Una herramienta de atornillado con una MFU aprobada, Cmk = 1,85, y aun así el cliente reclama uniones defectuosas de la producción en serie. ¿Suena contradictorio? No lo es. Porque la investigación de capacidad de máquina (MFU) solo evalúa la herramienta en condiciones de laboratorio, con alta repetibilidad y metrología de precisión. La investigación de capacidad de proceso (PFU) según VDI/VDE 2645-3 evalúa el proceso real de atornillado, con todas las fuentes de variación procedentes de persona, material, método y entorno. Quien se salta la PFU o la equipara a la MFU se expone a liberaciones de proceso inválidas, reclamaciones de clientes y costosos recalls.
Esta guía le muestra paso a paso cómo llevar a cabo su primer estudio de capacidad de proceso (PFU) conforme a norma, de forma estructurada y segura, como base de un buen control de producción y de la optimización de la producción.
MFU y PFU: dos estudios, dos conclusiones completamente distintas
El error de pensamiento más frecuente en la técnica de atornillado: un valor Cmk aprobado demostraría por sí solo la capacidad de calidad del proceso. Eso es incorrecto.
A diferencia de la MFU, la PFU tiene en cuenta, además de la influencia de la máquina, las categorías de influencia persona, material, método y entorno. La MFU responde a la pregunta: ¿Puede la herramienta hacerlo en principio? La PFU responde: ¿Mantiene todo el proceso de atornillado las tolerancias de forma estable bajo condiciones reales de serie? De este modo, la PFU se convierte en un auténtico estudio de capacidad de proceso.
| Característica | MFU - Capacidad de la máquina | PFU - Capacidad del proceso |
|---|---|---|
| Periodo de observación | Estudio a corto plazo (horas) | Estudio a largo plazo (días / semanas) |
| Factores influyentes | Sólo máquina y medición | Humano, Máquina, Material, Método, Entorno (5M) |
| Indicadores | Cm / Cmk | Cp / Cpk |
| Valor límite típico | Cmk ≥ 1,67 | Cpk ≥ 1,67 (Automotriz) |
| Tamaño de muestra | al menos 50 mediciones consecutivas | al menos 25 subgrupos de 5 valores |
| Método de medición (técnica de apriete) | Momento de desconexión de la herramienta en condiciones ideales | Medición de par de giro adicional bajo condiciones de producción en serie |
| Objetivo | Aprobación de la herramienta / liberación de calibración | Aprobación de proceso para la producción en serie |
| Base normativa | VDI/VDE 2645-2 | VDI/VDE 2645-3 |
La MFU es siempre el primer paso. Una PFU nunca puede tener éxito si la MFU ha fallado previamente. Sin embargo, una máquina capaz todavía no garantiza un proceso capaz. Ambos estudios deben realizarse de forma independiente y documentarse por separado.
Qué significa en concreto la PFU según VDI/VDE 2645-3
El objetivo de la investigación de capacidad de proceso para uniones atornilladas es evaluar y documentar la capacidad de calidad de un proceso de atornillado bajo condiciones de producción en serie, como parte del aseguramiento de la calidad en el montaje.
La PFU proporciona indicaciones para la evaluación y la mejora continua del proceso de atornillado. Entre ellas se incluyen: la detección de influencias sistemáticas para la mejora dirigida del proceso, la evaluación del efecto de las acciones correctivas, la valoración de las tolerancias y la definición de los límites de intervención de las cartas de control de calidad. Todo ello se apoya en un análisis de datos de medición coherente y en una supervisión de montaje bien estructurada.
La directriz utiliza para ello la medición de par de reapriete (Weiterdrehmoment): tras el atornillado se determina, con una herramienta de comprobación calibrada, el par necesario para girar ligeramente más el tornillo. El par de reapriete proporciona información sobre los fenómenos de asentamiento y su efecto sobre la fuerza de apriete. Este método de medida indirecto permite un análisis de par de apriete destructivo-cero y un aseguramiento de la calidad acompañado de la serie. Bien aplicado, constituye una pieza clave del control de par de apriete y de la inspección de montaje.
Comprender Cpk y Cmk, y calcularlos correctamente
Las magnitudes clave centrales de la PFU son Cp (potencial del proceso) y Cpk (índice de capacidad de proceso crítico).
Cp y Cpk son indicadores estadísticos para la evaluación de un proceso en la técnica de producción. Indican con qué seguridad se alcanzan los objetivos especificados en el plano. En la práctica de la metrología de precisión y del control de producción se utilizan como índice de capacidad estándar.
Mientras que el valor Cp solo indica la relación entre la tolerancia especificada y la dispersión del proceso, el valor Cpk tiene en cuenta adicionalmente la posición de la media respecto al centro de la tolerancia. Un proceso puede, por tanto, mostrar matemáticamente un buen comportamiento de dispersión, pero seguir teniendo un Cpk deficiente porque su valor medio está demasiado cerca de uno de los límites de tolerancia.
La fórmula de cálculo, útil para cualquiera que quiera saber cómo calcular Cpk:
Cpk = min [ (OSG - x̄) / (3σ), (x̄ - USG) / (3σ) ]
Siendo OSG el límite de especificación superior y USG el límite de especificación inferior, x̄ la media del proceso y σ la desviación estándar de los valores medidos.
Un Cpk de 1,67 da como resultado una tasa de rechazo muy baja de 0,57 ppm (partes por millón). Antiguamente era habitual exigir como mínimo Cp y Cpk ≥ 1,33, requisito que sigue vigente hoy en muchos sectores. En la industria de la automoción, en cambio, la exigencia mínima se sitúa en Cp y Cpk ≥ 1,67.
El valor Cmk de la MFU y el Cpk de la PFU son, por tanto, índices de capacidad complementarios que, juntos, describen la capacidad de proceso global.
Calcule sus valores directamente en la calculadora interactiva y utilícela como apoyo para su propio estudio de capacidad de proceso:
Los 6 pasos de su primera PFU según VDI/VDE 2645-3
Primero determine la clase de apriete de tornillo según VDI/VDE 2862 (A, B o C) y establezca los límites de tolerancia (OSG / USG) para el momento de apriete adicional. Sin límites definidos, el cálculo Cpk posterior carece de significado. Las conexiones críticas de seguridad de la clase A requieren tolerancias especialmente estrechas.
Antes de empezar con la PFU: asegúrese de que el proceso de apriete esté controlado estadísticamente. Realice una investigación previa con una carta de control de calidad durante un período representativo. Si la carta de control muestra tendencias, corridas o violaciones de límites de intervención, la PFU no es válida.
Obtenga en condiciones reales de producción al menos 25 subgrupos de 5 mediciones (= 125 valores). Importante: los cambios de turno, cambios de lote de material y cambios de operador deben estar incluidos en la muestra. Mida con una herramienta de prueba calibrada los momentos de apriete adicionales directamente en las conexiones ya atornilladas.
Verifique los valores de medición para distribución normal (p. ej. prueba de Anderson-Darling o análisis de histograma). Las fórmulas estándar para Cp y Cpk solo se aplican a datos con distribución normal. En una distribución no normal, deben emplearse métodos alternativos (p. ej. método de percentiles).
Calcule los índices de capacidad: Cpk = min[(OSG - x̄) / (3σ), (x̄ - USG) / (3σ)]. El menor de los dos componentes (Cpo / Cpu) es determinante. En la industria automotriz se considera como límite inferior mínimo Cpk ≥ 1,67. Si el valor está por debajo, el proceso no es apto para liberación y deben iniciarse medidas para la optimización del proceso.
Archive todos los datos de medición, fundamentos de cálculo y resultados de acuerdo con las normas y de forma trazable. Si se obtiene una PFU válida (Cpk ≥ el valor límite requerido) se concede la liberación del proceso. Al mismo tiempo, establezca los límites de intervención para las cartas de control de calidad y defina el intervalo de repetición de la PFU.
Errores típicos y cómo evitarlos desde el principio
Un punto especialmente crítico en la práctica: el intervalo de confianza del valor Cpk se vuelve muy grande con muestras pequeñas, lo que reduce considerablemente la fuerza de la conclusión estadística. Quien trabaja con 30 en lugar de 125 valores medidos obtiene un resultado al que, desde el punto de vista estadístico, apenas puede otorgarse confianza.
Del mismo modo se aplica: solo cuando la carta de control (control chart) no muestra violaciones de los límites de intervención ni patrones no naturales (tendencias, runs) durante un periodo representativo, el proceso puede considerarse estable y la PFU es válida. Sin estabilidad de proceso no hay verdadera capacidad de proceso ni base sólida para la optimización de la producción.
PFU y VDI/VDE 2862: cómo se complementan las normas
La PFU según VDI/VDE 2645-3 se apoya directamente en la clasificación de casos de atornillado de la VDI/VDE 2862: la clase (A, B o C) determina la estrechez con la que deben fijarse los límites de tolerancia y, por tanto, qué valor de Cpk debe demostrar su proceso. Las uniones de seguridad crítica de la clase A exigen los límites más estrictos y la documentación más completa. Encontrará más información sobre la clasificación de casos de atornillado en nuestro artículo VDI/VDE 2862 explicado de forma sencilla: qué significan las categorías A, B y C para sus procesos de atornillado.
Si en sus proyectos ya trabaja con VDI 2645 y VDI/VDE 2862, una PFU normoconforme se convierte en una pieza clave integrada de su sistema de aseguramiento de la calidad en el montaje.
La herramienta adecuada para una PFU conforme a norma
Una PFU solo es tan sólida como el medio de medición utilizado. Son determinantes:
- Sistemas de medición calibrados con trazabilidad completa (acreditación DAkkS)
- Medición de par de reapriete sin influencia del operario para resultados reproducibles y alta repetibilidad
- Registro automático de datos y evaluación estadística (Cmk, Cpk, histograma, carta de control) directamente en el sistema, para un análisis de datos de medición eficiente
- Archivado conforme a norma de todos los datos de medición para auditorías
El GWK QUANTEC MCS® está diseñado específicamente para secuencias de ensayo según VDI/VDE 2645-3: la medición de ángulo de giro sin punto fijo, con una exactitud de medición de ±1 % entre el 10 y el 100 % del rango nominal, la medición integrada de par de reapriete y la conexión WLAN directa con el software de análisis QuanLabPro convierten el sistema en una herramienta fiable para la PFU acompañada de la producción en serie. Todos los resultados (curvas de atornillado, cálculos de Cpk, histogramas) se documentan de forma archivable y apta para auditoría, facilitando la supervisión de montaje y el control de par de apriete.
Quien desee cubrir de forma flexible sus necesidades de herramientas para una campaña de PFU encontrará en el servicio de alquiler GWK ToolRent® una solución rentable: equipos calibrados, listos para utilizar de inmediato y disponibles por semanas o meses sin necesidad de inversión. Esto facilita la realización de un estudio de capacidad de proceso puntual sin inmovilizar capital.
Conclusión: conforme a norma, documentado y apto para auditoría
La investigación de capacidad de proceso según VDI/VDE 2645-3 no es un ejercicio único por obligación: es la columna vertebral de su sistema de aseguramiento de la calidad en la técnica de atornillado. Quien recorre de forma consecuente los seis pasos, evita los errores típicos y apuesta por tecnología de medición calibrada, consigue evidencias de Cpk sólidas que cualquier auditor aceptará como prueba de capacidad de proceso.
Tres resultados clave que toda PFU debe aportar:
- Demostración de la estabilidad del proceso (carta de control)
- Valor Cpk ≥ valor límite exigido (p. ej. 1,67 en automoción), es decir, un índice de capacidad acorde a la categoría del caso de atornillado
- Documentación completa y conforme a norma de todas las series de medición
Junto con usted desarrollamos la solución óptima para sus casos de atornillado específicos: desde la selección de la herramienta, pasando por la calibración acreditada DAkkS, hasta la documentación completa de la PFU y el soporte en el control de producción diario.
¿Con qué frecuencia debe repetirse una PFU según VDI/VDE 2645-3?
La VDI/VDE 2645-3 no especifica un intervalo fijo de repetición. En la práctica, las PFU se suelen repetir tras cambios significativos del proceso (cambio de herramienta, cambio de material, nuevo operador), tras desviaciones en la supervisión de la producción o a solicitud del cliente (p. ej., durante auditorías automotrices). Como orientación, se aplica un ciclo anual o en cada lanzamiento de un nuevo tipo de componente.
¿Cuál es la diferencia entre Cpk y Cmk en la tornillería?
Cmk es el índice de capacidad de máquina crítico y describe la capacidad de la herramienta de atornillado bajo condiciones ideales controladas (a corto plazo, sin influencias externas) - umbral típico: Cmk ≥ 1,67. Cpk es el índice de capacidad de proceso crítico y evalúa el proceso de atornillado completo bajo condiciones reales de la serie, incluyendo todos los factores de influencia (operador, material, entorno). Un Cmk alto no garantiza necesariamente un Cpk alto.
¿Puede un valor de Cmk aprobado sustituir la PFU?
No. La MFU (con Cmk) evalúa solo la herramienta de atornillado en condiciones de laboratorio: es una condición necesaria, pero no un sustituto de la PFU. Solo la PFU según VDI/VDE 2645-3, bajo condiciones reales de producción, demuestra la capacidad real de calidad del proceso global. Ambas comprobaciones deben documentarse de forma conforme a la norma.
¿Qué método de medición establece VDI/VDE 2645-3 para la PFU?
La directiva VDI/VDE 2645-3 describe la medición del par de giro adicional como procedimiento para la PFU. Después del apriete, se aplica una herramienta de prueba calibrada y se mide el par necesario para girar ligeramente el tornillo. Este par de giro adicional es una medida indirecta de la fuerza de pre-tensión realmente alcanzada en la unión.
¿A partir de qué valor de Cpk se considera que un proceso de atornillado es capaz?
El Cpk mínimo requerido depende de la industria y del cliente. En la industria automotriz Cpk ≥ 1,67 es el estándar para conexiones críticas de seguridad de la clase A. Un Cpk ≥ 1,33 se considera suficiente en muchas otras industrias. Si Cpk < 1,33, el proceso se considera no apto y deben tomarse medidas correctivas de inmediato.
