DE112018005306T5

DE112018005306T5 - Sinterkörper auf Eisenbasis, Verfahren zur Laserbeschriftung desselben und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE112018005306T5
Application number: DE112018005306.7T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Terai; Masayuki Tauchi; Kenji Nawachi
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Priority date: 2017-11-07
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2020-06-18
Also published as: CN111315529B; JP7157408B2; CN111315529A; US11660899B2; US20200262229A1; WO2019093194A1; JPWO2019093194A1

Abstract

Ein Verfahren zur Laserbeschriftung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis umfasst einen ersten Schritt, bei dem mit einem ersten Laserstrahl eine Vielzahl von gepunkteten Aussparungen mit einer vorbestimmten Tiefe in einem Identifizierungsmarkierungsbereich einer Oberfläche eines Sinterkörpers auf Eisenbasis gebildet wird, und einen zweiten Schritt, bei dem mit einem zweiten Laserstrahl die Oberfläche innerhalb des Identifizierungsmarkierungsbereichs, die sich von den gepunkteten Aussparungen unterscheidet, abgeflacht wird. Der erste Laserstrahl weist eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit auf, die größer ist als die Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit des zweiten Laserstrahls.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sinterkörper auf Eisenbasis, ein Verfahren zur Laserbeschriftung desselben und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-214263 , die am 7. November 2017 eingereicht wurde und deren Priorität beansprucht, wobei deren gesamter Inhalt hier durch Verweis aufgenommen wird.
Stand der Technik
PTL 1 beschreibt ein Verfahren zur Bildung halbkugelförmiger Aussparungen, die in Draufsicht kreisförmige Punkte sind, indem die Oberfläche eines Siliziumsubstrats mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, um einen zweidimensionalen Code mit einer Matrix aus hellen und dunklen Strukturen zu bilden. PTL 2 beschreibt ein Verfahren zur Markierung eines aus einem Alumina-Titankarbid gebildeten Sinterkörper mit Identifikationsinformationen, indem der Sinterkörper mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, um Aussparungen im Sinterkörper zu bilden.
Liste von Referenzen
Patentliteratur

PTL 1: ungeprüfte japanische Veröffentlichungsschrift Nr. 11-238656
PTL 2: ungeprüfte japanische Veröffentlichungsschrift Nr. 2001-334753

Zusammenfassung der Erfindung
Ein Verfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Laserbeschriftung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis. Das Verfahren umfasst einen ersten und einen zweiten Schritt. Im ersten Schritt werden mit einem ersten Laserstrahl mehrere gepunktete Aussparungen mit einer vorbestimmten Tiefe in einem Bereich der Identifikationsmarkierung auf einer Oberfläche eines Sinterkörpers auf Eisenbasis gebildet. Im zweiten Schritt wird die Oberfläche innerhalb eines anderen Bereichs, der sich von den gepunkteten Aussparungen unterscheidet, durch einen zweiten Laserstrahl abgeflacht. Der erste Laserstrahl weist eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit auf, die größer ist als die Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit des zweiten Laserstrahls.
Ein Sinterkörper auf Eisenbasis gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst einen Bereich mit einer Identifikationsmarkierung auf einem Teil einer Oberfläche und innerhalb dieses Bereichs wird eine gepunktete Aussparung gebildet, die eine Identifikationsmarkierung bildet. Wenn eine Oberfläche außerhalb des Identifikationsmarkierungsbereichs, die als Außenumfang des Identifikationsmarkierungsbereichs dient, als Bezugshöhe verwendet wird, weist die Aussparung eine Tiefe von größer oder gleich 70 µm und kleiner oder gleich 200 µm auf und ein Vorsprung mit einer Höhe von größer oder gleich 0 µm und kleiner oder gleich 300 µm ist an einem Außenumfang der Aussparung angeordnet.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Flussdiagramm, das Schritte zur Herstellung eines Sinterkörper auf Eisenbasiss gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
[2A] 2A ist eine perspektivische Ansicht eines Sinterkörpers auf Eisenbasis, bevor er eine Identifikationsmarkierung aufweist.
[2B] 2B ist eine perspektivische Ansicht eines Sinterkörpers auf Eisenbasis mit einer Identifikationsmarkierung.
[3] 3 veranschaulicht einen Aspekt einer Identifikationsmarkierung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
[4] 4 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels von Abtastspuren, entlang derer der erste und zweite Laserstrahl verlaufen.
[5A] 5A ist eine Draufsicht auf die Oberfläche des Sinterkörpers auf Eisenbasis in einem Bereich der Identifikationsmarkierung vor einem ersten Schritt.
[5B] 5B ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie S1-S2 in 5A verläuft.
[6A] 6A ist eine Draufsicht auf die Oberfläche eines Sinterkörpers auf Eisenbasis, der auf der in 5A dargestellten Oberfläche einem ersten Schritt unterzogen wurde.
[6B] 6B ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie S3-S4 in 6A verläuft.
[7A] 7A ist eine Draufsicht auf die Oberfläche eines Sinterkörpers auf Eisenbasis, der auf der in 6A dargestellten Oberfläche einem zweiten Schritt unterzogen wurde.
[7B] 7B ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie S5-S6 in 7A verläuft.
[8A] 8A ist eine Draufsicht auf die Oberfläche eines Sinterkörpers auf Eisenbasis, einschließlich eines Identifikationsmarkierungsbereichs, eines äußeren Umfangsabschnitts des Bereichs und gepunkteter Aussparungen.
[8B] 8B zeigt ein ungleichmäßiges Profil der Oberfläche der gepunkteten Aussparungen und der Ränder der Aussparungen, wenn sie entlang einer geraden Linie L in 8A aufgenommen wird.
[9] 9 ist ein Flussdiagramm eines weiteren Aspekts eines Verfahrens zur Bildung einer Identifikationsmarkierung in Schritten zur Herstellung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis.
[10A] 10A ist eine perspektivische Ansicht eines Presskörpers mit einer ersten Identifikationsmarkierung.
[10B] 10B ist eine perspektivische Ansicht eines Sinterkörpers auf Eisenbasis, bei dem eine erste Identifikationsmarkierung verloren gegangen oder verschwommen ist.
[10C] 10C ist eine perspektivische Ansicht eines Sinterkörpers auf Eisenbasis mit einer zweiten Identifikationsmarkierung.
[11] 11 ist ein vergrößertes Foto eines Beispiels für eine Identifikationsmarkierung, die auf der Oberfläche eines Sinterkörpers auf Eisenbasis gebildet wurde.

Beschreibung von Ausführungsformen
[Probleme, die durch die vorliegende Erfindung zu lösen sind]
Die Erfinder haben ein Verfahren zur Bildung einer Identifikationsmarkierung einschließlich eines zweidimensionalen Codes für die Verwaltung von Produktversandinformationen auf einem gesinterten Körper aus einem Metallpulver durch direkte Bestrahlung der Oberfläche des gesinterten Produkts mit einem Laserstrahl untersucht, z.B. mit Hilfe eines kommerziell erhältlichen Laserbeschriftungsgeräts in einer Sinterproduktfabrik der Erfinder.
Ein Verfahren zur Bildung einer Identifikationsmarkierung auf z.B. einem Produkt durch Bestrahlung des Produkts mit einem Laserstrahl (im Folgenden als „Laserbeschriftungsverfahren“ bezeichnet) umfasst ein Bilden von mehreren gepunkteten Aussparungen auf einer vorbestimmten Oberfläche mit einer Laserenergie. Wenn diese gepunkteten Aussparungen als dunkle Abschnitte und andere Abschnitte als helle Abschnitte verwendet werden können, um einen klaren Kontrast zu bilden, können sie als Identifikationsinformation, z.B. als zweidimensionaler Code, verwendet werden.
Eine der wichtigsten Eigenschaften, die für eine Identifikationsmarkierung erforderlich ist, besteht darin, dass ein gebildeter Punkt z.B. von einem Codeleser zuverlässig gelesen wird (im Folgenden als „Lesbarkeit“ bezeichnet). Wenn der Kontrast zwischen den dunklen Abschnitten und den hellen Abschnitten für die genaue Erkennung der Punktpositionen nicht klar ist, genauer gesagt, wenn die gepunkteten Abschnitte, die als dunkle Abschnitte dienen sollen, hell sind oder die Teile, die als helle Abschnitte dienen sollen, dunkel sind, kann der Codeleser diese Punkte nicht erkennen.
Wenn eine Identifikationsmarkierung unleserlich ist oder fälschlicherweise gelesen wird, werden gesammelte Daten oder Informationen nicht erkannt. Diese fehlenden Daten beeinträchtigen die Zuverlässigkeit oder Sicherheit eines Managementsystems im Versandproduktmanagement, Produktionsmanagement, Rückverfolgbarkeit oder Qualitäts-/Prozessmanagement, so dass die Produktionslinie ihr ursprüngliches Ziel nicht erreicht oder ihre Funktion nicht ausübt.
Daher wird von der Identifikationsmarkierung eine gleichbleibend hohe Qualität, d.h. eine Lesbarkeit von 100% oder extrem nahe an 100%, gefordert.
Ein bekanntes Verfahren zur Laserbeschriftung eines Sinterkörpers aus Metallpulver, das ein Material auf Eisenbasis umfasst (im Folgenden einfach als „Sinterkörper auf Eisenbasis“ bezeichnet), ist ein Verfahren zur Bildung von Aussparungen mit einer vorbestimmten Tiefe und einem vorbestimmten Außendurchmesser durch Bestrahlen eines Abschnitts, in dem Punkte gebildet werden sollen, mit einem Laserstrahl, der eine vorbestimmte Energie aufweist, beispielsweise unter Verwendung eines handelsüblichen Laserbeschriftungsgeräts.
Die Lesbarkeit von Identifikationsmarkierungen, die mit einem bekannten Verfahren gebildet werden, ist jedoch verbesserungsfähig.
Der Sinterkörper auf Eisenbasis wird durch feste Kopplung von Teilchen eines Materials auf Eisenbasis durch Sintern gebildet. Um Aussparungen in seiner Oberfläche zu bilden, benötigt der Sinterkörper auf Eisenbasis also einen Laserstrahl mit einer größeren Energie, als zur Bildung einer Aussparung in einem anderen Material wie Harz oder Silizium erforderlich ist. Daher treten bei der Bearbeitung öfter flüchtige Stoffe oder Ablagerungen auf, die sich an der Peripherie um den bearbeiteten Abschnitt herum wieder abscheiden oder wieder an diesen anhaften.
Die Erfinder haben die Ursachen untersucht, die die Lesbarkeit von Identifikationsmarkierungen auf Sinterkörpern auf Eisenbasis, die mit einem bekannten Laserbeschriftungsverfahren erhalten wurden, verringern. Die Erfinder haben dann klargestellt, dass die anderen Abschnitte als die Punkte, insbesondere die äußere Peripherie jedes Punktes, eher geschwärzt sind, was den Kontrast zwischen den Punkten und den anderen Teilen unklar macht, und die geschwärzten Punkte resultieren aus der abgelagerten und anhaftenden Materie, die sich auf der äußeren Peripherie angesammelt hat.
In Anbetracht der oben beschriebenen bekannten Probleme zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, ein Verfahren zur Laserbeschriftung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis zur Bildung einer gut lesbaren Identifikationsmarkierung, z.B. durch einen Codeleser, ein Verfahren zur Herstellung des Sinterkörpers auf Eisenbasis und den Sinterkörper auf Eisenbasis bereitzustellen.
[Vorteilhafte Effekte der vorliegenden Erfindung]
Die vorliegende Erfindung kann ein Verfahren zur Laserbeschriftung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis zur Bildung einer durch z.B. einen Codeleser gut lesbaren Identifikationsmarkierung, ein Verfahren zur Herstellung des Sinterkörpers auf Eisenbasis und den Sinterkörper auf Eisenbasis bereitstellen.
[Zusammenfassung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
Im Folgenden wird die Zusammenfassung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
(1) Ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Laserbeschriftung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis, das einen ersten Schritt eines Bildens einer Vielzahl von gepunkteten Aussparungen mit einer vorbestimmten Tiefe in einem Identifikationsmarkierungsbereich einer Oberfläche eines Sinterkörpers auf Eisenbasis mit einem ersten Laserstrahl und einen zweiten Schritt eines Abflachens der Oberfläche innerhalb des Identifikationsmarkierungsbereichs, der sich von den gepunkteten Aussparungen unterscheidet, mit einem zweiten Laserstrahl umfasst. Der erste Laserstrahl weist eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit auf, die größer ist als die Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit des zweiten Laserstrahls.
Bei einem Laserbeschriftungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden in einem ersten Schritt, bei dem die gepunkteten Aussparungen im Bereich der Identifikationsmarkierung gebildet werden, flüchtiges Material oder Ablagerungen, die während der Bearbeitung mit einem ersten Laserstrahl entstehen, auf einem Abschnitt der Oberfläche, der von den Aussparungen verschieden ist, insbesondere an den äußeren Rändern der Aussparungen, neu abgelagert oder haften erneut an, um sich anzusammeln. Flüchtiges Material oder Ablagerungen werden durch den zweiten Laserstrahl entfernt, um den Abschnitt der Oberfläche, der nicht zu den Aussparungen gehört, weiter abzuflachen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit des zweiten Laserstrahls kleiner gemacht als die Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit des ersten Laserstrahls, um den Kontrast zwischen den Aussparungen und einem Abschnitt der Oberfläche, der nicht zu den Aussparungen gehört, weiter zu verdeutlichen. Auf diese Weise kann eine Identifikationsmarkierung gebildet werden, die von einem Codeleser gut lesbar ist.
(2) In dem Laserbeschriftungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der erste Schritt vorzugsweise einen Schritt, bei dem der erste Laserstrahl mehrmals rotierend von außen nach innen in einer kreisförmigen oder polygonalen Spiralform auf das Innere einer Zelle, die Teil des Bereichs der Identifizierungsmarkierung ist, angewendet wird.
Dies liegt daran, dass durch mehrfache Rotation des oben genannten Laserstrahls im Wesentlichen kreisförmig gepunktete Aussparungen erzielt werden können, so dass die Aussparungen anhand der Differenz der Lichtreflexion deutlich als dunkle Bereiche erkannt und somit von einem Codeleser leicht gelesen werden können.
(3) In dem Laserbeschriftungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der erste Laserstrahl vorzugsweise eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit von größer oder gleich 1,0 J/mm² und kleiner oder gleich 7,0 J/mm² auf. Der zweite Laserstrahl weist vorzugsweise eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit von größer oder gleich 0,05 J/mm² und kleiner oder gleich 0,50 J/mm² auf.
Die Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit eines Laserstrahls (die Einheit von J/mm², im Folgenden wird „Einheit“ weggelassen) ist definiert als ein Produkt, das durch Multiplikation der Bestrahlungszeit (s/mm², im Folgenden „Bestrahlungszeit pro Flächeneinheit“) erhalten wird, die zum Abtasten einer Flächeneinheit mit einer durchschnittlichen Leistung pro Einheitsfleck (W) des Laserstrahls verwendet wird. Die durchschnittliche Leistung pro Einheitsfleck ist definiert als das Produkt einer Energie pro Zeiteinheit bei einem CW-Laser oder einer Pulsenergie (J) bei einem Pulslaser mit einer Wiederholungsfrequenz (1/s).
Wenn der erste Laserstrahl eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit von weniger als 1,0 J/mm² aufweist, können die Aussparungen mit einer beabsichtigten Tiefe nicht gebildet werden. Vorzugsweise weist der erste Laserstrahl eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit von mindestens 2,0 J/mm² auf. Wenn der erste Laserstrahl eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit von mehr als 7,0 J/mm² aufweist, tritt eine übermäßig große Menge an flüchtiger Materie oder Ablagerungen auf und erhöht die erneute Abscheidung oder Anhaftung erheblich, was nicht bevorzugt ist, da sie zurückbleiben, ohne vom nachfolgenden zweiten Laserstrahl vollständig entfernt zu werden. Vorzugsweise weist der erste Laserstrahl eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit von kleiner oder gleich 5,0 J/mm² auf.
Wenn der zweite Laserstrahl eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit von weniger als 0,05 J/mm² aufweist, kann es sein, dass erneute Ablagerungen oder Anhaftungen, die sich an den äußeren Rändern der Aussparungen angesammelt haben, nicht vollständig entfernt werden oder verhindern, dass die Oberfläche abgeflacht wird. Der zweite Laserstrahl weist weiter bevorzugt eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit von größer oder gleich 0,10 J/mm² auf. Wenn der zweite Laserstrahl eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit von mehr als 0,50 J/mm² aufweist, kann der Abschnitt der Oberfläche, der nicht die Aussparungen aufweist, geschwärzt werden, und der Anschnitt, der einen hellen Abschnitt darstellen soll, kann geschwärzt werden, was eine Unterscheidung zwischen ihm und den mit dem ersten Laserstrahl gebildeten Aussparungen verhindert und daher nicht erwünscht ist. Der zweite Laserstrahl weist vorzugsweise eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit von kleiner oder gleich 0,30 J/mm² auf.
(4) In dem Laserbeschriftungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der erste Laserstrahl eine durchschnittliche Leistung pro Einheitsfleck von größer oder gleich 20 W und kleiner oder gleich 50 W, einen Fleckdurchmesser von größer oder gleich 0,010 mm und kleiner oder gleich 0,060 mm und eine Abtastgeschwindigkeit von größer oder gleich 250 mm/s und kleiner oder gleich 320 mm/s auf. Der zweite Laserstrahl weist eine mittlere Leistung pro Einheitsfleck von größer oder gleich 10 W und kleiner oder gleich 25 W, einen Fleckdurchmesser von größer oder gleich 0,010 mm und kleiner oder gleich 0,060 mm und eine Abtastgeschwindigkeit von größer oder gleich 1700 mm/s und kleiner oder gleich 3000 mm/s auf.
Wenn die durchschnittliche Leistung pro Einheitsfleck eines Laserstrahls mit p, der Fleckdurchmesser mit r, die Abtastgeschwindigkeit mit v, die Bestrahlungszeit pro Flächeneinheit mit t und die Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit mit e bezeichnet werden, wird die Beziehung zwischen diesen Parametern mit der folgenden Formel ausgedrückt: $e = p \times t$
wobei $t = 1 / (r \times v)$
und $e = p / (r \times v)$
Aus Formel 2 wird der Bereich des Wertes e durch die Werte p, r und v bestimmt. Damit sind die bevorzugten Bereiche von p, r und v definiert, die erforderlich sind, um einen bevorzugten Bereich von e zu erreichen.
Wenn der erste Laserstrahl eine durchschnittliche Leistung pro Einheitsfleck p von weniger als 20 W aufweist, kann es vorkommen, dass eine Aussparung mit einer beabsichtigten Tiefe aufgrund unzureichender Leistung nicht gebildet wird. Daher ist der erste Laserstrahl mit einer solchen durchschnittlichen Leistung nicht bevorzugt. Der erste Laserstrahl weist weiter bevorzugt eine mittlere Leistung pro Einheitsfleck p von mindestens 30 W auf. Wenn der erste Laserstrahl weiter bevorzugt eine mittlere Leistung pro Einheitsfleck p von mehr als 50 W aufweist, steigt eine Menge an flüchtiger Materie oder Ablagerungen aufgrund von zu hoher Leistung übermäßig an, so dass der erste Laserstrahl erheblich zunimmt und möglicherweise nicht in der Lage ist, mit dem nachfolgenden zweiten Laserstrahl erneute Ablagerungen oder Anhaftungen vollständig zu entfernen. Daher ist der erste Laserstrahl mit einer solchen durchschnittlichen Leistung nicht bevorzugt. Der erste Laserstrahl weist weiter bevorzugt eine durchschnittliche Leistung pro Einheitsfleck p von höchstens 40 W auf.
Wenn der zweite Laserstrahl eine mittlere Leistung p von weniger als 10 W aufweist, kann es vorkommen, dass erneute Ablagerungen oder Anhaftungen, die sich an den äußeren Rändern der Aussparungen angesammelt haben, aufgrund von unzureichender Leistung nicht entfernt werden. Der zweite Laserstrahl mit einer durchschnittlichen Leistung p von weniger als 10 W ist weder geeignet noch bevorzugt, um die Oberfläche abzuflachen. Der zweite Laserstrahl weist weiter bevorzugt eine mittlere Leistung p von mindestens 13 W auf. Wenn der zweite Laserstrahl eine mittlere Leistung p von mehr als 25 W aufweist, kann der Abschnitt, der sich von den Aussparungen unterscheidet, aufgrund von übermäßiger Leistung geschwärzt werden und er kann einen Unterschied zwischen ihm und den mit dem ersten Laserstrahl gebildeten Punkten verhindern. Daher ist der zweite Laserstrahl mit einer solchen durchschnittlichen Leistung p nicht bevorzugt. Der zweite Laserstrahl weist weiter bevorzugt eine mittlere Leistung p von höchstens 20 W auf.
Wenn der erste Laserstrahl eine Abtastgeschwindigkeit v von weniger als 250 mm/s hat, können flüchtige Stoffe oder Ablagerungen aufgrund der geringen Geschwindigkeit deutlich zunehmen. Der erste Laserstrahl mit einer solchen Abtastgeschwindigkeit v ist nicht bevorzugt. Der erste Laserstrahl weist vorzugsweise eine Abtastgeschwindigkeit v von 270 mm/s auf. Wenn der erste Laserstrahl eine Abtastgeschwindigkeit v von mehr als 320 mm/s aufweist, kann es vorkommen, dass eine Aussparung mit einer beabsichtigten Tiefe aufgrund der hohen Geschwindigkeit nicht gebildet wird. Daher ist der erste Laserstrahl mit einer solchen Abtastgeschwindigkeit v nicht bevorzugt. Der erste Laserstrahl weist vorzugsweise eine Abtastgeschwindigkeit v von kleiner oder gleich 300 mm/s auf.
Wenn der zweite Laserstrahl eine Abtastgeschwindigkeit v von weniger als 1700 mm/s aufweist, kann der Abschnitt, der sich von den Aussparungen unterscheidet, aufgrund der geringen Geschwindigkeit geschwärzt sein, was eine Unterscheidung zwischen ihm selbst und den mit dem ersten Laserstrahl gebildeten Aussparungen verhindert. Daher ist der zweite Laserstrahl mit einer solchen Abtastgeschwindigkeit v nicht bevorzugt. Der zweite Laserstrahl weist vorzugsweise eine Abtastgeschwindigkeit v von 2000 mm/s auf. Wenn der zweite Laserstrahl eine Abtastgeschwindigkeit v von mehr als 3000 mm/s aufweist, kann es vorkommen, dass der zweite Laserstrahl aufgrund der hohen Geschwindigkeit nicht in der Lage ist, die an den äußeren Rändern der Aussparungen angesammelten erneuten Ablagerungen oder Anhaftungen mit dem nachfolgenden zweiten Laserstrahl vollständig zu entfernen. Daher ist der zweite Laserstrahl mit einer solchen Abtastgeschwindigkeit v nicht bevorzugt. Der zweite Laserstrahl weist vorzugsweise eine Abtastgeschwindigkeit v von 2700 mm/s oder weniger auf.
Wenn der erste Laserstrahl einen Fleckdurchmesser r von weniger als 0,010 mm aufweist, erhöht sich die Bestrahlungsenergie e pro Flächeneinheit wie in Formel 2 aufgrund des kleinen Fleckdurchmessers r, so dass flüchtige Materialien oder Ablagerungen deutlich zunehmen können. Wenn der Fleckdurchmesser r größer ist als 0,060 mm, nimmt die Bestrahlungsenergie e pro Flächeneinheit ab und es kann vorkommen, dass sich die Aussparung mit der vorgesehenen Tiefe nicht bildet. Daher ist ein solcher Fleckdurchmesser r nicht erwünscht.
Wenn der zweite Laserstrahl einen Fleckdurchmesser r von weniger als 0,010 mm aufweist, nimmt die Bestrahlungsenergie e pro Flächeneinheit zu und der Abschnitt der Oberfläche, der sich von den Aussparungen unterscheidet, kann geschwärzt werden. Daher verhindert der zweite Laserstrahl mit einem solchen Fleckdurchmesser r eine Unterscheidung zwischen dem Abschnitt und den mit dem ersten Laserstrahl gebildeten Aussparungen. Wenn der zweite Laserstrahl einen Fleckdurchmesser r von 0,060 mm aufweist, nimmt die Bestrahlungsenergie e pro Flächeneinheit ab. Der zweite Laserstrahl kann daher die an den äußeren Rändern der Aussparungen angesammelten Ablagerungen oder Anhaftungen nicht vollständig entfernen und ist daher nicht bevorzugt.
(5) Ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst einen Schritt eines Bildens einer ersten Identifikationsmarkierung in einem ersten Bereich einer Oberfläche eines Presslings und einen Schritt eines Bildens einer zweiten Identifikationsmarkierung in einem zweiten Bereich einer Oberfläche eines durch Sintern des Presslings erhaltenen Sinterkörpers. Die zweite Identifizierungsmarkierung wird durch das Laserbeschriftungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung gebildet.
Insbesondere ermöglicht ein Bereitstellen einer Identifikationsmarkierung an jedem von dem Presskörper und dem Sinterkörper ein Management wie z.B. ein Qualitätsmanagement oder ein Schrittmanagement für jeden Schritt vom halbfertigen Produkt zum Endprodukt und jedem der Produkte. Wenn die erste Identifikationsmarkierung, die auf der Oberfläche des Presslings gebildet wird, deutlich hinterlassen wird, ohne dass sie bis zur Fertigstellung des Endprodukts verloren geht, ist es nicht notwendig, eine zweite Identifikationsmarkierung zu bilden. Nach einem Sinterschritt bei einer Temperatur von 1000°C oder mehr kann die erste Identifikationsmarkierung jedoch verloren gehen oder undeutlich sein. In einem solchen Fall ist es erforderlich, dass zusätzlich eine zweite Identifikationsmarkierung nach dem Sintern gebildet wird. Wenn die zweite Identifizierungsmarkierung durch ein Laserbeschriftungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wird, kann sichergestellt werden, dass die Identifizierungsmarkierung nach dem Sinterschritt z.B. mit einem Codeleser hochlesbar ist.
(6) Ein Verfahren zur Bildung der ersten Identifikationsmarkierung ist vorzugsweise ein Laserbeschriftungsverfahren. Das Laserbeschriftungsverfahren kann eine Identifikationsmarkierung auf einem Pressling bilden, die z.B. mit einem Codeleser gut lesbar ist und verhindert, dass die Identifikationsmarkierung nach einem Sinterschritt verloren geht. Selbst wenn die erste Identifikationsmarkierung nach dem Sintern nicht vollständig verloren geht, kann die erste Identifikationsmarkierung verschwommen sein oder es kann eine andere Identifikationsinformation zur Anzeige oder für einen anderen Zweck erforderlich sein. In einem solchen Fall kann eine zweite Identifikationsmarkierung gebildet werden.
(7) In dem Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis umfasst das Verfahren zur Bildung der ersten Identifizierungsmarkierung einen 1-1-Schritt eines Bildens von einer Vielzahl von gepunkteten ersten Aussparungen mit einer vorbestimmten Tiefe im ersten Bereich einer Oberfläche des Presslings mit einem dritten Laserstrahl und einen 1-2-Schritt des Abflachens einer Oberfläche des ersten Bereichs, der sich von den gepunkteten ersten Aussparungen unterscheidet, mit einem vierten Laserstrahl. Eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit des dritten Laserstrahls ist vorzugsweise größer als eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit des vierten Laserstrahls.
Insbesondere ist weiter bevorzugt ein Laserbeschriftungsverfahren zur Bildung der ersten Identifikationsmarkierung auf einem Pressling dasselbe wie ein Verfahren zur Laserbeschriftung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Auf diese Weise kann eine Identifikationsmarkierung gebildet werden, die eine hohe Lesbarkeit des Codes aufweist, wenn sie auf einem Pressling gebildet wird, und die nach dem Sintern nicht verloren geht oder undeutlich wird.
(8) Ein Sinterkörper auf Eisenbasis gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Sinterkörper auf Eisenbasis, der in einem Abschnitt einer Oberfläche einen Bereich mit einer Identifikationsmarkierung umfasst. Eine gepunktete Aussparung, die eine Identifikationsmarkierung bildet, wird im Identifikationsmarkierungsbereich gebildet. Wenn eine Oberfläche außerhalb des Identifikationsmarkierungsbereichs, die einen äußeren Umfang des Identifikationsmarkierungsbereichs bildet, als Bezugshöhe bestimmt wird, weist die Aussparung eine Tiefe von größer oder gleich 70 µm und kleiner oder gleich 200 µm auf und ein Vorsprung mit einer Höhe von größer oder gleich 0 µm und kleiner oder gleich 300 µm wird an einem äußeren Umfang der Aussparung angeordnet. Der Vorsprung mit einer Höhe von größer oder gleich 0 µm umfasst einen Fall mit einer Höhe von 0 µm, insbesondere einen Fall, in dem kein Vorsprung vorgesehen ist.
Die Identifikationsmarkierung wird aus der Aussparung, die als dunkler Abschnitt dient, und einem Abschnitt der Oberfläche, der sich von der Aussparung unterscheidet und als heller Abschnitt dient, gebildet. Die Aussparung weist eine vorgegebene Tiefe auf und der Vorsprung am äußeren Umfang der Aussparung weist eine vorgegebene Höhe auf. Demzufolge kann der Kontrast zwischen dunklen und hellen Abschnitten verstärkt und die Lesbarkeit des Codes durch den Codeleser verbessert werden.
Bei einer Tiefe von weniger als 70 µm weist die Aussparung eine unauffällige Dunkelheit auf. Bei einer Tiefe von mehr als 200 µm ist der äußere Umfang der Aussparung ebenfalls durch Ablagerungen oder Anhaftungen geschwärzt und eine solche Aussparung ist nicht erwünscht. Wenn der Vorsprung am äußeren Umfang der Aussparung eine Höhe von mehr als 300 µm aufweist, ist der äußere periphere Abschnitt der Aussparung ebenfalls geschwärzt und der Punkt ist nicht als dunkler Abschnitt deutlich zu erkennen. Daher ist ein solcher Vorsprung nicht bevorzugt.
(9) Die Aussparung weist vorzugsweise in Draufsicht ein Öffnungsende mit kreisförmiger Gestalt auf und eine Seitenwand weist vorzugsweise eine gekrümmte Gestalt mit einem Öffnungsdurchmesser auf, der zum Boden hin monoton abnimmt. Hier bedeutet die kreisförmige Gestalt im Wesentlichen, dass kreisförmig ein breiter gefasstes Konzept ist, das eine im Wesentlichen polygonale Form mit unklaren Winkeln und unbestimmten Formen anstelle eines perfekten Kreises im strengen Sinne umfasst.
Dadurch wird die Aussparung als dunkler Teil stabilisiert und die Lesbarkeit des Codes wird dadurch stabilisiert.
[Detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
Es werden nun spezielle Beispiele für ein Verfahren zur Laserbeschriftung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis und eines Presslings, ein Verfahren zur Messung der Aussparung und eines Vorsprungs, ein Verfahren zur Bewertung der Lesbarkeit mit einem Codeleser und Schritte zur Herstellung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
Sofern nicht besonders vermerkt, handelt es sich bei den Zeichnungen um schematische Darstellungen zur Veranschaulichung der Beschreibung. Die Größe und die Lageverhältnisse der Komponenten sind z.B. übertrieben oder mit leicht erkennbaren Verhältnissen dargestellt. Die in mehreren Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichneten Komponenten bezeichnen die gleichen Teile oder Komponenten. Um die Zeichnungen zu veranschaulichen oder zu illustrieren, werden die Begriffe bezüglich der vertikalen und seitlichen Richtungen oder Positionsbeziehungen verwendet. Diese Begriffe dienen jedoch lediglich dazu, das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, und sollen den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung nicht beschränken.
[Identifikationsmarkierung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis und Verfahren zur Laserbeschriftung desselben]
1 ist ein Flussdiagramm, das Schritte zur Herstellung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Die Herstellungsschritte von dem Material zu einem Endprodukt eines Sinterkörpers auf Eisenbasis umfassen hauptsächlich einen Mischschritt 20, bei dem ein Schmiermittel 10b zu einem Metallpulver 10a hinzugefügt wird, einen Pressschritt 30, bei dem ein Pressling gebildet wird, einen Sinterschritt 40, bei dem der Pressling gesintert wird, einen Identifikationsmarkierungsbildungsschritt 41, bei dem eine Identifikationsmarkierung auf dem erhaltenen Sinterkörper gebildet wird, und einen Bemaßungsschritt 50 und einen Wärmebehandlungsschritt 60, bei dem der Sinterkörper anschließend wieder verdichtet wird, um die Maßgenauigkeit zu verbessern.
Hier umfasst der Schritt 41 zur Bildung der Identifikationsmarkierung insbesondere einen Laserbeschriftungsschritt 41a, der einen ersten Schritt 41b eines Verwendens eines ersten Laserstrahls und einen zweiten Schritt 41c eines Verwendens eines zweiten Laserstrahls umfasst. Der Identifikationsmarkierungsbildungsschritt 41 wird am besten unmittelbar nach dem Sinterschritt 40 durchgeführt. Stattdessen kann der Identifikationsmarkierungsbildungsschritt 41 je nach Verwendungszweck nach dem Bemaßungsschritt 50 oder dem Wärmebehandlungsschritt 60 durchgeführt werden.
2A ist eine perspektivische Ansicht eines Sinterkörpers G10 auf Eisenbasis, bevor er eine Identifikationsmarkierung aufweist, und 2B ist eine perspektivische Ansicht eines Sinterkörpers G11 auf Eisenbasis mit einer Identifikationsmarkierung C1. Jeder der Sinterkörper G10 und G11 auf Eisenbasis weist eine Oberfläche auf, die es ermöglicht, dass eine Identifikationsmarkierung darauf gebildet wird. Hier ist ein Zahnrad als Beispiel für das gesinterte Produkt dargestellt, aber anstelle eines Zahnrads kann auch ein anderes Produkt verwendet werden.
Eines der Merkmale eines Laserbeschriftungsverfahrens gemäß der vorliegenden Ausführungsform besteht darin, dass die Identifikationsmarkierung C1 auf der Oberfläche des Sinterkörpers G11 auf Eisenbasis gebildet wird, nachdem er dem Sinterschritt unterzogen wurde. Beispiele für eine Identifikationsmarkierung umfassen einfache Zahlen oder Zeichen, einen eindimensionalen Code, wie z.B. ein Strichcode, und einen zweidimensionalen Code oder einen QR-Code (wobei „QR-Code“ ein eingetragenes Warenzeichen ist), wie z.B. ein Datenmatrix-Code. Im Hinblick auf eine maximale Reduzierung der Größe und des Umfangs einer Identifikationsmarkierung für jedes Produkt wird eine aus einem zweidimensionalen Code gebildete Identifikationsmarkierung als Identifikationsmarkierung C1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet.
3 veranschaulicht einen Aspekt des Kennzeichens C1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Ein zweidimensionaler Code 2 ist innerhalb eines Identifikationsmarkierungsbereichs 1 auf der Oberfläche des Sinterkörpers auf Eisenbasis angeordnet. Insbesondere ist die Größe des Identifikationsmarkierungsbereichs 1 gleich groß oder größer als die Größe des zweidimensionalen Codes 2. Der zweidimensionale Code 2 ist eine Anordnung aus mehreren Zellen 3, die jeweils einen unterteilten quadratischen Querschnitt mit einer vorbestimmten Größe als Einheit aufweisen. Im Inneren der Zellen 3 werden an vorbestimmten Positionen Aussparungen 4 gebildet. 3 zeigt eine der mehrfachen Zellen 3 in vergrößerter Form und gekennzeichnet mit Zwei-Punkt-Kettenlinien und einem Pfeil.
Der zweidimensionale Code 2 ermöglicht eine eindeutige Identifizierung jedes Sinterkörpers G11 auf Eisenbasis und zeichnet verschiedene Arten von historischen Informationen auf, die vor und nach dem Sintervorgang definiert werden können. Die historischen Informationen können zum Beispiel die Seriennummer des Produkts, die Losnummer, die Sinterzeitdauer, die Temperatur und die Zeit im Sinterschritt, die Codenummer eines Sinterofens, die Codenummer der Zeichnung und die Codenummer einer Fabrik umfassen. Diese Arten von Informationen können über ein Netzwerk in der akkumulierten Datenbank mit Informationen wie einer Presszeitperiode und einer Presszeit (Datum, Stunden, Minuten und Sekunden) des vorherigen Pressschritts und der Codenummer einer Pressvorrichtung verknüpft werden.
Beispiele für eine Laserbeschriftungsvorrichtung sind durch ein handelsübliches Laserbeschriftungsgerät und ein weiteres Laserbearbeitungsgerät gegeben.
Mit Bezug auf 2B ist die Form der Identifikationsmarkierung C1, die auf der Oberfläche des Sinterkörpers G11 auf Eisenbasis (Außendurchmesser von etwa 100 mm) gebildet wird, nicht auf eine bestimmte Form beschränkt, ist jedoch in der Regel viereckig. In Bezug auf 3 ist die Größe des Bereichs 1 für die Identifikationsmarkierung C1 je nach Anzahl der in einem Code enthaltenen Zellen unterschiedlich, liegt aber vorzugsweise innerhalb von z.B. 2,5 mm H 3,5 mm und 8 mm B 11 mm, wobei H eine Höhe und W eine Breite bezeichnet.
4 ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels für Abtastspuren der ersten und zweiten Laserstrahlen. 4 entspricht 3 und zeigt in der unteren Hälfte den Identifikationsmarkierungsbereich 1 und in der oberen Hälfte eine der Zellen, die mit Zwei-Punkt-Kettenlinien und einem Pfeil gekennzeichnet sind. Die obere Hälfte in 4 zeigt eine Abtastspur 5 des ersten Laserstrahls innerhalb der Zelle 3 und die untere Hälfte in 4 zeigt Abtastspuren 6 des zweiten Laserstrahls innerhalb des Identifikationsmarkierungsbereichs 1.
In Bezug auf die obere Hälfte von 4 wird im ersten Schritt der erste Laserstrahl auf die Zelle 3 entlang der Abtastspur 5 angewendet, um von der Außenseite zur Innenseite der Zelle innerhalb der Zelle 3 spiralförmig gedreht zu werden. Auf diese Weise wird die Aussparung 4 in der Zelle 3 gebildet. Vorzugsweise weist die Aussparung 4 eine gekrümmte Form mit einem in der Draufsicht im Wesentlichen kreisförmigen Öffnungsende und einer Seitenwand mit einem zum Boden monoton abnehmenden Öffnungsdurchmesser auf. Gemäß der Beschreibung oben bedeutet „kreisförmig“ hier im Wesentlichen kreisförmig mit einem breiteren Konzept, das eine im Wesentlichen polygonale Form mit unklaren Winkeln und unbestimmten Formen anstelle eines perfekten Kreises im strengen Sinne umfasst.
Hier ist die Zelle 3 zum Beispiel ein Quadrat mit jeweils einer Seiten von 150 bis 270 µm. Die Abtastspur 5, entlang der der erste Laserstrahl rotierend aufgebracht wird, bildet vorzugsweise eine viereckige Spirale, kann aber auch eine polygonale oder kreisförmige Spirale bilden. Wenn eine Abtastung mit einem Laserstrahl, der eine Spiralspur in der Zelle bildet, als eine einzige drehende Bestrahlung bestimmt wird, wird die drehende Bestrahlung vorzugsweise mehrmals für jede Zelle durchgeführt. Vorzugsweise wird die drehende Bestrahlung zwei- oder dreimal durchgeführt.
Der Durchmesser einer jeden Aussparung 4 ist nicht auf einen bestimmten Durchmesser beschränkt, solange die Aussparung 4 für ein Codelesegerät leicht lesbar ist, in die Zelle 3 fällt und keine nachteilige Auswirkung auf eine benachbarte Aussparung hat. Insbesondere ist der Durchmesser vorzugsweise größer oder gleich 50 µm und kleiner oder gleich 140 µm. Der Durchmesser von weniger als 50 µm ist nicht wünschenswert, da die Aussparung 4 zu klein ist, um von einem normalen Codeleser als dunkler Abschnitt erkannt zu werden. Der Durchmesser von mehr als 140 µm ist nicht bevorzugt, da sich im ersten Schritt an den Außenrändern der Aussparungen 4 erzeugte erneute Ablagerungen oder Anhaftungen an der Innenseite von benachbarten Aussparungen ablagern oder anhaften können und sich mit hoher Wahrscheinlichkeit nachteilig auf die Bildung der benachbarten Aussparungen 4 auswirken können. Der Durchmesser ist am niedrigsten Punkt vorzugsweise größer oder gleich 70 µm und am größten Punkt kleiner oder gleich 120 µm.
Mit Bezug auf die untere Hälfte von 4 wird im zweiten Schritt der zweite Laserstrahl entlang der Abtastspuren 6 linear hin und her bewegt, um den gesamten Identifikationsmarkierungsbereich 1 mit der Aussparung 4 abzutasten.
Auf diese Weise können die im ersten Schritt entstandenen erneuten Ablagerungen oder Anhaftungen an den äußeren Rändern der Aussparungen 4 entfernt werden und der Abschnitt der Oberfläche, der sich von den Aussparungen 4 unterscheidet, kann abgeflacht werden.
In der vorliegenden Ausführung wird der zweite Laserstrahl entlang der Abtastspuren 6 in Längsrichtung des Identifikationsmarkierungsbereichs 1 hin und her bewegt. Die Richtung ist jedoch nicht auf eine bestimmte Richtung beschränkt, solange der zweite Laserstrahl den gesamten Identifikationsmarkierungsbereich 1 abtasten kann. Der zweite Laserstrahl kann in Richtung der kurzen Seite hin und her bewegt werden oder er kann wiederholt in der gleichen Richtung eingesetzt werden, anstatt hin und her bewegt zu werden.
Der zweite Laserstrahl wird zur Bildung eines Streifenmusters bei einer höheren Abtastgeschwindigkeit als der erste Laserstrahl angewendet. Der Laserstrahl mit einem kleineren Fleckdurchmesser wird ordentlich angewendet, um den Abschnitt, der sich von den Aussparungen unterscheidet, feiner und glatter zu bearbeiten. Eine Reduzierung des Fleckdurchmessers ist begrenzt. Wenn der Durchmesser zu klein ist, erhöht sich die Zeit, die für das Scannen benötigt wird. Daher kann der Fleckdurchmesser des Laserstrahls angepasst werden oder die Bearbeitungslinienbreite oder die Anzahl von Linien kann je nach Verwendungszweck bestimmt werden.
Das Abtasten von Linien (Streifenmuster), wie mit den Abtastspuren 6 dargestellt ist, kann für die Grundbehandlung des Identifikationsmarkierungsbereichs 1 vor dem ersten Schritt verwendet werden. Eine solche Grundbehandlung flacht die Oberfläche des gesamten Identifikationsmarkierungsbereichs 1 ab und hellt diesen auf, um den Kontrast als hellen Abschnitt nach der Bildung der Aussparung weiter zu verstärken, was weiter bevorzugt ist.
Die 5A, 5B, 6A, 6B, 7A und 7B sind schematische Diagramme, die einen Aspekt einer Lasermarkierungsmethode entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. 5A ist eine ebene Ansicht der Oberfläche eines Sinterkörpers auf Eisenbasis im Identifikationsmarkierungsbereich 1 vor dem ersten Schritt und 5B ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie S1-S2 in 5A verläuft. 6A ist eine ebene Ansicht der Oberfläche des Sinterkörpers auf Eisenbasis, die erhalten wurde, nachdem die Oberfläche in 5A dem ersten Schritt unterzogen wurde, und 6B ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie S3-S4 in 6A verläuft.
7A ist eine ebene Ansicht der Oberfläche des Sinterkörpers auf Eisenbasis, die erhalten wurde, nachdem die Oberfläche in 6A dem zweiten Schritt unterzogen wurde, und 7B ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie S5-S6 in 7A verläuft.
Mit Bezug auf 5A und 5B stellt der Identifikationsmarkierungsbereich 1 einen Abschnitt der Oberfläche des Sinterkörpers auf Eisenbasis dar. Abhängig von den Unebenheiten der Oberfläche kann die Grundbehandlung vorab mit einem Laserstrahl durchgeführt werden. Die Bedingungen für die Laserbearbeitung sind zu diesem Zeitpunkt nicht besonders begrenzt, aber vorzugsweise werden die Bedingungen ähnlich denen des zweiten Laserstrahls, die mit Bezug auf 4 beschrieben werden, angewendet. In diesem Fall kann ein Laserstrahl linear (in einem Streifenmuster) hin und her bewegt werden, um den gesamten Identifikationsmarkierungsbereich 1 abzutasten.
Mit Bezug auf 6A und 6B wird die Aussparung 4 im Identifikationsmarkierungsbereich 1 auf der Oberfläche des Sinterkörpers auf Eisenbasis im ersten Schritt mit dem ersten Laserstrahl gebildet. Zu diesem Zeitpunkt können sich flüchtige Materialien oder Ablagerungen, die dem Sinterkörper auf Eisenbasis eigentümlich sind und während der Laserbearbeitung erzeugt werden, wieder an der äußeren Peripherie der Aussparung 4 erneut ablagern oder anhaften, um einen Vorsprung 7 zu bilden.
Mit Bezug auf 7A und 7B wird im zweiten Schritt der zweite Laserstrahl zum Abtasten des gesamten Identifizierungsmarkierungsbereichs 1 eingesetzt, um den Abschnitt der Oberfläche, der von der Aussparung 4 verschieden ist, abzuflachen. Dabei werden die im ersten Schritt erzeugten Ablagerungen und Anhaftungen entfernt, um die Höhe des Vorsprungs 7 zu verringern.
Zu diesem Zeitpunkt wird eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit des zweiten Laserstrahls als gegenüber der Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit des ersten Laserstrahls kleiner bestimmt. Dadurch wird die Höhe des Vorsprungs 7 verringert und gleichzeitig wird der Kontrast zwischen dem dunklen Abschnitt in der Aussparung und dem hellen Abschnitt außerhalb der Aussparung deutlicher, um die Lesbarkeit des Codelesers zu verbessern.
In dem ersten Schritt und zweiten Schritt sind bevorzugte Bereiche der Bestrahlungsenergien pro Flächeneinheit des ersten und des zweiten Laserstrahls wie folgt. Zum Beispiel weist der erste Laserstrahl vorzugsweise eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit von größer oder gleich 1,0 J/mm² und kleiner oder gleich 7,0 J/mm² auf und der zweite Laserstrahl weist vorzugsweise eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit von größer oder gleich 0,05 J/mm² und kleiner oder gleich 0,50 J/mm² auf.
Die Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit wird mit einer durchschnittlichen Leistung pro Einheitsfleck, einem Fleckdurchmesser und einer Abtastgeschwindigkeit definiert (oben in Formel 2 beschrieben).
Bevorzugte Bereiche für die in Beziehung stehenden Parameter sind wie folgt, so dass die Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit für die ersten und zweiten Laserstrahlen in bevorzugte Bereiche fallen.
Der erste Laserstrahl weist eine durchschnittliche Leistung pro Einheitsfleck von mindestens 20 W und höchstens 50 W, einen Fleckdurchmesser von mindestens 0,010 mm und höchstens 0,060 mm und eine Abtastgeschwindigkeit von mindestens 250 mm/s und höchstens 320 mm/s auf.
Der zweite Laserstrahl weist eine mittlere Leistung pro Einheitsfleck von mindestens 10 W und höchstens 25 W, einen Fleckdurchmesser von mindestens 0,010 mm und höchstens 0,060 mm und eine Abtastgeschwindigkeit von mindestens 1700 mm/s und höchstens 3000 mm/s auf.
[Definition der Tiefe der gepunkteten Aussparung und der Höhe des Vorsprungs der äußeren Peripherie]
8A und 8B stellen schematische Diagramme zur Definition der Tiefe einer jeden Aussparung 4 und der Höhe eines jeden Vorsprungs 7 des äußeren Umfangs der Aussparung 4 dar. 8A ist eine ebene Ansicht der Oberfläche des Sinterkörpers auf Eisenbasis, umfassend den Identifikationsmarkierungsbereich 1, einen äußeren peripheren Abschnitt 8 und die Aussparung 4. 8B stellt ein ungleichmäßiges Profil der Aussparung 4 und der umgebenden Oberfläche dar, die entlang einer geraden Linie L in 8A verläuft.
Mit Bezug auf 8A und 8B wird ein Verfahren zur Messung der Tiefe einer jeden Aussparung 4 und der Höhe eines jeden Vorsprungs 7 beschrieben. Eine Bezugsfläche zur Messung der Tiefe der Aussparung 4 und der Höhe des Vorsprungs 7 innerhalb des Identifikationsmarkierungsbereichs 1 ist eine Oberfläche des äußeren peripheren Abschnitts 8, der die äußere Peripherie des Identifikationsmarkierungsbereich 1 bildet.
Das ungleichmäßige Profil der Oberfläche wird entlang der Geraden L gemessen, die durch den Mittelpunkt eines eingeschriebenen Kreises auf der Oberfläche der Aussparung 4 innerhalb des Identifikationsmarkierungsbereichs 1 verläuft und eine Grenze c und den äußeren peripheren Abschnitt 8 schneidet. Um das ungleichmäßige Profil der Oberfläche zu messen, wird eine dreidimensionale Profilmessvorrichtung, die in der Lage ist, eine Probe in Abhängigkeit von der Oberflächenunebenheit zu messen, in geeigneter Weise ausgewählt, z.B. aus einem handelsüblichen Mikroskop, einem dreidimensionalen Profilmessgerät, einem Laser-Verschiebungsmesser oder einem berührungslosen Oberflächenrauhigkeitsmesser.
Mit Bezug auf 8B wird die Gerade L1, an die das ungleichmäßige Profil des äußeren peripheren Abschnitts 8 durch die Methode der kleinsten Quadrate angenähert wird, als Bezugshöhe verwendet. Die Länge der Geraden L1 kann größer oder gleich dem Abstand von der Grenze c bis zu der Aussparung 4 sein, die der Grenze c am nächsten liegt und als Messziel gewählt wurde, und kleiner oder gleich dem doppelten Abstand sein. Die Tiefe d der Aussparung 4 wird als Abstand zwischen der Geraden L1 und einer Geraden L2 bestimmt, die mit dem untersten Teil a der Aussparung in Kontakt steht und parallel zur Geraden L1 verläuft. Die Höhe h des Vorsprungs 7 wird als Abstand zwischen der Geraden L1 und einer Geraden L3 bestimmt, die in Kontakt mit einem obersten Teil b des Vorsprungs und parallel zur Geraden L1 steht.
In der ersten und zweiten Stufe weist die vom ersten Laserstrahl gebildete Aussparung 4 vorzugsweise eine größtmögliche Tiefe auf, damit ihre Dunkelheit gegenüber einem dunklen Abschnitt weiter hervorsteht. Andererseits weist der durch den zweiten Laserstrahl abgeflachte Vorsprung 7 eine kleinstmögliche Höhe auf, um als ein heller Abschnitt weiter hervorzustehen.
Die Aussparung 4 des Sinterkörpers auf Eisenbasis weist nach der so gemessenen vorliegenden Ausführung vorzugsweise eine Tiefe von größer oder gleich 70 µm und kleiner oder gleich 200 µm auf und der Vorsprung 7 weist vorzugsweise eine Höhe von größer oder gleich 0 µm und kleiner oder gleich 300 µm auf.
Gemäß der schematischen Darstellung in den ebenen Ansichten in 6A, 7A und 8A weist die Aussparung 4 in der Draufsicht vorzugsweise ein im Wesentlichen kreisförmiges Öffnungsende auf, jedoch kann das Öffnungsende eine polygonale Form, wie z.B. eine viereckige Form, aufweisen. Wie in den Querschnittsansichten in 6B und 7B und einem ungleichmäßigen Profil der Oberfläche in 8B schematisch dargestellt ist, weist die Aussparung 4 vorzugsweise eine Seitenwand mit einem Öffnungsdurchmesser auf, der sich zum Boden hin monoton verringert. Somit weist die Aussparung 4 einen stabilen Zustand als den dunklen Abschnitt auf.
[Ein weiterer Aspekt des Verfahrens zur Bildung einer Identifikationsmarkierung in Schritten einer Herstellung von Sinterkörpern auf Eisenbasis]
9 ist ein Flussdiagramm eines weiteren Aspekts eines Verfahrens zur Bildung einer Identifikationsmarkierung in Schritten einer Herstellung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis.
Das Flussdiagramm in 9 unterscheidet sich vom Flussdiagramm in 1 dadurch, dass eine Identifikationsmarkierung nicht nur nach dem Sinterschritt 40, sondern auch nach dem Pressschritt 30 gebildet wird. Die Herstellungsschritte sind die gleichen wie in 1, mit Ausnahme eines ersten Identifikationsmarkierungsbildungsschritts 31 und eines zweiten Identifikationsmarkierungsbildungsschritts 42. Der erste Identifikationsmarkierungsbildungsschritt 31 ist ein Schritt zur Bildung einer ersten Identifikationsmarkierung in einem ersten Bereich 9 der Oberfläche des nach dem Pressschritt 30 erhaltenen Presslings. Danach wird eine zweite Identifikationsmarkierung in einem zweiten Bereich 10 der Oberfläche des nach dem Sinterschritt 40 erhaltenen Sinterkörpers gebildet. Der zweite Identifizierungsmarkierungsschritt 42 umfasst einen Laserbeschriftungsschritt 42a gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der einen ersten Schritt 42b und einen zweiten Schritt 42c umfasst.
Diese Schritte sind im Wesentlichen die gleichen wie der Laserbeschriftungsschritt 41a, der erste Schritt 41b und der zweite Schritt 41c in 1. Der erste Bereich 9 und der zweite Bereich 10 können sich an der gleichen oder an unterschiedlichen Positionen befinden.
Die Art und Weise der Bildung einer ersten Identifikationsmarkierung im ersten Identifikationsmarkierungsbildungsschritt 31 ist nicht auf eine bestimmte beschränkt. So kann z.B. ein papiergefertigter Aufkleber als zweidimensionaler Code verwendet werden, wenn zugelassen wird, dass die erste Identifikationsmarkierung nach dem Sintern verloren geht. Wenn jedoch die erste Identifikationsmarkierung nach dem Sintern verwendet wird, wird vorzugsweise ein Laserbeschriftungsverfahren verwendet, das eine Verschlechterung oder Beeinträchtigung einer nach dem Sintern erhaltenen Markierung verhindert. Weiter bevorzugt kann das Verfahren zur Laserbeschriftung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf einen Pressling angewandt werden.
Im Folgenden wird eine weiter bevorzugte Ausführungsform eines Laserbeschriftungsschrittes 31a im ersten Identifikationsmarkierungsbildungsschritt beschrieben.
Der Laserbeschriftungsschritt 31a umfasst einen 1-1-Schritt 31b und einen 1-2-Schritt 31c. In dem 1-1-Schritt 31b werden im ersten Bereich 9 auf der Oberfläche des Presslings durch einen dritten Laserstrahl mehrere gepunktete erste Aussparungen mit einer vorbestimmten Tiefe gebildet. In Schritt 1-2 Schritt 31c wird ein Abschnitt der Oberfläche im ersten Bereich 9, der sich von den ersten Aussparungen unterscheidet, durch einen vierten Laserstrahl abgeflacht. Der dritte Laserstrahl weist eine größere Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit auf als der vierte Laserstrahl.
Der Schritt 1-1 Schritt 31b umfasst vorzugsweise einen Schritt, bei dem der dritte Laserstrahl im ersten Bereich 9 mehrfach rotierend von der Außenseite zur Innenseite einer Zelle in kreisförmiger oder polygonaler Spiralform auf das Innere der Zelle gerichtet wird.
Der dritte Laserstrahl weist vorzugsweise eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit von größer oder gleich 1,0 J/mm² und kleiner oder gleich 7,0 J/mm² auf. Der vierte Laserstrahl weist vorzugsweise eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit von größer oder gleich 0,05 J/mm² und kleiner oder gleich 0,50 J/mm² auf.
Der dritte Laserstrahl weist vorzugsweise eine mittlere Leistung pro Einheitsfleck von größer oder gleich 20 W und kleiner oder gleich 50 W, einen Fleckdurchmesser von größer oder gleich 0,010 mm und kleiner oder gleich 0,060 mm und eine Abtastgeschwindigkeit von größer oder gleich 250 mm/s und kleiner oder gleich 320 mm/s auf. Der vierte Laserstrahl weist eine mittlere Leistung pro Einheitsfleck von größer oder gleich 10 W und kleiner oder gleich 25 W, einen Fleckdurchmesser von größer oder gleich 0,010 mm und kleiner oder gleich 0,060 mm und eine Abtastgeschwindigkeit von größer oder gleich 1700 mm/s und kleiner oder gleich 3000 mm/s auf.
10A ist eine perspektivische Ansicht eines Presslings mit einer ersten Identifikationsmarkierung. 10B ist eine perspektivische Ansicht eines Sinterkörpers auf Eisenbasis, bei dem eine erste Identifikationsmarkierung verloren gegangen ist oder verschwommen ist.
10C ist eine perspektivische Ansicht eines Sinterkörpers auf Eisenbasis mit einer zweiten Identifikationsmarkierung.
Mit Bezug auf 10A ist ein Pressling G01 ein Pressling mit einer ersten Identifikationsmarkierung C0, die in dem in 9 dargestellten ersten Identifikationsmarkierungsbildungsschritt 31 gebildet wurde. Der Pressling G01 weist eine Oberfläche auf, auf der die erste Identifikationsmarkierung C0 gebildet werden kann.
Mit Bezug auf 10B ist ein Sinterkörper G12 auf Eisenbasis ein Sinterkörper auf Eisenbasis mit einer ersten Identifikationsmarkierung C0, die nach dem Sinterschritt 40, der in 9 dargestellt ist, verloren gegangen ist oder verschwommen ist.
Mit Bezug auf 10C ist ein Sinterkörper G13 auf Eisenbasis ein Sinterkörper auf Eisenbasis mit einer zweiten Identifikationsmarkierung C1, die in dem in 9 dargestellten zweiten Identifikationsmarkierungsbildungsschritt 42 gebildet wurde.
Beispiele für ein Verfahren zur Bereitstellung oder Bildung der in 10A dargestellten Identifikationsmarkierung C0 umfassen ein Kleben eines Aufklebers, ein Prägen mit einem Prägestempel und eine Laserbeschriftung. Eine Beibehaltung der Identifikationsmarkierung C0 ohne Verlust nach dem Sintern bei gleichzeitiger effektiver Funktion ist beispielsweise für das Produktionsmanagement, das Qualitätsmanagement und die Verwaltung der Produktionshistorie von einem Halbfabrikat (kompakter bis gesinterter Körper) bis zu einem Endprodukt natürlich wirksam. In diesem Fall ist nach dem Sintern keine zusätzliche Kennzeichnung für die in der Identifikationsmarkierung C0 enthaltenen Informationen erforderlich.
Allerdings kann die Identifikationsmarkierung C0, selbst wenn sie z.B. durch eine Laserbeschriftung gebildet wird, je nach den Sinterbedingungen bei über 1000°C für einen Codeleser aufgrund von Verlust oder Unschärfe unleserlich werden (10B). Alternativ kann zusätzlich zur Identifikationsmarkierung C0 eine Identifikationsmarkierung mit historischen Informationen nach dem Sintern angebracht werden. In einem solchen Fall muss die zweite Identifikationsmarkierung C1 nach dem Sintern zusätzlich auf der Oberfläche eines Sinterkörpers gebildet werden und es wird ein Verfahren zur Laserbeschriftung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wirksam sein.
Wenn die zweite Identifikationsmarkierung C1 mit dem gleichen Inhalt wie die verlorene erste Identifikationsmarkierung C0 oder mit neuen Informationen (z.B. bezüglich des Sinterschritts) im Laserbeschriftungsverfahren gebildet wird, wird die Position, an der die Identifikationsmarkierung C1 gebildet werden soll, als angemessen bestimmt, ohne durch den Teil, an dem die Identifikationsmarkierung C0 gebildet wird, besonders eingeschränkt zu sein. Wenn jedoch die Identifikationsmarkierung C0 undeutlich hinterlassen wird, ohne dass sie vollständig verloren geht, oder wenn die Identifikationsmarkierung C0 und die Identifikationsmarkierung C1 zur Verwendung zusammen belassen werden sollen, wird die Identifikationsmarkierung C1 an einer von der Identifikationsmarkierung C0 deutlich unterscheidbaren Position gebildet, um nicht mit der Identifikationsmarkierung C0 vermischt zu werden.
[Auswertung der Lesbarkeit der auf dem Sinterprodukt gebildeten Identifikationsmarkierung durch den Codeleser]
11 ist ein vergrößertes Foto eines Beispiels für eine Identifikationsmarkierung, die auf der Oberfläche des Sinterkörpers auf Eisenbasis gebildet wurde. Im Identifikationsmarkierungsbereich 1 entsprechen die schwarzen Abschnitte den dunklen Abschnitten (gepunktete Aussparungen, die im Inneren der Zelle gebildet wurden), die einen zweidimensionalen Code 2 bilden. In diesem Beispiel sind die dunklen Bereiche viereckige Punkte, die dadurch gebildet werden, dass der erste Laserstrahl im Inneren der Zelle linear statt spiralförmig zum Scannen hin und her bewegt wird. Ein solcher zweidimensionaler Code kann mit einem handelsüblichen Codelesegerät (wie z.B. einem Strichcodeleser oder einem QR-Codeleser) gelesen werden. Allerdings kann der Kontrast zwischen den dunklen und den hellen Abschnitten je nach den Bedingungen der Laserbearbeitung undeutlich sein. In einem solchen Fall kann das Codelesegerät den Code nicht lesen, z.B. nicht reagieren, ohne Informationen des zweidimensionalen Codes zu erkennen, einen Fehler anzeigen (den Code nicht erkennen) oder fehlerhafte Informationen erkennen (den Code falsch erkennen).
Die gebildete Identifikationsmarkierung weist erwünschter Maßen zu keiner Zeit einen Fehler in der Lesbarkeit des Codes auf und ist auch bei der Produktion von mehreren zu lesenden Produkten, also auch bei steigender Anzahl von Produkten, immer stabil und genau zu lesen. Die Lesbarkeit wird also als bestanden oder nicht bestanden bewertet, je nachdem, ob eine Population, an der der Lesetest durchgeführt wird, null Lesefehler (Erkennungsfehler oder fehlerhafte Erkennung) aufweist. Wenn z.B. n Teile der Population 500 Teilen entsprechen, versagt die Methode oder versagen die Bedingungen für die Bildung der Identifikationsmarkierung als ungeeignet, wenn auch nur ein Teil im Lesetest nicht gelesen wird. Die Skala (die Anzahl von n) der zu bewertenden Population wird unter Berücksichtigung des Qualitätsniveaus der Identifikationsmarkierung, der Menge der Zielproduktionen oder des Volumens eines Loses festgelegt. Die Population umfasst normalerweise 100 bis 5000 Stück.
[Einzelheiten der Schritte bei der Herstellung von Sinterkörpern auf Eisenbasis]
In den in 1 und 9 dargestellten Schritten zur Herstellung des Sinterkörpers auf Eisenbasis werden im Folgenden der Pressschritt 30, der Sinterschritt 40, der Kalibrierungsschritt 50 und der Wärmebehandlungsschritt 60 detailliert beschrieben.
(Pressen)
Der Pressschritt 30 ist ein Schritt zur Herstellung eines Presskörpers durch Verdichten eines Materialpulvers, das durch Zugabe eines Schmiermittels 10b zu einem Metallpulver 10a erhalten wird.
Der Presskörper ist ein gesintertes Produkt, das ein Halbfabrikat ist und in eine dem gesinterten Produkt entsprechende Form gebracht wird.
Materialpulver:
Beispiele für das Material des Metallpulvers 10a sind ein Werkstoff auf Eisenbasis. Der Werkstoff auf Eisenbasis weist Eisen oder eine eisenhaltige Ferroverbindung als Hauptbestandteil auf. Beispiele für eine Ferroverbindung sind ein Material, das mindestens ein zusätzliches Element enthält, das aus Ni, Cu, Cr, Mo, Mn, C, Si, AI, P, B, N und Co ausgewählt wurde.
Konkrete Beispiele für eine Ferroverbindung sind Edelstahl, eine Fe-C-basierte Verbindung, eine Fe-Cu-Ni-Mo-basierte Verbindung, eine Fe-Ni-Mo-Mn-basierte Verbindung, eine Fe-P-basierte Verbindung, eine Fe-Cu-basierte Verbindung, eine Fe-Cu-C-basierte Verbindung, eine Fe-Cu-Mo-basierte Verbindung, eine Fe-Ni-Mo-Cu-C-basierte Verbindung, eine Verbindung auf Fe-Ni-Cu-Basis, eine Verbindung auf Fe-Ni-Mo-C-Basis, eine Verbindung auf Fe-Ni-Cr-Basis, eine Verbindung auf Fe-Ni-Mo-Cr-Basis, eine Verbindung auf Fe-Cr-Basis, eine Verbindung auf Fe-Mo-Cr-Basis, eine Verbindung auf Fe-Cr-C-Basis, eine Verbindung auf Fe-Ni-C-Basis und eine Verbindung auf Fe-Mo-Mn-Cr-C-Basis.
Der Sinterkörper auf Eisenbasis wird durch die Verwendung eines Materialpulvers auf Eisenbasis als Hauptbestandteil erhalten. Wenn das Materialpulver auf Eisenbasis als Hauptbestandteil verwendet wird, ist der Gehalt des Materialpulvers auf Eisenbasis beispielsweise größer oder gleich 90 Massen-%, oder größer oder gleich 95 Massen-%, wenn das Materialpulver 100 Massen-% beträgt.
Wenn der Sinterkörper auf Eisenbasis ein Materialpulver auf Eisenbasis, insbesondere ein Eisenpulver als Hauptbestandteil enthält, wird vorzugsweise ein Metallpulver wie Cu, Ni oder Mo als eine Verbindungskomponente hinzugefügt.
Cu, Ni oder Mo ist ein Element, das die Härtbarkeit verbessert. Der Gehalt an Cu, Ni oder Mo ist z.B. größer als 0 Massen-% und kleiner oder gleich 5 Massen-% oder größer als 0,1 Massen-% und kleiner oder gleich 2 Massen-%, wenn das Materialpulver 100 Massen-% beträgt.
Das Materialpulver umfasst das obige Metallpulver als Hauptbestandteil und darf eine kleine Menge unvermeidbarer Verunreinigungen aufweisen.
Wenn der Sinterkörper auf Eisenbasis ein Materialpulver auf Eisenbasis umfasst, insbesondere ein Eisenpulver als Hauptbestandteil, kann ein nichtmetallisches anorganisches Material wie Kohlenstoff (Graphit) -Pulver hinzugefügt werden. C ist ein Element, das die Festigkeit des Sinterkörpers oder des wärmebehandelten Körpers erhöht.
Der Gehalt an C ist z.B. größer als 0 Massen-% und kleiner oder gleich 2 Massen-% oder größer oder gleich 0,1 Massen-% und kleiner oder gleich 1 Massen-%, wenn das Materialpulver 100 Massen-% beträgt.
Das Materialpulver umfasst vorzugsweise das Schmiermittel 10b. Das Schmiermittel verstärkt die Schmierung, wenn der Pressling gepresst werden soll, und verbessert die Verformbarkeit. Hier wird ein dichter Pressling eher beim Pressen mit niedrigem Druck gebildet, und ein hochdichter Sinterkörper auf Eisenbasis wird eher mit einer Erhöhung der Dichte des Presslings gebildet.
Beispiele für ein Schmiermittel sind metallische Seife, wie Zinkstearat oder Lithiumstearat, ein Fettsäureamid wie Stearinsäureamid und ein höheres Fettsäureamid wie Ethylen-bis-Stearamid.
Das Schmiermittel 10b kann in fester, pulverförmiger und flüssiger Form vorliegen. Der Gehalt eines Schmiermittels ist z.B. kleiner oder gleich 2 Massen-%, oder kleiner oder gleich 1 Massen-%, wenn das Material Pulver 100 Massen-% beträgt. Wenn der Gehalt des Schmiermittels kleiner oder gleich 2 Massen-% ist, kann der Anteil des im Pressling enthaltenen Metallpulvers erhöht werden.
So kann sich beim Verdichten mit geringem Druck eher ein dichter Presskörper bilden. Außerdem kann beim Sintern eines Presskörpers in einem Schritt nach dem Verdichten eine Volumenschrumpfung durch das Verschwinden des Schmiermittels verhindert werden, so dass ein hochdichter Sinterkörper auf Eisenbasis mit sehr genauen Abmessungen wahrscheinlicher ist.
Der Gehalt des Schmiermittels 10b ist vorzugsweise größer oder gleich 0,1 Massen-% oder größer oder gleich 0,5 Massen-%, um eine Verbesserung der Schmierung zu erreichen.
Das Materialpulver kann ein organisches Bindemittel umfassen. Das Materialpulver des Presslings nach der vorliegenden Ausführungsform umfasst jedoch vorzugsweise kein organisches Bindemittel.
Das Materialpulver, das kein organisches Bindemittel umfasst, kann den Anteil eines Metallpulvers im Pressling erhöhen. Daher kann ein dichter Pressling eher durch Verdichten bei niedrigem Druck erreicht werden. Außerdem muss der Pressling in einem nachfolgenden Schritt nicht entfettet werden.
Beispiele, die als das oben beschriebene Metallpulver verwendet werden können, umfassen ein wasserzerstäubtes Pulver, ein reduziertes Pulver und ein gaszerstäubtes Pulver. Unter diesen Pulvern ist ein wasserzerstäubtes Pulver oder ein reduziertes Pulver bevorzugt.
Dies liegt daran, dass das wasserzerstäubte Pulver oder das reduzierte Pulver eine große Anzahl von Vorsprüngen und Aussparungen auf den Partikeloberflächen aufweist. Daher sind die Vorsprünge und Aussparungen der Partikel während der Formgebung miteinander verbunden, um die Formbeständigkeit des Presslings zu verbessern. Im Allgemeinen enthält ein gaszerstäubtes Pulver Partikel mit einer geringen Anzahl von Vorsprüngen und Aussparungen auf den Oberflächen, während ein wasserzerstäubtes oder reduziertes Pulver Partikel mit einer großen Anzahl von Vorsprüngen und Aussparungen auf den Oberflächen enthält.
Der durchschnittliche Teilchendurchmesser eines Metallpulvers ist beispielsweise größer oder gleich 20 µm und kleiner oder gleich 200 µm. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser kann größer oder gleich 50 µm und kleiner oder gleich 170 µm oder größer oder gleich 80 µm und kleiner oder gleich 140 µm sein.
Der durchschnittliche Partikeldurchmesser eines Metallpulvers ist ein Partikeldurchmesser, bei dem die kumulative Masse in der Massenpartikelgrößenverteilung, gemessen durch einen Trockensiebanalysetest in einer Testsiebung (JIS Z8815), 50% (D50) beträgt. Wenn der durchschnittliche Partikeldurchmesser eines Metallpulvers in den obigen Bereich fällt, weist das Pulver eine hohe Fließfähigkeit und ist beim Pressen leicht handhabbar und bedienbar.
Pressen:
Im Pressschritt 30 wird eine Pressvorrichtung (Pressformbaugruppe) verwendet, die in der Lage ist, ein Material in eine Form zu bringen, die einem gesinterten Produkt entspricht, bei dem es sich um ein Endprodukt handelt. Der in 10A beispielhaft dargestellte Presskörper G01 (Zahnrad) umfasst eine Einheit aller während der Formgebung integrierten Teile.
Die Pressvorrichtung (nicht abgebildet) umfasst beispielsweise Ober- und Unterstempel, eine Innenform, die in den Ober- und Unterstempel eingesetzt wird, um eine innere Umfangsfläche eines Vorsprungs des Presskörpers G01 zu bilden, und eine Außenform, die den Außenumfang des Ober- und Unterstempels umgibt und eine Einführungsöffnung zum Formen eines Zahnrads des Presskörpers G01 aufweist.
Die beiden Endflächen des Presslings G01 in axialer Richtung sind Flächen, die von den Ober- und Unterstempeln gepresst werden. Die innere Umfangsfläche und die äußere Umfangsfläche des Presslings G01 sind Flächen, die in gleitendem Kontakt mit den inneren und äußeren Stempeln stehen. Der angewandte Druck beim Verdichten im Pressschritt beträgt beispielsweise mindestens 400 MPa und höchstens 1000 MPa.
(Sinterschritt)
Der Sinterschritt 40 ist ein Schritt des Sinterns eines Presslings. Im Sinterschritt wird ein Sinterofen (nicht abgebildet) verwendet, der die Temperaturumgebung kontrollieren kann. Was die Sinterbedingungen betrifft, so können die für das Sintern erforderlichen Bedingungen je nach z.B. dem Material des Presskörpers als angemessen bestimmt werden.
Vorzugsweise wird die Sintertemperatur zu niedriger oder gleich dem Schmelzpunkt eines Hauptmetallpulvers (z.B. niedriger oder gleich 1400°C), z.B. höher oder gleich 1000°C, bestimmt. Die Sintertemperatur kann höher oder gleich 1100°C oder höher oder gleich 1200°C sein.
Die Sinterzeitdauer beträgt z.B. mindestens 15 Minuten und höchstens 150 Minuten oder mindestens 20 Minuten und höchstens 60 Minuten.
(Bemaßung)
Beim Bemaßungsschritt 50 wird ein nach dem Sintern des Presskörpers erhaltenes halbfertiges Material (Sinterkörper) erneut verdichtet, um die Maßhaltigkeit des Sinterkörpers zu erhöhen.
Eine für die Bemaßung verwendete Verdichtungsvorrichtung ist beispielsweise eine Drehtischverdichtungsvorrichtung mit einem Unterwerkzeug, auf dem der Sinterkörper durch einen Roboterarm oder andere Vorrichtungen installiert wird, und einem Oberwerkzeug, das auf den installierten Sinterkörper von oben drückt.
Der beim Verdichten zur Bemaßung aufgewendete Druck ist je nach Art des Sinterproduktes unterschiedlich. So beträgt der angewandte Druck beispielsweise mindestens 250 MPa und höchstens 800 MPa.
(Wärmebehandlung)
Der Wärmebehandlungsschritt 60 ist ein Schritt zum Ausheizen der Oberfläche des Sinterkörpers mit einer vorgegebenen Wärmebehandlung des nach der Bemaßung erhaltenen Sinterkörpers.
Eine für den Wärmebehandlungsschritt verwendete Wärmebehandlungsvorrichtung kann eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Wärmebehandlungsvorrichtung sein. Eine Vorrichtung zur chargenweisen Wärmebehandlung umfasst beispielsweise einen Quenchofen, in dem ein Sinterkörper aufgekohlt und gequencht wird, und einen Temperofen, in dem der gequenchte Sinterkörper getempert wird. Eine Aufkohlungsmethode der Wärmebehandlungsvorrichtung kann eine Gasaufkohlung, eine Vakuumaufkohlung oder eine lonenaufkohlung sein.
Die in 1 und 9 dargestellten Schritte zur Herstellung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis können auch andere Schritte umfassen, z.B. einen Schritt zur Durchführung eines vorbestimmten Schneid- oder Bohrprozesses an einem Sinterkörper nach der Bemaßung und vor der Wärmebehandlung und einen Schritt zur Durchführung einer Oberflächenbehandlung an dem Sinterkörper, der einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
[Beispiel]
Beispiele für Fertigungsschritte werden am Beispiel eines Zahnrads als gesintertes Produkt beschrieben.
(Beispiel I)
Ein Materialpulver, das durch Zugabe von 0,5 Massenteilen eines Schmiermittels (Zinkstearat) zu 100 Massenteilen eines Metallpulvers mit einer Zusammensetzung von 2 Massen-% Fe, 0,8 Massen-% Cu und C erhalten wird, wird durch eine Pressvorrichtung bei einem angewandten Druck von 500 MPa in eine Produktform gepresst, um einen Pressling zu erhalten. Dann wird der Pressling im Sinterofen bei einer Sintertemperatur von 1100°C für eine Sinterzeit von 30 Minuten verarbeitet, um einen Sinterkörper auf Eisenbasis zu erhalten.
Die Oberfläche des erhaltenen Sinterkörpers auf Eisenbasis wurde mit einem Laserbeschriftungsgerät (FAYb-Laserbeschriftungsvorrichtung MP-M500, Typ Pulslaser, hergestellt von Panasonic) mit einem zweidimensionalen Code mit mehreren gepunkteten Aussparungen in einem Bereich der Identifikationsmarkierung versehen. Tabelle 1 zeigt die Lasermarkierungsbedingungen nach einem Sinterschritt und die charakteristischen Bewertungsergebnisse für die Identifikationsmarkierung für jede Probennummer.
Die mittleren Leistungen (p1 und p2 in Tabelle 1), die Fleckendurchmesser (r1 und r2 in Tabelle 1) und die Abtastgeschwindigkeiten (s1 und s2 in Tabelle 1) von Laserstrahlen wurden für die in Tabelle 1 dargestellten Proben Nr. 1-1 bis 1-12 auf die in „Lasermarkierungsbedingungen nach dem Sinterschritt“ beschriebenen Werte eingestellt und der erste Schritt und der zweite Schritt wurden auf der Grundlage der aus diesen Bedingungen abgeleiteten Bestrahlungsenergien pro Flächeneinheit (e1 und e2 in Tabelle 1) des ersten Laserstrahls und des zweiten Laserstrahls durchgeführt.
Hier wird, wie oben beschrieben, die durchschnittliche Leistung durch Multiplikation einer Pulsenergie (J) mit einer Wiederholungsfrequenz (1/s) erhalten. Daher wurde die Wiederholungsfrequenz im ersten Schritt auf 50 kHz und im zweiten Schritt auf 100 kHz festgelegt, und die Pulsenergie wurde je nach Proben-Nr. geändert, um die in Tabelle 1 gezeigte durchschnittliche Leistung einzustellen.
Die Anzahl n der Probennummern wurde auf 500 Produkte für jeden Satz der gleichen Lasermarkierungsbedingungen festgelegt und für jedes Produkt wurde an einer Stelle eine Identifikationsmarkierung mit vorgegebenen Informationen gebildet. Die Tiefe der gepunkteten Aussparung nach der Markierung und die Höhe des Vorsprungs am äußeren Umfang der Aussparung wurden mit einem dreidimensionalen Profilmessgerät (KEYENCE VR-3000) mit einer Methode gemessen, die mit 8A und 8B als Beispiel in den Details der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wird. Was die Anzahl der gemessenen Stücke betrifft, so wurden aus den 500 Produkten für jede Probennummer drei Stücke nach dem Zufallsprinzip ausgewählt, und die gepunkteten Aussparungen an drei Punkten wurden nach dem Zufallsprinzip aus den Identifizierungsmarkierungen in jedem Produkt ausgewählt. Von den insgesamt neun so erhaltenen Messpunkten sind in Tabelle 1 der Minimalwert und der Maximalwert der gepunkteten Aussparungen sowie der Maximalwert der Vorsprunghöhe am äußeren Umfang der Aussparung als Messwerte für die Probennummer angegeben.
Der von COGNEX hergestellte Dataman 362X wurde als Codelesegerät verwendet, um die Lesbarkeit der auf dem Sinterkörper auf Eisenbasis ausgebildeten Identifikationsmarkierung zu bewerten. Das Codelesegerät las zweidimensionale Codes, die auf 500 Produkten für jede Probennummer gebildet wurden, und bestimmte eine Probennummer, die null Lesefehler (Erkennungsfehler oder fehlerhafte Erkennung) aufweist, als „bestanden“ und eine Probennummer, die einen oder mehrere Lesefehler aufweist, als „nicht bestanden“.
Mit Bezug auf Tabelle 1 sind die Proben Nr. 1-1 bis I-9 Beispiele und die Proben Nr. 1-10 bis 1-12 Vergleichsbeispiele. In der Probe Nr. 1-1 bis I-9 ist die Bestrahlungsenergie e1 pro Flächeneinheit des ersten Laserstrahls größer als die Bestrahlungsenergie e2 pro Flächeneinheit des zweiten Laserstrahls (e1 > e2). Die Proben Nr. 1-10 bis 1-12 haben dagegen das umgekehrte Verhältnis (e1 < e2). Hinsichtlich der Lesbarkeit der Codes haben die Proben 1-1 bis I-9 mit e1 > e2 „bestanden“, während die Proben Nr. I-10 bis 1-12 „nicht bestanden“ haben.
Die Probe Nr. 1-10, bei der die durchschnittliche Leistung des ersten Laserstrahls kleiner ist als 20 W (15 W) und die durchschnittliche Leistung des zweiten Laserstrahls größer ist als 25 W (50 W), wies die gepunkteten Aussparungen mit einer Tiefe von maximal 45 µm auf, also kleiner als 70 µm, und wies einen undeutlichen Kontrast für dunkle Bereiche auf und verursachte somit eine große Anzahl von Code-Lesefehlern (und damit „Fehler“).
Die Probe I-9, bei der die Bestrahlungsenergie e1 des ersten Laserstrahls höher ist als 7,0 J/mm² (10,0 J/mm²) und die Bestrahlungsenergie e2 des zweiten Laserstrahls niedriger ist als 0,05 J/mm² (0,03 J/mm²), hatte das Ergebnis der Lesbarkeitsbewertung „bestanden“. Die Probe I-9 hatte im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen eine gewisse Wirkung, aber sie hatte eine geringere Stabilität als andere Beispiele (1-1 bis I-8) und verursachte einen Lesefehler bei der Bewertung eines anderen Fertigungsloses.
Die Probe Nr. 1-11 wies punktierte Aussparungen mit einer Tiefe von maximal 102 µm und mindestens 87 µm und Vorsprünge an den äußeren Rändern der Aussparungen mit einer Höhe von maximal 95 µm auf, die in bevorzugte Bereiche fallen. Die Probe Nr. 1-11 war jedoch in der Lesbarkeit der Codes „gescheitert“. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass der Kontrast mit der Bestrahlungsenergie e2 des zweiten Laserstrahls von 1,76 J/mm², die weit über 0,50 J/mm² liegt, undeutlich ist, so dass der andere Abschnitt der Oberfläche als die gepunkteten Aussparungen geschwärzt ist.
(Beispiel II)
Ein Materialpulver, das dem des Beispiels entspricht, wurde mit einer Pressvorrichtung bei einem Druck von 500 MPa zu einem Produkt gepresst. Danach wurde die Oberfläche des erhaltenen Presslings mit einer ersten Identifikationsmarkierung (einschließlich eines zweidimensionalen Codes mit mehreren gepunkteten ersten Aussparungen) unter Verwendung einer Laserbeschriftungsvorrichtung (FAYb-Laserbeschrifter MP-M500 von Panasonic) unter den in Tabelle 2 angegebenen Bedingungen mit einem Laser markiert. Nachdem die erste Identifikationsmarkierung des geformten Presslings hinsichtlich der Lesbarkeit des Codes durch ein Lesegerät bewertet worden war, wurde der Pressling in einem Sinterofen bei einer Sintertemperatur von 1100°C für eine Sinterzeit von 30 Minuten behandelt. Dann wurde, wie im Beispiel I, mit der Laserbeschriftungsvorrichtung eine zweite Identifikationsmarkierung auf der Oberfläche des erhaltenen Sinterkörpers auf Eisenbasis gebildet. Die Lasermarkierungsbedingungen der zweiten Identifikationsmarkierung waren für alle Proben in Tabelle 2 die gleichen wie für die Probe Nr. I-4 in Tabelle 1 im Beispiel I. Danach wurden die erste Identifikationsmarkierung und die zweite Identifikationsmarkierung des Sinterkörpers auf Eisenbasis nach dem Sintern hinsichtlich der Lesbarkeit des Codes mit der Methode und für die Zahl n gleich der wie die für das Beispiel I für jede Probe bewertet.
Tabelle 2 zeigt die Auswertungsergebnisse der Lasermarkierungsbedingungen der ersten Identifikationsmarkierung und die Lesbarkeit des Codelesers für jede Probe.
Was die erste Identifikationsmarkierung betrifft, so wurde die Wiederholungsfrequenz eines Pulslasers im Schritt 1-1 auf 50 kHz und im Schritt 1-2 auf 100 kHz festgelegt und die Pulsenergie in Abhängigkeit von der Probennummer geändert, um die in „Laserbeschriftungsbedingungen nach der Bildung“ für die zu den Probennummern II-1 bis II-6 in Tabelle 2 gezeigten mittleren Leistungen p1 und p2 einzustellen. Der 1-1-Schritt und der 1-2-Schritt wurden durch Einstellung der Fleckdurchmesser r1 und r2 und der Abtastgeschwindigkeiten s1 und s2 der Laserstrahlen und auf der Grundlage der Bestrahlungsenergien e1 und e2 pro Flächeneinheit für einen dritten Laserstrahl und einen vierten, aus diesen Parametern abgeleiteten Laserstrahl durchgeführt (1-2-Schritt wurde für die Probe Nr. II-5 nicht durchgeführt).
Mit Bezug auf Tabelle 2 sind die Proben Nr. II-1 bis II-3 Fälle, in denen die erste und die zweite Kennzeichnung auch nach dem Sintern hinterlassen werden. Bei der Probe Nr. II-4 handelt es sich um einen Fall, bei dem die erste Identifikationsmarkierung auf dem Presskörper bevorzugt war, aber nach dem Sintern verloren ging oder undeutlich und unleserlich wurde und nur die zweite Identifikationsmarkierung auf dem Sinterkörper funktioniert. Die Proben Nr. II-5 und II-6 sind Fälle, in denen die erste Identifikationsmarkierung auf dem Pressling in der Lesbarkeit „versagt“, ohne zu funktionieren.
In beiden Fällen wird die zweite Identifikationsmarkierung nach der Bildung der ersten Identifikationsmarkierung gebildet, um die erste Identifikationsmarkierung und die zweite Identifikationsmarkierung zusammen zu belassen, so dass die Möglichkeiten einer handhabbaren Information erhöht werden können. Selbst wenn die erste Identifikationsmarkierung während der Herstellungsschritte versagt oder nach dem Sintern verloren geht oder verschwommen ist, kann die für den Sinterkörper auf Eisenbasis erforderliche Identifikationsmarkierung durch die zweite Identifikationsmarkierung gesichert werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele werden natürlich in jeder Hinsicht als bloße Beispiele und nicht als beschränkend angesehen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch den Umfang der Ansprüche anstelle der obigen Beschreibung gezeigt und soll den Umfang der Ansprüche, deren Äquivalente und alle Änderungen innerhalb des Umfangs umfassen.
Bezugszeichenliste

1: Bereich
2: zweidimensionaler Code
3: Zelle
4: Aussparung
5, 6: Abtastspuren
7: Vorsprung
8: äußerer peripherer Abschnitt
9: erster Bereich
10: zweiter Bereich
a: unterster Teil der Aussparung
b: oberster Teil des Vorsprungs
c: Rand
d: Tiefe der Aussparung
h: Höhe des Vorsprungs
H: Höhe
W: Breite
L, L1, L2, L3: Gerade
C0, C1: Identifikationsmarkierung
G01: Pressling
G10, G11, G12, G13: Sinterkörper auf Eisenbasis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2017 [0002]

Claims

Verfahren zur Laserbeschriftung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis, wobei das Verfahren umfasst: einen ersten Schritt eines Bildens einer Vielzahl von gepunkteten Aussparungen mit einer vorbestimmten Tiefe in einem Identifikationsmarkierungsbereich einer Oberfläche eines Sinterkörpers auf Eisenbasis mit einem ersten Laserstrahl; und einen zweiten Schritt eines Abflachens der Oberfläche innerhalb des Identifikationsmarkierungsbereichs, der sich von den gepunkteten Aussparungen unterscheidet, mit einem zweiten Laserstrahl, wobei der erste Laserstrahl eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit aufweist, die größer ist als eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit des zweiten Laserstrahls.
Verfahren zur Laserbeschriftung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis nach Anspruch 1, wobei der erste Schritt einen Schritt eines mehrfachen drehenden Aufbringens des ersten Laserstrahls auf eine Innenseite einer Zelle, die ein Teil des Identifizierungsmarkierungsbereichs ist, von der Außenseite zur Innenseite der Zelle in einer kreisförmigen oder polygonalen Spiralform umfasst.
Verfahren zur Laserbeschriftung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Laserstrahl eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit von größer oder gleich 1,0 J/mm² und kleiner oder gleich 7,0 J/mm² aufweist, und wobei der zweite Laserstrahl eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit von größer oder gleich 0,05 J/mm² und kleiner oder gleich 0,50 J/mm² aufweist.
Verfahren zur Laserbeschriftung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Laserstrahl eine mittlere Leistung pro Einheitsfleck von größer oder gleich 20 W und kleiner oder gleich 50 W, einen Fleckdurchmesser von größer oder gleich 0,010 mm und kleiner oder gleich 0,060 mm und eine Abtastgeschwindigkeit von größer oder gleich 250 mm/s und kleiner oder gleich 320 mm/s aufweist, und wobei der zweite Laserstrahl eine mittlere Leistung pro Einheitsfleck von größer oder gleich 10 W und kleiner oder gleich 25 W, einen Fleckdurchmesser von größer oder gleich 0,010 mm und kleiner oder gleich 0,060 mm und eine Abtastgeschwindigkeit von größer oder gleich 1700 mm/s und kleiner oder gleich 3000 mm/s aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis, umfassend: einen Schritt eines Bildens einer ersten Identifikationsmarkierung in einem ersten Bereich einer Oberfläche eines Presslings; und ein Schritt eines Bildens einer zweiten Identifikationsmarkierung in einem zweiten Bereich einer Oberfläche eines durch Sintern des Presslings erhaltenen Sinterkörpers, wobei die zweite Identifikationsmarkierung durch das Laserbeschriftungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis nach Anspruch 5, wobei ein Verfahren zur Bildung der ersten Identifikationsmarkierung ein Laserbeschriftungsverfahren ist.
Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers auf Eisenbasis nach Anspruch 5 oder 6, das Verfahren zur Bildung der ersten Identifikationsmarkierung umfassend einen 1-1-Schritt eines Bildens einer Vielzahl von gepunkteten ersten Aussparungen mit einer vorbestimmten Tiefe im ersten Bereich der Oberfläche des Presslings mit einem dritten Laserstrahl gebildet wird, und einen 1-2 Schritt eines Abflachens der Oberfläche mit einem vierten Laserstrahl innerhalb des ersten Bereichs, der von den gepunkteten ersten Aussparungen verschieden ist, und wobei eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit des dritten Laserstrahls größer ist als eine Bestrahlungsenergie pro Flächeneinheit des vierten Laserstrahls.
Sinterkörper auf Eisenbasis, umfassend: einen Identifikationsmarkierungsbereich in einem Teil einer Oberfläche, wobei eine gepunktete Aussparung, die eine Identifikationsmarkierung bildet, im Identifikationsmarkierungsbereich gebildet ist, und wobei, wenn eine Oberfläche aus dem Identifikationsmarkierungsbereich und einem äußeren Umfang des Identifikationsmarkierungsbereichs als eine Bezugshöhe bestimmt wird, die Aussparung eine Tiefe von mindestens 70 µm und höchstens 200 µm aufweist und ein Vorsprung mit einer Höhe von mindestens 0 µm und höchstens 300 µm an einem Außenumfang der Aussparung angeordnet ist.
Sinterkörper auf Eisenbasis nach Anspruch 8, wobei die Aussparung in Draufsicht ein kreisförmiges Öffnungsende aufweist, und wobei eine Seitenwand der Aussparung eine gekrümmte Form mit einem Öffnungsdurchmesser aufweist, der zu einem Boden hin monoton abnimmt.