Глебов В.В.*, Кукоз Ф.И.**, Кирсанов С.В.*

ИНТРУЗИВНЫЕ МЕТОДЫ МАРКИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ

*Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса,

**Южно-Российский государственный технический университет (НПИ)

 

Критериями при выборе технологии маркирования конкретных изделий на конкретном предприятии являются её применимость с технической точки зрения и экономические параметры. По способу нанесения символов методы маркирования делятся на две группы: интрузивные и неинтрузивные методы (терминология, предложенная Ассоциацией автоматической идентификации ЮНИСКАН / GS1 Russia [1]; в научно-технической литературе используются и другие термины, например – аддитивные и субтрактивные методы; навязчивые и ненавязчивые методы маркирования).

1. Интрузивный метод маркировки основан на физическом изменении поверхности изделия (резке, стирании, выжигании, испарении и.т.д.), при этом метки рассматривают как управляемые дефекты. К типовым интрузивным методам относят: абразивную обработку, прямую лазерную маркировку, точечную чеканку, электрохимическое маркирование, гравирование, фрезерование, вышивка ткани и плетение, штамповку.

2. Неинтрузивная маркировка производится как часть производственного процесса или осуществляется путем добавления слоя носителя к поверхности с использованием методов, исключающих снижение качества материала. К этим методам относят: автоматизированное распределение клейкого вещества, литье, ковку и формовку, струйную и лазерную печать, трафаретную печать, шаблоны, гальваническое и химическое наращивание, технологии лазерного формирования выпуклой маркировки.

В машиностроении наибольшее распространение получили интрузивные методы маркирования, в частности ударная технология, механическое гравирование, лазерная и электрохимическая маркировка.

Ударная технология маркирования основана на локальной холодной деформации маркируемой поверхности. По видам используемого инструмента и степени автоматизации ударные методы подразделяются на:

-        ручное маркирование керном или клеймами;

-        ручное или полуавтоматическое маркирование наборными или дисковыми клеймами;

-        иглоударное маркирование программируемыми автоматическими установками.

Ручное и полуавтоматическое маркирование наиболее распространено в единичном и мелкосерийном производстве, характеризуется низкой затратной стоимостью процесса, не требует специального базирования детали. Однако маркировка имеет низкое качество, набор наносимых символов определяется количеством клейм, которые нуждаются в постоянной заточке и имеют короткий срок службы. Автоматические иглоударные установки, в зависимости от модификации, позволяют качественно наносить широкий спектр различных символов, встраиваются в поточные линии, однако также нуждаются в частой смене инструмента. К основным недостаткам всех ударных методов относятся деформируемость маркируемой поверхности, а также ограничения на твердость и жесткость обрабатываемой поверхности.

Механическое гравирование проводят при помощи микрофрезерных головок с системой управления на базе ЧПУ. Достоинствами метода является получение качественной глубокой маркировки, автоматизация процесса, встраиваемость в поточные линии. К недостаткам относятся ограниченный объем наносимой буквенно-цифровой информации, определяемый программным обеспечением; ограничения по твердости маркируемой поверхности; необходимость жесткого базирования фрезерной головки на маркируемой поверхности; необходимость частой смены фрезер и большая их стоимость.

Лазерное маркирование основано на локальном нагревании маркируемой поверхности, в результате которого происходит плавление и испарение материала детали. Лазерный луч установок маркирования обычно имеет диаметр порядка 10 -100 мкм и может разрезать поверхность из любого материала, однако рельеф реза напрямую зависит от теплопроводности материала. По этой причине не удается получать лазерным методом формы для глубокой и высокой печати на массивных медных поверхностях, обладающих хорошей теплопроводностью. Лазерная маркировка имеет на некоторых поверхностях (никелированной, хромированной) низкую контрастность. Для повышения контрастности необходимо уменьшать качество разрешения символов. Несомненным преимуществом процесса лазерной маркировки является его скорость, высокая степень автоматизации и быстрота замены наносимой информации, возможность нанесения маркировки на труднодоступные и утопленные поверхности, отсутствие «износа» инструмента, поскольку инструментом обработки является концентрированная электромагнитная энергия. Лазеры применяются для микрогравировки, например, ювелирных изделий, даже отдельных бриллиантов. К недостаткам лазерной маркировки относятся термические и возможные физико-химические изменения материала в зоне действия лазерного луча, что недопустимо для некоторых ответственных деталей (например, циркониевые трубы для атомных реакторов маркируют только электрохимическим методом). Стоимость нанесения лазерной маркировки на деталь достаточно высока, и эта стоимость зависит от количества маркируемых деталей без переналадки установок маркирования, поэтому использование лазерных установок маркирования наиболее рентабельно при крупносерийном производстве.

Электрохимическое маркирование основано на локальном травлении поверхности, как правило, в нейтральных электролитах, поэтому оно практически не оказывает механического воздействия на деталь и не приводит к структурным изменениям в зоне маркировки. Методами ЭХМ можно маркировать любые электропроводящие поверхности, не зависимо от твердости покрытия и жесткости изделия. Преимуществом ЭХМ является также возможность получения контрастных маркировок (белый рисунок на черной поверхности и наоборот). К недостаткам ЭХМ обычно относят использование электролитов, малую глубину маркирования при ручном способе ЭХМ, а также относительно большую длительность процесса (при глубоком ЭХМ – 10 и более секунд).

В английской научно-технической литературе получили распространение два термина для процесса ЭХМ: «electrochemical marking» и «electrochemical etching». В первом случае подразумевается «чистое» анодное травление и формирование рисунка маркирования за счет рельефных углублений. Во втором – рисунок маркирования возникает за счет контрастности изображения, получаемого за счет анодного окисления поверхности при не полном удалении продуктов реакции. Однако между этими терминами (и подразумеваемыми процессами) нельзя провести четкой границы. Кроме того, термин «electrochemical etching» - электрохимическое травление - используется и для процессов равномерного травления поверхности с удалением продуктов реакции. В русской терминологии употребляют термины – глубокое и мелкое (цветное) маркирование. Значение некоторых терминов различно в конкретных контекстах их применения. Здесь уместно привести замечание, указанное в ГОСТе [2]: «Терминология такой развивающей технологии, как штриховое кодирование, подвержена изменениям – в обращение будут вводиться новые термины, определения ряда существующих терминов могут уточняться».

Кроме рассмотренных выше, в меньшей степени в машиностроении применяются другие технологии маркирования: электроэрозионный метод, фотохимическое и химическое маркирование, абразивные методы и др. Электроэрозионный метод маркирования характеризуется повышенным износом инструмента, примерно 4 % по высоте при каждом акте маркирования, поэтому применение этого метода целесообразно при единичном маркировании, а также при эксклюзивном маркировании графитовыми ЭИ. Фотохимический метод обычно используют для маркирования электронных деталей, например, одновременно с формированием рисунка плат печатного монтажа. Микроабразивная маркировка производится программируемым направленным потоком кварца или других абразивных частиц через маленькое сопло, как правило, для обработки зеркальных поверхностей.

Практически многие методы маркирования являются взаимозаменяемыми. При выборе метода маркирования на производстве необходимо учитывать:

§              цель маркирования, объем и сложность наносимой информации, требования к качеству знаков и разрешению;

§              количество маркируемых деталей (единичное, мелкосерийное или крупносерийное производство);

§              количество типоразмеров рисунков маркировки, частота обновления этих рисунков, соотношение между постоянной частью рисунка и меняющейся частью (нумерация изделий, нанесение даты и др.);

§              состояние маркируемой поверхности: физико-химические свойства (шероховатость поверхности, твердость поверхности, толщина детали в месте маркирования, химический состав материала и покрытия); геометрические свойства (размеры необходимой маркировки, кривизна поверхности, относительное расположение этой поверхности (утопленное или выступающее));

§              требования к сохранности маркировки с учетом условий, в которых будет находиться поверхность (температура, влажность, состав атмосферы, погружение в жидкости, абразивное и фрикционное воздействие, действие газовых потоков и т. д.);

§              негативное влияние метода маркирования: появление концентраторов напряжения, коррозионных источников, другие изменения поверхностного слоя;

§              надежность доступа и считываемость информации;

§              защищенность маркировки от подделки;

§              производительность маркирования и возможность встраивания в конвейерное производство;

§              экономические затраты и экологические факторы.

Для экономических расчетов учитывается не только стоимость оборудования для маркирования и расходных материалов, но и наличие на предприятии кадрового персонала, применения похожих технологических процессов (гальваническое производство, лазерная резка материалов и др.). Конкретные технические характеристики у однотипных установок сильно разнятся, однако необходимо учитывать, что производители установок иногда завышают технические характеристики, указывают предельные параметры возможной обработки. Например, в техническом руководстве НАСА [3], регламентирующем выбор методов маркирования, указано, что методы фрезерования не могут применяться для маркирования поверхностей с твердостью свыше 32 HRC, а для иглоударных установок - более 54 HRC, хотя производители механических установок указывают возможность маркирования на более твердых поверхностях. В этом же техническом руководстве [3], которое разрешено для бесплатного пользования, проведен подробный анализ всех методов маркирования с указанием достоинств и недостатков каждого метода.

 

Литература

1.    ЮНИСКАН / GS1 Russia. http://www.gs1ru.org/

2.    ГОСТ 30721-2000, ГОСТ Р 51294.3-99 «Автоматическая идентификация. Кодирование штриховое. Термины и определения».

3.    NASA-STD-6002. Applying Data Matrix Identification Symbols on Aerospace Parts // http://standards.nasa.gov.