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Perspectivas del moldeo por compresión de caucho de silicona
Domine las técnicas de moldeo por compresión de caucho de silicona para crear productos duraderos y de alta calidad. Explore los consejos y ventajas del proceso. Obtenga más información hoy mismo.
Guía completa del moldeo por compresión de caucho de silicona
¿Qué es el moldeo por compresión de caucho de silicona?
El moldeo por compresión de caucho de silicona es un proceso de fabricación termoestable utilizado para crear piezas tridimensionales a partir de caucho de silicona. El principio básico consiste en colocar una preforma pesada y moldeada con precisión de caucho de silicona de alta consistencia (HCR) sin curar en una cavidad de molde calentada. A continuación, una prensa hidráulica cierra el molde, aplicando una inmensa presión (normalmente de 1.000 a 2.000 PSI). Esta presión obliga a la silicona maleable a fluir y rellenar cada detalle de la cavidad del molde.
La combinación de calor sostenido y presión inicia una reacción química denominada vulcanización o curado. Este proceso irreversible entrecruza las cadenas de polímeros de la silicona, transformándola de un material maleable y pastoso en una pieza de caucho sólida, estable y elástica. Tras un tiempo de curado determinado, se abre la prensa y se expulsa la pieza acabada.
Clasificación y tipos de moldeo por compresión
Aunque el principio fundamental sigue siendo el mismo, el moldeo por compresión puede clasificarse en función de varios factores, lo que revela su adaptabilidad a las distintas necesidades de producción.
1. Clasificación por variación del proceso:
Moldeo por compresión estándar: El tipo más común, como se ha descrito anteriormente, en el que la preforma se coloca directamente en la cavidad del molde principal.
Moldeo por transferencia: Un proceso estrechamente relacionado en el que la preforma se coloca en una cámara separada (la "olla") por encima de la cavidad del molde. Un émbolo empuja el material calentado a través de canales ("bebederos" y "canales") hacia la cavidad cerrada. Suele utilizarse para piezas más complejas o para insertos de sobremoldeo, ya que ofrece un mejor control del flujo de material y reduce las rebabas.
Moldeo por inyección de compresión: Método híbrido que combina las características del moldeo por compresión y el moldeo por inyección, utilizado normalmente para aplicaciones específicas de gran volumen que exigen precisión.
2. Clasificación por forma material:
La materia prima de silicona se prepara de diferentes formas antes del moldeo:
Formularios previos: El método más común, en el que el compuesto de silicona sin curar se corta, extruye o moldea en una forma y peso específicos (por ejemplo, un disco, tira o lámina) para aproximarse al volumen de la pieza final.
Compuesto a granel: Para algunas aplicaciones, se coloca directamente en el molde una cantidad medida del compuesto de silicona en bruto, sin formar.
3. Clasificación por nivel de automatización:
Manual/Semiautomático: Un operario se encarga de cargar la preforma, iniciar el ciclo de prensado y retirar manualmente la pieza acabada y cualquier rebaba asociada. Esto es habitual en tiradas de bajo volumen y piezas grandes.
Totalmente automático: Los sistemas robotizados se encargan de la carga del material, la expulsión de las piezas y, en ocasiones, incluso del desbarbado, por lo que resultan adecuados para la producción de grandes volúmenes de componentes más pequeños.
Escenarios de aplicación y casos de uso típicos
La combinación de las propiedades materiales de la silicona y la rentabilidad del moldeo por compresión la convierten en un elemento básico en numerosos sectores.
① Industria del automóvil: Esencial para crear sellos, juntas y juntas tóricas robustos que deben soportar temperaturas extremas, fluidos del motor y vibraciones constantes. Algunos ejemplos son las juntas de la tapa de válvulas, los protectores de bujías y los casquillos antivibración.
② Medicina y sanidad: La biocompatibilidad de la silicona médica es clave. El moldeo por compresión se utiliza para tapetes quirúrgicos, máscaras respiratorias reutilizables, diafragmas para bombas médicas, tapones para viales y juntas para equipos de diagnóstico.
③ Bienes de consumo: Muy utilizada en productos flexibles, duraderos y seguros para los alimentos. Algunos ejemplos comunes son los utensilios de silicona para hornear, las espátulas, las cubiteras, las correas de reloj flexibles y las fundas protectoras para aparatos electrónicos.
④ Electrónica y electricidad: Las excelentes propiedades dieléctricas de la silicona la hacen ideal para aislantes eléctricos, juntas de conectores y juntas para recintos exteriores que protegen los componentes electrónicos sensibles de la humedad y el polvo. Los teclados de silicona conductiva también son una aplicación importante.
⑤ Industrial y aeroespacial: Se utiliza para aplicaciones pesadas que requieren juntas de alto rendimiento, diafragmas de bombas, juntas industriales y soportes amortiguadores que funcionen de forma fiable en condiciones de funcionamiento difíciles.
Comparación de ventajas y desventajas
Todos los procesos de fabricación tienen ventajas y desventajas. He aquí un análisis equilibrado del moldeo por compresión de silicona.
1. Ventajas clave:
① Bajos costes de utillaje: Los moldes para moldeo por compresión tienen un diseño más sencillo que los de moldeo por inyección. No requieren complejos sistemas de canales y compuertas, lo que reduce significativamente la inversión inicial en utillaje. Esto los hace muy atractivos para la creación de prototipos y la producción de volúmenes bajos y medios.
② Ideal para piezas grandes y voluminosas: El proceso destaca en la producción de piezas de gran formato, como grandes juntas o alfombrillas, que serían prohibitivamente difíciles o caras de crear con moldeo por inyección.
③ Excelente versatilidad de materiales: Es perfectamente adecuado para el caucho de alta consistencia (HCR), que tiene una viscosidad muy alta (consistencia similar a la masilla). La colocación directa del material en el molde minimiza la tensión y la degradación, preservando las propiedades del material.
④ Mínimo desperdicio de material (de los corredores): Dado que el material se coloca directamente en la cavidad, no hay bebederos ni canales, que son una de las principales fuentes de residuos en el moldeo por inyección. Aunque se crean rebabas, suele haber menos residuos de material en general.
⑤ Rentable para volúmenes bajos y medios: La combinación de unos costes de utillaje más bajos y una configuración más sencilla la convierten en la opción más económica para tiradas de producción que no justifican el elevado coste de los utillajes de moldeo por inyección.
2. Principales desventajas:
① Tiempos de ciclo más largos: El proceso de curado es el paso que más tiempo consume y puede llevar varios minutos por ciclo, dependiendo del grosor de la pieza. Esto lo hace significativamente más lento que el moldeo por inyección de LSR, que tiene tiempos de ciclo medidos en segundos.
② Mayores costes laborales: El proceso suele ser muy laborioso, ya que requiere la carga manual de preformas, el desmoldeo de las piezas y una operación secundaria de desmoldeo. Esto puede elevar el coste por pieza en situaciones de gran volumen.
③ Complejidad geométrica limitada: No es adecuado para piezas con detalles muy intrincados, paredes finas o muescas complejas. El material de alta viscosidad no fluye tan fácilmente en las microranuras como el caucho de silicona líquido.
④ Generación Flash: Es casi imposible evitar la formación de rebabas, una fina película de material sobrante que se escurre por la línea de apertura del molde. Esta rebaba debe eliminarse en una operación secundaria (recorte o desbarbado criogénico), lo que añade tiempo y costes.
⑤ Coherencia entre partes: Depende en gran medida de la colocación precisa de la preforma por parte de un operario. Las variaciones en la colocación pueden provocar ligeras incoherencias en el grosor de la pared o en las dimensiones de la pieza, en comparación con la naturaleza altamente repetible del moldeo por inyección.
3. Comparación con el moldeo por inyección de caucho de silicona líquida (LSR):
| Característica | Moldeo por compresión de silicona | Moldeo por inyección de caucho de silicona líquida (LSR) |
|---|---|---|
| Material utilizado | Caucho de alta consistencia (HCR/HTV) | Goma de silicona líquida (LSR) |
| Coste de utillaje | Bajo | Alta |
| Duración del ciclo | Largo (minutos) | Rápido (segundos) |
| Volumen de producción | Ideal para Bajo-medio Volumen | Ideal para Alta Volumen |
| Complejidad de las piezas | Bueno para piezas sencillas a moderadamente complejas | Excelente para piezas complejas con detalles finos |
| Coste laboral | Alta (a menudo manual) | Bajo (altamente automatizado) |
| Flash | Significativo, requiere recorte | Mínimo o ningún destello con herramientas de precisión |
| Lo mejor para | Piezas grandes, prototipos, utillaje de bajo coste | Piezas pequeñas y medianas, tolerancias estrechas, tiradas grandes |
Características y propiedades clave de la silicona moldeada por compresión
Las piezas fabricadas mediante moldeo por compresión heredan las excelentes propiedades del caucho de silicona de vulcanización a alta temperatura (HTV) utilizado.
① Estabilidad térmica excepcional: Las calidades estándar ofrecen un rendimiento fiable en una amplia gama de temperaturas, normalmente de -55°C a +230°C (-67°F a +446°F). Las calidades especiales pueden ampliar aún más estos límites.
② Excelente resistencia medioambiental y química: La silicona es muy resistente al ozono, la radiación UV, la humedad y la intemperie, por lo que es ideal para aplicaciones en exteriores. También resiste muchos aceites, disolventes y productos químicos, aunque siempre debe verificarse la compatibilidad específica.
③ Biocompatibilidad superior: Las siliconas de grado médico no son tóxicas, son hipoalergénicas y no favorecen el crecimiento microbiano. Pueden esterilizarse mediante diversos métodos (autoclave, EtO, radiación gamma) y están certificadas para el contacto con la piel (USP Clase VI) e incluso para la implantación.
④ Alto aislamiento eléctrico: El caucho de silicona posee una elevada rigidez dieléctrica y resistividad volumétrica, lo que lo convierte en la mejor opción para aislantes y conectores eléctricos.
⑤ Propiedades personalizables: La silicona base puede componerse con aditivos para conseguir propiedades específicas, como una mayor resistencia a la llama (UL 94 V-0), conductividad eléctrica (añadiendo partículas de carbono o metal) o una amplia gama de colores.
⑥ Durabilidad mecánica: La silicona ofrece un gran equilibrio entre resistencia a la tracción, elongación y desgarro. Es muy flexible y tiene una excelente resistencia a la compresión, lo que significa que recupera su forma original después de ser comprimida. La dureza puede especificarse en una amplia gama, normalmente de 20 a 80 durómetros Shore A.
Flujo de trabajo del proceso central: Desglose paso a paso
El proceso de moldeo por compresión es un flujo de trabajo sistemático que debe controlarse con precisión para garantizar la calidad y la repetibilidad.
① Composición y preparación del material: El proceso comienza con la goma de silicona HTV en bruto. Ésta se mezcla con un agente de curado (normalmente un catalizador a base de peróxido), rellenos de refuerzo (como sílice pirógena), pigmentos para el color y cualquier otro aditivo necesario en un molino de dos rodillos o un mezclador interno. A continuación, el compuesto final se transforma en una preforma de forma específica y peso preciso.
② Preparación del molde: El molde de acero se limpia a fondo para eliminar cualquier residuo de ciclos anteriores. A menudo se aplica un agente desmoldeante a las superficies de la cavidad para evitar que la pieza curada se adhiera, lo que facilita el desmoldeo.
③ Calentamiento del molde: Ambas mitades del molde se calientan a una temperatura precisa y uniforme, normalmente entre 150°C y 200°C (300°F a 392°F). Esta temperatura es crítica para iniciar y completar el proceso de vulcanización de forma eficiente.
④ Carga de la preforma de silicona: Con la prensa abierta, un operario coloca cuidadosamente la preforma de silicona previamente pesada en la mitad inferior de la cavidad del molde calentada. La colocación es estratégica para garantizar que, cuando se cierre el molde, el material fluya hasta rellenar todas las zonas y expulse el aire a través de los orificios de ventilación.
⑤ Cierre del molde y compresión: La prensa hidráulica se cierra, juntando las dos mitades del molde. Se aplica una elevada presión de cierre, lo que obliga a la silicona, ya reblandecida, a fluir y adaptarse a la forma de la cavidad.
⑥ Curado (vulcanización): La pieza se mantiene bajo calor y presión durante un tiempo de curado predeterminado. Este tiempo puede oscilar entre 1 y más de 10 minutos, dependiendo del grosor de la pieza, la formulación de silicona y la temperatura del molde. Durante esta fase, se produce la reacción de termoendurecimiento, que fija permanentemente la forma de la pieza.
⑦ Desmoldeo: Una vez finalizado el ciclo de curado, la prensa se abre. A continuación, el operario extrae con cuidado la pieza acabada del molde. Esto puede hacerse manualmente o con la ayuda de chorros de aire comprimido o pasadores eyectores mecánicos integrados en el molde.
⑧ Post-procesamiento: Rara vez se termina la pieza nada más sacarla del molde.
- Destello: El exceso de rebaba alrededor de la línea de separación se recorta manualmente con una cuchilla, mediante desbarbado criogénico (congelación de las piezas para que la rebaba se vuelva quebradiza) o mediante troquelado de precisión.
- Postcurado: Muchas piezas de alto rendimiento se someten a un proceso secundario de postcurado. Se colocan en un horno de aire caliente circulante durante varias horas (por ejemplo, 4 horas a 200 °C) para eliminar cualquier subproducto residual del curado con peróxido y para estabilizar y mejorar las propiedades físicas finales del material.
Moldeo por compresión de caucho de silicona: Una guía completa
Explore el proceso completo de moldeo por compresión de caucho de silicona en nuestra guía detallada.
Guía completa del moldeo por compresión de caucho de silicona
Consideraciones clave en el diseño y la fabricación
El éxito del moldeo por compresión depende de que se preste especial atención a varios factores críticos.
① Selección de materiales: Esta es la primera decisión y la más importante. La elección del grado de silicona debe basarse en los requisitos de la aplicación en cuanto a dureza (durómetro), rango de temperaturas, resistencia química, color y certificaciones especiales (por ejemplo, FDA, USP Clase VI).
② Diseño y control de preformas: El peso de la preforma debe ser extremadamente preciso. Demasiado poco material da como resultado un "tiro corto" (una pieza incompleta), mientras que demasiado material crea una rebaba excesiva y difícil de eliminar. La forma y la colocación de la preforma también son fundamentales para garantizar un flujo de material adecuado y evitar el atrapamiento de aire.
③ Control de parámetros de proceso: El "triángulo de hierro" formado por la temperatura, la presión y el tiempo debe controlarse con precisión y optimizarse para cada combinación específica de pieza y material, con el fin de obtener resultados uniformes.
④ Diseño y construcción de moldes: Un molde bien diseñado es esencial. Entre los elementos clave del diseño se incluyen la ubicación de la línea de apertura, la inclusión de ángulos de desmoldeo suficientes para facilitar la extracción de las piezas, una ventilación eficaz que permita la salida del aire atrapado y la calidad del acero para herramientas y del acabado superficial.
Mejores prácticas de diseño y aplicación
Seguir los principios establecidos de diseño para la fabricación (DFM) en el moldeo por compresión puede evitar costosos errores y mejorar la calidad final de la pieza.
Mejores prácticas para el diseño de piezas:
① Mantener un espesor de pared uniforme: Las variaciones drásticas en el grosor de las paredes pueden provocar un curado desigual, tensiones internas y posibles deformaciones. Procure que el grosor sea lo más uniforme posible.
② Incorporar radios y filetes generosos: Las esquinas internas afiladas son puntos de concentración de tensiones y pueden impedir el flujo de material. Utilice esquinas redondeadas y filetes para mejorar la durabilidad y el llenado del molde.
③ Utilizar ángulos de calado adecuados: Un ángulo de desmoldeo es una ligera conicidad aplicada a las paredes verticales. Normalmente se recomienda un ángulo de desmoldeo de 1 a 3 grados para que la pieza pueda desmoldearse sin sufrir daños.
④ Planificar la línea de despedida: El lugar donde se unen las dos mitades del molde (la línea de separación) siempre dejará una marca testigo y es donde se formarán las rebabas. Colóquela en una superficie no crítica o menos visible de la pieza.
⑤ Especificar tolerancias realistas: El moldeo por compresión es menos preciso que el moldeo por inyección. Comprenda sus limitaciones y especifique las tolerancias que puede alcanzar el proceso para evitar costes innecesarios.
Problemas comunes y soluciones en la producción
Incluso con una pieza bien diseñada, pueden surgir problemas durante la producción. Estos son los problemas más comunes y los pasos para solucionarlos.
| Problema | Posibles causas | Soluciones y estrategias de mitigación |
|---|---|---|
| Tomas cortas / Sin relleno (Parte incompleta) | - Material insuficiente (preforma de peso insuficiente) - Curado prematuro (quemado) - Aire atrapado que impide el flujo de material - Presión de moldeo insuficiente | - Verificar el peso del preformado; aumentarlo si es necesario. - Optimice la colocación de las preformas para mejorar el flujo. - Bajar ligeramente la temperatura del molde o reducir el tiempo antes de aplicar presión. - Compruebe y limpie las rejillas de ventilación del moho; añada rejillas de ventilación si es necesario. |
| Flash excesivo | - Demasiado material (preforma con sobrepeso) - Fuerza de sujeción de la prensa insuficiente - Las caras de la línea de apertura del molde están desgastadas o dañadas - La temperatura del molde es demasiado alta, lo que reduce demasiado la viscosidad | - Reducir el peso del preconformado a la especificación deseada. - Aumentar la presión de apriete de la prensa. - Inspeccionar el molde en busca de desgaste y realizar tareas de mantenimiento/reparación. - Bajar ligeramente la temperatura del molde. |
| Trampas de aire / Vacíos / Porosidad | - Colocación incorrecta de la preforma que atrapa el aire - Rejillas de ventilación inadecuadas u obstruidas - Humedad en el compuesto de silicona - Curado del material antes de que pueda escapar el aire | - Cambiar la forma de la preforma o su posición en el molde. - "Golpee" la prensa (ábrala y ciérrela rápidamente) al principio del ciclo para que salga el aire. - Asegúrese de que las rejillas de ventilación estén limpias y tengan el tamaño adecuado. - Precalentar o secar el material si se sospecha humedad. |
| Ampollas o burbujas en la superficie de la pieza | - Curado insuficiente (los gases siguen evolucionando a medida que se desmolda la pieza). - Subproductos volátiles atrapados | - Aumentar el tiempo o la temperatura de curado. - Asegúrese de que se realiza un ciclo de postcurado adecuado. - Mejorar la ventilación del moho. |
| La parte que se pega al molde | - Agente desmoldeante inadecuado o desgastado - Superficie de la cavidad del molde áspera o dañada - Curado insuficiente, dejando la pieza "pegajosa". | - Establezca un calendario coherente de limpieza y reaplicación del agente desmoldeante. - Pulir la cavidad del molde hasta obtener un acabado liso. - Verificar los parámetros de curado y aumentar el tiempo de curado si es necesario. |
Ayuda a la decisión: Moldeo por inyección de LSR frente a moldeo por compresión
Utilice esta guía rápida para decidir qué proceso se adapta mejor a su proyecto:
1. Elija el moldeo por compresión de silicona si:
① Su volumen de producción es de bajo a medio (por ejemplo, de cientos a unos pocos miles de piezas).
② Su pieza es grande, gruesa o tiene una geometría de simple a moderada.
③ Su presupuesto de utillaje es una limitación primordial.
④ Se encuentra en la fase de creación de prototipos o de lanzamiento inicial.
⑤ El material necesario es un compuesto HTV/HCR de alta dureza o especializado.
2. Elija el moldeo por inyección de LSR si:
① Su volumen de producción es elevado (por ejemplo, de decenas de miles a millones de piezas).
② Su pieza es pequeña, tiene paredes finas o una geometría compleja con detalles intrincados.
③ El tiempo de ciclo y el coste por pieza en grandes volúmenes son los principales impulsores.
④ Usted necesita tolerancias extremadamente estrechas y una gran uniformidad entre piezas.
⑤ El proceso debe estar totalmente automatizado con un mínimo de mano de obra.
Tecnologías y conceptos relacionados
① Moldeo por inyección de caucho de silicona líquida (LSR): Como ya se ha dicho, es la principal alternativa para grandes volúmenes. Utiliza un material líquido de dos componentes que se mezcla automáticamente y se inyecta en un molde, ofreciendo ciclos muy rápidos y alta precisión.
② Moldeo por transferencia de silicona: Un puente entre el moldeo por compresión y el moldeo por inyección. Proporciona un mejor control que el moldeo por compresión estándar y es excelente para el sobremoldeo de componentes electrónicos o insertos metálicos, ya que el material fluye en el molde con más suavidad.
③ Extrusión de silicona: Proceso continuo utilizado para crear perfiles lineales, como tubos, cordones, tiras y formas transversales complejas. La silicona se empuja a través de una matriz para formar el perfil y después se cura en línea.
④ Calandrado de silicona: Un proceso para producir láminas continuas de caucho de silicona de grosor preciso. El compuesto de silicona pasa por una serie de rodillos calentados que lo prensan hasta formar una lámina fina y uniforme.
Caucho de alta consistencia (HCR): También conocida como silicona HTV (vulcanizante a alta temperatura), es la materia prima para el moldeo por compresión. Tiene una alta viscosidad y una consistencia similar a la masilla o la masa, por lo que requiere molinos o mezcladoras para su procesamiento. Es distinta de la LSR, de baja viscosidad y bombeable.
⑥ Vulcanización: Proceso químico fundamental que confiere a la silicona sus propiedades gomosas finales. Puede iniciarse mediante diferentes sistemas de catalizadores:
⑦ Cura con peróxido: Un sistema común y rentable utilizado en el moldeo por compresión. Puede dejar subproductos ácidos que se eliminan durante un postcurado.
⑧ Curado con platino (curado por adición): Un sistema más limpio que no produce subproductos, a menudo utilizado para LSR y aplicaciones médicas de alta pureza. Es más sensible a la contaminación.
What are the Factors Affecting the Warpage Deformation of Injection Molded Products?
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How to Reduce the Cost of Injection Molded Products?
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