Optimización de la fabricación de componentes de caucho personalizados

Por Mike Santora | 6 de enero de 2023

En este artículo, lo equiparemos con una mejor comprensión de los elementos clave del diseño y la fabricación de componentes de caucho, desde la selección y el diseño de materiales hasta la creación de prototipos y la tecnología de moldes de producción.

Optimizar el desarrollo de su sello de goma personalizado puede ser un desafío. Confiar en los especialistas de la industria y considerar los posibles métodos de fabricación y los volúmenes de producción le permitirá navegar por el proceso de innovación. Los expertos en fabricación de sellos de goma personalizados ofrecen una gran comprensión de cómo los volúmenes de producción, los métodos, los materiales y el diseño se interrelacionan y afectan los costos, así como también afectan el rendimiento y el tiempo de comercialización. También contribuyen con diversos conjuntos de habilidades.

Un poderoso conjunto de habilidades es la capacidad de crear prototipos de manera efectiva de componentes de elastómero personalizados destinados a la producción. La creación de prototipos es ventajosa, ya que permite realizar pruebas en la pieza viva antes de comprometer un presupuesto y recursos significativos para cualquier aspecto del diseño de componentes, lo que le brinda la oportunidad de ajustar y considerar los posibles resultados de producción. Al llevar el diseño, los materiales y los métodos del prototipo lo más cerca posible del equivalente de producción, obtendrá resultados precisos de rendimiento de los componentes y una producción de la más alta calidad.

Aproveche la experiencia en ingeniería desde el principio Cuanto antes involucre a su fabricante de caucho personalizado en el proceso de desarrollo de su producto, mejor. Confiar en los especialistas en fabricación de elastómeros puede ayudarlo a evitar problemas de diseño y rendimiento al mismo tiempo que cumple con las limitaciones presupuestarias.

Su componente de caucho es la pieza final del rompecabezas del diseño del producto y debe ajustarse a su producto; no hay lugar para desviaciones. No reconocer la importancia del diseño del componente de caucho puede afectar negativamente sus costos y el rendimiento del producto.

En resumen, cuanto antes hable con su especialista en fabricación de componentes de caucho sobre su proyecto y objetivos, más fácilmente llegará a la mejor solución de proceso y material.

Primeros pasos: Preguntas que debe hacerse • ¿Cuál será la función del componente? • ¿En qué entorno funcionará? • ¿El componente debe ser multifuncional? • ¿Cuánto tiempo debe funcionar correctamente? • ¿Qué características debe presentar el componente?

Cuando se trata de fabricar componentes de elastómero personalizados, existen tres técnicas de moldeo comunes:

Moldeo por inyección El moldeo por inyección inyecta material elastómero calentado en el molde a alta presión. El compuesto fluye desde la cámara de calentamiento a una serie de canales y bebederos, que dirigen el caucho hacia la herramienta en varios puntos. Algunos materiales son más adecuados para el moldeo por inyección que otros. Los elastómeros con mejores velocidades de flujo se moverán a través de la máquina más favorablemente que los materiales altamente viscosos. El moldeo por inyección es ideal para la producción de alto volumen y puede producir mejores resultados para componentes con complejidades geométricas generalmente más bajas. El moldeo por inyección es típicamente un proceso automatizado, lo que hace que los costos del operador sean nulos.

Moldeo por transferencia El moldeo por transferencia es más parecido al moldeo por inyección. Se coloca una lámina de material de caucho en un recipiente, ubicado sobre la placa superior, que cuenta con puertas a través de las cuales el compuesto fluye hacia el molde que se encuentra debajo. Por encima de la olla, un émbolo baja y comprime el material y, al mismo tiempo que aplica calor y presión, obliga al compuesto a fluir a través de las compuertas de la placa superior y llenar toda la cavidad del molde.

Durante este proceso, el compuesto llena los contornos de la olla y forma una capa de elastómero que no llena el molde. Esta almohadilla se desecha como desecho, lo que hace que el moldeo por transferencia sea ideal para materiales de bajo costo.

Moldeo por compresión El moldeo por compresión es adecuado para la producción de bajo volumen. Se coloca una preforma de compuesto de caucho en un lado de la cavidad de la herramienta. Una mitad de la herramienta se cierra contra la otra y se aplica calor y presión para permitir que el material fluya y llene la cavidad.

El moldeo por compresión es ideal para materiales más maleables, y los elastómeros de dureza media funcionan mejor. Este método suele ser más adecuado para diseños simples, ya que el compuesto de la preforma es inicialmente muy flexible y puede ser difícil de insertar en moldes complejos. Además, el moldeo por compresión puede tener una gran cantidad de cavidades, lo que ayuda a compensar los costos de mano de obra.

A diferencia del moldeo por inyección, las máquinas de moldeo por compresión requieren un operador, lo que hace que el proceso esté sujeto a la disponibilidad de mano de obra y más errores humanos. Las aplicaciones para componentes moldeados por compresión van desde juntas tóricas simples hasta diafragmas complejos con diámetros que superan las 10 pulgadas (254 milímetros).

Cómo elegir la herramienta adecuada para el trabajo Las herramientas, o el molde que forma el elastómero, generalmente consisten en dos o más cavidades y placas de acero maquinadas a la medida. En la mayoría de los procesos de moldeo de elastómeros, las placas de herramientas se someten a calor y presión para forzar el compuesto de caucho en la herramienta. Es importante que todas las partes del molde tengan dimensiones consistentes, tolerancias estrechas y acabados superficiales adecuados para garantizar componentes terminados de alta calidad.

La construcción de herramientas comienza con máquinas CNC que ahuecan un bloque de acero sólido que se divide en múltiples placas, de acuerdo con el diseño del componente. Si un diseño requiere contornos interiores, se inserta un pasador de núcleo de acero en la herramienta para dar forma a las características internas del componente terminado.

Los diseños complejos requieren herramientas igualmente complejas, lo que aumenta el costo total del componente terminado. Algunos fabricantes optan por reducir este costo utilizando herramientas más económicas. Esta elección, sin embargo, puede erosionar las propiedades mecánicas del producto terminado. Por estas razones, las herramientas de alta calidad se pagan solas al garantizar la confiabilidad del rendimiento de la aplicación final.

Además, el número y el tamaño de la cavidad de la herramienta están influenciados por factores como el tamaño del componente, la complejidad, los volúmenes de producción, el tamaño y el tonelaje de la prensa de moldeo, así como la función del componente y el tipo de material.

Considere sus volúmenes de producción El volumen de producción afecta la selección y la rentabilidad de la máquina de moldeo y, por lo general, es el primer factor a considerar al decidir qué proceso de moldeo utilizar. Por ejemplo, en grandes volúmenes de producción, algunos métodos de fabricación no pueden mantenerse al día con los tiempos de ciclo necesarios, lo que en última instancia afecta el tiempo de comercialización del producto final.

La regla general de la industria es usar el moldeo por inyección cuando se produce un millón de componentes o más por año, mientras que la producción de volumen bajo a mediano es el punto óptimo para el moldeo por compresión y transferencia.

Encontrar el material adecuado Para decidir qué compuestos de caucho usar, es fundamental comprender la función del componente terminado. Por ejemplo, si el objetivo es sellar un fluido, debe saber si necesita sellar contra muchos fluidos diferentes o un fluido específico.

Algunos factores comunes a considerar incluyen:• Proporcionar soporte estructural.• Transmisión o absorción de energía.• Condiciones de presión y temperatura.• Ambientes húmedos o secos.• Exposición a presiones constantes o cíclicas.• Exposición a esfuerzos dinámicos o estáticos.

Si no se tienen en cuenta los requisitos y funciones críticos, se pueden producir fallos.

Trelleborg Sealing Solutions tiene una amplia cartera de compuestos, y normalmente formulamos nuevos materiales para cumplir con los requisitos específicos de la aplicación para componentes personalizados.

Cualidades importantes del material: • Tasa de contracción. • Tasa de flujo. • Análisis del proceso del caucho (RPA). • Conjunto de compresión. • Resistencia a la corrosión. • Hinchazón. • Resistencia a la abrasión. • Biocompatibilidad.

Características de diseño que influyen en el desarrollo de productos Los componentes de caucho moldeado varían en complejidad de diseño y pueden variar desde simples sellos de anillo hasta subcomponentes complejos que deben sobremoldearse juntos. El diseño lo empujará naturalmente hacia diferentes materiales o procesos para facilitar el método de fabricación óptimo. Estas son algunas de las características de diseño más comunes que tendrán un impacto en su elección:

esquinas — Las esquinas afiladas son generalmente difíciles de fabricar y aumentan la probabilidad de defectos en los componentes. Aunque las herramientas de alta calidad son costosas, pueden mitigar defectos potenciales e impactar en el éxito del producto final.

socavaduras — Un socavado es una característica que se proyecta hacia el cuerpo principal de un componente. Cuanto más se acerca una socavación al centro axial, más profunda es la socavación. Las socavaduras profundas presentan su propio conjunto de desafíos, ya que dificultan la extracción del componente del molde. La orientación también contribuye a las dificultades de eliminación. Por ejemplo, si un corte profundo es perpendicular a la abertura del molde, puede resultar imposible retirar el componente del molde.

Agujeros Si su componente de goma requiere agujeros, se debe colocar un pasador dentro de la cavidad del molde. Este pasador central es responsable de formar los contornos internos del componente terminado. El proceso de moldeo usa altas presiones con el potencial de desviar el pasador central y producir un agujero con dimensiones inconsistentes. Diseñar pasadores de núcleo con diámetros tan grandes como sea posible, particularmente en la base del pasador, minimizará el riesgo de que el pasador se doble o rompa durante el proceso de moldeo. Otras pautas a tener en cuenta: • La altura del orificio no debe ser más del doble de la diámetro.• El diámetro mínimo del orificio debe ser de 0,050 pulg. (1,27 milímetros).

Bordes afilados - Los componentes con bordes delgados, a menudo denominados "bordes de cuchillo" o "bordes de plumas", generalmente se rompen cuando se retiran del molde. Los pasos de desbarbado posteriores al curado pueden astillar aún más el borde, creando imperfecciones adicionales. Si es posible, es mejor evitar incorporar filos de cuchillo en los diseños a menos que sea absolutamente necesario. Si su componente requiere un borde delgado, escuadre el borde con un plano mínimo de 0,010 pulg. (0,254 milímetros) reducirá significativamente la probabilidad de daño.

Sobremoldeo — A veces, los componentes de elastómero deben combinarse con subcomponentes de otros materiales como acero, latón, aluminio o plástico. Normalmente, el compuesto de goma se sobremoldea sobre el subcomponente que no es de goma. Cuando se diseñan componentes sobremoldeados de caucho, se deben tener en cuenta algunos principios de diseño para maximizar la resistencia de la unión entre el elastómero y el inserto. • Cubra la mayor parte posible de la superficie del inserto con caucho, manteniendo un espesor mínimo de 0,020 -en. (0.51 milímetro).• Evite cerrar el flujo mientras el compuesto se desplaza a lo largo de una superficie vertical.• Proporcione terrenos (escalones) adecuados.

Hay dos tipos de métodos de unión que se utilizan cuando se sobremoldea caucho a un material de subcomponente: • Las uniones mecánicas requieren que el inserto presente orificios, proyecciones o depresiones en su superficie. Para que se produzca la unión química, se deben aplicar adhesivos especiales al inserto antes del moldeado. Este tipo de unión mantendrá un componente sobremoldeado como un solo objeto sin depender de la forma de un componente o inserto. Los componentes utilizados en aplicaciones exigentes suelen emplear una combinación de unión mecánica y química.

La incorporación de insertos en los diseños de componentes generalmente requiere tareas secundarias previas y posteriores al moldeado, como grabado, enmascarado, desenmascarado, aplicación de adhesivo y desbarbado de la superficie del inserto.

Destello - El exceso de caucho que se escapa en pequeñas cantidades del molde mientras se somete a calentamiento y presión se denomina flash. Por lo general, esta pequeña cantidad de caucho se fuerza a través de las líneas de separación, o costuras, entre las placas de herramientas. Es común eliminar la rebaba como parte del proceso posterior al moldeo mediante corte manual, procesamiento criogénico, volteo o rectificado de precisión.

puertas — Los componentes moldeados por transferencia e inyección generalmente emplean compuertas para garantizar que el compuesto fluya uniformemente hacia la herramienta. Puede colocar puertas en varios lugares de la cavidad. Las marcas de entrada, que son pequeños puntos elevados o depresiones donde la entrada interactúa con la cavidad, quedan después de que se completa el proceso de moldeado y, en ocasiones, pueden afectar la funcionalidad y apariencia del sello. Por estas razones, es importante encontrar un equilibrio entre el tamaño, la ubicación y el número de puertas. Dado que estos aspectos varían, incluso entre el mismo diseño de herramienta, la determinación de estas características debe completarse de forma individual para cada componente. Considere los objetivos de su proyecto como pautas para determinar la mejor estrategia de puerta y considere factores como la dureza del material, las tolerancias dimensionales y los requisitos estéticos y del cliente.

Construyendo su prototipo Cuando las operaciones se ejecutan a su máxima capacidad, los problemas imprevistos pueden afectar significativamente el tiempo de actividad, lo que provoca el incumplimiento de los plazos. La creación de prototipos brinda oportunidades para refinar los diseños y los procesos de fabricación antes de la producción y es esencial para garantizar que la producción a gran escala se desarrolle sin problemas.

Durante la fase de creación de prototipos, especialmente con diseños complicados, es mejor fabricar y probar en condiciones lo más cercanas posible al entorno de fabricación operativa. Si lo hace, proporcionará los resultados más precisos y ayudará a pronosticar el nivel de éxito del proyecto. La creación de prototipos también puede informarle sobre qué método de fabricación es el mejor, permitiéndole experimentar con diferentes materiales, características de diseño y métodos de producción.

Cumplir con los plazos del proyecto nunca debería disuadirlo de crear prototipos. Al final, la creación de prototipos ahorra tiempo, costos y energía. En Trelleborg Sealing Solution, un centro de innovación de última generación totalmente equipado ofrece una experiencia de ingeniero a ingeniero, junto con un proceso de diseño, prototipo, construcción y prueba completamente integrado, todo bajo un mismo techo. Este proceso inmersivo acelera la innovación, permitiéndonos condensar semanas de desarrollo en días, transformando prototipos con intención de producción a una velocidad sin precedentes.

Conclusión Examinar los métodos de fabricación y los volúmenes de producción, además de centrarse en los materiales y el diseño, son aspectos necesarios del desarrollo de componentes de elastómero. Expertos en ciencia de materiales, ingenieros de productos e ingenieros de herramientas de Trelleborg Sealing Solutions tienen la experiencia y los conocimientos para ayudarlo a navegar por la compleja interacción entre todos estos aspectos. Esto le permite controlar los costos, llegar al mercado más rápido, maximizar el rendimiento y garantizar que sus recursos se utilicen de manera óptima.

Trelleborg Sealing Solutions puede ayudarlo a resolver sus desafíos de aplicación más difíciles con un proceso de fabricación de elastómero personalizado que cumple con todos sus requisitos de costo, rendimiento y fecha de lanzamiento prevista.Caucho y plásticos de Minnesota www. mnrubber.com