Cuando un producto tiene fugas, muchas personas culpan primero al anillo de sellado y asumen que un proveedor de anillos diferente lo resolverá. YueHouDZ ha trabajado enFabricación de silicona a medidadurante 11 años. Tras revisar numerosos planos de productos con fugas, seguimos observando los mismos problemas. En más de la mitad de los fallos de sellado que examinamos, la causa raíz es el diseño de la ranura, no el propio anillo. La mayoría de las fugas ya se deciden cuando se crea el plano. Esto es especialmente cierto en aplicaciones hidrostáticas de baja presión en electrónica de consumo, donde el producto se sumerge en agua y soporta la presión del agua. El sellado depende de la fuerza de rebote del anillo que presiona las superficies de contacto. Si el plano no proporciona suficiente compresión, utiliza la ranura incorrecta o deja una superficie irregular, incluso un producto de alta calidadJunta tórica de siliconano puede generar fuerza de sellado.
Estos cinco errores comunes están todos ocultos en el plano. Se enumeran en el mismo orden utilizado durante el diseño: definir la ranura, establecer la tasa de compresión, especificar las tolerancias, elegir la dureza y dejar un camino para el montaje y la validación. Tome el plano en la mano y revise cada elemento de principio a fin. Si el producto sigue teniendo fugas después de estas cinco comprobaciones, entonces es hora de cuestionar la calidad del anillo o el montaje en la línea de producción. Esos son problemas diferentes.
1. Las dimensiones de la ranura se copian o estiman
Hemos visto muchos planos donde la ranura se copió de otra carcasa impermeable, mientras que el anillo se cambió a un diámetro de sección transversal mayor. El diámetro de la sección transversal es el grosor de la sección de la junta tórica. Muchas fábricas también lo llaman «diámetro del cordón». Cuando la ranura y el anillo no se calculan como un conjunto, el plano ya conlleva un riesgo. Un fallo común es el siguiente: el producto pasa las pruebas de inmersión a temperatura ambiente, pero durante el envejecimiento a alta temperatura en condiciones de verano, el anillo se hincha dentro de la ranura y el sello falla.
La profundidad de la ranura y el ancho de la ranura son dos dimensiones clave separadas. La profundidad de la ranura controla la tasa de compresión, o cuánto se aplana el anillo después de asentarse en la ranura. El ancho de la ranura controla la tasa de llenado. La tasa de llenado es el porcentaje de la sección transversal de la ranura ocupado por la sección transversal del anillo. La industria también lo denomina “llenado de ranura”. La ranura no puede dimensionarse tan ajustadamente que el anillo la llene por completo. Mantenga la tasa de llenado dentro de 85% y deje un espacio libre de 15% a 25% para la expansión térmica y el hinchamiento por aceite. Si la tasa de llenado supera el 90%, el anillo puede hincharse y bloquearse dentro de la ranura a temperaturas más altas, sin dejar espacio para generar presión de sellado.
¿Qué tamaño debe tener la ranura? No es necesario inventar las dimensiones. Consulte la profundidad y el ancho de la ranura en la norma GB/T 3452.3. La norma proporciona valores de referencia listos para usar: un anillo con una sección transversal de 2.65 mm se combina con una profundidad de ranura de aproximadamente 2.15 mm, y un anillo de 3.55 mm se combina con una profundidad de ranura de aproximadamente 2.85 mm para sellado estático. El ancho de la ranura es típicamente aproximadamente 1.35 veces el diámetro de la sección transversal. El estándar estadounidense AS568 y el estándar japonés JIS siguen la misma lógica, pero sus series de secciones transversales son diferentes. Por ejemplo, la serie estadounidense de 3.53 mm corresponde a la serie china de 3.55 mm. No mezcle estándares al copiar un plano. También puede verificar el valor con una fórmula simple: la profundidad de la ranura es igual al diámetro de la sección transversal multiplicado por uno menos la tasa de compresión. Para un anillo de 3.55 mm con una compresión de 20%, la profundidad de la ranura es de 2.84 mm, lo que coincide con el valor de tabla de 2.85 mm. Una vez que la fuente del valor sea clara, cualquier diámetro de sección transversal puede ser verificado. Antes de copiar otro plano, confirme primero una cosa: si el anillo sigue utilizando el mismo diámetro de sección transversal.
La superficie presionada por el anillo, a menudo llamada banda de sellado en las fábricas, no debe tener marcas de herramienta ni rechupes. Para superficies de sellado estático, un Ra de 1.6 a 3.2 es suficiente. Si un rechupe de una pieza moldeada por inyección cae sobre la banda de sellado, el agua puede seguir la textura y sortear el anillo. El anillo en sí puede estar completamente intacto.
2. La tasa de compresión se establece por suposición
La fórmula de la tasa de compresión es simple: diámetro de la sección transversal menos la profundidad de la ranura, dividido por el diámetro de la sección transversal. Este es también el lugar más fácil para cometer un error. En la mayoría de los casos, una compresión del 15% al 25% ofrece el mejor resultado de impermeabilización. Una compresión demasiado baja provoca fugas. Una compresión excesiva deforma la carcasa y crea una fuerza de montaje excesiva. Ambos extremos son arriesgados. Una vez que la compresión real supera el 40%, el propio anillo se daña.
El valor correcto depende de cómo se instale el anillo. Si el anillo se desliza en su posición en un montaje radial, debe superar la fricción. Cuanto mayor sea la compresión, más difícil será el montaje, por lo que la compresión suele ser de alrededor del 10%. Si el anillo es presionado directamente por una tapa en un diseño de brida axial, no hay fricción de deslizamiento, por lo que la compresión puede alcanzar el 20%. Un aumento adicional hasta el 25% o el 30% alcanza el límite donde comienza la deformación permanente.
Las consecuencias de la sobrecompresión no se manifiestan de inmediato. La industria lo denomina 'deformación permanente por compresión'. Después de que el anillo permanece comprimido en la ranura durante varios meses, la sección retirada se presenta plana y ya no recupera su forma redonda. Tras una compresión más prolongada, la sección puede adquirir forma de mariposa y aparecen holguras en la superficie de sellado. Cuanto mayores sean la compresión y la temperatura, más rápido se aplana el anillo. El grado de compresión no puede aumentarse por estimaciones. Lo que parece un ajuste más seguro y apretado, en realidad está comprometiendo la vida útil del anillo.
Existe otro detalle que consume silenciosamente la compresión. Un anillo instalado radialmente se estira cuando se monta en el eje. Por cada 1% de estiramiento, el diámetro de la sección transversal se reduce en aproximadamente 0.5%. Una vez que la sección se reduce, se pierde parte de la compresión diseñada. El estiramiento generalmente se controla entre 1% y 5%. Los proveedores japoneses y taiwaneses pueden llamar a la tasa de compresión 'tasa de aplastamiento'. Es el mismo concepto, así que no permita que la terminología cause confusión al leer las referencias de diseño.
3. La acumulación de tolerancias no se verifica
La tasa de compresión nominal no es la tasa de compresión real. Las tolerancias pueden consumir la mitad de esta.
Apple Rubber ofrece un ejemplo en su guía de diseño. Para un anillo con una sección transversal de 0.76 mm, la tolerancia del propio anillo, la tolerancia de la ranura y la tolerancia del orificio de acoplamiento pueden acumularse hasta 0.3 mm. Esto es casi la mitad de la sección transversal del anillo. Un plano con una tasa de compresión nominal de 20% tiene solo unos 0.15 mm de compresión total. En el peor de los casos, esa pequeña cantidad de compresión se consume casi por completo. Puede aparecer una holgura, la tensión de contacto se vuelve insuficiente y allí comienza la microfuga.
La parte más peligrosa de este tipo de plano es que puede pasar el prototipado. Tres muestras de prototipo pasan las pruebas de inmersión, el equipo aprueba el plano y comienza la producción en masa. Luego, 7 de cada 20 muestras presentan fugas en un lote de producción de 500 piezas. Las muestras de prototipo cayeron casualmente cerca del centro de la banda de tolerancia, mientras que las dimensiones de producción se extendieron por todo el rango. La aprobación del prototipo no prueba que el plano sea correcto.
La solución se puede completar durante la revisión del plano en unos cinco minutos: calcule ambos límites. Esto se denomina verificación del peor escenario. Combine el anillo más pequeño con la ranura más profunda y compruebe si la tasa de compresión aún evita fugas. Luego, combine el anillo más grande con la ranura más estrecha y compruebe si la tasa de llenado excede el límite. Si ambos números son correctos, el plano puede aprobarse verdaderamente. Al alinear los requisitos con los proveedores más adelante, utilice estos dos valores límite. Cualquiera puede marcar un valor nominal.
4. La dureza se copia de otro producto
Algunas personas creen que un anillo más duro es más seguro. Me temo que no es así. Si la dureza es incorrecta, pueden producirse fugas de dos maneras.
Si la junta es demasiado dura, no puede adaptarse completamente a la superficie de acoplamiento bajo baja presión. Su fuerza de recuperación no puede cerrar los huecos microscópicos, y las pruebas hidrostáticas muestran microfugas. El montaje también se vuelve difícil. Los operarios pueden no ser capaces de cerrar la carcasa, y esta puede deformarse bajo la carga, lo que empeora las fugas. Si la junta es demasiado blanda, falla de otra manera. Se aplana después de una compresión prolongada porque la deformación permanente por compresión es alta, y bajo una presión mayor puede introducirse en la holgura de acoplamiento y desgarrarse. ¿Cuánto puede aplanarse? Una junta de silicona de 60 Shore A comprimida a 120 °C durante 1.000 horas puede alcanzar una deformación permanente por compresión de 25%. Así es como se pierde la fuerza de recuperación paso a paso. La silicona no es un material de alta resistencia por naturaleza, por lo que la dureza y la holgura deben controlarse conjuntamente.
¿Qué dureza se debe especificar? Los anillos de sellado impermeables suelen utilizar de 50 a 70 Shore A. Los anillos de carcasa para electrónica de consumo suelen utilizar de 45 a 60 Shore A en la producción real. Un diseño de teléfono resistente ofrece una referencia útil: el anillo de sellado de la carcasa es de alrededor de 45 Shore A, mientras que el tapón de rosca utiliza 70 Shore A. El tapón de rosca no tiene un soporte de superficie amplio, por lo que depende de su dureza para mantener el sello. Si dos tipos de anillos en el mismo plano utilizan dos valores de dureza, no copie el número incorrecto.
El departamento de adquisiciones también debe tener en cuenta un número: la dureza de la silicona suele tener una tolerancia de más o menos 5 Shore A. Dos proveedores pueden marcar 60 Shore A, pero sus piezas reales pueden diferir en 5 grados. Deje margen para esa variación al especificar la dureza en el plano. No establezca la tasa de compresión al límite y apueste a que cada lote del proveedor será exacto. Las aplicaciones de alta presión tienen otro problema llamado “extrusión por holgura”, pero los productos electrónicos de consumo de baja presión generalmente no necesitan anillos de respaldo.
5. El proceso de ensamblaje no tiene un plan de respaldo
Una falla común es la siguiente: una prueba de hermeticidad muestra una fuga importante, se abre el producto y el anillo tiene una marca de corte regular en todo su contorno. El anillo fue cortado por un borde afilado del orificio, y la fuga se encuentra exactamente en ese corte. Cualquier borde afilado a lo largo de la ruta de ensamblaje se convierte en un cuchillo. El corte puede ser pequeño, pero la fuga puede ser grave.
Hay dos soluciones. Añadir un chaflán de entrada de 15 a 20 grados en la entrada de montaje, y añadir una transición de radio de R0.3 a R0.5 en el fondo de la ranura. Si el anillo debe deslizarse sobre roscas o el borde de un orificio, incorpore el chaflán en la estructura o utilice un manguito protector en el accesorio de montaje. En el plano, estas características son solo especificaciones de chaflán. No son difíciles de incorporar al molde. Lo difícil es recordar especificarlas.
Otro punto de fuga común se encuentra en el lado de la carcasa. Cuando las carcasas superior e inferior utilizan tornillos para comprimir el anillo de sellado, el espaciado de los tornillos se controla típicamente a unos 35 mm por intervalo, basándose en la experiencia de la industria. Si los puntos están demasiado separados, el centro de la carcasa se arquea hacia arriba y la superficie de sellado se abre localmente. Un par de apriete de montaje desigual es el mismo problema presentado de otra forma. El anillo no está dañado y la ranura no es incorrecta. La carcasa simplemente no presiona el sello.
Queda un último paso: la validación. La impermeabilización debe verificarse mediante pruebas repetidas. Un producto terminado puede pasar la primera prueba después del ensamblaje, pero luego fallar después de ciclos de temperatura alta-baja, pruebas de caída o pruebas de presión de agua. Las revisiones de diseño de teléfonos robustos han aprendido esta lección de forma costosa. Durante la producción en masa, la validación depende de las pruebas de hermeticidad. La cavidad se presuriza y se mide la caída de presión. Las fábricas llaman a esto “prueba de aire”, mientras que el método de inmersión correspondiente es “prueba de agua”. Un método industrial típico es llenar el producto con aproximadamente 24 kPa de aire, mantener la presión durante medio minuto y aprobar el producto si la caída de presión es inferior a 0.05 psi. Este valor se convierte de los requisitos de impermeabilización IP67. La prueba de agua toma varios minutos por unidad y requiere secado posterior. La prueba de aire no es destructiva y admite la inspección 100%. Si el método de prueba y el criterio de aprobación/rechazo no se planifican, el problema de fuga aparecerá solo después de que el cliente reciba el producto.
Elimine los riesgos antes de la congelación del diseño, sin coste
¿Cuál de los cinco errores comunes debe prevenirse primero? Clasifíquelos por coste. Los problemas de ranura y de tasa de compresión son frecuentes, y las pruebas suelen detectarlos. Los problemas de tolerancia son los más ocultos y los más caros. No aparecen durante el prototipado, pero surgen en la producción en masa. Para cuando llegan las quejas de los clientes, la inversión en moldes ya se ha realizado.
El tiempo antes de la congelación del diseño tiene un valor real. En la etapa de diseño, cambiar la profundidad de la ranura, la tasa de compresión o las especificaciones de dureza no cuesta nada. El modelo 3D puede revisarse innumerables veces. Después del herramental, las reparaciones menores del molde pueden costar entre $45 y $450. Si la profundidad de la ranura es una dimensión moldeada que no se puede ajustar, el molde debe rehacerse. Eso puede significar entre $450 y $4,500 o más, además de un mes adicional al plazo de entrega. Si el problema llega a la etapa de quejas del cliente durante la producción en masa, el costo se convierte en devoluciones más reputación dañada. El mismo error puede costar 100 veces más si se detecta tarde.
Antes de la aprobación final del plano, verificar estos cinco puntos con el diseño es una capa adicional de seguridad gratuita. Somos YueHouDZ, con 11 años de experiencia en piezas de silicona personalizadas. Nuestros casos de producción en masa cubren anillos para carcasas de instrumentos, sellado de conectores de cables y productos impermeables para exteriores.Anillo de sellado de siliconaproyectos. Se nos pueden enviar los planos de la estructura de sellado. Podemos verificar las dimensiones de la ranura y la tasa de compresión como parte dePiezas de silicona OEMnuestro soporte, y no cobramos por este paso.
