Optimiser la fabrication de composants en caoutchouc sur mesure

Par Mike Santora | 6 janvier 2023

Dans cet article, nous vous donnerons une meilleure compréhension des éléments clés de la conception et de la fabrication de composants en caoutchouc - de la sélection et de la conception des matériaux au prototypage et à la technologie des moules de production.

Optimiser le développement de votre joint en caoutchouc personnalisé peut être difficile. S'appuyer sur des spécialistes de l'industrie et tenir compte des méthodes de fabrication et des volumes de production potentiels vous permettra de naviguer dans le processus d'innovation. Les experts de la fabrication de joints en caoutchouc sur mesure offrent une excellente compréhension de la façon dont les volumes de production, les méthodes, les matériaux et la conception sont liés et ont un impact sur les coûts, ainsi que sur les performances et les délais de mise sur le marché. Ils apportent également diverses compétences.

Un ensemble de compétences puissantes est la capacité de prototyper efficacement des composants en élastomère personnalisés destinés à la production. Le prototypage est avantageux, car il permet de tester sur la partie active avant d'engager un budget et des ressources importants pour tout aspect de la conception des composants, vous donnant la possibilité d'ajuster et d'examiner les résultats de production potentiels. En rapprochant le plus possible la conception, les matériaux et les méthodes du prototype de l'équivalent de production, vous obtiendrez des résultats de performance précis des composants et une production de la plus haute qualité.

Profitez tôt de l'expertise en ingénierie Plus tôt vous impliquez votre fabricant de caoutchouc personnalisé dans votre processus de développement de produits, mieux c'est. S'appuyer sur des spécialistes de la fabrication d'élastomères peut vous aider à prévenir les problèmes de conception et de performance tout en respectant les contraintes budgétaires.

Votre composant en caoutchouc est la dernière pièce du puzzle de la conception du produit, et il doit s'adapter à votre produit - il n'y a pas de place pour l'écart. Ne pas reconnaître l'importance de la conception des composants en caoutchouc peut avoir un impact négatif sur vos coûts et les performances de vos produits.

En bref, plus tôt vous parlerez de votre projet et de vos objectifs avec votre spécialiste de la fabrication de composants en caoutchouc, plus il vous sera facile d'arriver à la meilleure solution de procédé et de matériau.

Mise en route : questions à se poser • Quelle sera la fonction du composant ? • Dans quel environnement fonctionnera-t-il ? • Le composant doit-il être multifonctionnel ? • Combien de temps doit-il fonctionner correctement ? • Quelles caractéristiques le composant doit-il présenter ?

Lorsqu'il s'agit de fabriquer des composants en élastomère sur mesure, il existe trois techniques de moulage courantes :

Moulage par injection Le moulage par injection injecte un matériau élastomère chauffé dans le moule sous haute pression. Le composé s'écoule de la chambre de chauffage vers une série de glissières et de carottes, qui dirigent le caoutchouc dans l'outil en plusieurs points. Certains matériaux sont mieux adaptés au moulage par injection que d'autres. Les élastomères avec de meilleurs débits se déplaceront plus favorablement dans la machine que les matériaux très visqueux. Le moulage par injection est idéal pour la production à grand volume et peut donner de meilleurs résultats pour les composants avec des complexités géométriques généralement plus faibles. Le moulage par injection est généralement un processus automatisé, ce qui rend les coûts d'opérateur nuls.

Moulage par transfert Le moulage par transfert ressemble le plus au moulage par injection. Une feuille de matériau en caoutchouc est placée dans un pot, situé au-dessus de la plaque supérieure, qui comporte des portes à travers lesquelles le composé s'écoule dans le moule en dessous. Au-dessus du pot, un piston abaisse et comprime le matériau et, tout en appliquant également de la chaleur et de la pression, force le composé à s'écouler à travers les portes de la plaque supérieure et à remplir toute la cavité du moule.

Au cours de ce processus, le composé remplit les contours du pot et forme un tampon d'élastomère qui ne remplit pas le moule. Ce tampon est éliminé en tant que déchet, ce qui rend le moulage par transfert idéal pour les matériaux à moindre coût.

Moulage par compression Le moulage par compression convient à la production à faible volume. Une préforme de composé de caoutchouc est placée dans un côté de la cavité de l'outil. Une moitié de l'outil est fermée contre l'autre, et la chaleur et la pression sont appliquées pour permettre au matériau de s'écouler et de remplir la cavité.

Le moulage par compression est idéal pour les matériaux plus malléables, les élastomères moyennement durs étant les plus efficaces. Cette méthode est souvent mieux adaptée aux conceptions simples, car le composé de préforme est initialement très flexible et peut être difficile à insérer dans des moules complexes. De plus, le moulage par compression peut avoir un nombre de cavités très élevé, ce qui aide à compenser les coûts de main-d'œuvre.

Contrairement au moulage par injection, les machines de moulage par compression nécessitent un opérateur, ce qui rend le processus soumis à la disponibilité de la main-d'œuvre et à davantage d'erreurs humaines. Les applications pour les composants moulés par compression vont des simples joints toriques aux diaphragmes complexes avec des diamètres supérieurs à 10 pouces (254 millimètres).

Comment choisir le bon outil pour le travail L'outillage, ou le moule qui forme l'élastomère, se compose généralement de deux cavités ou plus usinées sur mesure et de plaques d'acier. Dans la plupart des processus de moulage d'élastomère, les plaques d'outillage subissent de la chaleur et de la pression pour forcer le composé de caoutchouc dans l'outil. Il est important que toutes les parties du moule aient des dimensions constantes, des tolérances étroites et des finitions de surface appropriées pour garantir des composants finis de haute qualité.

La construction d'outils commence par des machines à commande numérique évidant un bloc d'acier solide qui est divisé en plusieurs plaques, selon la conception du composant. Si une conception nécessite des contours intérieurs, une goupille centrale en acier est insérée dans l'outil pour façonner les caractéristiques internes du composant fini.

Les conceptions complexes nécessitent un outillage tout aussi complexe, ce qui fait grimper le coût global du composant fini. Certains fabricants choisissent de réduire ce coût en utilisant des outils moins chers. Ce choix peut toutefois éroder les propriétés mécaniques du produit fini. Pour ces raisons, un outillage de haute qualité est rentable en garantissant la fiabilité des performances de l'application finale.

De plus, le nombre et la taille de la cavité de l'outil sont influencés par des facteurs tels que la taille des composants, la complexité, les volumes de production, la taille de la presse à mouler et le tonnage, ainsi que la fonction des composants et le type de matériau.

Tenez compte de vos volumes de production Le volume de production a un impact sur la sélection et la rentabilité des machines de moulage et est généralement le premier facteur à prendre en compte lors du choix du processus de moulage à utiliser. Par exemple, à des volumes de production élevés, certaines méthodes de fabrication ne peuvent pas suivre les temps de cycle nécessaires, ce qui affecte finalement le délai de mise sur le marché du produit final.

La règle d'or de l'industrie est d'utiliser le moulage par injection lors de la production d'un million de composants ou plus par an, tandis que la production en volume faible à moyen est le point idéal pour le moulage par compression et par transfert.

Trouver le bon matériau Pour décider des composés de caoutchouc à utiliser, il est essentiel de comprendre la fonction du composant fini. Par exemple, si l'objectif est d'étanchéifier un fluide, vous devez savoir s'il doit être étanche à de nombreux fluides différents ou à un fluide spécifique.

Certains facteurs communs à prendre en compte incluent :• Fournir un support structurel.• Transmission ou absorption d'énergie.• Conditions de pression et de température.• Environnements humides ou secs.• Exposition à des pressions constantes ou cycliques.• Exposition à des contraintes dynamiques ou statiques.

Le non-respect des exigences et des fonctions critiques peut entraîner des défaillances.

Trelleborg Sealing Solutions dispose d'un vaste portefeuille de composés, et nous formulons couramment de nouveaux matériaux pour répondre aux exigences spécifiques à l'application pour les composants sur mesure.

Qualités matérielles importantes : • Taux de rétrécissement. • Débit. • Analyse du procédé caoutchouc (RPA). • Ensemble de compression. • Résistance à la corrosion. • Gonflement. • Résistance à l'abrasion. • Biocompatibilité.

Caractéristiques de conception qui influencent le développement de produits Les composants en caoutchouc moulé varient en complexité de conception et peuvent aller de simples joints annulaires à des sous-composants complexes qui doivent être surmoulés ensemble. La conception vous poussera naturellement vers différents matériaux ou procédés pour faciliter la méthode de fabrication optimale. Voici quelques-unes des caractéristiques de conception les plus courantes qui auront un impact sur votre choix :

Coins — Les angles vifs sont généralement difficiles à fabriquer et augmentent la probabilité de défauts des composants. Bien que coûteux, un outillage de haute qualité peut atténuer les défauts potentiels et avoir un impact sur le succès du produit final.

Contre-dépouilles — Une contre-dépouille est une caractéristique qui se projette dans le corps principal d'un composant. Plus une contre-dépouille se rapproche du centre axial, plus la contre-dépouille est profonde. Les contre-dépouilles profondes présentent leurs propres défis, car elles rendent le composant difficile à retirer du moule. L'orientation contribue également aux difficultés de retrait. Par exemple, si une coupe profonde est perpendiculaire à l'ouverture du moule, il peut être impossible de retirer le composant du moule.

des trous Si votre composant en caoutchouc nécessite des trous, une goupille doit être placée à l'intérieur de la cavité du moule. Cette broche centrale est chargée de former les contours internes du composant fini. Le processus de moulage utilise des pressions élevées avec le potentiel de dévier la broche centrale et de produire un trou aux dimensions incohérentes. Concevoir des goupilles centrales avec des diamètres aussi grands que possible, en particulier à la base de la goupille, minimisera le risque que la goupille se plie ou se brise pendant la procédure de moulage.Autres directives à garder à l'esprit :• La hauteur du trou ne doit pas être supérieure à deux fois diamètre.• Le diamètre minimum du trou doit être de 0,050 po. (1,27 millimètres).

Bouts pointus - Les composants à bords fins, souvent appelés "bords de couteau" ou "bords de plume", se déchirent généralement lorsqu'ils sont retirés du moule. Les étapes d'ébavurage post-durcissement peuvent ébrécher davantage le bord, créant des imperfections supplémentaires. Si possible, il est préférable d'éviter d'incorporer des lames de couteau dans les conceptions, sauf en cas d'absolue nécessité. Si votre composant nécessite un bord fin, équerrez le bord avec un minimum plat de 0,010 po. (0,254 millimètre) réduira considérablement la probabilité de dommages.

Surmoulage — Parfois, les composants en élastomère doivent être associés à des sous-composants d'autres matériaux comme l'acier, le laiton, l'aluminium ou le plastique. Typiquement, le composé de caoutchouc est surmoulé sur le sous-composant non caoutchouteux. Lors de la conception de composants surmoulés en caoutchouc, il y a quelques principes de conception à garder à l'esprit pour maximiser la force de la liaison entre l'élastomère et l'insert.• Couvrir autant que possible la surface de l'insert avec du caoutchouc, en maintenant une épaisseur minimale de 0,020 -dans. (0,51 millimètre).• Évitez de couper le débit pendant que le composé se déplace le long d'une surface verticale.• Prévoyez des marches (marches) appropriées.

Il existe deux types de méthodes de liaison utilisées lors du surmoulage du caoutchouc sur un matériau de sous-composant :• Les liaisons mécaniques nécessitent que l'insert présente des trous, des saillies ou des dépressions sur sa surface. Pour que la liaison chimique se produise, des adhésifs spéciaux doivent être appliqués sur l'insert avant le moulage. Ce type de liaison conservera un composant surmoulé comme un seul objet sans dépendre d'un composant ou d'une forme d'insert. Les composants utilisés dans des applications exigeantes utilisent généralement une combinaison de liaisons mécaniques et chimiques.

L'incorporation d'inserts dans les conceptions de composants nécessite généralement des tâches secondaires avant et après le moulage, telles que la gravure de la surface de l'insert, le masquage, le démasquage, l'application d'adhésif et l'ébavurage.

Éclair - L'excès de caoutchouc qui s'échappe en petites quantités du moule lors du chauffage et de la pression est appelé flash. Habituellement, cette petite quantité de caoutchouc est forcée à travers les lignes de séparation, ou coutures, entre les plaques d'outillage. Il est courant d'éliminer les bavures dans le cadre du processus de post-moulage via une coupe manuelle des déchirures, un traitement cryogénique, un culbutage ou un meulage de précision.

Portes - Les composants moulés par transfert et par injection utilisent généralement des portes pour garantir que le composé s'écoule uniformément dans l'outil. Vous pouvez placer des portes à différents endroits de la cavité. Les marques de porte, qui sont les petits points surélevés ou les dépressions où la porte interagit avec la cavité, sont laissées après la fin du processus de moulage et peuvent parfois avoir un impact sur la fonctionnalité et l'apparence du joint. Pour ces raisons, il est important de trouver un équilibre entre la taille, le placement et le nombre de portes. Étant donné que ces aspects varient, même parmi la même conception d'outil, la détermination de ces caractéristiques doit être effectuée sur une base individuelle pour chaque composant. Considérez les objectifs de votre projet comme des lignes directrices pour déterminer la meilleure stratégie de porte et tenez compte de facteurs tels que la dureté des matériaux, les tolérances dimensionnelles et les exigences esthétiques et des clients.

Construire votre prototype Lorsque les opérations fonctionnent à leur capacité maximale, des problèmes imprévus peuvent avoir un impact significatif sur la disponibilité, entraînant des délais non respectés. Le prototypage offre la possibilité d'affiner les conceptions et les processus de fabrication avant la production et est essentiel pour garantir que la production à grande échelle se déroule sans accroc.

Pendant la phase de prototypage, en particulier avec des conceptions complexes, il est préférable de fabriquer et de tester dans des conditions aussi proches que possible de l'environnement de fabrication opérationnel. Cela fournira les résultats les plus précis et aidera à prévoir le niveau de réussite du projet. Le prototypage peut également vous informer sur la meilleure méthode de fabrication, vous permettant d'expérimenter différents matériaux, caractéristiques de conception et méthodes de production.

Le respect des délais de projet ne doit jamais vous dissuader de réaliser des prototypes. Au final, le prototypage permet d'économiser du temps, de l'argent et de l'énergie. Chez Trelleborg Sealing Solution, un centre d'innovation à la pointe de la technologie entièrement équipé offre une expérience d'ingénieur à ingénieur, ainsi qu'un processus de conception-prototype-construction-test entièrement intégré, le tout sous un même toit. Ce processus immersif accélère l'innovation, nous permettant de condenser des semaines de développement en jours, en réalisant des prototypes destinés à la production à une vitesse inégalée.

Conclusion L'examen des méthodes de fabrication et des volumes de production, en plus de se concentrer sur les matériaux et la conception, sont des aspects nécessaires du développement des composants en élastomère. Les ingénieurs produits et les ingénieurs outillage experts en science des matériaux de Trelleborg Sealing Solutions ont l'expérience et l'expertise nécessaires pour vous aider à naviguer dans l'interaction complexe entre tous ces aspects. Cela vous permet de contrôler les coûts, d'accélérer la mise sur le marché, d'optimiser les performances et de vous assurer que vos ressources sont utilisées de manière optimale.

Trelleborg Sealing Solutions peut vous aider à résoudre vos problèmes d'application les plus difficiles grâce à un processus de fabrication d'élastomère personnalisé qui répond à toutes vos exigences en matière de coût, de performances et de date de lancement cible.Caoutchouc et plastiques du Minnesota www. mnrubber.com