Stampaggio a trasferimento di gomma: la guida decisionale dell'ingegnere per parti complesse

Lo stampaggio a trasferimento di gomma è un processo a stampo chiuso in cui una quantità misurata di gomma non indurita viene forzata da un vaso di trasferimento attraverso corridori in una cavità riscaldata, producendo parti prive di flash con inserti metallici in circa 3-10 minuti per ciclo. Questa guida copre il processo fisico, un confronto in sei dimensioni contro lo stampaggio a compressione e iniezione, dati sui costi specifici, compatibilità con gli elastomeri in cinque famiglie e un albero decisionale basato sul volume che mostra quando lo stampaggio a trasferimento vince e quando non lo fa.

Che cos'è lo stampaggio a trasferimento di gomma?

Cariche di gomma dello stampo di trasferimento (Grumber transfer moulding)Le cariche di gomma Uncured originanti sono pre-pesate nel caricatore di gomma Uncured (trans feeder), quindi lasciate cadere nel vaso di trasferimento (camera di carico) Da qui la carica di gomma uncured altamente pressurizzata (tramite stantuffo idraulico) viene iniettata attraverso il sistema runner nelle cavità dello stampo riscaldate, dove avviene la vulcanizzazione. (Rispetto allo stampaggio a compressione, dove le cariche di gomma non polimerizzata vengono caricate direttamente nella cavità).

Il processo esiste proprio tra la compressione e l'iniezione in quasi tutto: costo degli utensili, tempo di ciclo, tolleranza ed economia volumetrica. È quella posizione intermedia in cui gli ingegneri si rivolgono automaticamente ad essa dove la compressione da sola non può e la fattura degli utensili $25,000-$50,000 dell'iniezione non sarebbe economicamente sostenibile ai volumi annuali.

A cosa serve lo stampaggio a trasferimento?

Lo stampaggio a trasferimento viene impiegato principalmente per fabbricare parti in gomma con un inserto metallico integrale, ovvero. componenti legati gomma-metallo, guarnizioni a geometria complessa che richiedono un flash vicino allo zero e quando gli utensili a iniezione sarebbero troppo grandi per le quantità di medio volume prodotte Lo stampaggio a trasferimento domina quattro settori: gas naturale (guarnizioni frontali per valvole del gas), elettrico (stampato attorno a contatti di fili a candela), idraulico (guarnizioni a labbro e guarnizioni a U con spigoli vivi) e aerospaziale (boccole resistenti alle vibrazioni con nuclei di metallo incollato).

Come funziona lo stampaggio a trasferimento di gomma (processo in 6 fasi)

 

Lo stampaggio a trasferimento di gomma è un processo che fonde i vantaggi del carico di compressione e il flusso di stampaggio a iniezione guidato dalla pressione Questo è ciò che avviene dalla preforma alla parte finale:

1. Preparazione preforma La gomma indurita sotto forma di lumaca (“pre-form”) viene pesata e sagomata per adattarsi a tutte le cavità dello stampo più il sistema di sprue (tipicamente 5-15% volume extra).
2. Inserire preforma nel vaso di trasferimento Pre-forma viene caricato nel vaso di trasferimento, una cavità riempita con un cilindro come mostrato di seguito, che si trova sopra la piastra della cavità Con lo stampo chiuso sotto la piastra di pressatura, inizia il ciclo.
3. Compressione dello stantuffo Uno stantuffo idraulico cade nel vaso di trasferimento, spingendo verso il basso contro la gomma riscaldata, esercitando una forza compresa tra 10 e 20 MPa e pompando la gomma riscaldata attraverso il gruppo sprue nelle cavità.
4. Riempimento cavità. La gomma fusa scorre attraverso i canali in 4 cavità 30. una singola preforma può riempire centinaia di piccole cavità quando la disposizione del corridore è bilanciata.
5. Vulcanizzazione sotto calore e pressione. Mantenendo lo stampo a 150 °C mentre lo stampo a 8 °C per sezioni spesse (più lungo) si reticola con l'elastomero termoindurente nella sua forma elastica finale.
6. Eiezione e defashing Una volta che lo stantuffo si ritrae, lo stampo si apre e le parti finite si espellono Qualsiasi tampone di sprue e flash viene rasato all'indietro (spesso l'unica post-lavorazione necessaria).

Quanto tempo richiede il processo di stampaggio a trasferimento?

Un ciclo di trasferimento completo (load-close-transfer) (load-close-transfer) - eietta l'indurimento (cure-eject) richiede 3-10 minuti per la maggior parte delle parti tecniche in gomma, le pareti più spesse (>10 mm di spessore della parete) si estendono fino a 15 minuti e le guarnizioni più sottili si riducono a 90-120 secondi. Più veloce dello stampaggio a compressione (5-15 min) perché il calore viene trasferito dalla gomma estrusa quando viene spinto attraverso il sistema di sprue, più lentamente di stampaggio ad iniezione gomma (0,5-3 min) perché la preforma deve essere misurata e ricaricata manualmente. Per il contesto, lo stampaggio a trasferimento di resina ad alta pressione (HP-RTM) utilizzato in parti come i pannelli delle porte automobilistiche richiede 1-5 minuti per ciclo rispetto ai 30-60 minuti del processo liquido vecchia scuola.

Stampaggio a trasferimento vs stampaggio a compressione vs stampaggio a iniezione: la matrice decisionale

Qualsiasi parte in gomma stampaggio a trasferimento fattibile può anche essere stampato a compressione o ad iniezione con stampaggio a compressione ipotetico, la domanda è quale costa meno per parte buona al volume designato Di seguito è riportata una tabella che converte i tipici compromessi prestazionali in cifre economiche reali.

Questi numeri sono importanti perché i processi non si sovrappongono solo; a determinate dimensioni di lotto un processo in realtà “wins” come il più conveniente Sotto 5.000 parti/anno, i costi di attrezzaggio ammortizzati di $2K-$8K per la compressione (anche tenendo conto del tempo di post-lavorazione) superano il trasferimento a causa del suo lungo tempo di ciclo A 100.000 parti e oltre, il tempo di ciclo di iniezione molto più breve ($25K+ premio di attrezzaggio) rende il costo per parte così basso che il prezzo di attrezzaggio extra è insignificante in settimane Il baratro nel medio 5K-50K, dove abbiamo molti tempi di post-lavorazione della gomma ma troppo poche parti/mese per l'iniezione, sembra sottopopolato e quindi promettente per i vantaggi particolari dei trasferimenti.

La regola 5-30-50 per il punto dolce dello stampaggio a trasferimento

Dalla comunicazione di approvvigionamento di ciascun produttore, esiste infatti una semplice regola pratica per quando il trasferimento diventa il processo ottimale. Senza eccezione, selezionare lo stampaggio a trasferimento se tutte e tre queste condizioni sono soddisfatte:

• Supponendo 12 mesi lavorativi all'anno, oltre 5.000 parti/anno forniscono attrezzature ammortizzate spese di almeno $6.5K, ma non un aumento elevato che dovresti fissare con i soldi e i rottami finché non puoi permetterti l'iniezione
• Trenta o meno cavità rappresentano il numero massimo tale che la pressione del corridore si distribuirà uniformemente e il processo non si devolverà in banchi di corridori sbilanciati
• 50 cm di volume di scatto o meno 50 cm di volume massimo di permanenza termica in modo tale che una singola preforma possa riempire tutte le cavità normalmente senza richiedere un tempo (che porterebbe la compressione nell'intervallo di migliaia di dollari per utensile).

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 stampaggio ad iniezione gomma. Quando tutti e tre i parametri sono superati, la muffa di compressione diventa spesso costo migliore Mentre non infallibile, questa regola sembra comprendere circa 80% di scenari reali RFQ nella pratica.

Quale è meglio: stampaggio a trasferimento o stampaggio a iniezione?

Lo stampaggio a trasferimento vince se il volume della parte è inferiore a ~50.000/anno E la parte ha inserti metallici/ha bisogno di spigoli vivi (guarnizioni labiali, U-cups) Lo stampaggio a iniezione vince con cicli di produzione superiori a ~100.000/anno con geometria semplice e senza inserti metallici; Il volume di“ della terra centrale dovrebbe essere collegato a un'equazione del costo totale di proprietà: il ciclo di 1 minuto di iniezione@4 volte il throughput divora il premio dell'utensile $25K entro poche migliaia di parti, quindi dovresti sempre aspettarti che un ingegnere addetto all'approvvigionamento esegua un'equazione costo per colpo mele-mele invece di destimazione su ”alta vs bassa volume“ Il team di analisi H&H Molds afferma che il costo per colpo di ”costo per colpo ammortizzato sul volume rimanente è ciò che guida questa decisione, non (il costo del tool di apertura iniziale).

Vantaggi e limitazioni dello stampaggio a trasferimento di gomma

Una ripartizione onesta di vantaggi e svantaggi può essere più istruttiva di un elenco di funzionalità perché i punti deboli dello stampaggio a trasferimento sono prevedibili e le vincite sono specifiche per geometria e volume piuttosto che universalmente applicabili.

Quando scegliere lo stampaggio a trasferimento: un quadro decisionale

La selezione dell'attrezzatura non è una variabile per le parti in gomma. Ecco il diagramma di flusso della selezione del processo per ordine di priorità:

Due domande: “Ci sono inserti metallici?” e “Qual è il volume annuale?” di solito decifra la risposta al pre-screening RFQ in meno di 30 secondi. I servizi di stampaggio a trasferimento di gomma di Engelhardt può fornire una revisione DFM e un preventivo per gli strumenti in due giorni lavorativi, con una produzione a doppia base (Cina e Tailandia) per ridurre al minimo le tariffe per gli acquirenti statunitensi e dell'UE.

Materiali e applicazioni: compatibilità con elastomeri per stampaggio a trasferimento

Lo stampaggio a trasferimento funziona con quasi tutti gli elastomeri termoindurenti e la maggior parte delle plastiche termoindurenti (epossidiche, fenoliche). La scelta del materiale giusto influisce su tutti gli altri aspetti del processo: temperatura dello stampo, tempo di polimerizzazione, tolleranza parziale e determinazione del tipo di lega è generalmente la prima discussione che l'ingegnere progettista ha con lo stampo. ASTMD1418 la nomenclatura definisce le diverse classi di elastomeri, e ASTM D2000 specifiche di grado/tipo/classe per prodotti in gomma di grado automobilistico.

Cinque composti qui illustrati vengono utilizzati prevalentemente in applicazioni di stampaggio a trasferimento industriale.

Una stranezza, raramente notata nelle guide di processo e di risoluzione dei problemi: sia LSR che HCR (gomma ad alta coerenza) sono “silicone” sul loro foglio dati, ma funzionano a diverse temperature dello stampo (177-204 vs 157-200 C) e polimerizzano le sostanze chimiche Le prestazioni di stampaggio in corso degli utensili HCR non possono essere semplicemente trasferite su un ciclo LSR senza regolazioni del profilo termico, un fatto sorprendentemente nuovo per molti clienti di silicone al primo posto. Per parti di gomma complicate con caratteristiche metalliche incorporate, il legame gomma-metallo avviene nel ciclo di stampaggio a trasferimento stesso, innescando l'inserto metallico in una soluzione di promozione dell'adesione prima di caricarlo nella cavitàpassando la fase di legame secondaria che richiede la compressione.

“Ogni volta che una specifica di parte richiede stampaggio a trasferimento con inserti metallici, la prima domanda posta dai nostri responsabili nel reparto acquisti non riguarda il volume o la tolleranza, ma il primer di adesione desiderato dal cliente sulla superficie dell'inserto Che una risposta determinerà il tempo di ciclo, la velocità di rifiuto e SE la parte ce la farà attraverso il test di vibrazione Spesso ci vengono inviati disegni di tolleranza senza il primer specificato, e citiamo dandoci più spazio fino a quando non otteniamo quella risposta.”

 

Le guide del settore raramente assegnano valori in dollari ai costi di trasferimento della gomma perché tutti i fattori assegnano la geometria dello stampo, il numero di cavità, il rivestimento delle cavità, il rivestimento delle cavità, i dettagli degli inserti, la media delle imprese, tuttavia ci sono abbastanza informazioni pubblicate per sviluppare un modello di costo credibile, e il valore è importante perché i team di acquisto che citano lo stampaggio a trasferimento rispetto allo stampaggio a iniezione operano con ipotesi errate secondo cui ‘il trasferimento è sempre meno costoso’

Il tempo di consegna si sposta su tendenze simili: la consegna nominale dello stampo è disponibile a 3-4 settimane (ma la finestra ‘mondo reale’ PO all'approvazione del primo articolo è un po' più lunga 6-10 settimane una volta che si tiene conto della revisione DFM, campionamento e qualificazione dimensionale), anche se dietro le quinte gli acquirenti statunitensi ed europei che lavorano con i fornitori asiatici possono cercare di facilitare una produzione a doppia base (attrezzature cinesi + stampaggio tailandese o viceversa) che ti farebbe risparmiare 15-25% dazio sui componenti importati di alcuni codici di pianificazione tariffaria armonizzata senza aggiungere al lead time un tipo molto specifico di leva di risparmio sui costi che hanno capacità globali di catena di fornitura di un singolo paese possono non farlo. ottieni un preventivo per lo stampaggio a trasferimento laddove entrambi i luoghi di produzione hanno un prezzo anticipato, la maggior parte degli stampatori richiede il disegno delle parti, il volume annuale e il grado del materiale target prima di quotare.

Lo stampaggio a trasferimento di gomma è più preciso dello stampaggio a compressione?

Risposta

Sì, per una classe di tolleranza Lo stampo di trasferimento contiene ±0,10 mm con utensili standard e ±0,05 mm con utensili di precisione; lo stampaggio a compressione si avvicina a ±0,20 mm Per caratteristiche più strette di ±0,0 mm, nessuno dei due processi vince (specificare lo stampaggio a iniezione o pianificare una fase di lavorazione secondaria).

Qual è la differenza tra stampaggio a trasferimento e stampaggio a trasferimento di resina (RTM)?

Risposta

Lo stampaggio a trasferimento di resina (RTM) è un processo composito in cui la resina termoindurente liquida viene iniettata in uno stampo chiuso contenente rinforzo a secco, solitamente semplicemente vetro o fibra di carbonio, viene utilizzato per realizzare parti composite rinforzate con fibre, non prodotti in gomma pura. Gli utensili RTM convenzionali durano circa 30-60 minuti per ciclo; le varianti ad alta pressione utilizzate nei compositi automobilistici possono utilizzare cicli di iniezione di 1-5 minuti Lo stampaggio a trasferimento di gomma non comporta il rinforzo della fibra e coinvolge necessariamente la gomma vulcanizzata, ma è un processo concettualmente correlato: utilizzato per lavorare l'elastomero non indurito precomposto in parti finite di gomma solida o componenti in gomma e metallo incollati. È proprio lo stesso verbo utilizzato in due diversi angoli di produzione.

Quanto sono durevoli i prodotti in gomma stampata a trasferimento?

Risposta

Tutti i risultati di durabilità riportati sono per il composto utilizzato, non la tecnica di lavorazione Una parte EPDM stampata a trasferimento utilizzata per applicazioni di tenuta del sistema ad acqua ha sostenuto 15-25 anni di servizio; lo stesso concetto utilizzato nelle applicazioni NBR all'aperto fratturate in 2 anni dall'attacco dell'ozono Allo stesso modo, il processo stesso ha una stabilità dimensionale e un controllo flash leggermente migliori rispetto allo stampaggio a compressione, portando a una maggiore coerenza nelle superfici di tenuta e una durata di servizio estesa come guarnizione nelle applicazioni per fluidi Se la tua applicazione comporta temperature elevate o sostanze chimiche aggressive, i composti FKM o VMQ sono la scelta consigliata indipendentemente dalla tecnologia di stampaggio Scegli prima i materiali della parte, poi il processo secondo.

Può trasferire lo stampaggio maniglia inserti metallici?

Risposta

Sì, in fatto questo è quasi l'unico vantaggio dello stampaggio a trasferimento rispetto alla compressione Gli inserti metallici vengono caricati nello stampo della cavità prima della chiusura dello stampo, e la gomma si trasferisce attorno all'inserto sotto pressione formando un giunto meccanico minimo. Le applicazioni tipiche includono supporti antiurto, boccole del sistema di azionamento, guarnizioni frontali del connettore elettrico in cui viene formato un terminale elettrico metallico nel corpo in gomma. La superficie dell'inserto è tipicamente pretrattata con un primer chimico come Chemok o Megum per stabilire un legame gomma-to-met in presenza di vibrazioni e cicli termici. Scopri di più capacità di inserimento e sovrastampaggio per parti incollate.

Qual è la quantità minima ordinabile per le parti stampate a trasferimento personalizzato?

Risposta

Le quantità minime di ordine nei campioni di trasferimento sono guidate dall'ammortamento degli utensili, non dall'economia per corsa Una volta pagata la lavorazione degli utensili per i campioni di trasferimento, la maggior parte degli stampatori accetta ordini di 500 pezzi per rilascio e alcuni eseguiranno lotti di prova più piccoli di 100250 pezzi prima approvazione dell'articolo per la qualificazione Tuttavia, MOQ è raramente la domanda giusta da porre per primo. La decisione più importante è se l'investimento nell'attrezzatura è giustificato al volume annuo previsto se la domanda annuale totale per tutta la vita dello strumento rimarrà inferiore a circa 2.000 parti, lo stampaggio a compressione produce quasi sempre un costo totale per parte inferiore rispetto allo stampaggio a trasferimento, anche con tolleranze leggermente peggiori e più manodopera di deflashing. Per volumi annuali superiori a 5.000 parti con inserti metallici o caratteristiche di bordo affilato, la flessibilità MOQ dello stampaggio a trasferimento diventa un vantaggio economico reale rispetto alla maggiore dimensione dell'ordine minimo dello stampo a iniezione determinato dal conteggio delle cavità. Le squadre di approvvigionamento dovrebbero sempre eseguire un modello di ammortamento per parte del costo di ammortamento, per l'amortamento del costo di scarto prima che il processo di raschiamento del MOQ non indichi un numero completo.

Una parola sulle fonti: le cifre sui costi e sugli utensili gamme di dollari in questa guida provengono da riferimenti industriali pubblicati come stampi H&H, manuali in elastomero, ecc. Sono esempi tipici e non riflettono le medie, le quotazioni effettive dipendono dalla complessità delle parti, dal numero di cavità, dal materiale e dal costo del lavoro locale Quando indichiamo gli intervalli, è per considerazioni decisionali, non esitate a richiedere un preventivo di prova in caso di progetto basato sul vostro disegno.

Questo articolo è stato scritto da un gruppo di ingegneri a Engelhardt e incrociato con ASTM D 1418, ASTM D 2000 e ASTM D 5289,