“La única pieza perfecta, es aquella que aún no se ha fabricado”
Para responder a esta pregunta, me gustaría iniciar con los siguientes datos:
- La única pieza perfecta, es aquella que aún no se ha fabricado.
- Todas las piezas que se fabrican presentan variación dimensional y geométrica.
- La magnitud de la variación dimensional depende en lo general, del proceso de manufactura; así como del material utilizado en la fabricación.
- La precisión para determinar la variación dimensional de una pieza depende del instrumento de medición empleado.
- Cualquier pieza que se diseña, cumple su función cuando se ensambla con otras.
- Todos los productos poseen un costo de fabricación y dependiendo la naturaleza y finalidad, tienen un costo de venta.
Podemos concluir que todos los productos se forman a partir de dos o más componentes, ya que dichos componentes presentan desviaciones dimensionales y geométricas por sus procesos de manufactura, entonces el producto final, presentará también desviaciones geométricas y dimensionales. A esto se le conoce como acumulación de variación.
¿Y si…?
Somos conscientes que, por acumulación de variación, el producto resultante será diferente del producto concebido, ¿Cuánta diferencia podemos aceptar en el producto fabricado?, ¿Cómo vamos a medir esa diferencia? Si usamos instrumentos de medición sencillos, tal vez la podamos medir con rapidez, pero probablemente la precisión sea menor que si utilizamos instrumentos más sofisticados, aunque es posible que la medición requiera más tiempo. Entonces, ¿qué tanto nos podemos tardar en medir y que precisión necesitamos para saber si el producto fabricado es aceptable?
¿Y si durante el armado del producto, las piezas no se pueden ensamblar?, “El CAD» no muestra colisiones, y las piezas se fabricaron con respecto a esa referencia nominal; ¿qué podemos hacer para resolver este problema?, podríamos disponer de alguien se encuentre en la línea de ensamble para que ajuste manualmente los componentes para que monten, pero esta actividad puede retrasar los tiempos de fabricación, pues algunas piezas si “embonaran» y otras no. Entonces los tiempos de manufactura, así como la cantidad de ensambles van a variar con respecto a lo planeado, sin contar que debemos de darle a esta persona los recursos necesarios para hacer el retrabajo. También podríamos medir las piezas, pero ese proceso nos lleva a hacernos las mismas preguntas que en el párrafo anterior. ¿Y si, además, las piezas que no montan son fabricadas por diferentes proveedores?, ¿de quién es responsabilidad?, ¿y si las piezas que nos dieron los proveedores están “mal hechas»?, ¿Cómo lo podemos saber?
Podemos imaginar muchos escenarios más y hacernos una mayor cantidad de preguntas de tipo: ¿y si…? Pero cualquier pregunta que formulemos al respecto, tiene que ver con el mismo termino, tiene que ver con tolerancias.
¿Qué son las tolerancias?
De manera general, las tolerancias son parámetros que utilizamos para describir de forma clara y objetiva, cual es la variación que puede aceptarse en los elementos (superficies, barrenos, pines, etc.) de una pieza, una vez que dicho componente se ha fabricado.
De manera específica:
“La tolerancia es el rango de variación permisible que se puede presentar en los elementos de un componente o ensamble, sin que la desviación afecte a la función de este”
Ya que todas las piezas que se fabrican presentarán desviaciones y debemos asegurar el ensamble y función de los productos; las tolerancias son el “puente” entre la condición nominal y la condición real de fabricación del producto.
Dentro de la ingeniería mecánica, existen dos tipos básicos de tolerancias, las geométricas y dimensionales. Estas se aplican tanto a los componentes que forman al producto, como al producto terminado. Sin embargo, dependiendo a que nivel se aplican, implican diferentes condiciones:
- Tolerancias de componente: Representan los rangos de variación en los elementos de un componente, resultado del proceso de fabricación de la pieza.
- Tolerancias de producto: Son los rangos de variación acumulada por la suma de desviaciones de los componentes que forman al producto.
Diseño de tolerancias
El diseño de tolerancias o proceso de tolerado consiste en la definición de los tipos de errores (controles geométricos y dimensionales) que se deben controlar en una pieza y determinar la magnitud de variación que se puede presentar en dicho control, para asegurar el armado del producto y la función de este, a pesar de la acumulación de variación.
Para tolerar un componente, es necesario conocer inicialmente:
- Su geometría y función.
- La forma en que se ensamblará, así como.
- Las piezas que se encuentran en su entorno.
- Su proceso de manufactura o la variación potencial que los procesos generan.
Con esta información, se realiza una propuesta inicial de tolerancias, iniciando con una propuesta de Datums o Elementos referencia, seguida por controles geométricos y dimensionales alienados a su función y ensamble. A este proceso se le llama: análisis de función del componente.
Cuando se han realizado estos análisis de función para todas las piezas del producto, se calcula la acumulación de variación potencial del producto y se compara con los criterios de calidad esperados. Si dichos criterios no se cumplen, entonces se analiza cuales son los factores o parámetros que se pueden modificar para cumplir con la calidad y que no afecta los costos estimados del producto.
En conclusión
Las tolerancias son la base para asegurar la “fabricabilidad” de los productos que diseñamos; por lo tanto, el proceso de tolerado es crucial durante la fase de desarrollo y por las consecuencias de tolerancias definidas incorrectamente, no es prudente “dejarlas al último”, pues los riesgos potenciales de fallas tanto en manufactura, como en ensamble se incrementan. Ya que las tolerancias de un componente generan acumulación de variación en el producto final, estas se deben de analizar desde que comienza la definición del componente mismo y se actualizan según la maduración del proyecto.