar cuando se sumergen en agua. La longitud del trazo es de hasta 10 pulgadas. El PLC de conexión recibe una señal de CC cuando se completa el proceso de marcado.

El grabado es otro método popular para marcar piezas de metal. Este enfoque abarca el marcado por puntos y el marcado con trazos.

En el marcado por puntos, un palpador de carburo endurecido o con punta de diamante impacta ligera pero rápidamente en la pieza y deja una serie de puntos individuales que están lo suficientemente espaciados entre sí como para parecer una línea sólida. A los fabricantes les gusta el método porque produce rápidamente códigos de barras, logotipos, caracteres alfanuméricos y códigos de matriz 2D sin errores de varios tamaños y profundidades.

"Una de las principales ventajas del punteado es que graba metal sin quitarlo ni crear astillas", señala Cindric. "El lápiz óptico se mueve tan rápido, hasta 200 veces por segundo, que produce un microimpacto de profundidad controlada en el metal sin pérdida de fuerza".

Debido a que el trazo largo del lápiz es muy indulgente con el grosor de las piezas y las variaciones de la superficie, termina 'flotando' en la superficie que se está marcando, según Cindric. Esta capacidad permite marcar piezas redondas como si fueran planas.

Cindric dice que sus clientes utilizan el granallado en la mayoría de los metales, incluidos el aluminio, el latón, el acero y el acero inoxidable. El proceso no utiliza herramientas de corte que se calienten y desgasten, lo que lo hace ideal para marcar materiales con una dureza de HRC 60 a 62. El granallado también puede marcar a través de la mayoría de los revestimientos o películas de superficies, y es adecuado para su uso con transportadores, diales rotativos y robots en líneas de producción automatizadas.

En el lado negativo, los códigos de matriz 2D punzonados a veces tienen poco contraste. Esto puede resultar en problemas de lectura en el futuro, a menos que se pueda crear un buen contraste en las imágenes con la iluminación correcta.

El año pasado, Kwik Mark presentó su marcador de puntos de la serie X aerodinámico con seis ejes de control de movimiento y un cabezal de marcado retráctil en voladizo. El marcador es ideal para operaciones de marcado de cualquier volumen, y su cabeza proporciona una línea de visión clara al retraerse y pasar por encima de herramientas y equipos. Los componentes clave de construcción incluyen tornillos de guía de columna vertical rígidos gemelos, deslizadores de bola, servomotores sin escobillas, sensores domésticos sin contacto y una gran mesa con ranura en T para fijación. El marcador viene con un eje Z programable (hasta la altura de la columna completa) y no requiere una PC ni una caja de control para funcionar.

También está disponible en Kwik Mark la máquina de micropercusión Micro Mark. Se puede activar con un gatillo en aplicaciones portátiles o con un botón cuando se integra en líneas de montaje. La unidad ocupa poco espacio (3 x 5 x 6 pulgadas) y es liviana (5 libras), pero proporciona un área de marcado de 1 x 2,5 pulgadas que es adecuada para la mayoría de las aplicaciones. Todo el texto (una o varias líneas) y los gráficos se centran automáticamente durante el marcado, ya sea en los ejes X, Y o en ambos. Esta capacidad garantiza un marcado preciso de piezas redondas como tuberías.

Todos los productos Kwik Mark tienen la función iTeach, que le permite al operador usar la punta de marcado como un puntero para marcar texto con precisión en un radio, un ángulo, dentro de un área definida o en varias ubicaciones definidas. Para el texto del radio, el operador toca cualquiera de los tres puntos a lo largo de un arco o un agujero, y luego la máquina calcula automáticamente el radio y los ángulos inicial y final, antes de colocar el texto en este radio.

El marcado con garabatos implica empujar el lápiz en el metal y luego arrastrarlo a través del material. Debido a que el trazado requiere más fuerza que el marcado por puntos, la máquina trazadora es más grande, no portátil y cuenta con un motor más grande.

La versión Silent Scribe del sistema de micropercusión de la serie I-MARK de CMT marca hasta cuatro caracteres por segundo. Impulsado por husillo de bolas, el sistema viene con dos opciones de ventana de marcado (tamaño mediano y grande), y es compatible con identificación única (UID) y punto cuadrado 2D. Su controlador I-Mark es compacto y se integra fácilmente con el equipo de producción.

Las opciones de comunicación para el controlador incluyen programación remota a través de LAN y controles operativos a través de E/S, Modbus, serial y Ethernet IP. Los usuarios pueden actualizar el controlador con un monitor de pantalla táctil de 17 pulgadas. Un soporte de pedestal es opcional.

Algunos fabricantes prefieren equipar sus máquinas CNC con estiletes de trazo o punzonado en lugar de comprar equipos separados. Este enfoque es bastante popular entre los fabricantes de armas de fuego.

Varios usan la máquina MLCube de DATRON Dynamics Inc. para grabar armas largas. El rango de recorrido de 60 por 40 pulgadas de la máquina se puede equipar con un sistema de sujeción neumático para sujeción de piezas.

El accesorio DuraDot de Durable Technologies crea caracteres alfanuméricos, logotipos y otros tipos de marcas. El marcador accionado por husillo se integra fácilmente en máquinas verticales u horizontales y se puede cargar manualmente o atravesar a través de procesos automáticos de cambio de herramientas.

Los fabricantes aeroespaciales y de electrónica suelen utilizar grabado electroquímico para marcar sus productos. Este método consiste en presionar un electrodo empapado en electrolito sobre una plantilla que se coloca sobre la pieza. Cuando se envía corriente a través de la plantilla, el material debajo de la plantilla se disuelve y crea una marca. Cuanto más tiempo esté presente la corriente, más profunda será la marca.

El grabado en seco se realiza de manera similar, pero con un grano abrasivo fino que se sopla a través de una plantilla. Este proceso marca metales con superficies duras, anodizadas o muy pulidas, como herramientas manuales o accesorios de baño. Produce una impresión helada.

El grabado electroquímico produce marcas muy nítidas con bordes nítidos de hasta 0,006 pulgadas de profundidad. Igualmente importante, se quema fácilmente a través del metal tratado térmicamente por encima de HRC 60 y no debilita las propiedades físicas o químicas de la pieza. Este último beneficio hace que este método sea una buena opción para marcar piezas frágiles y de paredes delgadas, como las PCB.

En el lado negativo, el grabado electroquímico solo marca superficies conductoras y solo es rentable cuando se produce repetidamente la misma marca. Utiliza consumibles, ya que la plantilla finalmente se desgasta y debe ser reemplazada. Además, los ensambladores deben tener cuidado al manipular el ácido peligroso, y el proceso es difícil de automatizar porque requiere varios pasos.

El marcado de la superficie implica aplicar tinta directamente al metal en lugar de eliminar cualquier parte del material de la superficie. La tinta se puede aplicar de varias maneras.

Para piezas que requieren un punto simple, puede ser suficiente un marcador de punta de fieltro recargable montado en un cilindro neumático. Cuando se necesitan varios puntos pequeños, se pueden aplicar con una válvula de pulverización neumática.

Una impresora tampográfica es ideal para marcas contorneadas, texturizadas y complejas en acero inoxidable y metal desnudo, anodizado, pintado o con recubrimiento en polvo. Este método implica grabar una imagen en una placa de cliché, inundarla con una tinta a base de solvente y raspar el exceso. Se presiona una almohadilla de silicona sobre la placa y luego sobre la pieza. La tinta sale de la almohadilla y se pega a la superficie de la pieza.

Para aplicaciones de marcado en serie, es necesario un sistema de chorro de tinta continuo. Dentro del cabezal de impresión del sistema, un chorro fino de tinta presurizada se descompone en una corriente de gotas separadas que tienen una carga electrostática. La dirección de vuelo de cada gota varía con el tamaño de la carga. Las gotas de tinta que no son necesarias para la impresión no reciben cargas electrostáticas y se recogen en un canalón para su reciclaje.

"La impresión con tinta no suele ser tan permanente como el grabado, pero una amplia gama de tintas está formulada específicamente para durar más en metal al resistir los disolventes y los productos químicos cáusticos", explica John Folkers, director técnico del grupo de I+D de Videojet Technologies. "Las tintas duraderas roja, azul y blanca brindan un alto contraste para los códigos y otras marcas. Además, los sistemas de marcado basados ​​en tinta se integran fácilmente en las líneas de producción y plantean pocos problemas de seguridad para los trabajadores".

La impresora de inyección de tinta continua 1710 de Videojet está diseñada para aplicaciones que requieren datos variables fáciles de leer en superficies oscuras. La impresora utiliza tintas pigmentadas para crear códigos limpios y de alto contraste en muchos materiales comunes y difíciles de marcar en la fabricación aeroespacial, como metales revestidos y desnudos. Folkers dice que Videojet recomienda usar una tinta negra opaca o blanca con la impresora para marcar piezas metálicas debido a la excelente adhesión y resistencia a la luz de la tinta. La tinta blanca contiene pigmentos pesados ​​y proporciona un alto contraste en piezas como las pastillas de freno.

Cuando la aplicación requiere un marcado de piezas de gran volumen, un sistema basado en láser es la mejor opción. Estos sistemas utilizan uno de varios tipos de láser: dióxido de carbono (CO2), fibra de iterbio (Yb: fibra), granate de aluminio e itrio dopado con neodimio (Nd: YAG) y ortovanadato de itrio dopado con neodimio (YVO4) con luz infrarroja, verde o verde. Salidas ultravioleta (UV): para marcar con precisión acero, acero inoxidable, aluminio anodizado, latón, cobre y titanio.

El láser se enfoca sobre la superficie metálica para crear una marca, ya sea mediante el grabado, el recocido o la eliminación de parte de la superficie. El grabado láser vaporiza el material de la superficie. El recocido cambia el color del metal para crear una marca de contraste. El proceso de eliminación de la superficie se utiliza en materiales multicapa como el aluminio anodizado.

Los láseres pueden marcar cualquier carácter o imagen que se pueda crear o importar a programas de software gráficos o basados ​​en CAD como Illustrator y Corel Draw. Esta capacidad, junto con el hecho de que estos sistemas no utilizan consumibles y ofrecen velocidades superiores, ayuda a explicar la creciente popularidad del marcado láser.

Pequeño pero potente, el sistema Videojet 7610 utiliza un láser de fibra Yb: de 100 vatios para producir códigos nítidos y claros a una velocidad de hasta 600 metros por minuto en piezas de aluminio y acero inoxidable. Su cabezal de escaneo de precisión ofrece códigos uniformes de alta calidad en toda la ventana de marcado, que es grande para aumentar el rendimiento y maximizar la productividad. El marcado se puede realizar en partes móviles o estacionarias, según Folkers. La fuente láser enfriada por aire requiere poco mantenimiento y tiene una expectativa de vida de hasta 100 000 horas.

Tanto la versión de escritorio como la lineal del sistema de marcado láser Samurai UV de DPSS Lasers Inc. ofrecen una gran área de trabajo y altas tasas de repetición. El láser de longitud de onda UV de 355 nanómetros del sistema proporciona un tamaño de punto de haz pequeño con una gran profundidad de enfoque, lo que da como resultado marcas permanentes y sin daños en varios metales. Las aplicaciones van desde la codificación de productos y el micromecanizado en dispositivos médicos y piezas aeroespaciales, hasta el trazado de zafiro y la eliminación de óxido de indio y estaño. Los modelos de uno, 2 y 3 vatios están disponibles en ambas versiones. Otras características pueden incluir un gabinete de Clase 1 que cumple con las pautas de seguridad de la FDA, una gran puerta frontal para acceder al área de trabajo y un software de control intuitivo que permite a los usuarios pasar del diseño al marcado a los pocos minutos de la puesta en marcha del sistema.

"La mayoría de nuestros clientes quieren que el láser produzca una reacción fotoquímica en la superficie metálica sin grabarla ni dañarla", explica Allie Constantino, directora de marketing de DPSS Lasers. "En piezas de acero inoxidable, nuestro láser UV crea enlaces de doble carbono en la superficie y marcas de alta resolución que son permanentes".

En 2017, CMT desarrolló su estación de trabajo Black-Out que utiliza la parte trasera de una pieza metálica fija para que también sirva como lado de la caja durante el marcado con láser. Los sensores de presión laterales confirman que la pieza está correctamente fijada antes de que comience el marcado con láser. Se utiliza una boquilla especial para sujetar de forma segura las piezas de forma cónica.

Krembel dice que los fabricantes de automóviles suelen utilizar la estación de trabajo porque reduce el tiempo de inactividad entre los proyectos de marcado láser. Otras características de la estación incluyen protección perimetral completa, una cortina de luz para la carga manual segura de piezas, controladores láser, un panel de control de la máquina y patas niveladoras ajustables.

Jim es editor sénior de ASSEMBLY y tiene más de 30 años de experiencia editorial. Antes de unirse a ASSEMBLY, Camillo fue editor de PM Engineer, Association for Facilities Engineering Journal y Milling Journal. Jim tiene un título en inglés de la Universidad DePaul.