Moldeo por compresión de silicona: proceso, aplicaciones y cuándo usarlo

El moldeo por compresión de silicona transforma el caucho de alta consistencia premedido en piezas curadas dentro de un molde cerrado calentado, es decir, una fracción del gasto de las herramientas que exige la inyección de caucho de silicona líquido (LSR). El moldeo por compresión de caucho de silicona es un proceso de fabricación que comienza con una losa de materia prima, una cavidad de molde mecanizada y una prensa que comprime el polímero bajo calor y presión. Si su tirada anual oscila entre 500 y 50 000 piezas con una geometría simple a moderada, esta ruta rentable suele ser la respuesta más silenciosa y económica que buscar una herramienta de inyección LSR. Esta guía cubre el proceso, las familias de materiales HCR/LSR/RTV, las compensaciones en el diseño del molde, las clases de tolerancia ISO 3302-1 que debe citar en dibujos, bandas de costos extraídas de datos de abastecimiento reales y una regla de volumen sobre cuándo cambiar a inyección LSR.

¿qué es el moldeo por compresión de silicona?

El moldeo por compresión de silicona es un proceso de vulcanización que da forma a caucho de silicona de alta consistencia (HCR) previamente medido dentro de un molde cerrado de dos partes calentado. La presión de la abrazadera y el calor entrecruzan el polímero en un elastómero sólido y la parte curada se expulsa para su recorte. Es el más antiguo y sencillo de los tres métodos dominantes de fabricación de silicona. Los demás son el moldeo por transferencia y el moldeo por inyección LSR.

¿qué es el moldeo por compresión de silicona, en una frase?

El moldeo por compresión de caucho de silicona es un proceso que implica colocar caucho de silicona de alta consistencia (HCR) relativamente sólido y sin curar en un molde y luego reticularlo con calor para producir un componente de caucho de elastómero sólido. Es el más simple de los tres enfoques de fabricación dominantes, en términos de número de piezas necesarias y presupuesto.

Cómo funciona el proceso de moldeo por compresión de silicona (paso a paso)

Sobre el papel, el proceso parece sencillo. En la práctica, cada parámetro “temperatura del molde, permanencia del curado, masa de la preforma, perfil de la abrazadera « está ajustado al compuesto y a la geometría. Aquí está la secuencia que siguen la mayoría de los moldeadores.

1. Preparación de preformas. El HCR sin curar se pesa previamente y se corta previamente en losas, tiras o discos dimensionados según el volumen de la cavidad más un pequeño sobrellenado (1-13 %) para forzar el destello y evitar huecos.
2. El molde de acero precalentado se lleva a temperatura de curado, 150 °C para HCR curado con platino o 170-200 °C para grados curados con peróxido.
3. El operador de carga coloca la preforma en la cavidad inferior en un solo paso. Las herramientas de múltiples cavidades pueden cargar 4, 8 o 16 posiciones.
4. El cierre del molde y el golpe “presionan el cierre, luego se vuelven a abrir brevemente una o dos veces (un ”golpe” o ciclo de desgasificación) para ventilar el aire atrapado antes de la sujeción final.
5. Compresión y curado. La presión total de la abrazadera (normalmente 5-15 MPa) mantiene el material contra las paredes de la cavidad mientras vulcaniza térmicamente el caucho. A 150 °C, el tiempo de curado es inferior a 10 segundos por 1 mm de espesor de pared (por Literatura sobre moldeo de siliconas Shin-Etsu ), por lo que los tiempos de ciclo están en la banda de 60-600 s en la mayoría de las partes.
6. El molde de expulsión se abre y el operador agarra la pieza, a menudo a mano o mediante pasadores eyectores.
7. Destete y postcurado. El exceso de material en la línea de separación se rompe, se cae, se muele (molienda de precisión) o se desbarba criogénicamente. Luego, ciertas piezas de calidad médica y alimentaria se curan posteriormente durante 2 a 4 horas a 200 °C para eliminar los volátiles residuales.

¿Cuánto tiempo lleva el proceso de moldeo por compresión?

Una junta de silicona típica de 3 mm de espesor curada a 150 °C tiene una permanencia en el molde de aproximadamente 30 segundos; agregue el cierre del molde, el golpe y la expulsión y el ciclo completo aterrice entre 60 y 180 segundos por prensa. Secciones transversales más gruesas (10 mm+), tiempo de permanencia del empuje muy superior a 5 minutos, razón por la cual el moldeo por compresión favorece piezas más simples y gruesas; la penalización del tiempo de curado aumenta linealmente con el espesor. La hoja de datos de Shin-Etsu formaliza esto como la regla general de “10 segundos por mm a 150 °C”.

Materiales de silicona « HCR, LSR y RTV

“La ”silicona“ no es un solo material. Hay tres familias de nombres genéricos y cada una se comporta de manera diferente en un contexto de moldeo por compresión en viscosidad, ventana de proceso y propiedades. El ”predeterminado” para la compresión es HCR, LSR es principalmente un material de moldeo por inyección y RTV ofrece producción en serie limitada. aplicación.

HCR es lo que la mayoría de los ingenieros quieren decir con “silicona moldeada por compresión”. Generalmente llega como una goma a granel catalizada, pigmentada y luego molida ñada producida en losas y cortada hasta obtener un peso de preforma. LSR siempre se bombea y se mezcla en la prensa, razón por la cual casi todo el LSR vive en moldes de inyección. La dureza Shore (Shore A) se mide según ASTM D2240 ; esta norma tiene un equivalente internacional, ISO 48-4.

Para profundizar en cuándo la silicona supera a otros elastómeros en química y temperatura, consulte nuestro guía de selección de silicona vs goma.

Compresión vs Transferencia vs Moldeo por Inyección LSR

Tres métodos de procesamiento primarios pueden producir piezas de silicona. No son intercambiables (cada uno de ellos apunta a diferentes partes del espectro de volumen y complejidad). Antes de elegir cada uno, debe comparar las herramientas, el ciclo, la precisión y en qué sobresale cada uno.

“El moldeo por compresión requiere más mano de obra, tiene tiempos de curado más largos y tiempos de ciclo mayores en comparación con el moldeo por inyección de plástico. Para piezas pequeñas, la tolerancia típica ronda los más o menos 0,1 mm si es estricta, haciendo referencia a ISO 3302-1.”

En más de diez moldeadores de silicona que cotizan en bolsa, las herramientas de compresión promedian aproximadamente 65 %-80 % por debajo de LSR para una complejidad de cavidad equivalente, pero el tiempo de ciclo generalmente es 3 más largo. Esa es la compensación práctica que está comprando. Nuestra comparación entre compresión y moldeo por inyección recorre los cálculos para una ejecución anual específica de 25.000 piezas.

Y para conocer un contexto más amplio sobre cada ruta de moldeo, consulte el matriz de métodos de moldeo de caucho.

Aplicaciones « Donde ganan las piezas moldeadas por compresión de silicona

La silicona moldeada por compresión aparece con mayor frecuencia en cuatro lugares: sellos de calidad médica, burletes para automóviles, utensilios de cocina y bienes de consumo, y juntas industriales. La compresión brilla cuando la pieza es gruesa, la geometría es simple y el volumen se sitúa en algún lugar entre el prototipo y la producción en masa.

Un ingeniero de adquisiciones de una empresa de diagnóstico médico de tamaño mediano nos contó una historia característica: necesitaba 8.000 juntas de silicona USP Clase VI por año para un analizador de mesa, con tolerancia a ISO 3302-1 M2. Una cotización de inyección de LSR llegó a $38.000 para herramientas con un plazo de entrega de 14 semanas. La ruta de compresión entregó la misma junta con tolerancia M2 para $3200 en herramientas, primeras piezas en 5 semanas y un precio de pieza que llevó $0.18 por debajo de la cotización de LSR con ese volumen de 8.000 piezas. A ese volumen, la compresión no era sólo “más barata” (era la herramienta adecuada para el trabajo). Por encima de aproximadamente 35.000 piezas/año, las matemáticas cambian.

Ver también nuestro piezas moldeadas de caucho y silicona personalizadas descripción general de un tutorial de selección orientado al comprador.

Costo, tolerancias y volumen de producción

Las conversaciones sobre costos en el moldeo por compresión de silicona generalmente se estancan en un solo malentendido: el precio de las herramientas es bajo, por lo que el precio de la pieza también debe ser bajo. Los compradores de bajo volumen aprenden la dolorosa versión de esa matemática. Un moldeador en Reddit r/manufacturing publicó una cotización real $7.000 para el molde de compresión más $7.000 para una tirada de 200 piezas, o $35 por pieza. Por encima de aproximadamente 2.000-3.000 piezas, la amortización colapsa, pero la compresión no es automáticamente “barata” en tiradas pequeñas.

¿cuánto cuestan las herramientas de moldeo por compresión de silicona?

Un molde de acero de una sola cavidad con geometría simple funciona aproximadamente entre $800 y $4000 por juego, con un plazo de entrega de 4-6 semanas. Las herramientas de múltiples cavidades (posición 4-8) empujan el extremo superior a $6,000-$10,000. Compare eso con $10,000-$50,000+ para herramientas de inyección LSR comparables, y el delta de herramientas por unidad explica por qué la compresión todavía posee el rincón de volumen bajo a medio del mercado.

Utilice nuestro estimador de costos de moldeo por compresión hacer los cálculos usted mismo antes de especificar el acero de grado.

Clases de tolerancia ISO 3302-1 (M1-M4)

2.- Compresión de silicona: las tolerancias moldeadas cumplen con la norma ISO 3302-1:2014. Se establecen cuatro clases M con M1 como un kit fino, hasta M4 como un kit grueso. Normalmente, la silicona formada por compresión produce M2 o M3, es necesaria la inyección de LSR para obtener M1.

Nuestro guía del proceso de moldeo por compresión de caucho cubre temas transversales más amplios de EPDM / NBR / silicona con más profundidad.

Defectos comunes y cómo prevenirlos

Los moldeadores de la industria suelen informar que un pequeño conjunto de defectos representa la mayoría de los rechazos en el moldeo por compresión de silicona. Las causas fundamentales son bien conocidas; las correcciones documentadas lo son menos. Aquí hay una tabla de prevención de causas de defectos derivada de datos de ingeniería médica-silicona e informes de campo:

Dos de las ocho filas anteriores provienen directamente de informes de profesionales sobre el subforo r/fabricación de Reddit: la lista de causas raíz flash y el modo de falla de inundación de la línea de vacío (ambos utilizados aquí para simplificar). Esos datos de campo son parte de lo que diferencia a esta tabla de la guía genérica para proveedores.

Cuándo elegir el moldeo por compresión de silicona en lugar de la inyección de LSR

Por debajo del punto de inflexión de volumen y tolerancia, el contenido de la competencia nunca cita la siguiente regla de decisión: volumen alto-tolerancia alta tiene que superar volumen bajo-tolerancia baja en términos de costo total.

La regla 60/40. Transición de compresión a inyección LSR cuando: (1) el volumen anual es superior a 60% de una sola prensa de compresión. Ciclo de trabajo 60% (alrededor de 40K a 60K partes por año por prensa de una sola cavidad) o (2) el dibujo requiere ISO 3302-1 M1 tolerante a más de 0,08 mm a 4 mm nominales.

Tabla de recomendaciones condicionales

Si su proyecto entra en filas de gran volumen o tolerancia más estricta, analicemos nuestro proceso dedicado de moldeo por inyección LSR con prensa de 150 toneladas y tolerancia de 0,025 mm, certificado ISO 9001 + IATF 16949.

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