Tolérances de moulage du caoutchouc expliquées : normes, classes et comment les spécifier

Une tolérance de moulage en caoutchouc décrit la variation admissible de dimension qu'une pièce en caoutchouc moulé peut présenter de sa dimension nominale ; ils ne se comportent en rien comme les tolérances en métal usiné avec lesquelles la plupart des ingénieurs concepteurs ont grandi. Au Meitu-Engelhardt, nous voyons en moyenne un dessin par semaine spécifiant un joint en caoutchouc à 0,05 mm parce que le concepteur a laissé tomber un gabarit en pièces métalliques. Cette tolérance est irréalisable dans le moulage par compression, coûteuse en injection et presque toujours inutile pour la véritable fonction de la pièce. Ce document passe en revue les deux normes qui régissent réellement les chiffres (RMA/ARPM et ISO 3302-1), les facteurs de décision Fixed-Classes-classur de rupture de moule déterminent la classe de rupture de rupture de rupture de la structure de rupture de moule.

Spécifications rapides : tolérances de moulage du caoutchouc

• Deux normes : ARPM/RMA A1-A4 (États-Unis) et ISO 3302-1 :2014 M1-M4 (international)
• Plage réalisable typique : 0,10 mm (A1, petites pièces) à 1,25 mm (A4, pièces de plus de 40 mm)
• Règle générale du pouce : les tolérances sur le caoutchouc sont environ 4 plus larges que les tolérances sur les métaux usinés pour la même valeur nominale
• Deux catégories de dimension : Fixe (contrôlé par cavité de moule) et Fermeture (contrôlé par ligne de séparation, toujours plus lâche)
• La plupart des spécifications de l'industrie : A3 (Commercial) améliorent uniquement les dimensions qui comptent

Que sont les tolérances de moulage du caoutchouc (et pourquoi elles diffèrent du métal) ?

Une tolérance de moulage du caoutchouc est la bande plus-moins autorisée sur une dimension nominale d'une pièce en caoutchouc moulé La bande permet la réalité du traitement d'un élastomère : le caoutchouc rétrécit lorsqu'il est refroidi, absorbe l'humidité, se comprime lorsqu'il est boulonné et continue de changer de dimension pendant des heures après le moulage. Ces effets ne se produisent pas avec un acier usiné de la même manière, c'est pourquoi un appel de 0,025 mm couramment réalisable pour un support en aluminium après le fraisage devient impossible pour un joint en caoutchouc ondulé de 0,025”.

En quoi les tolérances du caoutchouc diffèrent-elles des tolérances des métaux ?

Trois différences comptent D'abord, le caoutchouc chauffe puis rétrécit de 1,5-3,5% pour le refroidissement selon le polymère ; la compensation du retrait est factorisée dans la cavité, pas dans la pièce. Deuxièmement, le caoutchouc est compressible, donc toute mesure sous un pied de jauge est intrinsèquement une négociation entre la pression de jauge et le duromètre du composé Troisièmement, le caoutchouc absorbe l'humidité atmosphérique au fil du temps, donc une pièce testée in-spec dans l'atelier peut sembler légèrement surdimensionnée lorsqu'elle est mesurée dans un bureau d'inspection climatisé un mois plus tard. Nous voyons une 4 Règle : pour la même précision nominale, une tolérance au caoutchouc moulé réalisable est d'environ quatre fois supérieure à la tolérance AR-2.

Classes de tolérance RMA/ARPM expliquées : A1, A2, A3, A4

La référence nord-américaine est la Manuel du caoutchouc publié par le Association des fabricants de produits en caoutchouc (ARPM), [traduction], anciennement la Rubber Manufacturers Association (RMA).Le manuel attribue quatre classes de dessin pour la tolérance dimensionnelle du caoutchouc moulé : A1 de haute précision, A2 de précision, A3 Commercial et A4 Basic Chaque classe correspond à un tableau des variations admissibles qui s'agrandit avec la taille de la pièce.

Quelle est la classe de tolérance au caoutchouc RMA la plus serrée ?

A1 le plus serré Il est limité aux joints aérospatiaux, aux élastomères de dispositifs médicaux et aux géométries d'étanchéité dynamiques où une variation très étroite est nécessaire. Il faut des moules de précision coûteux, un nombre inférieur de cavités par outil (pour maintenir la variation de cavité à cavité dans la fenêtre), un contrôle serré du cycle de durcissement et une inspection de qualité CMM pour maintenir A1. Sur la base des pièces en caoutchouc moulées personnalisées que nous avons fabriquées en Meitu-Engelhardt, le choix de A1 pour l'ensemble de la pièce augmenterait le coût des composants par pièce entre 40% et 60% par rapport à l'utilisation des pièces par défaut A3 avec 2 ou 3 choix de droite est toujours presque A1.

Le tableau RMA consolidé ci-dessous montre les dimensions fixes (F) et de fermeture (C) en millimètres à cinq bandes de taille représentatives. “Les” fixes signifient une dimension entièrement comprise entre une moitié de moule ; “Closure” est une dimension traversant la ligne de séparation (voir paragraphe suivant).

Valeurs compilées à partir de l'ARPM Manuel du caoutchouc 8 e édition (tableaux de désignation RMA MO-1).Sur 160 mm, la tolérance varie à peu près linéairement avec la taille.

Classes de tolérance ISO 3302-1 : M1, M2, M3, M4 La norme européenne

En dehors de l’Amérique du Nord, la norme en vigueur l’est ISO 3302-1 :2014 Tolérances en caoutchouc pour les produits, Partie 1 : Tolérances dimensionnelles, [traduction], publié par l'Organisation internationale de normalisation Il définit quatre classes allant de M1 (fine) à M4 (grossière), à nouveau divisées par des dimensions fixes et de fermeture et regroupées par taille M1 (comme ARPM A1) est généralement presque identique à la norme ; M2 est près de l'ARPM A2 ; et cetera Mais les chiffres sont tous légèrement différents, et commencent à s'écarter à un peu plus de 100 mm (à peu près).

Note d'ingénierie : les tolérances RMA A2 et ISO M2 sont pratiquement équivalentes pour les dimensions fixes inférieures à 40 mm. Mais une fois supérieures à 100 mm, elles peuvent varier de 0 à 201TP20 T, l'ISO agissant généralement plus étroitement à l'extrémité grossière et un peu plus lâche à l'extrémité fine. N'incluez jamais la norme générale sur un dessin lors du double approvisionnement en grandes pièces sans l'appeler spécifiquement par partie.

Les acheteurs européens d'automobiles, de produits médicaux et industriels passeront généralement par défaut à la norme ISO 3302-1. Les spécifications nord-américaines de l'aérospatiale, de l'hydraulique et de l'huile et du gaz seront généralement par défaut ARPM/RMA. Les équipementiers mondiaux ayant des exigences de double approvisionnement spécifieront souvent les deux sur le même dessin (“Tolérances selon ISO 3302-1 M2 /RMA A2”), permettant à l'un ou l'autre fournisseur d'aller de l'avant avec un devis sans demande de variance.

Dimensions fixes ou de fermeture : la division qui décide du coût de votre moule

Les deux spécifications divisent chaque dimension d'une pièce en caoutchouc en deux familles. Apprendre cette division est la meilleure chose qu'un ingénieur d'études puisse faire en matière de tolérance au caoutchouc, car elle reste cachée sur la plupart des dessins et détermine silencieusement le coût de votre moule.

L'erreur de dessin entrant la plus courante fait que chacun des pires problèmes que nous concevons semble très petit. Une dimension de fermeture (généralement une épaisseur de pièce perpendiculaire à la ligne de séparation) est spécifiée aussi serrée qu'une dimension fixe. Parce que la fermeture est physiquement régie par la dureté des pinces de presse et l'épaisseur de la couche flash, le serrage du numéro de fermeture force un passage à un système de serrage beaucoup plus rigide, un passage de la compression au moulage par transfert ou par injection, ou un taux de rejet plus élevé. N'importe laquelle de ces voies double ou triple le prix unitaire cité. Réassigner cette dimension serrée de la fermeture à la fixation simplement en faisant tourner la partie dans la cavité afin que la caractéristique vive dans un seul moule, la moitié préserve l'intention préserve un outil de coût de conception original et préserve un troisième outil.

Six facteurs qui font exploser les tolérances au caoutchouc sur le sol de l'atelier

Ces graphiques montrent ce qui peut être tiré du processus La partie réellement expédiée dépend de six facteurs d'atelier que nous voyons chaque jour chaque mouleur de caoutchouc Les paramètres ci-dessous sont dérivés de la littérature et de l'industrie du caoutchouc ; la variation d'une usine à l'autre sera significative.

1. Retrait du polymère (1,5-3,51TP20 T).Le caoutchouc naturel et le 1TP9 T dominent à l'extrémité basse ; le silicone moussable et le fluoroélastomère sont à l'extrémité haute. Les cavités du moule sont usinées de manière excessive pour tenir compte, mais un noyau change à mi-parcours est courant lorsqu'un client reformule un nouveau bloc réglementaire ; peut déplacer une bande de taille complète de spec jusqu'à ce que l'outil soit recoupé.
2. Variation du duromètre (5 Shore A typique).Un lot plus dur mesure plus petit à l'aide du pied de jauge et peut se lire comme sous-dimensionné sur les dimensions à l'aide de l'outillage de contact Les spécifications d'inspection doivent spécifier le type de jauge et la charge.
3. La température de durcissement et le temps de cycle Même un gradient de 2 C peut modifier la densité de réticulation par des temps de verrouillage inversés de 3 à 4 pouces.. Les plantes sans contrôle actif de la température sur les plateaux dérivent toutes de manière appréciable entre les quarts de travail du matin et de l'après-midi.
4. Humidité ambiante et température Le caoutchouc absorbe facilement l'humidité sur des jours à des semaines Une partie qui expédie à 25 mm OD mesurera 25,1 mm deux semaines plus tard dans un entrepôt humide Des salles d'inspection climatisées modernes existent spécifiquement pour cette raison.
5. usure du moule Chaque tir déplace quelques microgrammes d'acier de la ligne de séparation ; après 100 000 tirs, un outil qui était juste serré sur une dimension de fermeture A2 peut désormais être lâche sur un A3. La planification de la durée de vie des outils doit être intégrée dans le calendrier du programme.
6. Caractéristiques des pièces Les parois minces, les caractéristiques profondes, les portées non supportées et les rapports d'aspect élevés resserrent tous ce que le processus peut pratiquement fournir par environ une demi-classe Une simple section transversale de joint torique peut contenir A1 dans du silicone ; une botte à paroi mince du même composé ne peut généralement pas.

Un cas illustratif : Un joint (nominal) de 25,0 mm OD 1TP9 T, exécuté sur un outil de compression à 16 cavités, dérivé de 0,3 mm du poste 1 au poste 3 un vendredi d'été La dérive était en fait due à un balancement de 4 °C de la température ambiante de l'usine, pas les plateaux de durcissement, la feuille non durcie était simplement plus chaude en entrant dans le grand moule l'après-midi. Parties qui fonctionnaient à mi-distance de la bande A3 le matin dépassaient la limite supérieure à midi. Un boîtier AC portable et un trempage de température de feuille de deux heures ramenaient la fenêtre.

“Le numéro sur le dessin est toujours la fin d'une histoire qui a commencé avec la recette composée, l'état de moisissure, et la météo N'importe quel mouleur de caoutchouc consciencieux peut tenir A2 sur à peu près n'importe quoi sur une bonne journée le vrai défi est si la plante peut le tenir sur une mauvaise journée, sur une course de production complète, sur la dimension qui compte réellement.”

Moulage par compression ou injection ou transfert : quel processus est plus serré ?

Choisissez le type de processus en conjonction avec la classe de tolérance avec une prévisibilité durable Le moulage par compression est le processus le plus ancien et le moins cher ; il laisse le flash, dépend fortement du poids de charge de l'opérateur, et maintient généralement A3 comme une valeur par défaut avec A2 possible sur des dimensions fixes simples Le moulage par transfert ajoute une chambre de préforme et un piston, qui resserre considérablement les dimensions de fermeture Le moulage par injection durcit sous une pince complète avec des tirs dosés, offre la meilleure répétabilité et est le seul processus qui maintient régulièrement A1 tout au long d'une série de production.

Un choix de processus correct est rarement la tolérance la plus étanche gagne le“ donc Une bague d'étanchéité à volume élevé, nécessitant A1 sur son diamètre intérieur et A3 ailleurs, est un candidat naturel pour la compression plus une broche d'identification usinée avec précision moins chère qu'un outil d'injection de cavitation similaire La différence de coût n'a d'importance que lorsque A1 ou A2 est réellement la clé sur la majeure partie de la pièce.

Comment spécifier les tolérances en caoutchouc sur un dessin (sans trop payer)

On peut coûter cher en écrivant la tolérance générale de 0,05 mm“ dans le bloc de titre du dessin, puis en appelant quelques caractéristiques Tout fabricant voyant cette note supposera que la partie entière doit contenir 0,05 mm, et prix en conséquence pour A1 partout. Là encore, le modèle correct est tout à fait le contraire : spécifiez une classe par défaut lâche globalement, serrez uniquement les dimensions qui en ont besoin.

La règle par défaut A3 : sauf s'il y a une raison énoncée dans la demande, spécifier les tolérances par ARPM A3 /ISO 33-1 M3 prédéfinir cela dans le bloc de titre, sauf indication contraire Ensuite, appeler séparément avec leur propre appel plus serré (A2 ou A1) les deux ou trois dimensions qui comptent vraiment les surfaces critiques d'étanchéité, les diamètres d'accouplement, les hauteurs de référence des clés Dans notre carnet de commandes de production ce motif coupe le coût unitaire cité de 20-351TP20 T par rapport aux dessins A2 de couverture, sans effet sur le rendement fonctionnel.

Cadre de décision de tolérance : faites correspondre la classe à l'application

Personne réponse universelle droite il y a une bonne réponse pour une application donnée Notre cadre ci-dessous mappe les catégories courantes de parties en caoutchouc à la classe de tolérance que la pratique de l'industrie traite comme appropriée Il est conçu comme un point de départ pour une discussion de citation, pas une règle.

Quelle classe de tolérance au caoutchouc est standard pour les joints industriels ?

Pour la plupart des joints industriels statiques et des pare-chocs non étanches, A3 (ARPM) ou M3 (ISO) est le choix accepté et correct Le déplacement plus serré n'a de sens que lorsque la pièce est un joint dynamique, un composant médical de précision, ou fonctionnant dans une pile de tolérance d'accouplement qui en a vraiment besoin.

Foire aux questions

Comment sont calculées les tolérances de moulage du caoutchouc ?

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Ils ne sont pas calculés à partir des premiers principes pour chaque pièce. Ils sont recherchés à partir du tableau ARPM ou ISO 3302-1 correspondant à la classe sélectionnée et à la bande de taille nominale. Ce tableau prend déjà en compte le retrait typique, l'usure du moule et la capacité du processus. Un seul calcul effectué par un concepteur consiste à choisir la ligne de taille correcte et la colonne correcte (fixe ou fermée).

Quelle est la tolérance standard la plus serrée en caoutchouc ?

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ARPM A1 (0,10 mm sur dimensions fixes 0-10 mm) et l'équivalent ISO 3302-1 M1. Aucune des deux normes n'est plus stricte.

Pourquoi les tolérances du caoutchouc sont-elles plus larges que les tolérances des métaux

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Trois raisons s'empilent : le caoutchouc rétrécit de 1,5 à 3,5% lorsqu'il refroidit hors du moule (le métal rétrécit d'un ordre de grandeur inférieur) ; le caoutchouc est compressible, les mesures varient donc en fonction de la pression de jauge ; le caoutchouc continue de changer de dimension pendant des semaines à mesure qu'il absorbe l'humidité atmosphérique. Le rapport de bande de taille typique observé est d'environ quatre pour un. Une partie en caoutchouc contient environ 4 bandes plus moins d'une partie métallique à la même dimension nominale.

Le retrait est-il compensé dans le moule ?

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Oui : la cavité du moule en caoutchouc est coupée plus grande que la partie nominale par le facteur de retrait connu du polymère. Cette compensation est spécifique au composé ; La commutation du milieu du programme polymère nécessite généralement une recoupe d'outil.

Puis-je spécifier plus serré que RMA A1 ou ISO M1 ?

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Techniquement oui, comme tolérance de contrat personnalisé, mais la courbe de coût devient verticale Les pièces plus serrées que A1 nécessitent généralement un outillage d'injection à cavité unique, une inspection CMM 1001TP20 T, des opérations de broyage post-moule et un taux de rejet de 301TP20 T ou plus sur le moulage lui-même À moins que l'application ne soit un programme médical ou aérospatial validé avec une conséquence de défaillance documentée, la réponse est presque toujours de redessiner la caractéristique d'accouplement en métal à la place.

Une note sur les chiffres utilisés dans ce guide : les valeurs de tolérance RMA répertoriées sont des chiffres combinés du manuel sur le caoutchouc ARPM ; ce sont les valeurs dont citent la plupart des mouleurs de caoutchouc nord-américains ; et ils sont en accord avec de nombreuses données publiées. Les tolérances réelles atteignables sont fonction de l'outillage et de la disposition des cavités, du composé, du cycle de durcissement et de l'environnement de l'usine. Ce guide répertorie ce qui peut être régulièrement maintenu tout au long d'une série de production complète, et non le minimum absolu pour une pièce particulière. Demandez un rapport d'inspection du premier article pour votre géométrie particulière avant de qualifier un nouvel outil.