Apilamiento de tolerancias
¿Qué es el apilamiento de tolerancias? ¿Por qué es importante?
Los fabricantes de productos utilizan un flujo organizado de información para traducir los requisitos del cliente en requisitos del producto. Este proceso para los requisitos mecánicos se generaliza en el siguiente diagrama de flujo.
Los Stack-Ups de Tolerancia son vitales para abordar los requisitos de ajuste mecánico y rendimiento mecánico. El ajuste mecánico es simplemente responder a la pregunta: «¿Las piezas que componen el conjunto van siempre juntas?» Los requisitos de rendimiento mecánico incluirían el rendimiento de los mecanismos, como interruptores, pestillos, actuadores y similares. Otros requisitos de rendimiento podrían ser las alineaciones ópticas o la eficiencia de los motores. Entonces, ¿qué es un «stack-up»?
Los cálculos del stack-up de tolerancias representan el efecto acumulativo de la tolerancia de las piezas con respecto a un requisito de montaje. La idea de las tolerancias «apiladas» se refiere a la adición de las tolerancias para encontrar la tolerancia total de la pieza, y luego comparar eso con la brecha disponible o los límites de rendimiento con el fin de ver si el diseño funcionará correctamente. Esta simple comparación también se conoce como análisis del peor caso. El análisis del peor caso es apropiado para ciertos requisitos en los que un fallo representaría una catástrofe para una empresa. También es útil y apropiado para problemas que implican un número bajo de piezas. Por bajo se entiende tres o cuatro partes. El análisis del peor caso suele realizarse en una sola dirección, es decir, un análisis 1D. Si el análisis implica dimensiones de piezas que no son paralelas a la medida del ensamblaje que se está estudiando, el enfoque de apilamiento debe modificarse, ya que la variación 2D, como los ángulos, o cualquier variación que no sea paralela a la dirección 1D, no afecta a la medida del ensamblaje con una proporción de 1 a 1.
Muchas empresas utilizan un método estadístico para el análisis de la tolerancia. Un enfoque implica un simple cálculo utilizando el método RSS, Root-Sum-Squared. En lugar de sumar las tolerancias, como en el análisis del peor caso, el análisis estadístico suma las distribuciones de las dimensiones. Es importante entender que los valores de entrada para un análisis del peor caso son las tolerancias de diseño, pero las entradas para un análisis estadístico son los momentos de distribución del proceso (por ejemplo, la desviación estándar). El análisis del peor caso (también llamado análisis de apilamiento de tolerancias) puede utilizarse para validar un diseño. El análisis estadístico (también llamado análisis de variación) puede utilizarse para predecir la variación real de un conjunto basándose en la variación de las dimensiones de la pieza. La comparación de la desviación estándar del ensamblaje con los límites del mismo permite calcular métricas de calidad como sigma, % de rendimiento, DPMU, etc. Este enfoque requiere que las distribuciones sean normales con todas las piezas al mismo nivel de calidad, es decir, +/- 3σ.
Dadas las limitaciones del RSS, se han desarrollado otros métodos para calcular la variación del ensamblaje. Uno de estos métodos que está incorporado en CETOL 6 Sigma es el llamado Método de los Momentos del Sistema. Este método elimina las limitaciones mencionadas anteriormente. Se pueden crear análisis de todas las complejidades, es decir, 1D, 2D y 3D, sin restricción del tipo de distribución o del nivel de calidad. Las empresas pueden ahora hacer un análisis completo de la variación del ensamblaje con el software de análisis de tolerancia.
El análisis de la variación del ensamblaje proporciona la información necesaria para identificar las características clave de las piezas, (KPCs) que deben ser controladas con el fin de producir un producto que cumpla con las expectativas del cliente. El proceso de desarrollo del producto debe centrarse entonces en la definición y validación de los procesos de fabricación y ensamblaje de las piezas que sean capaces de alcanzar altos niveles de producibilidad. Se suelen citar objetivos de Cpk = 1,67 para las características clave y Cp = 1,33 para las características no clave. La utilización de los conocimientos para el análisis de la variación permite a los ingenieros de diseño asignar estratégicamente los presupuestos de tolerancia. Las características críticas se mantendrán con tolerancias más estrictas. Las características menos importantes pueden tener tolerancias menos estrictas. Estas decisiones no sólo garantizan la calidad y el rendimiento del producto, sino que también aseguran su fabricación al precio adecuado. El impacto en el proceso de desarrollo de productos puede ser enorme.
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