Optimización de la fabricación de componentes de caucho personalizados

Por Mike Santora | 6 de enero de 2023

En este artículo, le brindaremos una mejor comprensión de los elementos clave del diseño y 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 caucho personalizado puede resultar un desafío. Confiar en especialistas de la industria y considerar posibles métodos de fabricación y volúmenes de producción le permitirá navegar por el proceso de innovación. Los expertos en fabricación de sellos de caucho personalizados ofrecen una gran comprensión de cómo los volúmenes de producción, los métodos, los materiales y el diseño se interrelacionan e impactan los costos, además de afectar el rendimiento y el tiempo de comercialización. También aportan diversos conjuntos de habilidades.

Un conjunto de habilidades poderosas es la capacidad de crear prototipos efectivos de componentes de elastómero personalizados con intención de producción. La creación de prototipos es ventajosa, ya que permite realizar pruebas en la pieza activa antes de comprometer un presupuesto y recursos significativos en cualquier aspecto del diseño de componentes, lo que le brinda la oportunidad de ajustar y considerar los posibles resultados de producción. Al acercar el diseño, los materiales y los métodos del prototipo lo más posible al 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 especialistas en fabricación de elastómeros puede ayudarle a prevenir problemas de diseño y rendimiento y, al mismo tiempo, lograr restricciones presupuestarias.

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

En resumen, cuanto antes hable con su especialista en fabricación de componentes de caucho sobre su proyecto y sus objetivos, más fácil le resultará encontrar la mejor solución de proceso y material.

Primeros pasos: preguntas que debe hacerse• ¿Cuál será la función del componente?• ¿En qué entorno funcionará?• ¿Es necesario que el componente sea 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 hacia una serie de canales y bebederos, que dirigen el caucho hacia la herramienta en múltiples puntos. Algunos materiales son más adecuados para el moldeo por inyección que otros. Los elastómeros con mejores caudales se moverán a través de la máquina de manera más favorable que los materiales altamente viscosos. El moldeo por inyección es ideal para la producción de grandes volúmenes y puede producir mejores resultados para componentes con complejidades geométricas generalmente más bajas. El moldeo por inyección suele ser 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 encima de la placa superior, que cuenta con puertas a través de las cuales el compuesto fluye hacia el molde que se encuentra debajo. Por encima del recipiente, un émbolo desciende 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 almohadilla de elastómero que no llena el molde. Esta almohadilla se desecha como residuo, lo que hace que el moldeo por transferencia sea ideal para materiales de menor costo.

Moldeo por compresión El moldeo por compresión es adecuado para 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 aplican calor y presión para permitir que el material fluya y llene la cavidad.

El moldeo por compresión es ideal para materiales más maleables, siendo los elastómeros de dureza media los que funcionan mejor. Este método suele ser más adecuado para diseños simples, ya que el compuesto de la preforma es inicialmente muy flexible y puede resultar difícil de insertar en moldes complejos. Además, el moldeo por compresión puede tener un número de cavidades muy alto, 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 a más errores humanos. Las aplicaciones para componentes moldeados por compresión varían desde simples juntas tóricas hasta diafragmas complejos con diámetros superiores a 10 pulgadas (254 milímetros).

Cómo elegir la herramienta adecuada para el trabajo Las herramientas, o el molde que forma el elastómero, normalmente constan de dos o más cavidades y placas de acero mecanizadas a medida. En la mayoría de los procesos de moldeo de elastómeros, las placas de herramientas se someten a calor y presión para forzar el interior del 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, según 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 coste utilizando herramientas más económicas. Sin embargo, esta elección puede erosionar las propiedades mecánicas del producto terminado. Por estos motivos, las herramientas de alta calidad se amortizan al garantizar la confiabilidad del rendimiento de la aplicación final.

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

Considere sus volúmenes de producción El volumen de producción afecta la selección de la máquina de moldeo y la rentabilidad y, por lo general, es el primer factor a considerar al decidir qué proceso de moldeo utilizar. Por ejemplo, en volúmenes de producción elevados, algunos métodos de fabricación no pueden mantener 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 utilizar el moldeo por inyección cuando se producen un millón de componentes o más por año, mientras que la producción de volumen bajo a medio 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 es necesario sellar contra muchos fluidos diferentes o contra 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 tensiones dinámicas o estáticas.

No considerar los requisitos y funciones críticos puede resultar en fallas.

Trelleborg Sealing Solutions tiene una amplia cartera de compuestos y habitualmente 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 de procesos de 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 anulares hasta subcomponentes complejos que deben sobremoldearse juntos. El diseño naturalmente lo impulsará 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 son costosas, las herramientas de alta calidad pueden mitigar posibles defectos e impactar el éxito del producto final.

Recortes - Una socavación es una característica que se proyecta hacia el cuerpo principal de un componente. Cuanto más se acerque una socavación al centro axial, más profunda será la socavación. Los cortes profundos presentan sus propios 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 caucho 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 utiliza altas presiones con el potencial de desviar el pasador central y producir un orificio con dimensiones inconsistentes. Diseñar pasadores sacanúcleos con diámetros lo más grandes posible, particularmente en la base del pasador, minimizará el riesgo de que el pasador se doble o se rompa durante el procedimiento 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 pulgadas. (1,27 milímetros).

Bordes afilados - Los componentes con bordes delgados, a menudo denominados “filos de cuchillo” o “filos de pluma”, 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 bordes 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 pulgadas. (0,254 milímetros) reducirá significativamente la probabilidad de daños.

Sobremoldeado — A veces, los componentes de elastómero deben combinarse con subcomponentes de otros materiales como acero, latón, aluminio o plástico. Normalmente, el compuesto de caucho se sobremoldea sobre el subcomponente que no es de caucho. Al diseñar 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 superficie posible del inserto con caucho, manteniendo un espesor mínimo de 0,020 -en. (0,51 milímetros).• Evite cortar 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 al sobremoldear caucho a un material 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 moldeo. Este tipo de unión mantendrá un componente sobremoldeado como un solo objeto sin depender de un componente o forma de inserción. 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 moldeo, como grabar, enmascarar, desenmascarar, aplicar adhesivo y quitar rebabas de la superficie del inserto.

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

Puertas - Los componentes moldeados por transferencia y por inyección suelen emplear compuertas para garantizar que el compuesto fluya uniformemente hacia la herramienta. Puede colocar puertas en varios lugares de la cavidad. Las marcas de compuerta, que son los pequeños puntos elevados o depresiones donde la compuerta interactúa con la cavidad, quedan una vez finalizado el proceso de moldeo 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 la puerta. 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 compuerta y considere factores como la dureza del material, las tolerancias dimensionales y los requisitos cosméticos 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 y provocar 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 operativo de fabricación. Doingso 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 mejor, permitiéndole experimentar con diferentes materiales, características de diseño y métodos de producción.

Cumplir los plazos del proyecto nunca debería disuadirle de crear prototipos. Al final, la creación de prototipos ahorra tiempo, costes 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 totalmente integrado, todo bajo un mismo techo. Este proceso inmersivo acelera la innovación, lo que nos permite condensar semanas de desarrollo en días, transformando prototipos con intención de producción a una velocidad incomparable.

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. Los ingenieros de productos y de herramientas expertos en ciencia de materiales de Trelleborg Sealing Solutions tienen la experiencia y los conocimientos necesarios para ayudarle 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 ayudarle a resolver los desafíos de sus aplicaciones más difíciles con un proceso de fabricación de elastómeros personalizado que cumpla con todos sus requisitos en cuanto a costo, rendimiento y fecha de lanzamiento prevista.Minnesota Caucho y Plásticos www. mnrubber.com