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? En realidad no lo es. Porque la investigación de capacidad de la máquina (MFU) solo evalúa la herramienta en condiciones de laboratorio. El estudio de capacidad de proceso (PFU) según VDI/VDE 2645-3 evalúa el proceso real de atornillado, con todas las fuentes de variación derivadas de la persona, el material, el método y el entorno. Quien se salta el PFU o lo equipara a la MFU se arriesga a liberar procesos sin validez y a costosas campañas de retirada.
Esta guía le muestra paso a paso cómo llevar a cabo de forma estructurada y segura su primer PFU conforme a la norma, integrándolo de manera eficaz en su aseguramiento de la calidad en el montaje y en su control de producción.
MFU y PFU: dos estudios, resultados totalmente distintos
El error de pensamiento más frecuente en la técnica de atornillado: creer que un valor Cmk aprobado demuestra la capacidad de calidad del proceso. Eso es incorrecto.
A diferencia de la MFU, el 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: ¿La herramienta es, en principio, capaz de hacerlo? El PFU responde: ¿Mantiene todo el proceso de atornillado las tolerancias de forma sostenida bajo condiciones reales de producción?
| Característica | MFU - capacidad de la máquina | PFU - capacidad del proceso |
|---|---|---|
| Período de observación | Estudio a corto plazo (horas) | Estudio a largo plazo (días / semanas) |
| Factores de influencia | Solo 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 la muestra | al menos 50 mediciones consecutivas | al menos 25 subgrupos de 5 valores |
| Método de medición (técnica de apriete) | Torque de parada de la herramienta bajo condiciones ideales | Medición de torque de continuación bajo condiciones de producción en serie |
| Objetivo | Aprobación de herramientas / Liberación de calibración | Aprobación de proceso para la producción en serie |
| Fundamento normativo | VDI/VDE 2645-2 | VDI/VDE 2645-3 |
La MFU es siempre el primer paso. Un PFU nunca puede ser satisfactorio si la MFU ha fallado previamente. Sin embargo, una máquina capaz no garantiza todavía un proceso capaz. Ambos estudios deben realizarse de forma independiente y documentarse por separado como parte del estudio de capacidad de proceso.
Qué significa en concreto el PFU según VDI/VDE 2645-3
El objetivo del estudio 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.
El PFU aporta información clave para la evaluación y la mejora continua del proceso de atornillado. Entre ellas se incluyen: identificar influencias sistemáticas para una mejora dirigida del proceso, evaluar el efecto de las medidas correctivas, valorar las tolerancias y definir los límites de intervención de las cartas de control de calidad. De este modo se consigue una mejor repetibilidad y una optimización de la producción basada en datos.
La directriz utiliza para ello la medición del par de sobreapriete (Weiterdrehmoment): tras el atornillado, se determina con un equipo de ensayo calibrado el par necesario para girar ligeramente más el tornillo. El par de sobreapriete proporciona información sobre los fenómenos de asentamiento y su efecto sobre la fuerza de apriete previa. Este método de medición indirecto permite una garantía de calidad en serie, no destructiva, basada en el análisis de par de apriete dentro de una metrología de precisión moderna.
Entender Cpk y Cmk, y calcularlos correctamente
Los parámetros centrales del PFU son Cp (potencial del proceso) y Cpk (índice crítico de capacidad de proceso o índice de capacidad).
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.
Mientras que el valor Cp solo indica la relación entre la tolerancia especificada y la dispersión del proceso, el valor Cpk tiene en cuenta además la posición de la media respecto al centro del intervalo de tolerancia. Es decir, un proceso puede presentar numéricamente un buen comportamiento de dispersión y aun así tener un Cpk deficiente, porque su valor medio está demasiado cerca de uno de los límites de especificación.
La fórmula de cálculo es:
Cpk = min [ (OSG - x̄) / (3σ), (x̄ - USG) / (3σ) ]
Donde OSG es 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 cantidad de rechazo muy baja de 0,57 ppm (partes por millón). En el pasado, la exigencia mínima para Cp y Cpk ≥ 1,33 era habitual y sigue vigente hoy en muchos sectores. En la industria del automóvil, en cambio, la exigencia mínima es Cp y Cpk ≥ 1,67.
Si se pregunta cómo calcular Cpk o cómo interpretar el valor Cmk de su MFU, puede determinar sus valores directamente en la calculadora interactiva y utilizarlos para su estudio de capacidad de proceso:
Los 6 pasos de su primer PFU según VDI/VDE 2645-3
Primero determine la clase de caso de apriete según VDI/VDE 2862 (A, B o C) y establezca los límites de tolerancia (OSG / USG) para el momento de giro adicional. Sin límites definidos, el cálculo posterior de Cpk carece de significado. Las conexiones de seguridad de la clase A requieren tolerancias especialmente estrechas.
Antes de empezar con la PFU: asegúrese de que el proceso de apriete esté estadísticamente controlado. Realice un estudio de prearranque con una carta de control durante un periodo representativo. Si la carta de control muestra tendencias, runs o violaciones de límites de intervención, la PFU no es válida.
Obtenga al menos 25 subgrupos de 5 mediciones (= 125 valores) bajo condiciones de serie reales. Importante: cambios de turno, cambios de lote de material y cambios de operador deben estar incluidos en la muestra. Mida los momentos de giro adicional con una herramienta de prueba calibrada directamente en las conexiones ya atornilladas.
Verifique los valores de medición para la normalidad (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 caso de distribución no normal, deben aplicarse 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 términos (Cpo / Cpu) es determinante. En la industria automotriz se aplica como límite mínimo inferior Cpk ≥ 1,67. Si el valor está por debajo, el proceso no es apto para su liberación y deben tomarse medidas para la optimización del proceso.
Archive todos los datos de medición, las bases de cálculo y los resultados de forma conforme a la norma y trazable. En caso de PFU aprobada (Cpk ≥ el valor límite requerido) otorgue la liberación del proceso. Al mismo tiempo, fije 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 amplio con tamaños de muestra pequeños, lo que reduce considerablemente la capacidad de interpretación. Quien trabaja con 30 en lugar de 125 valores medidos obtiene un resultado al que, estadísticamente, apenas se le puede otorgar fiabilidad.
Asimismo, solo si la carta de control no muestra violaciones de los límites de intervención ni patrones anómalos (tendencias, rachas) en un periodo de tiempo representativo, el proceso se considera estable y el PFU es admisible. Un buen análisis de datos de medición y una supervisión de montaje continua son imprescindibles para un control de producción robusto.
PFU y VDI/VDE 2862: cómo se complementan las normas
El PFU según VDI/VDE 2645-3 se basa directamente en la clasificación de casos de atornillado de la VDI/VDE 2862: la clase (A, B o C) determina cuán estrechos deben fijarse los límites de tolerancia y, por tanto, qué valor Cpk debe demostrar su proceso. Las uniones de seguridad de la clase A exigen los límites más estrictos y la documentación más completa. Puede encontrar 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.
La herramienta adecuada para un PFU conforme a norma
Un PFU solo es tan sólido como el equipo de medición utilizado. Son decisivos:
- Sistemas de medición calibrados con trazabilidad completa (acreditación DAkkS)
- Medición del par de sobreapriete sin influencia del operario para resultados reproducibles
- Registro automático de datos y evaluación estadística (Cmk, Cpk, histograma, carta de control) directamente en el sistema, facilitando el análisis de datos de medición
- 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 (VDI 2645): la tecnología de sensor angular patentada, con precisión de medición de ±1 % en todo el rango principal de medida, la medición integrada del par de sobreapriete y la conexión directa por WLAN al software de análisis QuanLabPro convierten el sistema en una herramienta fiable para el PFU acompañado de producción. Todos los resultados (curvas de atornillado, cálculos de Cpk, histogramas) se documentan de forma archivable y apta para auditorías.
Quien desee cubrir de forma flexible sus necesidades de herramienta para una campaña de PFU encuentra en el servicio de alquiler GWK ToolRent® una solución rentable: equipos calibrados, listos para usar, sin inversión inicial, disponibles por días, semanas o meses. Esto facilita la inspección de montaje puntual y el control de par de apriete en proyectos concretos de optimización de la producción.
Conclusión: conforme a norma, documentado y apto para auditorías
El estudio de capacidad de proceso según VDI/VDE 2645-3 no es un mero trámite puntual: es la columna vertebral de su sistema de aseguramiento de la calidad en el montaje dentro de la técnica de atornillado. Quien sigue de forma consecuente los seis pasos, evita los errores típicos y apuesta por una metrología de precisión calibrada, obtiene evidencias de Cpk sólidas que cualquier auditor aceptará.
Tres resultados clave que todo PFU debe aportar:
- Demostración de la estabilidad del proceso (carta de control)
- Valor Cpk ≥ valor límite exigido (p. ej., 1,67 en automoción)
- Documentación completa y conforme a norma de todas las series de medición
Junto con usted, desarrollamos la solución óptima para sus casos específicos de atornillado: desde la selección de la herramienta, pasando por la calibración acreditada DAkkS, hasta la documentación completa del PFU. De este modo refuerza su capacidad de proceso, mejora la repetibilidad de sus uniones atornilladas y eleva su nivel de aseguramiento de la calidad en el montaje.
¿Con qué frecuencia debe repetirse la PFU según VDI/VDE 2645-3?
La VDI/VDE 2645-3 no especifica un intervalo fijo de repetición. En la práctica, las PFUs se repiten típicamente tras cambios de proceso significativos (cambio de herramienta, cambio de material, nuevo operador), tras desviaciones en el monitoreo en serie o a petición del cliente (p. ej., en auditorías de automoción). Como pauta orientativa, se aplica un ciclo anual o con cada inicio de un nuevo tipo de componente.
¿Cuál es la diferencia entre Cpk y Cmk en el apriete de tornillos?
Cmk es el índice crítico de capacidad de la máquina y describe la capacidad de la herramienta de apriete bajo condiciones ideales controladas (breve, sin influencias externas) - valor límite típico: Cmk ≥ 1,67. Cpk es el índice crítico de capacidad del proceso y evalúa el proceso de apriete completo bajo condiciones reales de la serie, incluyendo todos los factores influyentes (operario, material, entorno). Un alto Cmk no garantiza aún un alto Cpk.
¿Puede un valor de Cmk aprobado reemplazar la PFU?
No. La MFU (con Cmk) evalúa solo la herramienta de apriete en condiciones de laboratorio; es un requisito necesario, pero no un reemplazo de la PFU. Solo la PFU según VDI/VDE 2645-3, bajo condiciones de producción reales, demuestra la capacidad real de calidad del proceso global. Ambas investigaciones deben documentarse conforme a la norma.
¿Qué método de medición especifica VDI/VDE 2645-3 para la PFU?
La directriz VDI/VDE 2645-3 describe la medición de par de giro adicional como procedimiento para la PFU. Después del atornillamiento, se coloca una herramienta de prueba calibrada y se mide el par necesario para girar ligeramente el tornillo un poco más. Este par de giro adicional es una medida indirecta de la fuerza de pre-tensado realmente alcanzada en la unión.
¿A partir de qué valor de Cpk se considera que un proceso de atornillado es apto?
El valor mínimo de Cpk exigido 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.
