¿Cómo obtener productos impermeabilizantes? Del diseño al mecanizado.

Numerosos componentes a nuestro alrededor están expuestos al medio ambiente. Algunos solo son susceptibles a daños por la entrada de agua o suciedad. Otros se encuentran en una situación mucho más vulnerable. Por ejemplo, los componentes submarinos deben funcionar en agua salada estancada. Otras industrias, como la del petróleo y el gas, pueden requerir una protección más estricta. Los componentes fabricados con clasificación de impermeabilidad incorporan características que permiten el sellado y bloquean todas las vías de fuga. Conozcamos más sobre este tema aquí.   

¿Qué son los productos impermeables en el mecanizado CNC?

En el mecanizado CNC, se trata de componentes con ranuras o asientos mecanizados para alojar productos impermeabilizantes. Se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, como carcasas, alojamientos de conectores, cuerpos de válvulas, cubiertas de sensores, cajas de baterías y equipos hidráulicos. La impermeabilización se logra mediante el ensamblaje completo, no solo del cuerpo mecanizado.

Productos impermeables frente a productos selladores impermeables

Las dos soluciones más comunes para proteger contra la entrada de agua, es decir, los productos impermeabilizantes y los selladores impermeables, suelen confundirse. Los productos impermeabilizantes incluyen juntas tóricas y empaquetaduras. Se instalan en superficies de contacto o dentro de las juntas. Pueden requerir características mecanizadas por CNC como asientos. Por otro lado, los selladores impermeables son compuestos químicos en forma de gel que se aplican entre piezas. Algunos ejemplos comunes son los selladores de silicona y poliuretano.

Clasificaciones IP comunes para productos impermeables

La protección IP está definida por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). En el código IP, el primer dígito indica la protección contra elementos sólidos, mientras que el segundo indica la protección contra líquidos. La siguiente imagen explica la nomenclatura del grado de protección IP más común: IP65.

La siguiente tabla muestra algunas clasificaciones IP.

Características clave del mecanizado CNC para productos impermeables

Cada posible fuga representa un obstáculo en el diseño de productos impermeables. Los líquidos podrían filtrarse a través de juntas de tapa, orificios de fijación, aberturas de conectores, roscas o un sello poroso. Los planos deben especificar la geometría de sellado, la compresión, el acabado superficial, la planitud, las tolerancias y la carga de montaje.

Diseño de ranura para junta tórica

Es importante destacar que muchos productos impermeables están diseñados y mecanizados con ranuras para juntas tóricas para evitar la entrada de agua. Las ranuras para juntas tóricas son el elemento de sellado más práctico en los conjuntos reutilizables mecanizados por CNC. Se pueden aplicar como una superficie plana sometida a compresión axial o alrededor de una pieza cilíndrica sometida a compresión radial.

Cómo las ranuras de las juntas tóricas logran un sellado impermeable

Para lograr un buen sellado impermeable, la ranura para las juntas tóricas del producto impermeable se mecaniza normalmente mediante control numérico computarizado (CNC). Una ranura de alta precisión permite un ajuste perfecto de la junta tórica.

Las juntas tóricas se instalan entre las superficies de contacto. Se comprimen debido a la tensión generada al apretar los componentes de la conexión. Al ajustarse firmemente, las juntas tóricas sellan las vías de fuga de fluido. En función de las condiciones de funcionamiento, se seleccionan los materiales adecuados. Se optimizan factores como el tamaño, el compuesto, la presión, la temperatura y el movimiento de la junta tórica.

Requisitos de mecanizado CNC para ranuras de juntas tóricas

Los parámetros de mecanizado CNC requieren un control de calidad riguroso. Estos incluyen el ancho y la profundidad de la ranura, el radio de las esquinas, la concentricidad y el acabado superficial. Si el mecanizado no se realiza correctamente, las juntas tóricas pueden degradarse. Se pueden crear microfiltraciones de agua en las marcas de la herramienta que atraviesan la trayectoria de sellado. El manual de juntas tóricas de Parker ofrece orientación sobre el diseño de la ranura. Estas guías son útiles, pero los valores reales deben basarse en la información del proveedor de juntas que haya elegido.

Superficie de sellado de la junta

La superficie de sellado de las juntas es una de las características más comunes del mecanizado CNC para la impermeabilización. Las juntas planas se pueden usar para tapas grandes y perfiles irregulares, así como para carcasas. Pueden estar hechas de silicona, EPDM, neopreno, PTFE o compuesto de corcho. Para lograr un sellado hermético con una junta, las piezas de acoplamiento deben incorporar superficies de sellado y mecanismos de retención de juntas diseñados adecuadamente.

¿Cómo evitan las superficies de las juntas la entrada de agua?

Al apretarse, una junta se comprime entre las dos superficies de contacto. Esta compresión rellena las pequeñas irregularidades superficiales y forma una banda de compresión continua alrededor del área a proteger. La separación entre los pernos es importante, ya que la unión debe ejercer una presión uniforme.

Mecanizado CNC de superficies de sellado para juntas

El mecanizado CNC permite crear superficies de sellado, ranuras para juntas, escalones de posicionamiento y orificios para sujetadores en las piezas de acoplamiento con alta precisión. Estas características posicionan la junta y controlan su compresión, lo que contribuye a formar un sello continuo alrededor de la unión.

Estructuras de sellado roscadas

¿Por qué son importantes las funciones multihilo?

Una rosca estándar generalmente proporciona un espacio libre helicoidal para el flujo de agua. Sujeta los componentes de forma segura, pero no necesariamente es estanca. Por otro lado, las roscas cónicas para tuberías proporcionan un ajuste a presión entre las roscas correspondientes. Están diseñadas para ser estancas a la presión. Aun así, puede ser necesario utilizar un sellador de roscas o un elemento de sellado adecuado.

Mecanizado CNC para roscas

Los maquinistas controlan el diámetro primitivo, la profundidad, la conicidad, el paso, el chaflán de entrada y la posición. Se realiza el roscado de los orificios para crear roscas internas. La comprobación del ajuste se realiza con calibres de rosca. La prueba de fugas debe incluirse en el plan de inspección.

Otros diseños para un rendimiento impermeable

Una junta escalonada dificulta la entrada de agua al interior del recinto. Un borde elevado evita que el agua salpique directamente la junta y facilita la colocación de la tapa. Un laberinto introduce varias curvas que ralentizan la entrada de agua. Estas características pueden ayudar a proteger contra daños, pero no necesariamente reemplazan cualquier sello necesario para la protección contra inmersión. Los canales de drenaje, el borde de goteo, las ventilaciones ocultas, los orificios ciegos para sujetadores y los sujetadores aislados también pueden limitar las posibles fugas.

Materiales comunes para productos impermeables mecanizados por CNC

En el proceso de selección se consideran características del material como la resistencia a la corrosión, la rigidez, el peso, la transferencia de calor, la compatibilidad química y el costo de mecanizado. El objetivo principal de esta selección es complementar las características de impermeabilización.

Aleaciones de aluminio

El aluminio 6061 se utiliza comúnmente en productos impermeables debido a su bajo peso, alta resistencia específica, buena maquinabilidad y conductividad térmica. Es ideal para cajas de control, equipos de comunicación, carcasas de baterías y cuerpos de sensores en exteriores. El aluminio resiste la corrosión. Si se va a utilizar en electrónica, puede requerirse aislamiento o conexión a tierra. El aluminio se puede anodizar o pintar para crear diferentes acabados.

Acero Inoxidable

El acero inoxidable es adecuado para ambientes húmedos. El acero inoxidable 304, al ser un grado ampliamente disponible, es el más utilizado. El acero inoxidable de grado 316 se utiliza principalmente en aplicaciones marinas, como plataformas petrolíferas o barcos.

Latón para piezas impermeables

El latón es ideal para productos impermeabilizantes mecanizados por CNC. Ofrece una alta maquinabilidad que proporciona una precisión milimétrica. El latón suele tener una superficie lisa, lo que complementa los sellos de los productos impermeabilizantes.

Plástico

Entre los materiales plásticos comunes para productos impermeabilizantes se incluyen el POM, el PEEK, el nailon, el policarbonato y el PTFE. Sus propiedades varían en cuanto a resistencia química, aislamiento, fricción y temperatura. Los productos plásticos impermeabilizantes se pueden utilizar para prototipos, carcasas de pequeño volumen, piezas aislantes y equipos de manipulación de productos químicos. Sin embargo, se deben especificar las tolerancias de hinchamiento debidas a la absorción de humedad.

Aplicaciones de piezas mecanizadas impermeables

Los productos impermeabilizantes se utilizan para proteger sistemas eléctricos, controlar líquidos, resistir el lavado a presión, etc. El diseño de la carcasa impermeable depende de la aplicación. Durante la revisión del diseño, se deben identificar todos los puertos, elementos de fijación, juntas de tapa, ventilaciones, cables y aberturas de servicio.

Sistemas hidráulicos y de control de fluidos

Los sistemas hidráulicos y de control de fluidos requieren mecanizado de alta precisión para adaptarse a las características de impermeabilización de los productos. Algunos ejemplos incluyen orificios, juntas tóricas, sellos frontales y roscas de tuberías. Estos se encuentran en cuerpos de válvulas, colectores, carcasas de bombas y adaptadores roscados.

Equipo marino

Los equipos marinos suelen estar expuestos al agua de mar, la alta humedad y los cloruros. Los materiales comunes tienden a corroerse con mucha rapidez. Por ello, se utilizan aluminio anodizado de alta calidad, acero inoxidable de grado 316 o plásticos para sensores marinos, carcasas de navegación e instrumentos subacuáticos. Se adoptan medidas de protección como rebordes elevados, juntas tóricas, fijaciones resistentes a la corrosión y el aislamiento de metales diferentes.

Sistemas de vehículos eléctricos

Los vehículos eléctricos necesitan productos impermeables para las unidades de monitorización de la batería, la carcasa del inversor, los componentes de carga, las cajas de los sensores, etc. Elementos como las tapas con juntas, los conectores sellados, las persianas y los conductos de drenaje ayudan a evitar la entrada de líquidos. De esta forma, se previenen condiciones perjudiciales como vibraciones, ciclos térmicos, salpicaduras de la carretera y lavados a presión.

Equipo de maquinaria industrial

La maquinaria industrial suele manipular agua, productos químicos, alimentos, petróleo, gas, etc. Numerosas máquinas necesitan protección contra entornos exteriores adversos. Por ello, el mecanizado CNC incorpora en las carcasas características como superficies para juntas, ranuras para juntas tóricas, prensaestopas, etc.

¿Es importante el tratamiento de la superficie para los productos impermeables?

Sí, los productos impermeables mecanizados por CNC mejoran su durabilidad y funcionalidad mediante un tratamiento superficial. Esto aumenta su capacidad para repeler la corrosión y prolonga su vida útil. Sin embargo, ¡un tratamiento superficial no hará impermeable un componente mal diseñado! Una buena geometría del sello, un buen mecanizado, juntas adecuadas y un montaje correcto son cruciales para la fiabilidad.

Tratamientos superficiales comunes para productos impermeables

Anodizado

El anodizado forma una capa protectora de óxido de aluminio sobre los productos de impermeabilización de aluminio. Aumenta la dureza, reduce la fricción superficial y mejora la resistencia a la corrosión. Además, aporta funcionalidad y estética. Una gran variedad de colores y tonalidades embellecen los productos de impermeabilización, como carcasas electrónicas, carcasas para vehículos eléctricos, cuerpos de sensores, cajas de control, etc. Sin embargo, el anodizado debe especificarse en la fase inicial del diseño. Los operarios de mecanizado dejan espacio adicional para el grosor de la capa de anodizado.

Pasivación

Los productos impermeabilizantes de acero inoxidable suelen someterse a un proceso de pasivación tras el mecanizado. El hierro libre que queda en la superficie tras el corte puede provocar manchas si no se realiza la pasivación. Además, este proceso refuerza la capa pasiva protectora del acero inoxidable. Antes de la pasivación, todas las piezas deben limpiarse a fondo. Cualquier residuo de aceite, virutas o productos químicos afectará a la calidad de la pasivación.

Niquelado

El niquelado recubre los productos impermeabilizantes de latón o acero con un brillante color gris plateado. Mejora su apariencia, dureza, resistencia al desgaste y a la corrosión. Para piezas complejas mecanizadas por CNC, se puede optar por el niquelado químico. Es fundamental especificar el espesor deseado del recubrimiento con antelación. Un recubrimiento irregular puede alterar el ajuste de la rosca, el diámetro del orificio o las dimensiones de sellado.

La siguiente tabla muestra los sustratos de tratamiento más comunes, sus beneficios y las principales consideraciones.

Cómo inspeccionar piezas mecanizadas por CNC para comprobar su resistencia al agua.

La inspección de piezas mecanizadas por CNC verifica la geometría, las dimensiones, las tolerancias y la calidad de la superficie. Valida las especificaciones de los productos impermeabilizantes. Un informe dimensional no sustituye a una prueba de penetración. Por lo tanto, además del informe dimensional, se debe realizar una prueba de penetración.

Compruebe el ajuste y la profundidad de la rosca.

Se comprueba utilizando calibres de rosca macho o hembra calibrados. La profundidad de la rosca se puede verificar con un medidor de profundidad, un micrómetro o una máquina de medición de coordenadas (CMM).

Compruebe la calidad de la superficie.

La inspección visual es la primera prueba a este respecto. Revise minuciosamente las áreas de sellado con buena iluminación y aumento. Las rebabas, abolladuras y rayones pueden dañar el sellado. Se utiliza un perfilómetro para medir la rugosidad superficial de los productos impermeabilizantes. La planitud se puede evaluar con una máquina de medición por coordenadas (CMM) o una placa de superficie.

Comprueba el diámetro y la posición del orificio.

Los orificios se verifican con calibres de pasador, calibres de interior y micrómetros. La precisión en la posición y el diámetro de los orificios garantiza la exactitud en la alineación de los sujetadores, la carga de la tapa, el ajuste del conector y la compresión de la junta. Sin embargo, deben especificarse las condiciones de prueba, que incluyen la presión, el tiempo, la temperatura, la profundidad de inmersión y el límite permisible para aprobar o reprobar.

Ventajas de los productos impermeables mecanizados por CNC a medida 

El mecanizado a medida permite un control total sobre la geometría de sellado, las interfaces, el material y los requisitos de inspección. Se pueden crear dimensiones herméticas y ajustes de interferencia. La flexibilidad de diseño y la alta precisión son las principales ventajas de la fabricación CNC.

Diseño flexible e impermeable

El mecanizado CNC ofrece una gran flexibilidad de diseño. Las dimensiones y la ubicación de los elementos se pueden modificar fácilmente en el CAD. Es posible un alto grado de personalización en la fabricación de productos impermeabilizantes. Una sola carcasa puede incorporar juntas tóricas, orificios para conectores, soportes de montaje, conductos de drenaje y tapas empotradas.

Selección de varios materiales

La selección de materiales se ve afectada por las aplicaciones. Generalmente, los clientes eligen productos impermeables a medida porque en el mercado solo existen materiales estándar para los productos que buscan. Sin embargo, el mecanizado CNC permite procesar una amplia gama de metales y plásticos de ingeniería con diferentes propiedades mecánicas. El mecanizado CNC facilita proyectos de fabricación de alta variedad y bajo volumen. Por lo tanto, en un mismo proyecto, el servicio de mecanizado CNC de Tuofa ofrece la evaluación de múltiples materiales. En la práctica, la selección de materiales también puede verse influenciada por los acabados superficiales deseados.

Mayor precisión

El mecanizado CNC permite un control preciso de las características críticas de sellado y ensamblaje, incluyendo la planitud de la superficie de sellado, el ancho y la profundidad de la ranura, la geometría de la rosca, el diámetro del orificio de montaje y la posición exacta. Al mantener las relaciones necesarias entre estas características, el mecanizado CNC ayuda a garantizar un sellado uniforme, un ajuste adecuado y un ensamblaje fiable.

Producción de prototipos o lotes pequeños

No es necesario invertir en costosas herramientas de moldeo al utilizar el mecanizado CNC. Se pueden producir prototipos incluso en lotes pequeños, ya que el mecanizado CNC es un proceso de control numérico computarizado. El programa de mecanizado se configura una sola vez y el proceso se inicia automáticamente. En la etapa inicial del desarrollo del producto, el prototipado rápido CNC y la producción de bajo volumen representan la opción más rentable.

Cómo elegir un fabricante de productos CNC para productos impermeables 

Un proveedor competente debe comprender que la impermeabilidad la proporciona el «sistema impermeable». Al realizar el pedido, proporcione al fabricante su plano, archivo CAD, grado de protección IP deseado, material, acabado, información sobre el sellado, cantidad y criterios de inspección.

Experiencia con componentes impermeables y de sellado. 

Buscamos expertos en ranuras para juntas tóricas, superficies de juntas, cuerpos de válvulas, carcasas y puertos roscados. Se valorará la experiencia en la fabricación de estas piezas. Tuofa ofrece servicios de mecanizado CNC a medida desde hace más de 20 años y cuenta con amplia experiencia en la fabricación de piezas complejas y de alta precisión.

Capacidad de análisis DFM profesional

Los proveedores equipados con herramientas y personal capacitado para realizar un análisis DFM pueden crear productos impermeabilizantes de forma profesional. Analizan parámetros como el acceso de las herramientas, el radio de las esquinas, el espesor de la pared y la geometría de las ranuras. El asesoramiento DFM no suele implicar el desarrollo completo del producto, sino que se centra en mejorar un diseño existente. Tuofa ha ayudado a sus clientes en numerosas ocasiones a optimizar los planos para mejorar la fabricabilidad de las piezas y reducir los costes de mecanizado.

Capacidad de mecanizado estable

El proveedor adecuado debe mantener una calidad constante. La planta debe contar con una capacidad de mecanizado estable. Tuofa está equipada con maquinaria de última generación, como una máquina de mecanizado de 5 ejes. Garantizamos la calidad y los plazos de entrega. Llevamos más de 20 años fabricando y entregando productos a tiempo, manteniendo un alto nivel de satisfacción del cliente.

Conclusión

La entrada de agua es un problema para diversos productos en muchas industrias. Los diseñadores se esfuerzan por proteger sus productos contra la entrada de agua. Los maquinistas toman precauciones para crear asientos y prensaestopas precisos que garanticen un ajuste adecuado de los sellos. Los productos impermeabilizantes se rigen por el sistema de clasificación IP.

Preguntas Frecuentes

¿Por qué presentan fugas las piezas mecanizadas impermeables?

Las causas comunes incluyen:

• Juntas tóricas dañadas
• mal acabado superficial
• caras de la junta deformadas
• carga desigual de los pernos
• conexiones sueltas
• Sellado de roscas inadecuado
• distorsión térmica

¿Qué materiales son los mejores para las piezas impermeables mecanizadas por CNC?

Los materiales que se utilizan habitualmente incluyen aluminio, acero inoxidable, latón, POM, PEEK y otros plásticos de ingeniería.

¿Es el aluminio adecuado para carcasas impermeables?

Sí. El aluminio tiene una alta maquinabilidad. Es inherentemente resistente a la corrosión. Es posible crear una mayor protección superficial mediante el anodizado.

¿Puede el mecanizado CNC alcanzar un grado de impermeabilidad IP67 o IP68?

Sí, el mecanizado CNC es una excelente manera de crear las ranuras, la superficie de sellado, las roscas y las interfaces necesarias para una carcasa IP67 o IP68.