Moldeo por transferencia de caucho: la guía de decisiones del ingeniero para piezas complejas

El moldeo por transferencia de caucho es un proceso de moldeo cerrado en el que una cantidad medida de caucho sin curar se fuerza desde un recipiente de transferencia a través de guías hacia una cavidad calentada, produciendo piezas sin flash con inserciones metálicas en aproximadamente 3 a 10 minutos por ciclo. Esta guía cubre la física del proceso, una comparación de seis dimensiones con el moldeo por compresión e inyección, datos de costos específicos, compatibilidad de elastómeros en cinco familias y un árbol de decisión basado en el volumen que muestra cuándo gana el moldeo por transferencia y cuándo no.

¿qué es el moldeo por transferencia de caucho?

Moldeo por transferencia de caucho: Las cargas de caucho sin curar originales se pesan previamente en el cargador de caucho sin curar (transalimentador) y luego se dejan caer en el recipiente de transferencia (cámara de carga). Desde aquí, la carga de caucho sin curar altamente presurizada (a través de un émbolo hidráulico) se inyecta a través del sistema de canal en las cavidades calentadas del molde, donde tiene lugar la vulcanización. (En comparación con el moldeo por compresión, donde las cargas de caucho sin curar se cargan directamente en la cavidad).

El proceso existe justo entre la compresión y la inyección en casi todo: costo de herramientas, tiempo de ciclo, tolerancia y economía volumétrica. Es esa posición intermedia la que los ingenieros recurren automáticamente a ella, donde la compresión por sí sola no puede y la factura de herramientas $25.000-$50.000 de la inyección no sería económicamente viable en volúmenes anuales.

¿para qué se utiliza el moldeo por transferencia?

El moldeo por transferencia se emplea principalmente para fabricar piezas de caucho con un inserto metálico integral, es decir. componentes unidos de caucho a metal, sellos de geometría compleja que requieren un destello cercano a cero y cuando las herramientas de inyección serían demasiado grandes para las cantidades de volumen medio producidas. El moldeo por transferencia domina cuatro industrias: gas natural (sellos frontales para válvulas de gas), eléctrica (moldeada alrededor de contactos de cables de bujías), hidráulica (sellos de labios y sellos de copa en U con bordes afilados) y aeroespacial (bujes resistentes a vibraciones con núcleos metálicos adheridos).

Cómo funciona el moldeo por transferencia de caucho (proceso de 6 pasos)

 

El moldeo por transferencia de caucho es un proceso que combina las ventajas de la carga de compresión y el flujo impulsado por la presión del moldeo por inyección. Esto es lo que ocurre desde la preforma hasta la parte final:

1. Preparación previa a la forma. El caucho curado en forma de babosa (“preforma”) se pesa y se le da forma para adaptarse a todas las cavidades del molde más el sistema de bebedero (normalmente 5-15% de volumen adicional).
2. Inserte la preforma en el recipiente de transferencia. La preforma se carga en un recipiente de transferencia, una cavidad llena con un cilindro como se muestra a continuación, que se asienta sobre la placa de la cavidad. Con el molde cerrado debajo de la placa de prensa, comienza el ciclo.
3. Compresión del émbolo. Un émbolo hidráulico cae dentro del recipiente de transferencia, empujando hacia abajo contra el caucho calentado, ejerciendo una fuerza de entre 10 y 20 MPa y bombeando el caucho calentado a través del conjunto del bebedero hasta las cavidades.
4. Relleno de cavidades. El caucho fundido fluye a través de los corredores hacia 4-30 cavidades. Una sola preforma puede llenar cientos de pequeñas cavidades cuando el diseño del corredor está equilibrado.
5. Vulcanización bajo calor y presión. Mantener el molde a 150-180°C durante 3-8 minutos (más largo para secciones gruesas) mientras el elastómero termoestable se entrecruza hasta alcanzar su forma elástica final.
6. Expulsión y desbarbado. Una vez que el émbolo se retrae, el molde se abre y las piezas terminadas se expulsan. Cualquier almohadilla de bebedero y flash menor se afeitan (a menudo el único post-mecanizado necesario).

¿Cuánto tiempo lleva el proceso de moldeo por transferencia?

Un ciclo de transferencia completo --cargar-cerrar-transferir-curar-expulsar -ñame tarda de 3 a 10 minutos para la mayoría de las piezas de caucho técnicas, con paredes más gruesas (>10 mm de espesor de pared) que se extienden a 15 minutos y sellos más delgados que se reducen a 90-120 segundos. Más rápido que el moldeo por compresión (5-15 min) porque el calor se transfiere desde el caucho extruido cuando se empuja a través del sistema de bebedero, más lento que moldeo por inyección de caucho (0,5-3 min) porque la preforma debe medirse y recargarse manualmente. Para contextualizar, el moldeo por transferencia de resina a alta presión (HP-RTM) utilizado en piezas como paneles de puertas de automóviles tarda entre 1 y 5 minutos por ciclo, frente a los 30 y 60 minutos del proceso de líquido de la vieja escuela.

Moldeo por transferencia versus moldeo por compresión versus moldeo por inyección: la matriz de decisión

Cualquier pieza de caucho factible con moldeo por transferencia también puede -hipotéticamente - moldearse por compresión o por inyección, siendo la cuestión cuál cuesta menos por pieza buena al volumen designado. A continuación se muestra una tabla que convierte las compensaciones típicas de rendimiento en cifras económicas reales.

Estas cifras son importantes porque los procesos no sólo se superponen; en ciertos tamaños de lotes, un proceso en realidad “gana” como el más rentable. Por debajo de 5000 partes/año, los costos de herramientas amortizados de $2K-$8K para compresión (incluso teniendo en cuenta el tiempo posterior a la mecanizado) superan a la transferencia debido a su largo tiempo de ciclo. A partir de 100.000 partes, el tiempo de ciclo de inyección mucho más corto ($25K+ premium de herramientas) hace que el costo por pieza sea tan bajo que el precio adicional de las herramientas es insignificante en semanas. El abismo en el medio 5K-50K, donde tenemos muchos tiempos de post-mecanizado de caucho pero muy pocas partes/mes para inyección, parece poco poblado y, por lo tanto, prometedor para las ventajas particulares de la transferencia.

La regla 5-30-50 para el punto óptimo del moldeo por transferencia

De la comunicación de adquisiciones de cada fabricante, de hecho existe una regla general simple sobre cuándo la transferencia se convierte en el proceso óptimo. Sin excepción, seleccione el moldeo por transferencia si se cumplen estas tres condiciones:

• Suponiendo 12 meses de trabajo por año, más de 5000 piezas/año dan herramientas amortizadas gastadas de al menos $6.5K, pero no una subida alta que deba mirar el dinero y la chatarra hasta que pueda permitirse la inyección
• Treinta o menos cavidades (el número máximo tal que la presión del corredor se distribuya uniformemente y el proceso no se convierta en bancos de corredores desequilibrados)
• Volumen de disparo de 50 cm o menos - el volumen máximo tal que una sola preforma pueda llenar todas las cavidades normalmente sin requerir un tiempo de permanencia térmica (lo que impulsaría la compresión a miles de dólares por rango de herramienta).

When any two of these three parameters are exceeded – case in point, 200,000 parts/year and 60 cavities – the 5-30-50 Rule says move to moldeo por inyección de caucho. Cuando se exceden los tres parámetros, el molde de compresión a menudo aumenta el costo. Si bien no es infalible, esta regla parece abarcar aproximadamente 80% de escenarios de RFQ reales en la práctica.

¿cuál es mejor: moldeo por transferencia o moldeo por inyección?

El moldeo por transferencia gana si el volumen de la pieza es inferior a ~50 000/año Y la pieza tiene inserciones metálicas/necesita bordes afilados (sellos de labios, copas en U). El moldeo por inyección gana en tiradas de producción superiores a ~100 000/año con geometría simple y sin inserciones metálicas; El volumen de “tierra media” debe conectarse a una ecuación de costo total de propiedad: el ciclo de inyección de 1 minuto @4 veces el rendimiento se come la prima de la herramienta $25K en unos pocos miles de partes, por lo que siempre debe esperar que un ingeniero de adquisiciones ejecute una ecuación de costo por disparo de manzanas a manzanas en lugar de estimar el “volumen alto versus bajo”. El equipo de análisis de H&H Molds dice que “el costo por disparo amortizado sobre el volumen restante es lo que impulsa” esta decisión, no el “costo inicial de la herramienta”.

Ventajas y limitaciones del moldeo por transferencia de caucho

Un desglose honesto de las ventajas y desventajas puede ser más instructivo que una lista de características porque las debilidades del moldeo por transferencia son predecibles y las ganancias son específicas de la geometría y el volumen en lugar de universalmente aplicables.

Cuándo elegir el moldeo por transferencia: un marco de decisión

La selección de equipos no es una variable para las piezas de caucho. Aquí está el diagrama de flujo de selección del proceso por orden de prioridad:

Dos preguntas: “¿Hay insertos metálicos?” y “¿Cuál es el volumen anual?” Por lo general, descifra la respuesta a la preselección de RFQ en menos de 30 segundos. Servicios de moldeo por transferencia de caucho de Engelhardt puede ofrecer una revisión de DFM y una cotización de herramientas en dos días hábiles, con producción de doble base (China y Tailandia) para minimizar los aranceles para los compradores de EE. UU. y la UE.

Materiales y Aplicaciones: Compatibilidad de Elastómeros para Moldeo por Transferencia

El moldeo por transferencia funciona con casi todos los elastómeros termoestables y la mayoría de los plásticos termoestables (epoxi, fenólicos). La elección del material adecuado afecta a todos los demás aspectos del proceso (temperatura del molde, tiempo de curado, estabilidad de tolerancia, vida útil de la pieza) y determinar el tipo de aleación es generalmente la primera discusión que el ingeniero de diseño tiene con el moldeador. ASTM D1418 la nomenclatura define las diferentes clases de elastómeros y ASTM D2000 especificaciones de grado/tipo/clase para productos de caucho de grado automotriz.

Cinco compuestos representados aquí se utilizan predominantemente en aplicaciones de moldeo por transferencia industrial.

Una peculiaridad, que rara vez se menciona en las guías de procesos y solución de problemas: tanto LSR como HCR (caucho de alta consistencia) son “silicona” en su hoja de datos, pero funcionan a diferentes temperaturas de molde (177-204 vs 157-200 C) y químicas de curado. El rendimiento continuo del moldeo de las herramientas HCR no se puede transferir simplemente a un ciclo LSR sin ajustes en el perfil térmico, un hecho sorprendentemente nuevo para muchos clientes primerizos de silicona. Para piezas de caucho complicadas con características metálicas integradas, la unión de caucho a metal se produce en el propio ciclo de moldeo por transferencia, imprimando el inserto metálico en una solución de promoción de adhesión antes de cargarlo en la cavidad, evitando el paso de unión secundario que requiere la compresión.

“Siempre que la especificación de una pieza requiere moldeo por transferencia con insertos metálicos, la primera pregunta que hacen nuestros gerentes en el departamento de compras no es sobre el volumen o la tolerancia, sino sobre la imprimación de adhesión deseada por el cliente en la superficie del inserto. Esa respuesta determinará el tiempo del ciclo, la tasa de rechazo y SI la pieza pasará por pruebas de vibración. A menudo nos envían dibujos de tolerancia sin el cebador especificado y citamos darnos más espacio hasta obtener esa respuesta”

 

Las guías de la industria rara vez asignan valores en dólares a los costos del moldeo por transferencia de caucho porque todos los factores (geometría de la pieza, número de cavidades, compuesto, recubrimiento de cavidades, detalle del inserto) eliminan el promedio. Sin embargo, hay suficiente información publicada para desarrollar un modelo de costos creíble, y el valor es importante porque los equipos de compras que cotizan el moldeo por transferencia frente al moldeo por inyección operan con suposiciones erróneas de que ‘la transferencia es siempre menos costosa’

El plazo de entrega avanza según tendencias similares: la entrega nominal de molde está disponible a 3-4 semanas (pero la ventana del ‘mundo real’ desde PO hasta la aprobación del primer artículo es bastante más larga '6-10 semanas una vez que se tiene en cuenta la revisión de DFM, muestreo y calificación dimensional), aunque detrás de escena los compradores estadounidenses y europeos que trabajan con proveedores asiáticos pueden buscar facilitar una producción de doble base (herramientas de China + moldeo de Tailandia, o al revés), lo que le ahorraría 15-25% derechos sobre componentes importados de algunos códigos del Programa Arancelario Armonizado sin aumentar el plazo de entrega (un tipo muy específico de palanca de ahorro de costos que aquellos que tienen capacidades globales de cadena de suministro de un solo país no pueden hacerlo. A obtenga una cotización de moldeo por transferencia cuando ambos lugares de producción tienen precios iniciales, la mayoría de los moldeadores solicitan el dibujo de la pieza, el volumen anual y la calidad del material objetivo antes de cotizar.

¿es el moldeo por transferencia de caucho más preciso que el moldeo por compresión?

Respuesta

Sí, aproximadamente una clase de tolerancia. El moldeo por transferencia tiene una capacidad de ±0,10 mm con herramientas estándar y ±0,05 mm con herramientas de precisión; el moldeo por compresión se acerca a ±0,20 mm. Para características más estrictas que ±0,05 mm, ninguno de los procesos gana «especifique el moldeo por inyección o planifique un paso de mecanizado secundario.

¿cuál es la diferencia entre moldeo por transferencia y moldeo por transferencia de resina (RTM)?

Respuesta

El moldeo por transferencia de resina (RTM) es un proceso compuesto en el que se inyecta resina termoestable líquida en un molde cerrado que contiene refuerzo seco, generalmente simplemente vidrio o fibra de carbono. Se utiliza para fabricar piezas compuestas reforzadas con fibra, no productos de caucho puro. Las herramientas convencionales RTM funcionan entre 30 y 60 minutos por ciclo; Las variantes de alta presión utilizadas en compuestos automotrices pueden utilizar ciclos de inyección de 1 a 5 minutos. El moldeo por transferencia de caucho no implica refuerzo de fibra y necesariamente involucra caucho vulcanizado, pero es un proceso conceptualmente relacionado: se usa para procesar elastómero sin curar precompuesto en partes terminadas de caucho sólido o componentes metálicos y de caucho adheridos. Es exactamente el mismo verbo utilizado en dos rincones diferentes de la fabricación.

¿qué durabilidad tienen los productos de caucho moldeado por transferencia?

Respuesta

Todos los resultados de durabilidad informados son para el compuesto utilizado, no para la técnica de procesamiento. Una pieza EPDM moldeada por transferencia utilizada para aplicaciones de sellado de sistemas de agua que se mantuvo entre 15 y 25 años de servicio; el mismo concepto utilizado en aplicaciones NBR al aire libre fracturadas en 2 años por el ataque del ozono. De manera similar, el proceso en sí tiene una estabilidad dimensional y un control de destellos marginalmente mejores que el moldeo por compresión, lo que lleva a una mayor consistencia en las superficies de sellado y una vida útil prolongada como junta en aplicaciones de fluidos. Si su aplicación implica temperaturas elevadas o productos químicos agresivos, los compuestos FKM o VMQ son la opción recomendada independientemente de la tecnología de moldeo. Elija primero los materiales de la pieza y luego el proceso en segundo lugar.

¿puede la moldura de transferencia manejar insertos metálicos?

Respuesta

Sí, de hecho, este es casi el único beneficio del moldeo por transferencia sobre la compresión. Los insertos metálicos se cargan en la matriz de la cavidad antes del cierre del molde y el caucho se transfiere alrededor del inserto bajo presión formando una junta mecánica mínima. Las aplicaciones típicas incluyen soportes de choque, casquillos del sistema de transmisión, sellos frontales y sellos de conectores eléctricos donde se forma un terminal eléctrico metálico en el cuerpo de caucho. La superficie del inserto normalmente se trata previamente con una imprimación química como Chemlok o Megum para establecer una unión de caucho a metal en presencia de vibración y ciclos térmicos. Conozca más sobre capacidades de inserción y sobremoldeo para piezas adheridas.

¿cuál es la cantidad mínima de pedido de piezas moldeadas de transferencia personalizadas?

Respuesta

Las cantidades mínimas de pedido en el moldeo por transferencia dependen de la amortización de las herramientas, no de la economía por ejecución. Una vez que se pagan las herramientas, la mayoría de los moldeadores aceptan pedidos de 500-2000 piezas por lanzamiento y algunos ejecutarán lotes de prueba más pequeños de 100-250 piezas durante la aprobación del primer artículo para muestras de calificación. Sin embargo, MOQ rara vez es la pregunta correcta a hacer primero. La decisión más importante es si la inversión en herramientas está justificada en el volumen anual esperado « Si la demanda anual total durante toda la vida útil de la herramienta se mantendrá por debajo de aproximadamente 2000 partes, el moldeo por compresión casi siempre produce un costo total por parte menor que el moldeo por transferencia, incluso con tolerancias ligeramente peores y más mano de obra desflamentadora. Para volúmenes anuales superiores a 5.000 piezas con inserciones metálicas o características de borde afilado, la flexibilidad MOQ del moldeo por transferencia se convierte en una ventaja económica genuina, particularmente en comparación con el tamaño mínimo de pedido más grande del moldeo por inyección impulsado por el recuento de cavidades. Los equipos de adquisiciones siempre deben ejecutar un modelo de costo por pieza que incluya la amortización de herramientas, el costo de la hora de prensa, la mano de obra desflamentada y la tasa de desechos antes de comprometerse con un proceso «el número MOQ por sí solo rara vez cuenta la historia completa del costo total de la tierra.

Unas palabras sobre las fuentes: las cifras sobre costos y rangos de dólares de herramientas en esta guía se originan a partir de referencias publicadas de la industria como moldes H & H, manuales de elastómeros, etc. Son ejemplos típicos y no reflejan promedios, las cotizaciones reales dependen de la complejidad de las piezas, número de cavidades, material y costo de mano de obra local. Cuando indicamos rangos, es por consideraciones de decisión, no dude en solicitar una cotización de prueba en caso de proyecto basado en su dibujo.

Este artículo ha sido escrito por un grupo de ingenieros en Engelhardt y verificado con ASTM D 1418, ASTM D 2000 y ASTM D 5289,