Proceso de moldeo de caucho: compresión versus transferencia versus inyección

El primero entre los “costos reales” en un programa de caucho personalizado es una de las opciones equivocadas con mayor frecuencia: la decisión que Puvopuz y Lepuh deben elegir. Los tres utilizan la misma química de vulcanización, pero la diferencia en el costo de las herramientas es de un orden de magnitud, mientras que el volumen alcanzable es mayor. Elija mal y pagará demasiado por utilizar herramientas en una ejecución de ²000 piezas o eliminará una ejecución de 200 000 piezas con una pulsación lenta. Este documento desglosa las tres opciones y lo guiará en la decisión correcta del proceso antes de enviar el dibujo.

¿qué es el proceso de moldeo de caucho? Tres métodos de un vistazo

El moldeado de caucho presiona elastómero crudo no vulcanizado bajo calor y presión en una cavidad de acero donde se cura en la pieza terminada. Los sellos, juntas, juntas tóricas, ojales, casquillos y parachoques que se encuentran en cada máquina de este planeta son modificaciones de ese proceso, lo que es distinto de cada proceso es el método utilizado para introducir el caucho en la cavidad, cuánta presión se necesita, y cuánta automatización se necesita.

En el moldeo por compresión, se deja caer una porción medida de caucho (preforma) en un molde abierto que se cierra y se aprieta para formar. En el moldeo por transferencia, el caucho se coloca en un recipiente de carga que lo extruye en el molde cerrado a través de un bebedero de molde (bebedero). En el moldeo por inyección, el caucho se plastifica en un cilindro calentado y se inyecta en el molde a alta presión «, muy parecido a la inyección de plástico. Cuanto más abajo en la lista, mayores serán las herramientas y más rápido será el tiempo del ciclo y la mejor tolerancia que se puede lograr.

Dado que la química detrás de cada proceso de curado es exactamente la misma, la pregunta casi nunca es “¿puede este proceso producir mi parte?”, ya que generalmente cualquier proceso puede producir su parte. En cambio, la verdadera pregunta es qué proceso es más asequible dado su volumen, geometría y tolerancia. Ese argumento económico es una línea directa en esta guía. Es aquí donde casi todas las decisiones de compra y diseño de productos de caucho moldeado se perderán o ganarán. Para conocer el lado terminado de este tema, consulte nuestra descripción general productos de caucho moldeado a medida.

Moldeo por compresión: menor costo de herramientas, herramientas más simples

el moldeo por compresión ocupa un espacio grande y modesto como el proceso de compresión más económico, económico y versátil, y normalmente es el proceso que debes considerar si tienes volúmenes bajos a medios para realizar. Este método implica cargar una preforma premedida en la cavidad inferior de una prensa con un molde calentado. Cuando se sujeta el molde, el calor y la presión distribuirán el material dentro de la cavidad y lo dejarán curar. Es bastante simple ya que el molde nunca necesita resistir la presión, solo soporta la carga por encima y antes de las abrazaderas

Es esa falta de complejidad la que obtiene el visto bueno para dólares de bajo volumen. Si bien los moldes de compresión se pueden equipar para algo en el rango $2,000 a $15,000 (aluminio, a veces para prototipos), la herramienta está en el espacio $15,000 a $80,000 para una herramienta de inyección de producción. Si bien los procesos de tiempo de ciclo son lentos (es común de 3 a 15 minutos), la pieza tiene tiempo para curarse en el molde antes de la expulsión, y la capacidad dimensional es generalmente de clase ISO 3302-1 M2 a M3.

Los componentes grandes se pueden moldear fácilmente por compresión sobre placas grandes; Regularmente moldeamos por compresión juntas de bridas grandes de más de 700 mm de diámetro.

Un comentarista en un foro de fabricación captó el valor de manera bastante concisa: los moldes de compresión son lo suficientemente económicos como para ser una alternativa viable a cortar una herramienta de producción completa, incluso para lotes pequeños.

Sus deficiencias son la complejidad y la velocidad. El caucho viscoso no se vierte limpiamente en elementos diminutos y detallados y, nuevamente, el tiempo de carga y descarga manual puede resultar prohibitivo cuando se habla de cientos de miles de piezas idénticas. Pero, para tiradas pequeñas, un parachoques industrial de bajo volumen o una junta grande y simple, la compresión probablemente gane sin lugar a dudas. Engelhardt ejecuta el material en vulcanizadores de vacío de 100 a 250 toneladas, que en realidad extraen el aire de un molde antes de que finalicen el ciclo de curado para evitar “trampas de aire” en piezas gruesas.

Moldura por transferencia: el puente para insertos adheridos

Entre la compresión y la inyección se encuentra el moldeo por transferencia. Mientras que la materia prima del caucho se calienta en un recipiente de transferencia a medida que se cierra la prensa, el material del caucho se inyecta a través de un bebedero en una cavidad cerrada, donde se cura. Debido a que la cavidad se cierra antes de que entre el caucho, el moldeo por transferencia tiene tolerancias más estrictas que la compresión, junto con mejores piezas más limpias debido a la reducción del flash, se pueden esperar resultados repetibles.

Sin embargo, su verdadera razón para existir es la unión de caucho a metal. Cuando una pieza necesita un inserto de latón, un manguito de acero o un perno roscado moldeado permanentemente en el caucho, el moldeo por transferencia brilla, porque el molde cerrado ubica el inserto metálico y la preforma juntos, por lo que el elastómero fluye alrededor de un sustrato que ya está colocado con precisión. La adhesión se valida mediante pruebas de corte por vuelta por ASTM D429, el método estándar para uniones de caucho a metal. El uso de herramientas dura aproximadamente entre $8.000 y $30.000, los tiempos de ciclo caen de 2 a 6 minutos y el punto óptimo es de 5.000 a 100.000 partes al año.

¿qué tan normal es esto?: soporte antivibración con núcleo de acero, adherido. El inserto no se mantendrá solo mediante compresión y 20.000 piezas por año justifican que no haya una herramienta de inyección completa. Es la ‘solución predeterminada’ para unir la transferencia directa de ojales, casquillos y soportes de motor unidos con números moderados.

Moldeo por inyección de caucho: alto volumen, tolerancia estricta

El moldeo por inyección de caucho es la opción más automatizada y precisa. La tira sólida de caucho en bruto o, con una prevalencia cada vez mayor, el caucho de silicona líquido (LSR), canalizada desde un sistema de dos partes, se ablanda dentro de un cilindro caliente y luego se inyecta a alta presión en un molde de acero cerrado de múltiples cavidades. Con tiempos de ciclo de 1 a 4 minutos, muy poco destello y entre las mejores tolerancias, alrededor de ISO 3302-1 clase M1 a M2, es difícil de superar.

¿qué tan apretado está apretado? Cuando se habla de herramientas de moldeo modernas, los ingenieros mencionan que en las herramientas de inyección, a menudo se pueden mantener 0,0002 pulgadas (alrededor de 5 micrones) en dimensiones críticas de piezas listas para producción. El caucho rara vez necesita esa tolerancia; las propiedades elásticas suelen compensar desviaciones tan finas. Pero el punto sigue siendo: cuando se necesita cada sello, ojal conector o cualquier otro componente, para caer de manera limpia y consistente sobre una línea de ensamblaje automatizada, la inyección hace el trabajo.

Lo que complica la inyección son las herramientas. Un molde de inyección de acero endurecido con múltiples cavidades funciona entre $15.000 y $80.000 y tiene que sobrevivir a presiones de cavidad que romperían una herramienta de compresión. Esa inversión sólo se amortiza con un volumen elevado (normalmente 50.000 piezas al año en adelante). Engelhardt ejecuta inyección de caucho en prensas de hasta 300 toneladas, suficiente para llenar recuentos de cavidades superiores a 32 en ojales automotrices de pared delgada en menos de dos minutos por disparo. Para la silicona de gran volumen, la misma lógica está impulsando el cambio a la inyección LSR que se trata en el panorama a continuación.

Compresión vs Transferencia vs Inyección: Comparación lado a lado

Para facilitar la referencia, a continuación se reúnen las cifras sobre el objetivo de tolerancia, el costo unitario y el ciclo parcial. También están representadas las cuatro variables clave que influyen en su elección (volumen, herramientas, tamaño de pieza y tolerancia).

La regla de las 25.000 piezas: por qué lo más rápido no es más barato

Quizás el mayor error que comete la gente al seleccionar un proceso de moldeo es comparar manzanas y naranjas, es decir, tiempos de ciclo, y no tener en cuenta el costo amortizado de las herramientas. El ciclo unitario del moldeo por inyección es más rápido que el de compresión, pero eso es sólo la mitad de la historia. El costo de un molde de inyección puede ser cinco veces mayor que el de una herramienta de compresión, pero en volúmenes bajos, esa diferencia supera con creces la ventaja de velocidad del tiempo del ciclo del moldeo por inyección. Divida el costo de la herramienta por el volumen anual esperado, y los dos métodos se cruzan en alrededor de 25.000 partes al año (la “Regla de las 25.000 piezas”), momento en el que el moldeo por inyección se vuelve más barato, como se muestra en el cuadro anterior.

“El mayor error que comete la gente al seleccionar un proceso es simplemente comparar los tiempos de ciclo, la comparación de tiempos de ciclo. Debes compararlos a un volumen común, incluida la amortización de la herramienta. Debido a que los moldes de compresión son mucho menos costosos, cuando se calcula el costo de la herramienta por pieza en volúmenes inferiores a 25.000 piezas por año, la compresión es el proceso más económico”

Cómo elegir: un marco de decisión rápida

Utilice estas tres variables (volumen anual, geometría y objetivo de tolerancia) para orientarse hacia el proceso de selección correcto:

Una pista útil: al comparar tipos de moldes, una idea errónea que vale la pena mencionar de inmediato es que el moldeo por inyección es automáticamente superior. De hecho, a menudo es superior cuando se ejecuta un gran volumen, tolerancias estrictas y un costo de drenaje a volúmenes más bajos. Es un error costoso suponer que “más avanzado” es “mejor” cuando se ejecuta un programa de, digamos, 3000 piezas, y fácilmente podría terminar pagando a un moldeador por herramientas del que nunca recuperará el costo durante la vida útil del proyecto.

Tomemos, por ejemplo, este ejemplo de la vida real: uno de nuestros clientes de fabricación de bombas necesitaba 4.000 diafragmas EPDM por año, que asumimos que se moldeaban mejor mediante inyección, ya que era un componente con un labio de sellado hermético. Su estimación inicial de la herramienta de inyección llegó cerca de $35.000. Un paso posterior a las herramientas de compresión, que costaron alrededor de $9.000, trajo consigo un tiempo de ciclo que añadió sólo varios centavos por pieza para esas 4.000 piezas, una diferencia de costo que compensó fácilmente más que la inversión en herramientas después del primer año. Mantener el detalle del labio de sellado en la producción de 4.000 piezas se logró con una cavidad de compresión cortada con precisión con un ligero ajuste secundario. En este caso, no fue un diseño, sino un proceso, lo que realmente impulsó la toma de decisiones.

Hacer coincidir el elastómero con el proceso

Así como hay dos tipos de moldeo, también hay dos tipos principales de caucho utilizados en los moldes: familia de procesos (se utilizan seis clases principales de caucho) y familia de materiales.

Ambos factores influyen considerablemente en los costos, pero podría decirse que un material elastómero incorrecto es una responsabilidad mucho mayor; una junta de nitrilo que no es adecuada para la resistencia a la intemperie puede producir ozono en unos meses, mientras que un sello de línea de combustible (hecho con silicona) se expandiría demasiado para caber dentro de su molde. Aproximadamente el 95 por ciento de la demanda de caucho moldeado industrial se divide en una de las seis opciones de la familia de materiales de caucho, que se traducen directamente en una correspondiente ASTM D2000 llamada. Este “ASTM D2000” es un identificador de material estándar que comparten tanto el comprador como el moldeador, por lo que no puede haber ambigüedad al obtener un precio.

La elección del compuesto refleja inevitablemente la selección del proceso de producción. Los compuestos voluminosos, de mayor volumen y más viscosos, como la preforma de silicona, el durómetro Viton y varios durómetros altos Viton, podrían tener mejores características de flujo de fusión si se considera el moldeo por inyección, pero a menudo pueden moldearse mejor en un molde de compresión. Las piezas LSR de paredes delgadas de alto volumen están diseñadas para ser moldeadas por inyección. Si no está seguro de cuál de las seis familias de caucho garantiza su aplicación, puede reducirlo en menos de un minuto con nuestro selector de elastómero para piezas de caucho moldeado; Si está buscando más información sobre sellos y otros productos de caucho, consulte nuestro guía de selección de juntas y juntas de goma para aplicaciones de sellado.

Costo de herramientas, MOQ y tiempo de entrega: qué presupuestar

Puede parecer que es demasiado pronto, pero antes de enviar un presupuesto, es beneficioso tener una idea general de lo que debes esperar de una cotización sobre las dimensiones que enviarás. A continuación se muestra un esquema general de los rangos de precios típicos dentro de los programas de caucho personalizados que a menudo están sujetos a cambios según el recuento de cavidades, la geometría de la pieza, el lugar de origen del acero y el nivel de certificaciones requeridas.

El precio unitario de la pieza terminada está impulsado por seis variables: cantidad de material de relleno, tipo de proceso, volumen de ejecución, material (el producto EPDM a la especialidad FKM cuesta un rango de 1,2:1 a 4:1), certificación(es) requerida(s) (REACH, IATF, FDA 10-30 por ciento) y el proceso de unión de cualquier caucho insertado a componentes metálicos. Para una estimación precisa, la mejor recomendación absoluta que tenemos para usted al solicitar una cotización es enviar el dibujo de la pieza con la designación ASTM D2000 requerida, en lugar de una simple declaración como “Requerimos caucho resistente al aceite”. Un paquete de dibujo completo permite que un moldeador proporcione una estimación de su pieza exacta, a diferencia de una estimación genérica en una categoría genérica, de manera muy similar a la razón por la que es necesario solicitar dimensiones y materiales específicos al realizar el pedido juntas tóricas de goma del tamaño y material adecuados.

Tolerancias y Estándares de Calidad (ISO 3302-1, ASTM D2000)

La tolerancia al caucho es la trampa donde más fallan los dibujos, porque el caucho no es metal. A continuación se detallan los límites dimensionales ISO 3302-1:2014, que define cuatro clases de ‘tolerancia’ de caucho sólido moldeado 'de M1 (la más fina/más precisa) a M4 (la más gruesa) 'en la forma del mundo. Aquí está el problema: la tolerancia no es un número único. Es función de clase y de dimensión nominal.

Dónde va el caucho moldeado: aplicaciones de la industria

Esas mismas tres opciones de proceso alimentan industrias radicalmente diferentes, cada una con su propio compuesto y léxico de certificación. Saber dónde encaja su pieza ayuda a verificar tanto el proceso como el elastómero.

• Juntas de motor ñones para automóviles, ojales para líneas de combustible, casquillos de transmisión, sellos contra la intemperie. nitrilo o FKM para fluidos, EPDM para medio ambiente; construido en IATF 16949 con presentación PPAP.
• En accesorios sanitarios y de plomería, el EPDM se totemiza para la interacción de superficies de agua potable y cloramina (diafragmas de grifo, sellos de trampa P y juntas de baño), con silicona FDA cuando sea obligatorio.
• Accesorios eléctricos 'contrafuertes antidefensa, sellos de alambre, pasamuros de paneles que utilizan neopreno y silicona, frecuentemente con metal adherido ASTM D429.
• Accesorios de silicona curados con platino para alimentos y bebidas, compatibles con FDA 21 CFR 177.2600, comúnmente se procesan en celdas aisladas en salas limpias.
• Las piezas industriales, como amortiguadores de vibraciones, parachoques de muelles y equipos y zócalos de transportadores, atraviesan la costa A 40-80, generalmente menos de 10.000 piezas al año -la costa A de presurización.

Son las piezas de caucho moldeado que la mayoría de los compradores realmente compran: juntas, sellos, juntas tóricas, ojales, casquillos, soportes, parachoques y diafragmas. La forma de la pieza terminada revela el volumen; el volumen revela el proceso. El relacionado guía de ingeniería de extrusión de caucho explica la alternativa de perfil continuo al moldeo para juntas y otras formas extruidas.

Perspectivas de la industria: ¿Qué está cambiando en el moldeo de caucho

El moldeo de caucho parece una industria madura, y en el lado de la compresión y la transferencia lo es principalmente. El crecimiento real se sitúa en un solo lugar: el caucho de silicona líquida. Global LSR se valoró cerca de $2.81 mil millones en 2023 y se proyecta que alcance alrededor de $4.97 mil millones para 2030, una tasa de crecimiento anual compuesta de aproximadamente 8,5%, según Investigación de Gran Vista. Ese dinero fluye hacia las células de inyección automatizadas LSR destinadas a dispositivos médicos, sellado de automóviles y electrónica.

Entonces, ¿qué significa todo esto para un OEM que busca programar programas para 2026 y 2027? Uno (en un programa de silicona de gran volumen, cuantos más moldeadores pueda pedir para producirlo utilizando inyección totalmente automatizada basada en LSR moldeada con mejor control y repetibilidad que la silicona moldeada que todos pensábamos tanto, hace unos 10 años). Y dos (también está viendo esta tendencia en la “consolidación”), los OEM que cada vez quieren agrupar caucho, plástico, hardware y ensamblaje en un solo moldeador IATF 16949, que los costos generales y los costos asociados con los defectos de Ppm son demasiado altos cuando el trabajo se subcontrata a tantos moldes pequeños. -Esto, en sí mismo, requiere que usted considere que si está especificando una pieza en herramientas, es factible que se puedan agrupar varias piezas con un moldeador antes de comenzar a construir hierro, ya que sería mucho más rentable hacerlo que cuando se estaban construyendo las herramientas.

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