Control de calidad de la laminación de motores: SPC para el estampado de la laminación y las dimensiones de las pilas

A laminado estampado puede cumplir con todas las dimensiones indicadas y, aun así, dar lugar a una pila de mala calidad.

El diámetro interior varía tras el enclavamiento. La altura de la pila varía según el lote. En una de las líneas de tiras se forman rebabas más rápidamente que en la otra. El ancho del diente se mantiene dentro de la tolerancia, pero lleva horas variando.

La inspección final se centra en una pieza. El control estadístico de procesos debería centrarse en el proceso mediante el cual se ha fabricado: bobina, alimentación de banda, troquel, laminado individual, operación de unión y pila acabada.

Un plan de SPC eficaz conecta esas etapas. Un plan de inspección de gran envergadura no lo hace automáticamente. A veces, lo único que consigue es generar más cifras.

¿Qué dimensiones deben controlarse?

Controla cuatro grupos de características:

• Materiales utilizados: espesor de la chapa, estado del recubrimiento y anchura de la banda
• Geometría funcional: diámetro interior o exterior, anchura del diente, abertura de la ranura, ubicación de la ranura, paso, concentricidad y excentricidad
• Indicadores de estado de la herramienta: altura de la rebaba, perfil del borde, progresión de avance y dimensiones seleccionadas que dependen del punzón
• Resultados de la pila: altura bajo una carga definida, paralelismo de las caras, excentricidad del orificio o del diámetro exterior, sesgo y condición de enclavamiento

Una dimensión debe incluirse en el control estadístico de procesos (SPC) rutinario cuando permite predecir el funcionamiento del producto, revela el desgaste de las herramientas, identifica un problema de avance o de cavidad, se acumula durante el apilado o conlleva un elevado coste por productos defectuosos.

Por qué unas buenas laminaciones pueden dar lugar a una pila defectuosa

Un paquete no es simplemente el espesor de la lámina multiplicado por el número de capas.

H_stack = suma(t_i + c_i + b_i + e_i) - conjunto_de_compresión

Dónde:

• t_i = espesor de la lámina base
• c_i = contribución efectiva del recubrimiento
• b_i = contribución por rebaba o por contacto con el borde
• e_i = deformación por unión o entrelazamiento
• compression_set = altura eliminada por la carga especificada

Esto no es una ecuación de diseño. Es un recordatorio de que un espesor estable de la lámina no garantiza una altura estable de la pila.

El punzonado modifica la zona del borde de corte mediante la deformación, las tensiones residuales, la fractura y la formación de rebabas. Las rebabas pueden dañar el aislamiento o provocar el contacto entre láminas adyacentes cuando se comprime la pila. Por lo tanto, la rebaba es una variable del proceso, no solo un defecto visual.

Lista de comprobación de SPC para laminados de motores

Se trata de una estructura, no de un plan de control universal. Las pilas unidas, entrelazadas y soldadas no acumulan la variación exactamente de la misma manera.

No copiar los números de fresa Universal

“La rebaba debe estar siempre por debajo de los 10 micrómetros” parece una indicación útil. Puede que no sea adecuada para el producto que tienes delante.

El límite aceptable depende del espesor de la chapa, el tipo de material, el recubrimiento, la dirección de la rebaba, la ubicación del borde, la compresión del apilado, el método de unión, la validación eléctrica, los requisitos del cliente y el método de medición.

Utiliza dos límites cuando el riesgo lo justifique:

1. Límite del producto: el límite de aceptación establecido o validado.
2. Condición de mantenimiento: un nivel interno inferior que inicia la inspección de la herramienta antes del rechazo.

Una planta podría fijar el umbral de mantenimiento entre 60% y 80% del límite del producto tras analizar sus propios datos sobre la vida útil de las herramientas. Se trata de un ejemplo de política, no de una norma del sector.

Utiliza las normas sin dejar que sustituyan a la ingeniería

La familia de normas ISO 22514 establece métodos para la capacidad de proceso, el rendimiento y la capacidad del proceso de medición. La edición actual de la norma ISO 22514-2 se refiere a las características continuas; la norma ISO 22514-7 aborda la idoneidad de un proceso de medición para una tarea definida.

La serie IEC 60404 abarca los materiales de acero eléctrico, los ensayos de propiedades magnéticas, los grados, las características geométricas y los requisitos de inspección. La norma IEC 60404-8-4, por ejemplo, se refiere al acero eléctrico no orientado laminado en frío y totalmente procesado en espesores nominales especificados. No sustituye al plano de laminación acabado ni a la especificación validada del paquete.

Las normas definen los métodos y la terminología. El plano define los criterios de aceptación. El plan de control define con cuánta antelación hay que reaccionar.

Elabora el plan de muestreo en función de los eventos del proceso

Realiza siempre una inspección tras cada configuración de la matriz, mantenimiento de la matriz, cambio de bobina, reenhebrado de la banda, atasco en la prensa, ajuste de la alimentación, ajuste del apilador, cambio de unión o revisión del programa de calibrado. Cada una de estas acciones puede generar un nuevo estado del proceso.

Para el estampado de gran volumen, suele ser recomendable empezar con un subgrupo de entre tres y cinco laminaciones consecutivas. Asegúrate de que pertenezcan al mismo periodo breve, a la misma línea, a la misma cavidad y a las mismas condiciones de proceso. No formes un subgrupo con muestras del inicio, la mitad y el final de un turno, ya que eso introduce variaciones temporales en un mismo intervalo.

Añade comprobaciones basadas en impactos o en el tiempo. Establece el intervalo a partir del historial de vida útil de la herramienta, la velocidad de prensado, la tolerancia, la tasa de deriva anterior, el tiempo de medición, el coste de contención y la gravedad de la fuga. “Cada dos horas” podría ser lo adecuado. El historial debería explicar por qué.

Mantén separados el muestreo de piezas y el de pilas. Los datos de las piezas revelan el comportamiento del troquel y la alimentación. Los datos de las pilas revelan la acumulación, la unión, la compresión y la indexación. Vincula ambos por bobina, carril, cavidad, rango de golpes, apilador y lote.

Elige el gráfico que mejor se adapte a los datos

Utiliza un Gráfico Xbar-R cuando se pueden medir varios valores consecutivos como un subgrupo. Suele ser adecuado para la anchura de los dientes, el diámetro interior, la abertura de la ranura, el espesor y la altura de apilamiento repetitiva.

Utiliza un Gráfico I-MR cuando solo es viable obtener un resultado en cada intervalo, como en el caso del perfil de rebaba, la desviación de la pila completa, la medición de la inclinación, un ensayo destructivo o una pila de bajo volumen.

Utiliza un tabla de atributos en cuanto a recuentos o proporciones, como la falta de enclavamientos, los daños en el recubrimiento o las pilas rechazadas.

No combines líneas de tiras, cavidades, matrices o apiladores en un solo gráfico simplemente porque las piezas compartan un número de plano. Un gráfico debe representar un flujo de proceso. Por lo general.

Valida primero el proceso de medición

El ruido de medición puede parecer una variación del proceso.

Antes de recopilar los datos de referencia, define el sistema de referencia, el dispositivo de sujeción, la fuerza, los puntos de apoyo, las condiciones de temperatura, las reglas ópticas de los bordes, la dirección del trazo de rebaba, la fuerza de compresión de la pila, el tiempo de permanencia, el método de manejo y la resolución del medidor.

Un resultado de altura de pila sin una carga especificada es incompleto. Una lectura de rebabas sin una ubicación fija es difícil de comparar. Un programa óptico con umbrales de borde variables no constituye un proceso de medición estable.

Fórmulas de capacidad en texto sin formato

Calcula la capacidad solo cuando el proceso esté lo suficientemente estabilizado.

Cp = (Límite superior de control - Límite inferior de control) / (6 * sigma_internal)

Cpk = min(
  (Límite superior de control - media) / (3 * sigma_internal),
  (media - Límite inferior de control) / (3 * sigma_internal)
)

Pp = (Límite superior de uso - Límite inferior de uso) / (6 * sigma_global)

Ppk = min(
  (Límite superior de uso - media) / (3 * sigma_global),
  (media - Límite inferior de uso) / (3 * sigma_global)
)

USL y LSL son los límites de las especificaciones. sigma_within estima la variación a corto plazo. sigma_general incluye la variación a lo largo del período seleccionado.

Ejemplo resuelto: Ancho del diente

Las cifras que aparecen a continuación son solo un ejemplo didáctico.

Nominal = 5,000 mm
LSL = 4,960 mm
USL = 5,040 mm
Media = 5,014 mm
sigma_internal = 0,006 mm

Cp = (5,040 - 4,960) / (6 * 0,006)
Cp = 2,22

Cpk superior = (5,040 - 5,014) / (3 * 0,006) = 1,44
Cpk inferior = (5,014 - 4,960) / (3 * 0,006) = 3,00

Cpk = min(1,44; 3,00)
Cpk = 1,44

El Cp es alto porque la dispersión es relativamente pequeña. El Cpk es más bajo porque el proceso se ha desplazado hacia el límite superior. Antes de ajustar el troquel, comprueba la carta de control, la línea de producción, la cavidad, la estabilidad del calibre y los incidentes recientes relacionados con el troquel.

Ejemplo: Los datos combinados pueden ocultar un problema

Imaginemos una franja de dos carriles con unos anchos medios hipotéticos:

La media combinada parece perfecta. Ninguno de los dos carriles se comporta de forma ideal.

Los gráficos independientes pueden indicar diferentes condiciones de desgaste, alineación o holgura. Este mismo efecto de enmascaramiento se produce cuando se agrupan datos procedentes de varias cavidades o apiladores.

Plan de actuación ante una señal fuera de control

1. Incluye el material de la última comprobación válida.
2. Confirma la señal con el medidor y el método establecidos.
3. Identifica la bobina, la línea, la cavidad, el rango de impacto, la prensa, el apilador y el lote.
4. Comprueba las características relacionadas; compara, por ejemplo, la rebaba con el tamaño de la ranura y el perfil del borde.
5. Comprueba la posible causa: el avance, el punzón piloto, el punzón, la holgura de la matriz, el extractor, el dispositivo de sujeción, la estación de enclavamiento o los ajustes de unión.
6. Corrija la causa y compruebe que los subgrupos sucesivos cumplan los requisitos.
7. Liberar o clasificar el material contenido siguiendo una norma documentada.
8. Anota la causa, la acción y el punto de reinicio verificado.

No recalcules los límites de control solo porque un punto haya superado un límite. Modifícalos tras un cambio real y bien entendido en el proceso.

Lo que los compradores deben preguntar a un proveedor de servicios de laminación y estampado

Solicita más de un valor de Cpk:

• Datos sobre la capacidad de separación por carriles y cavidades
• Evidencia del sistema de medición para las comprobaciones del diámetro interior, los dientes, las rebabas y el apilado
• Altura exacta de la pila de carga, tiempo de permanencia y método de sujeción
• Mapas de rebabas y disparadores de mantenimiento de matrices
• Trazabilidad desde la bobina hasta el lote de laminación y la pila
• Normas sobre reacciones, contención y cambios en los procesos
• Pruebas de que los registros a nivel de pieza y a nivel de pila están vinculados

No basta con un cuadro de mando ecológico. Lo que importa es la identidad del proceso que hay detrás de cada cifra.

PREGUNTAS FRECUENTES

¿Cuáles son las dimensiones SPC más importantes para las láminas de motores?

Empieza por el espesor de la chapa, el diámetro interior o exterior, la anchura del diente, la abertura y la ubicación de la ranura, la excentricidad, la altura de la rebaba, la planitud, la geometría de enclavamiento, la altura de apilamiento, el paralelismo de las caras y el ángulo de inclinación. Adapta la lista a los modos de fallo del producto.

¿Debería haber un gráfico de control para cada cota de un plano?

No. Algunas dimensiones solo requieren una aprobación de configuración o una auditoría periódica. El control estadístico de procesos (SPC) rutinario debe centrarse en las características funcionales, los indicadores de desgaste, las dimensiones de alto riesgo y las características que se acumulan en la pila.

¿Existe un límite universal para la altura de las fresas?

No. El límite aprobado debe basarse en el plano, el sistema de recubrimiento, la compresión de la pila, la validación eléctrica, los requisitos del cliente y el método de medición acordado.

¿Con qué frecuencia se debe comprobar la altura de la fresa?

Compruébalo tras la instalación y el mantenimiento, y posteriormente a intervalos determinados en función del número de impactos y la tasa de desgaste observada. Mide los puntos fijos de alto riesgo, no el borde al que resulte más fácil acceder.

¿Por qué puede variar la altura de la pila cuando el espesor de la chapa es constante?

El recubrimiento, las rebabas, la ondulación, los residuos, la deformación por entrelazamiento, las condiciones de unión, el número de piezas, la respuesta a la compresión, la carga de medición y el tiempo de permanencia pueden influir en ello.

¿Qué es más importante, el CP o el Cpk?

El Cp refleja la capacidad potencial basada en la dispersión. El Cpk también refleja el centrado. Ninguno de los dos es fiable sin un proceso estable y un método de medición adecuado.

¿Puede una buena laminación del SPC garantizar un buen núcleo del motor?

No. La pila terminada aún debe someterse a controles de altura, excentricidad, paralelismo, sesgo, unión, estado del aislamiento y pruebas de rendimiento específicas del producto.

Una regla práctica

Controla las dimensiones que determinan el funcionamiento. Realiza un seguimiento de las mediciones que revelan el desgaste. Verifica el conjunto montado en condiciones definidas.

Mantén los datos separados según su origen real: bobina, línea, cavidad, herramienta, prensa y apilador.

Así es como el SPC detecta un cambio en el proceso antes de que la inspección final tenga que dar una explicación sobre una tanda defectuosa.

Solicitar una revisión de la laminación SPC

Para que la revisión de la fabricabilidad o del presupuesto resulte útil, facilite los planos de laminación y apilamiento, el tipo y el espesor del material, el recubrimiento, el volumen anual, el método de unión, la carga de medición de la altura de apilamiento, los requisitos de rebabas y planitud, los requisitos de inclinación, los índices de capacidad requeridos y las expectativas de trazabilidad.

Un presupuesto resulta más preciso cuando el método de control se define junto con la pieza, en lugar de añadirse una vez iniciada la producción.