Tomando la O simple

Por el editor | 17 de noviembre de 2015

Editado porMary C. Gannon, editora principal

Las juntas tóricas LSR (caucho de silicona líquida) se utilizan cada vez más en una variedad de aplicaciones de producción de gran volumen, especialmente en ciencias biológicas.

Las juntas tóricas son el sello más utilizado y se presentan en aplicaciones que van desde motores de aviones hasta líneas de procesamiento de productos químicos, desde el sistema hidráulico de tractores hasta herramientas submarinas de fondo de pozo. Representan una parte importante del mercado mundial de juntas y sellos, que según Global Industry Analysts* alcanzará los 45.800 millones de dólares en 2020.

El caucho de silicona líquida permite formar piezas delicadas de manera confiable cada vez y se puede producir con un espesor de hasta 0,004 pulgadas o menos.

Los especificadores y usuarios prefieren las juntas tóricas porque su perfil redondo permite un uso casi universal en disposiciones de sellado axial o radial, tanto en condiciones de carga estática como moderadamente dinámica. Su geometría básica se presta a una fabricación relativamente sencilla, ya sea mediante un proceso de moldeo por inyección o de moldeo por compresión, en diversos materiales.

Sin embargo, la forma simple de la junta tórica desmiente los materiales y la tecnología de producción detrás de este modesto círculo de caucho. Para garantizar una larga vida útil e integridad, la junta tórica debe adaptarse perfectamente a los requisitos del sistema. Esto puede implicar soportar temperaturas extremas, altas presiones y medios de contacto agresivos. Es posible que también deban proporcionar propiedades de baja fricción para el ensamblaje automatizado y en entornos dinámicos.

"Especificar la junta tórica óptima para una aplicación requiere una comprensión precisa de los requisitos del sistema junto con un conocimiento específico y probado de las propiedades del material", afirmó Ursula Nollenberger, directora de línea de productos para componentes LSR de Trelleborg. "Trabajar con un proveedor de juntas tóricas que tenga experiencia en estas áreas y que pueda brindar resultados de pruebas para sus materiales es vital para garantizar el desempeño de los equipos o procesos de fabricación".

Las ciencias biológicas estimulan el crecimiento La experiencia con LSR es particularmente importante en algunos de los campos más exigentes, como las ciencias biológicas. Los analistas de la industria global afirmaron que las aplicaciones complejas en algunos sectores, incluido el sector médico, plantearán desafíos de fabricación y diseño.†

“Hemos visto esta tendencia y una de las formas en que hemos respondido es redefiniendo la precisión en lo que respecta a la producción de juntas tóricas simples; llevándolo a nuevos niveles para las aplicaciones más difíciles, especialmente en dispositivos médicos”, dijo Nollenberger.

Al igual que con cualquier aplicación de junta tórica, se debe considerar la función esperada del producto, los componentes acoplados, las consideraciones de ensamblaje, las condiciones de operación y la vida útil esperada, por nombrar algunos. Sin embargo, en las ciencias de la vida, el crecimiento bacteriano no deseado debido al espacio muerto en los dispositivos médicos al que no se puede llegar con los medios típicos de esterilización puede presentar enormes problemas, afirmó Nollenberger.

“El desafío y la oportunidad para nosotros como diseñadores y fabricantes de una pieza LSR, ya sea junta tórica u otra geometría, es no solo suministrar una junta tórica estándar, sino desarrollar una solución con el cliente, que aún podría ser una solución. "O-ring si miramos su forma y sección básicas, pero al final es realmente una solución de ingeniería personalizada", dijo. “Aquí, dependiendo de la aplicación, la atención se centrará más allá de la elección del material también en aspectos del acabado de la superficie de nuestra junta tórica frente a los componentes acoplados, el comportamiento de fricción de la superficie y la energía de la superficie. Cada vez más vemos una tendencia hacia una solución totalmente integrada que se aleja del concepto de utilizar simplemente una junta tórica, pero más aún para nosotros, que suministramos una solución de dos componentes que ofrece la garantía absoluta de que no hay espacios muertos por diseño. o por una posible colocación inconsistente de una junta tórica dentro de un conjunto”.

Cómo funciona Para afrontar estos desafíos, Trelleborg Sealing Solutions cuenta ahora con cuatro plantas especializadas en moldeo por inyección de LSR para usuarios de los sectores médico, automovilístico y diversos campos industriales. LSR está viendo un aumento en la demanda en aplicaciones de gran volumen, particularmente donde se necesitan geometrías de piezas complejas y una precisión alta y constante, dijo Nollenberger. Y añadió que la ventaja del LSR es que es un material extremadamente puro, lo que lo hace muy adecuado para las ciencias biológicas.

Según Jarno Burkhardt, director general de las instalaciones de Stein am Rhein, Suiza, “la producción de juntas tóricas de elastómero convencional se realiza mediante moldeo por inyección o compresión y normalmente requiere desbarbado ya sea mecánicamente, mediante corte o punzonado, o mediante un proceso criogénico. Estos pasos secundarios del proceso introducen variabilidad del proceso y riesgos de fabricación, junto con costos adicionales directos y potencialmente indirectos.

"En el proceso de moldeo por inyección de líquido LSR para juntas tóricas, las piezas se moldean sin rebabas, con el bebedero o el rebosadero fácilmente separables del componente funcional, por lo que no se requieren operaciones de acabado secundarias", concluyó Burkhardt.

Las nuevas capacidades de la tecnología LSR permiten componentes de plástico sobremoldeados para usos como un conector eléctrico.

La mayoría de las juntas tóricas se fabrican con NBR (caucho de nitrilo butadieno) y EPDM (etileno propileno dieno metileno). Sin embargo, la mayor ventaja del LSR es que, debido a la baja viscosidad de la materia prima, se puede moldear por inyección en formas mucho más complejas que estos materiales y mucho más fácilmente que con cualquier otro elastómero.

Beneficios claveLas ventajas clave del moldeo por inyección de juntas tóricas LSR en un concepto de diseño de herramientas sin rebabas ni desperdicios son:

• reducción de material de desecho • no es necesario realizar pasos secundarios en el proceso para eliminar rebabas y desechos • elimina todos los riesgos de calidad que pueden asociarse con los procesos secundarios, así como los costos de proceso e inspección relacionados • alta estabilidad dimensional y precisión continua de la junta tórica recta fuera del molde • trazabilidad total del producto no sólo por lote sino también por cavidad

Además, LSR cubre un amplio espectro de temperaturas de –40 a 250 °C (–40 a 480 °F) y ofrece buena resistencia química a una variedad de fluidos y productos químicos. Como ocurre con cualquier elastómero, tiene capacidades de presión limitadas, pero esto se debe principalmente al diseño específico y a las condiciones de aplicación, afirmó Nollenberger.

Producción de alto volumen Lo fundamental para la producción de LSR es que la materia prima exige el uso de herramientas de alta gama en comparación con el moldeado de caucho más convencional, dijo Nollenberger. Por tanto, las herramientas son más caras. Sin embargo, debido a estos diseños de alta gama, las herramientas LSR duran más y, por lo general, se garantiza que durarán un millón de disparos.

Esta es la razón por la que se requiere una producción de gran volumen para LSR, ya que no vale la pena cambiar las herramientas para lotes pequeños.

Trelleborg Sealing Solutions ha utilizado este proceso para un microcomponente de tan solo 1,4 x 1,1 mm que se produce en millones de piezas anualmente para un dispositivo médico. Estas piezas se fabrican inyectando directamente material LSR en cada cavidad de una herramienta de múltiples cavidades. Luego, las juntas tóricas se retiran de las cavidades mediante un brazo de agarre robótico especialmente diseñado. Como las piezas son demasiado pequeñas para grabarlas, para garantizar la trazabilidad, las juntas tóricas se cargan en contenedores por cavidad.

El desarrollo del proceso para producir juntas tóricas diminutas presenta muchos desafíos. Uno de ellos fue desarrollar un brazo de agarre robótico que pudiera manipular piezas que pesaran menos de 0,0093 g cada una; un componente tan pequeño y ligero que ninguna mano humana podría manejarlo fácilmente.

La producción sin flash es posible gracias a la tecnología de inyección con aguja de Trelleborg.

Otro desafío fue la carga electrónica de las diminutas juntas tóricas. Esto hizo que volaran por todos lados cuando se soltaron de la pinza. Su peso similar a una pluma hizo imposible colocarlos en los contenedores designados después de la producción. Para solucionar este problema, los ingenieros desarrollaron el llamado "ionizador", que descarga las piezas en su camino desde el molde al contenedor.

La implementación de este proceso redujo el consumo de material en más de un 30 % y además se logran niveles de calidad sin defectos desde el inicio de la producción. Estas micro juntas tóricas se fabrican actualmente en herramientas de hasta 32 cavidades.

"El próximo objetivo del equipo técnico de LSR es duplicar el número de cavidades a 64, no sólo para juntas tóricas, sino también para otras micropiezas personalizadas para dispositivos médicos innovadores", afirmó Burkhardt.

El futuro del LSR La tecnología LSR está experimentando un gran crecimiento, con aplicaciones de ciencias biológicas de alta tecnología a la cabeza: para la automedicación de enfermedades crónicas como trastornos autoinmunes, enfermedades sanguíneas y deficiencias hormonales. De manera similar, donde el escrutinio de la salud y la seguridad es alto, como en el procesamiento de alimentos y el agua potable, el LSR puede tener un uso futuro.

En la automoción, a medida que se incorporan más funciones electrónicas, también crece la demanda de componentes LSR integrados y súper limpios.

"Además, la creciente demanda de LSR también está relacionada con la urbanización, los cambios demográficos y sociales a medida que una población creciente y rica tiene un mayor poder adquisitivo de productos electrónicos y otros productos y consumibles de estilo de vida", dijo Nollenberger. “Para nosotros en Trelleborg, significa que continuaremos avanzando con herramientas, procesos y tecnologías de automatización que nos permitan hacer dos cosas: primero, producir piezas cada vez más pequeñas, hasta pesos de micro y pronto nanogramos, y segundo, producir Piezas cada vez más complejas de dos o más componentes con LSR como uno de los componentes”.

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Referencias:*Analistas de la industria global, www.StrategyR.com †RubberWorld, www.rubberworld.com/RWmarket_report.asp?id=746

Soluciones de sellado Trelleborgwww.tss.trelleborg.com