Optimierung der Herstellung kundenspezifischer Gummikomponenten

Von Mike Santora | 6. Januar 2023

In diesem Artikel vermitteln wir Ihnen ein besseres Verständnis der Schlüsselelemente des Designs und der Herstellung von Gummikomponenten – von der Materialauswahl und dem Design bis hin zum Prototyping und der Produktionsformtechnologie.

Die Optimierung der Entwicklung Ihrer individuellen Gummidichtung kann eine Herausforderung sein. Wenn Sie sich auf Branchenspezialisten verlassen und potenzielle Herstellungsmethoden und Produktionsmengen berücksichtigen, können Sie den Innovationsprozess steuern. Experten für die Herstellung kundenspezifischer Gummidichtungen bieten ein umfassendes Verständnis dafür, wie Produktionsmengen, Methoden, Materialien und Design zusammenhängen und sich auf die Kosten sowie auf die Leistung und die Markteinführungszeit auswirken. Sie bringen auch vielfältige Fähigkeiten mit.

Eine leistungsstarke Kompetenz ist die Fähigkeit, kundenspezifische Elastomerkomponenten für die Produktion effektiv zu prototypisieren. Prototyping ist von Vorteil, da es das Testen am aktiven Teil ermöglicht, ohne dass erhebliche Budgets und Ressourcen für irgendeinen Aspekt des Komponentendesigns aufgewendet werden müssen, sodass Sie die Möglichkeit haben, die potenziellen Produktionsergebnisse anzupassen und zu berücksichtigen. Indem Sie das Design, die Materialien und die Methoden des Prototyps so nah wie möglich an das Produktionsäquivalent bringen, erzielen Sie genaue Ergebnisse bei der Komponentenleistung und eine Produktion höchster Qualität.

Profitieren Sie frühzeitig von der Ingenieurskompetenz Je früher Sie Ihren kundenspezifischen Gummihersteller in Ihren Produktentwicklungsprozess einbeziehen, desto besser. Wenn Sie sich auf Spezialisten für die Herstellung von Elastomeren verlassen, können Sie Design- und Leistungsprobleme vermeiden und gleichzeitig Budgetbeschränkungen einhalten.

Ihre Gummikomponente ist das letzte Teil des Produktdesign-Puzzles und muss zu Ihrem Produkt passen – es gibt keinen Raum für Abweichungen. Wenn Sie die Bedeutung des Gummikomponentendesigns nicht erkennen, kann dies negative Auswirkungen auf Ihre Kosten und die Produktleistung haben.

Kurz gesagt: Je früher Sie mit Ihrem Spezialisten für die Herstellung von Gummikomponenten über Ihr Projekt und Ihre Ziele sprechen, desto einfacher werden Sie zur besten Prozess- und Materiallösung gelangen.

Erste Schritte: Fragen, die Sie sich stellen sollten• Welche Funktion wird die Komponente haben?• In welcher Umgebung wird es funktionieren?• Muss die Komponente multifunktional sein?• Wie lange muss es ordnungsgemäß funktionieren?• Welche Eigenschaften muss das Bauteil aufweisen?

Bei der Herstellung kundenspezifischer Elastomerkomponenten gibt es drei gängige Formtechniken:

Spritzguss Beim Spritzgießen wird erhitztes Elastomermaterial unter hohem Druck in die Form eingespritzt. Die Masse fließt von der Heizkammer zu einer Reihe von Kanälen und Angüssen, die den Gummi an mehreren Stellen in das Werkzeug leiten. Einige Materialien eignen sich besser für den Spritzguss als andere. Elastomere mit besseren Fließgeschwindigkeiten bewegen sich besser durch die Maschine als hochviskose Materialien. Spritzgießen ist ideal für die Massenproduktion und kann bei Bauteilen mit im Allgemeinen geringerer geometrischer Komplexität bessere Ergebnisse liefern. Beim Spritzgießen handelt es sich in der Regel um einen automatisierten Prozess, bei dem die Bedienerkosten gleich null sind.

Transferformen Das Transferformen ist dem Spritzgießen am ähnlichsten. Eine Platte aus Gummimaterial wird in einen Topf über der oberen Platte gelegt, der über Öffnungen verfügt, durch die die Masse in die darunter liegende Form fließt. Über dem Topf senkt und komprimiert ein Kolben das Material und zwingt die Masse unter gleichzeitiger Anwendung von Wärme und Druck dazu, durch die Anschnitte der oberen Platte zu fließen und den gesamten Formhohlraum zu füllen.

Bei diesem Vorgang füllt die Masse die Konturen des Topfes aus und bildet ein Elastomerpolster, das die Form nicht ausfüllt. Dieses Pad wird als Abfall entsorgt, was das Spritzpressen ideal für kostengünstigere Materialien macht.

Formpressen Formpressen eignet sich für die Produktion kleiner Stückzahlen. Ein Vorformling aus Gummimischung wird auf einer Seite des Werkzeughohlraums platziert. Eine Hälfte des Werkzeugs wird gegen die andere geschlossen und es werden Wärme und Druck ausgeübt, damit das Material fließen und den Hohlraum füllen kann.

Formpressen ist ideal für formbarere Materialien, wobei mittelharte Elastomere am besten geeignet sind. Für einfache Designs ist diese Methode oft besser geeignet, da die Vorformmasse zunächst sehr flexibel ist und sich nur schwer in komplexe Formen einbringen lässt. Darüber hinaus kann es beim Formpressen zu einer sehr hohen Anzahl an Hohlräumen kommen, was dazu beiträgt, die Arbeitskosten auszugleichen.

Im Gegensatz zum Spritzgießen erfordern Formpressmaschinen einen Bediener, wodurch der Prozess von der Verfügbarkeit von Arbeitskräften und mehr menschlichen Fehlern abhängig ist. Die Anwendungen für formgepresste Komponenten reichen von einfachen O-Ringen bis hin zu komplexen Membranen mit Durchmessern über 10 Zoll (254 Millimeter).

So wählen Sie das richtige Werkzeug für den Job aus Das Werkzeug oder die Form, die das Elastomer formt, besteht typischerweise aus zwei oder mehr individuell gefertigten Hohlräumen und Stahlplatten. Bei den meisten Elastomerformungsprozessen werden die Werkzeugplatten Hitze und Druck ausgesetzt, um die Gummimischung in das Werkzeug zu drücken. Es ist wichtig, dass alle Teile der Form einheitliche Abmessungen, enge Toleranzen und eine ordnungsgemäße Oberflächenbeschaffenheit aufweisen, um qualitativ hochwertige fertige Komponenten zu gewährleisten.

Der Werkzeugbau beginnt damit, dass CNC-Maschinen einen massiven Stahlblock aushöhlen, der entsprechend der Bauteilkonstruktion in mehrere Platten unterteilt wird. Wenn für ein Design Innenkonturen erforderlich sind, wird ein Stahlkernstift in das Werkzeug eingesetzt, um die Innenmerkmale des fertigen Bauteils zu formen.

Komplexe Designs erfordern ebenso komplexe Werkzeuge, was die Gesamtkosten der fertigen Komponente in die Höhe treibt. Einige Hersteller entscheiden sich dafür, diese Kosten durch den Einsatz billigerer Werkzeuge zu senken. Diese Wahl kann jedoch die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts beeinträchtigen. Aus diesen Gründen amortisieren sich hochwertige Werkzeuge, da sie die Leistungszuverlässigkeit der Endanwendung gewährleisten.

Darüber hinaus werden die Anzahl und Größe der Werkzeughohlräume von Faktoren wie Komponentengröße, Komplexität, Produktionsvolumen, Größe und Tonnage der Formpresse sowie Komponentenfunktion und Materialtyp beeinflusst.

Berücksichtigen Sie Ihr Produktionsvolumen Das Produktionsvolumen wirkt sich auf die Auswahl und Kosteneffizienz der Formmaschine aus und ist in der Regel der erste zu berücksichtigende Faktor bei der Entscheidung, welches Formverfahren verwendet werden soll. Beispielsweise können bei hohen Produktionsmengen einige Fertigungsmethoden die erforderlichen Zykluszeiten nicht einhalten, was sich letztendlich auf die Markteinführungszeit des Endprodukts auswirkt.

Die Branchen-Faustregel besagt, dass bei der Produktion von einer Million oder mehr Bauteilen pro Jahr das Spritzgießen zum Einsatz kommt, wohingegen sich die Produktion kleiner bis mittlerer Stückzahlen am besten für Formpressen und Spritzpressen eignet.

Das richtige Material finden Um zu entscheiden, welche Gummimischungen verwendet werden sollen, ist es wichtig, die Funktion des fertigen Bauteils zu verstehen. Wenn das Ziel beispielsweise darin besteht, eine Flüssigkeit abzudichten, sollten Sie wissen, ob die Abdichtung gegen viele verschiedene Flüssigkeiten oder gegen eine bestimmte Flüssigkeit erfolgen muss.

Zu den häufig zu berücksichtigenden Faktoren gehören:• Bereitstellung struktureller Unterstützung. • Energieübertragung oder -absorption. • Druck- und Temperaturbedingungen. • Nasse oder trockene Umgebungen. • Einwirkung konstanter oder zyklischer Drücke. • Einwirkung dynamischer oder statischer Belastungen.

Werden die kritischen Anforderungen und Funktionen nicht berücksichtigt, kann es zu Ausfällen kommen.

Trelleborg Sealing Solutions verfügt über ein umfangreiches Compound-Portfolio und wir formulieren häufig neue Materialien, um anwendungsspezifische Anforderungen für maßgeschneiderte Komponenten zu erfüllen.

Wichtige Materialeigenschaften:• Schrumpfrate.• Fließrate.• Gummiprozessanalyse (RPA).• Kompressionsrest.• Korrosionsbeständigkeit.• Schwellung.• Abriebfestigkeit.• Biokompatibilität.

Designmerkmale, die die Produktentwicklung beeinflussen Geformte Gummikomponenten variieren in der Designkomplexität und können von einfachen Ringdichtungen bis hin zu komplexen Unterkomponenten reichen, die zusammen umspritzt werden müssen. Das Design wird Sie natürlich zu unterschiedlichen Materialien oder Verfahren bewegen, um die optimale Herstellungsmethode zu ermöglichen. Hier sind einige der häufigsten Designmerkmale, die sich auf Ihre Wahl auswirken werden:

Ecken — Scharfe Ecken sind im Allgemeinen schwierig herzustellen und erhöhen die Wahrscheinlichkeit von Bauteildefekten. Obwohl sie kostspielig sind, können hochwertige Werkzeuge potenzielle Mängel mindern und den Erfolg des Endprodukts beeinträchtigen.

Hinterschneidungen — Ein Hinterschnitt ist ein Merkmal, das in den Hauptkörper einer Komponente hineinragt. Je näher ein Hinterschnitt an der axialen Mitte liegt, desto tiefer ist der Hinterschnitt. Tiefe Hinterschnitte stellen ihre eigenen Herausforderungen dar, da sie die Entformung des Bauteils aus der Form erschweren. Auch die Orientierung trägt zu Entfernungsschwierigkeiten bei. Wenn beispielsweise ein tiefer Schnitt senkrecht zur Formöffnung verläuft, kann es unmöglich sein, das Bauteil aus der Form zu entnehmen.

Löcher Wenn für Ihre Gummikomponente Löcher erforderlich sind, muss ein Stift in den Formhohlraum eingesetzt werden. Dieser Kernstift ist für die Bildung der Innenkonturen des fertigen Bauteils verantwortlich. Beim Formverfahren werden hohe Drücke eingesetzt, die dazu führen können, dass der Kernstift verbogen wird und ein Loch mit inkonsistenten Abmessungen entsteht. Durch die Konstruktion von Kernstiften mit möglichst großen Durchmessern, insbesondere an der Stiftbasis, wird das Risiko minimiert, dass sich der Stift während des Formvorgangs verbiegt oder bricht. Weitere zu beachtende Richtlinien: • Die Lochhöhe sollte nicht mehr als das Doppelte betragen Durchmesser.• Der Mindestlochdurchmesser sollte 0,050 Zoll betragen. (1,27 Millimeter).

Scharfe Kanten - Bauteile mit dünnen Kanten, die oft als „Messerkanten“ oder „Federkanten“ bezeichnet werden, reißen normalerweise, wenn sie aus der Form entfernt werden. Entgratungsschritte nach dem Aushärten können zu weiteren Absplitterungen an der Kante führen, wodurch zusätzliche Unvollkommenheiten entstehen. Wenn möglich, vermeiden Sie am besten die Verwendung von Messerkanten in Designs, es sei denn, dies ist unbedingt erforderlich. Wenn Ihre Komponente eine dünne Kante erfordert, glätten Sie die Kante mit einem flachen Minimum von 0,010 Zoll. (0,254 Millimeter) verringert die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung erheblich.

Überspritzen – Manchmal müssen Elastomerkomponenten mit Unterkomponenten aus anderen Materialien wie Stahl, Messing, Aluminium oder Kunststoff kombiniert werden. Typischerweise wird die Gummimischung über die Nicht-Gummi-Unterkomponente aufgespritzt. Bei der Konstruktion von mit Gummi umspritzten Bauteilen sind einige Konstruktionsprinzipien zu beachten, um die Festigkeit der Verbindung zwischen Elastomer und Einsatz zu maximieren. • Bedecken Sie so viel wie möglich der Oberfläche des Einsatzes mit Gummi und halten Sie dabei eine Mindestdicke von 0,020 ein -In. (0,51 Millimeter).• Vermeiden Sie es, den Durchfluss zu unterbrechen, während sich die Masse entlang einer vertikalen Fläche bewegt.• Sorgen Sie für geeignete Absätze (Stufen).

Es gibt zwei Arten von Verbindungsmethoden, die beim Umspritzen von Gummi mit einem Unterkomponentenmaterial verwendet werden: • Bei mechanischen Verbindungen muss der Einsatz Löcher, Vorsprünge oder Vertiefungen auf seiner Oberfläche aufweisen. Damit eine chemische Verbindung zustande kommt, müssen vor dem Formen spezielle Klebstoffe auf den Einsatz aufgetragen werden. Durch diese Art der Verbindung bleibt eine umspritzte Komponente als ein einziges Objekt erhalten, ohne auf eine Komponenten- oder Einsatzform angewiesen zu sein. Bei Komponenten, die in anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt werden, kommt in der Regel eine Kombination aus mechanischer und chemischer Bindung zum Einsatz.

Die Integration von Einsätzen in Komponentendesigns erfordert in der Regel sekundäre Aufgaben vor und nach dem Formen, wie etwa das Ätzen der Einsatzoberfläche, das Maskieren, Demaskieren, das Auftragen von Klebstoff und das Entgraten.

Blitz - Der überschüssige Gummi, der in kleinen Mengen aus der Form austritt, während er erhitzt und unter Druck gesetzt wird, wird als Grat bezeichnet. Normalerweise wird diese kleine Menge Gummi durch die Trennfugen oder Nähte zwischen den Werkzeugplatten gedrückt. Es ist üblich, Grate im Rahmen des Nachformprozesses durch manuelles Abtrennen, kryogene Verarbeitung, Trommeln oder Präzisionsschleifen zu entfernen.

Tore — Bei Transfer- und Spritzgusskomponenten werden in der Regel Anschnitte verwendet, um sicherzustellen, dass die Masse gleichmäßig in das Werkzeug fließt. Sie können Anschnitte an verschiedenen Stellen im Hohlraum platzieren. Angussmarkierungen, das sind kleine, erhabene Stellen oder Vertiefungen, an denen der Anguss mit der Kavität interagiert, bleiben nach Abschluss des Formvorgangs zurück und können manchmal die Funktionalität und das Erscheinungsbild der Dichtung beeinträchtigen. Aus diesen Gründen ist es wichtig, ein Gleichgewicht zwischen Gate-Größe, Platzierung und Anzahl zu finden. Da diese Aspekte auch bei gleicher Werkzeugkonstruktion variieren, muss die Bestimmung dieser Merkmale für jede Komponente einzeln durchgeführt werden. Betrachten Sie Ihre Projektziele als Richtlinien zur Bestimmung der besten Angussstrategie und berücksichtigen Sie Faktoren wie Materialhärte, Maßtoleranzen sowie kosmetische und Kundenanforderungen.

Bauen Sie Ihren Prototyp Wenn der Betrieb mit maximaler Kapazität läuft, können unvorhergesehene Probleme die Betriebszeit erheblich beeinträchtigen und zu Terminüberschreitungen führen. Prototyping bietet Möglichkeiten zur Verfeinerung von Designs und Herstellungsprozessen vor der Produktion und ist unerlässlich, um sicherzustellen, dass die Serienproduktion reibungslos verläuft.

Während der Prototyping-Phase ist es insbesondere bei komplizierten Designs am besten, unter Bedingungen zu fertigen und zu testen, die der betrieblichen Fertigungsumgebung möglichst nahe kommen. Dies liefert die genauesten Ergebnisse und hilft dabei, den Erfolg des Projekts vorherzusagen. Mithilfe von Prototypen können Sie auch herausfinden, welche Fertigungsmethode am besten geeignet ist, sodass Sie mit verschiedenen Materialien, Designmerkmalen und Produktionsmethoden experimentieren können.

Die Einhaltung von Projektfristen sollte Sie niemals davon abhalten, Prototypen zu entwickeln. Letztlich spart Prototyping Zeit, Kosten und Energie. Bei Trelleborg Sealing Solution bietet ein voll ausgestattetes, hochmodernes Innovationszentrum eine Erfahrung von Ingenieur zu Ingenieur sowie einen vollständig integrierten Design-Prototyp-Build-Test-Prozess, alles unter einem Dach. Dieser immersive Prozess beschleunigt Innovationen und ermöglicht es uns, Wochen der Entwicklung auf Tage zu verkürzen und produktionsorientierte Prototypen mit beispielloser Geschwindigkeit umzusetzen.

Abschluss Die Untersuchung von Fertigungsmethoden und Produktionsmengen sowie die Fokussierung auf Materialien und Design sind notwendige Aspekte der Entwicklung von Elastomerkomponenten. Materialwissenschaftler, Produktingenieure und Werkzeugingenieure bei Trelleborg Sealing Solutions verfügen über die Erfahrung und das Fachwissen, um Ihnen bei der Bewältigung des komplexen Zusammenspiels all dieser Aspekte zu helfen. Dadurch können Sie die Kosten kontrollieren, schneller auf den Markt kommen, die Leistung maximieren und sicherstellen, dass Ihre Ressourcen optimal genutzt werden.

Trelleborg Sealing Solutions kann Ihnen bei der Lösung Ihrer schwierigsten Anwendungsherausforderungen mit einem maßgeschneiderten Elastomer-Herstellungsprozess helfen, der alle Ihre Anforderungen an Kosten, Leistung und angestrebtes Markteinführungsdatum erfüllt.Minnesota Gummi und Kunststoffe www. mnrubber.com