Explicación de las tolerancias de moldeo de caucho: estándares, clases y cómo especificarlos

Una tolerancia de moldeo de caucho describe la variación permitida en la dimensión que una pieza de caucho moldeada puede exhibir de su dimensión nominal y no se comportan como las tolerancias del metal mecanizado con las que crecieron la mayoría de los ingenieros de diseño. A Meitu-Engelhardt, vemos en promedio un dibujo por semana especificando una junta de caucho a 0,05 mm porque el diseñador dejó caer una plantilla de pieza metálica. Esa tolerancia es inalcanzable en el moldeo por compresión, costosa en la inyección y casi siempre innecesaria para el verdadero funcionamiento de la pieza. Este documento atraviesa los dos estándares que realmente rigen las cifras (RMA/ARPM e ISO 3302-1), la ruptura de cierre fijo que determina silenciosamente el costo del molde, los seis factores del taller que eliminan las tolerancias en primer lugar y una estructura de decisión para hacer coincidir la clase de tolerancia con la aplicación sin pagar de más.

Especificaciones rápidas: tolerancias de moldeo de caucho

• Dos normas: ARPM/RMA A1-A4 (EE.UU.) e ISO 3302-1:2014 M1-M4 (internacional)
• Rango típico factible: 0,10 mm (A1, partes pequeñas) a 1,25 mm (A4, partes superiores a 40 mm)
• Regla general: las tolerancias del caucho son ~4 más anchas que las tolerancias del metal mecanizado para el mismo nominal
• Dos categorías de dimensiones: Fija (controlada por cavidad de molde) y Cierre (controlada por línea de separación, siempre más suelta)
• La mayoría de las especificaciones de la industria: A3 (Comercial) -- actualizan solo las dimensiones que importan

¿cuáles son las tolerancias de moldeo del caucho (y por qué se diferencian del metal)?

Una tolerancia al moldeo de caucho es la banda más-menos permitida en una dimensión nominal de una pieza de caucho moldeada. La banda proporciona la realidad del procesamiento de un elastómero: el caucho se contrae cuando se enfría, absorbe humedad, se comprime cuando se atornilla y sigue cambiando de dimensión durante horas después del moldeo. Esos efectos no ocurren con un acero mecanizado de la misma manera, razón por la cual una llamada de 0,025 mm que se puede obtener habitualmente para un freno de aluminio después del fresado se vuelve imposible para una junta de caucho ondulada de 0,025”.

¿en qué se diferencian las tolerancias del caucho de las tolerancias del metal?

Tres diferencias importan. Primero, el caucho se calienta y luego se encoge en 1,5-3,5% para enfriar dependiendo del polímero ñan la compensación de contracción se tiene en cuenta en la cavidad, no en la pieza. En segundo lugar, el caucho es comprimible, por lo que cualquier medición bajo un pie de calibre es inherentemente una negociación entre la presión del calibre y el durómetro del compuesto. En tercer lugar, el caucho absorbe la humedad atmosférica con el tiempo, por lo que una pieza probada según las especificaciones en el taller puede parecer ligeramente sobredimensionada cuando se mide en una oficina de inspección con clima controlado un mes después. Vemos una regla 4: para el mismo nominal, una tolerancia alcanzable al caucho moldeado es aproximadamente cuatro veces mayor que la tolerancia al metal mecanizado que tendría en la mano. 25 mm en aluminio a 0,05 mm es aproximadamente 0,20 mm en un elastómero moldeado con precisión -ñan y esa relación es precisamente lo que las tablas ARPM e ISO codifican en clases específicas.

Explicación de las clases de tolerancia RMA/ARPM: A1, A2, A3, A4

La referencia norteamericana es la Manual de cauciuc publicado por el Asociación de Fabricantes de Productos de Caucho (ARPM), anteriormente Asociación de Fabricantes de Caucho (RMA). El manual asigna cuatro clases de dibujo para la tolerancia dimensional del caucho moldeado: A1 de alta precisión, A2 de precisión, A3 Comercial y A4 Básico. Cada clase corresponde a una tabla de variaciones permitidas que se expande con el tamaño de la pieza.

¿cuál es la clase de tolerancia al caucho RMA más estricta?

A1 el más apretado. Se limita a sellos aeroespaciales, elastómeros de dispositivos médicos y geometrías de sellado dinámico donde se necesita una variación realmente estricta. Se necesitan costosos moldes de precisión mecanizados, un menor número de cavidades por herramienta (para mantener la variación entre cavidad y cavidad dentro de la ventana), control estricto del ciclo de curado e inspección de grado CMM para contener A1. Según las piezas de caucho moldeadas personalizadas que hemos fabricado en Meitu-Engelhardt, elegir A1 para toda la pieza aumentaría el costo de los componentes por pieza entre 40% y 60% en relación con el uso del A3 predeterminado con 2 o 3 A1. llamadas sobre características críticas (que casi siempre es la elección correcta).

La siguiente tabla RMA consolidada muestra las dimensiones Fija (F) y Cierre (C) en milímetros en cinco bandas de tamaño representativas. “Fijo” significa una dimensión completamente entre las mitades de un molde; “Cierre” es una dimensión que cruza la línea de separación (ver el siguiente párrafo).

Valores compilados a partir del ARPM Manual de cauciuc 8a Edición (tablas de designación RMA MO-1). A partir de 160 mm, la tolerancia varía linealmente según el tamaño.

Clases de tolerancia ISO 3302-1: M1, M2, M3, M4 « La norma europea

Fuera de Norteamérica, el estándar rector es ISO 3302-1:2014 « Tolerancias del caucho para productos, Parte 1: Tolerancias dimensionales, publicado por la Organización Internacional de Normalización. Define cuatro clases desde M1 (fino) hasta M4 (grueso), nuevamente divididas por dimensiones fijas y de cierre y agrupadas por tamaño. M1 (como ARPM A1) generalmente es casi idéntico al estándar; M2 está cerca de ARPM A2; etcétera. Pero los números son todos ligeramente diferentes y comienzan a desviarse en poco más de 100 mm (aproximadamente).

Nota de ingeniería: Las tolerancias RMA A2 e ISO M2 son prácticamente equivalentes para dimensiones fijas inferiores a 40 mm. Pero una vez superiores a 100 mm, pueden variar entre 0 y 20%, y ISO suele actuar más apretado en el extremo grueso y un poco más suelto en el extremo fino. Nunca incluya el estándar general en un dibujo cuando obtenga dos piezas grandes sin mencionarlo específicamente por parte.

Los compradores europeos de automóviles, médicos e industriales normalmente no aplicarán la norma ISO 3302-1. Las especificaciones aeroespaciales, hidráulicas y de petróleo y gas de América del Norte normalmente no se aplicarán a ARPM/RMA. Los OEM globales con requisitos de doble abastecimiento a menudo especificarán ambos en el mismo dibujo (“Tolerancias según ISO 3302-1 M2 / RMA A2”), lo que permitirá a cualquiera de los proveedores seguir adelante con una cotización sin una solicitud de variación.

Dimensiones fijas versus de cierre: la división que decide el costo de su molde

Ambas especificaciones dividen cada dimensión de una pieza de caucho en dos familias. Aprender esa división es lo mejor que puede hacer un ingeniero de diseño con respecto a la tolerancia del caucho porque permanece oculto en la mayoría de los dibujos y determina silenciosamente cuánto cuesta el molde.

El error de dibujo entrante más común hace que cada uno de los peores problemas que diseñamos parezca muy pequeño. Una dimensión de cierre (normalmente un espesor de pieza perpendicular a la línea de separación) se especifica tan ajustada como una dimensión fija. Debido a que el cierre se rige físicamente por la dureza de las abrazaderas de presión y el espesor de la capa de flash, apretar el número de cierre obliga a cambiar a un sistema de abrazadera mucho más rígido, pasar de la compresión a la transferencia o al moldeo por inyección, o a una tasa de rechazo más alta. Cualquiera de esas rutas duplica o triplica el precio unitario cotizado. Reasignar esa dimensión apretada de Cierre a Fijo ^ simplemente girando la pieza en la cavidad para que la característica viva dentro de una única mitad del molde “preserva la intención del diseño original y reduce el costo de las herramientas en un tercio.

Seis factores que eliminan las tolerancias del caucho en el taller

Esos gráficos muestran lo que se puede extraer del proceso. La pieza real enviada depende de seis factores del taller que cada moldeador de caucho ve cada día. Los parámetros siguientes se derivan de la literatura y de la industria del caucho; La variación de planta a planta será significativa.

1. Contracción del polímero (1,5-3,5%). El caucho natural y el EPDM dominan en el extremo inferior; la silicona espumable y el fluoroelastómero están en el extremo superior. Las cavidades del molde se mecanizan sobredimensionadas para tener en cuenta, pero un cambio de núcleo a mitad de la ejecución «común cuando un cliente reformula para un nuevo bloque regulador « puede mover una banda de tamaño completo fuera de las especificaciones hasta que se vuelve a cortar la herramienta.
2. Variación del durómetro (5 Shore A típico). Un lote más duro mide menos usando el pie del medidor y puede leerse como de tamaño insuficiente en dimensiones usando herramientas de contacto. Las especificaciones de inspección deben especificar el tipo de calibre y la carga.
3. Curar la temperatura y el tiempo del ciclo. Incluso un gradiente de 2 C puede cambiar la densidad de reticulación en tiempos de bloqueo inverso de 3 a 4 pulgadas.. Todas las plantas sin control activo de temperatura en las placas se desplazan apreciablemente entre los turnos de la mañana y la tarde.
4. Humedad y temperatura ambiente. El caucho absorbe fácilmente la humedad durante días o semanas. Una pieza que se envía a 25 mm de diámetro exterior medirá 25,1 mm dos semanas después en un almacén húmedo. Por este motivo, existen modernas salas de inspección con clima controlado.
5. desgaste del molde. Cada disparo mueve unos pocos microgramos de acero desde la línea de separación; Después de 100.000 disparos, una herramienta que estaba apenas apretada en una dimensión de cierre A2 ahora puede estar suelta en una A3. La planificación de la vida útil de las herramientas debe integrarse en el programa.
6. Características de la pieza. Las paredes delgadas, las características profundas, los tramos sin soporte y las altas relaciones de aspecto aprietan lo que el proceso prácticamente puede ofrecer en aproximadamente media clase. Una sección transversal de junta tórica simple puede contener A1 en silicona; Por lo general, una funda de pared delgada del mismo compuesto no puede hacerlo.

Un caso ilustrativo: una junta (nominal) de 25,0 mm de diámetro exterior EPDM, accionada con una herramienta de compresión de 16 cavidades, se desplazó 0,3 mm del turno 1 al turno 3 un viernes de verano. La deriva se debió en realidad a un cambio de 4 °C en la temperatura ambiente de la planta, no en las placas de curado (la lámina sin curar simplemente hacía más calor al entrar en el molde grande por la tarde). Las piezas que habían estado funcionando en el rango medio de la banda A3 por la mañana superaron el límite superior al mediodía. Una caja de aire acondicionado portátil y un remojo de temperatura de dos horas hicieron que la ventana volviera a entrar.

“El número en el dibujo es siempre el final de una historia que comenzó con la receta compuesta, el estado del moho y el clima. Cualquier moldeador de caucho concienzudo puede contener A2 en prácticamente cualquier cosa en un buen día ”el verdadero desafío es si la planta puede contenerlo en un mal día, en una producción completa, en la dimensión que realmente importa”

Moldeo por compresión, inyección y transferencia: ¿qué proceso se mantiene más estricto?

Elija el tipo de proceso junto con la clase de tolerancia con previsibilidad sostenible. El moldeo por compresión es el proceso más antiguo y económico; deja flash, depende en gran medida del peso de carga del operador y, por lo general, mantiene A3 como predeterminado, siendo posible A2 en dimensiones fijas simples. El moldeo por transferencia agrega una cámara de preforma y un émbolo, lo que aprieta considerablemente las dimensiones del cierre. El moldeo por inyección cura bajo abrazadera completa con disparos medidos, ofrece la mejor repetibilidad y es el único proceso que habitualmente mantiene A1 durante una serie de producción.

La elección correcta del proceso rara vez es “la tolerancia más estricta gana”, por lo que. Un anillo de sellado de gran volumen, que necesita A1 en su diámetro interior y A3 en otros lugares, es un candidato natural para la compresión más un pin de identificación mecanizado con precisión mucho más barato que una herramienta de inyección de cavitación similar. La diferencia de costos solo importa cuando A1 o A2 realmente son clave en la mayor parte de la pieza.

Cómo especificar tolerancias del caucho en un dibujo (sin pagar de más)

Se puede costar mucho escribiendo “tolerancia general 0,05 mm” en el bloque de título del dibujo y luego mencionando algunas características. Cualquier fabricante que vea esa nota asumirá que la pieza completa debe contener 0,05 mm y el precio correspondiente para A1 en todas partes. Por otra parte, el patrón correcto es todo lo contrario: especifique una clase predeterminada flexible a nivel mundial, ajuste solo las dimensiones que la necesitan.

La regla predeterminada de A3: a menos que haya una razón detallada en la solicitud, especifique tolerancias según ARPM A3 / ISO 3302-1 M3 -predefinir esto en el bloque de título, a menos que se indique lo contrario. A continuación, indique por separado con su propia indicación más estricta (A2 o A1) las dos o tres dimensiones que realmente importan «superficies de sellado críticas, diámetros de acoplamiento, alturas de referencia clave. En nuestro libro de pedidos de producción, este patrón reduce el costo unitario cotizado en 20-35% versus dibujos de manta A2, sin ningún efecto sobre el rendimiento funcional.

Marco de decisión de tolerancia: haga coincidir la clase con la aplicación

Nadie tiene una respuesta correcta universal 'existe una respuesta correcta para una aplicación determinada. Nuestro marco a continuación asigna categorías comunes de piezas de caucho a la clase de tolerancia que la práctica de la industria trata como apropiada. Pretende ser un punto de partida para una discusión sobre citas, no una regla.

¿qué clase de tolerancia al caucho es estándar para juntas industriales?

Para la mayoría de las juntas industriales estáticas y parachoques sin sellado, A3 (ARPM) o M3 (ISO) es la opción aceptada y correcta. Mover más apretado sólo tiene sentido cuando la pieza es un sello dinámico, un componente médico de precisión o correr en una pila de tolerancia de acoplamiento que realmente lo necesita.

Preguntas frecuentes

¿cómo se calculan las tolerancias de moldeo del

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No se calculan a partir de los primeros principios para cada pieza (están buscados en la tabla ARPM o ISO 3302-1 correspondiente a la clase seleccionada y la banda de tamaño nominal). Esa tabla ya tiene en cuenta la contracción típica, el desgaste del molde y la capacidad del proceso. Sólo un cálculo que hace un diseñador es elegir la fila de tamaño correcto y la columna correcta (Fija o Cierre).

¿cuál es la tolerancia estándar más estricta al caucho?

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ARPM A1 (0,10 mm en dimensiones fijas 0-10 mm) y el equivalente ISO 3302-1 M1. Ninguna norma se vuelve más estricta.

¿por qué las tolerancias del caucho son más anchas que las del metal?

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Se acumulan tres razones: el caucho se contrae 1,5-3,5% cuando se enfría fuera del molde (el metal se contrae menos en un orden de magnitud); el caucho es comprimible, por lo que las mediciones varían según la presión del calibre; el caucho continúa cambiando de dimensión durante semanas a medida que absorbe la humedad atmosférica. La relación típica de banda de tamaño observada es de aproximadamente cuatro a uno «una pieza de caucho contiene aproximadamente 4 de la banda más-menos de una pieza metálica en la misma dimensión nominal.

¿se compensa la contracción en el molde?

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Sí, cada cavidad del molde de caucho se corta más grande que la parte nominal mediante el factor de contracción conocido del polímero. Esa compensación es específica del compuesto; La conmutación del polímero a mitad del programa generalmente requiere un recorte de la herramienta.

¿puedo especificar más estricto que RMA A1 o ISO M1?

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Técnicamente sí, como tolerancia de contrato personalizada, pero la curva de costos se vuelve vertical. Las piezas más ajustadas que A1 generalmente requieren herramientas de inyección de una sola cavidad, inspección CMM 100%, operaciones de molienda posteriores al moldeo y una tasa de rechazo de 30% o más en la propia moldura. A menos que la aplicación sea un programa médico o aeroespacial validado con consecuencias de falla documentadas, la respuesta casi siempre es rediseñar la característica de acoplamiento en metal.

Una nota sobre las cifras utilizadas en esta guía: los valores de tolerancia RMA enumerados son cifras combinadas del ARPM Rubber Handbook; son los valores que citan la mayoría de los moldeadores de caucho norteamericanos; y están de acuerdo con muchos datos publicados. Las tolerancias reales alcanzables son una función del diseño de herramientas y cavidades, el compuesto, el ciclo de curado y el entorno de la planta. Esta guía enumera lo que se puede mantener de forma rutinaria durante una producción completa, no el mínimo absoluto para una pieza en particular. Solicite un informe de inspección del primer artículo para su geometría particular antes de calificar una nueva herramienta.