Análisis de tolerancias: preparación del modelo para el

Análisis de tolerancias: preparación del modelo para el

Análisis de tolerancias:
preparación del modelo para el mundo real
¿SABÍA
QUE...?
En el mundo real, el plástico encoge, las máquinas de corte pierden
el filo y las piezas no siempre encajan a la perfección. La solución
es el análisis de tolerancias, pero sólo si se aplica correctamente.
Tome un bloque largo de aluminio extruído de un contenedor. Córtelo en 10 partes. Después,
coloque las partes extremo con extremo. Ahora, determine si encaja de nuevo en su lugar
original. Debido a distintas condiciones (una hoja de corte ligeramente roma, una pequeña
vibración en la máquina de fresado, un aumento de temperatura o humedad), es muy probable
que no encaje.
Como empresa de ingeniería que vende piezas, conjuntos o incluso modelos CAD a los
clientes para producción final, entiende perfectamente los riesgos de la variación de procesos
de mecanizado. El modelo CAD representa la versión idónea del producto que creará el socio
de fabricación o el cliente. Pero salvo que las especificaciones del modelo incluyan tolerancias
para un cierto nivel de variación de mecanizado, el cliente puede acabar teniendo una
cantidad inaceptable de desechos de producción, y usted puede acabar perdiendo el cliente.
Con Pro/ENGINEER® Tolerance Analysis Extension,
que funciona con CETOL Technology®, PTC facilita
a los ingenieros de diseño la realización de análisis
de tolerancias 1D sin salir de la aplicación de
Pro/ENGINEER.
La necesidad de equilibrio
El conocimiento de las realidades de la variación de procesos de mecanizado actualmente
es crucial por la cada vez mayor globalización del desarrollo de productos y las presiones
de lanzamiento de productos al mercado que son cada vez más estrictas. Al tener menos
tiempo y oportunidad de crear y analizar prototipos físicos, los actuales equipos de diseño
globalmente dispersos y basados en la Web están usando en su lugar prototipos virtuales para
impulsar la innovación y tomar decisiones de desarrollo de productos basadas en información.
En este proceso, es esencial la capacidad del ingeniero de diseño de predecir primero cómo
afectarán al modelo CAD las variaciones de mecanizado y, después, establecer las tolerancias
correspondientes.
Sin embargo, la definición manual de tolerancias no es tan fácil como parece. El método
más sencillo es que el ingeniero de diseño aplique tolerancias estándar donde existan. Las
tolerancias estándar suelen asociarse con piezas y conjuntos comunes. Pero esta práctica
puede dar problemas más adelante, ya sea en pasos de diseño posteriores o cuando el
modelo se envíe a fabricación.
En primer lugar, es posible que las tolerancias estándar simplemente no encajen en las cotas
finales del futuro producto. Esto puede forzar al diseñador a buscar soluciones cuando el
modelo o conjunto crece que pueden afectar a la calidad o retrasar el momento de lanzamiento
del producto al mercado. En segundo lugar, el uso de tolerancias estándar puede ser costoso
para el mecanizado si, por ejemplo, las tolerancias estándar son más estrictas de lo necesario
para un producto en particular. Las tolerancias demasiado estrictas pueden forzar al área de
mecanizado a usar maquinaria especializada; si el diseñador puede relajar las tolerancias,
manteniéndolas dentro de las especificaciones del producto, se podrá mecanizar la pieza con
maquinaria menos costosa.
En lugar de usar tolerancias genéricas estándar, el diseñador sólo debería definir tolerancias
con la precisión requerida: si son demasiado estrictas, pueden aumentar los costes de
mecanizado o pueden producirse porcentajes de desechos mayores de los necesarios; si
son demasiado amplias, el producto, aunque se pueda mecanizar, puede que no cumpla los
requisitos de los usuarios finales.
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Funcionamiento del software de análisis de tolerancias
El software de análisis de tolerancias, históricamente muy complejo y sólo asequible para
los grandes fabricantes, está migrando a las pequeñas y medianas empresas de ingeniería
a través de su integración con el software CAD 3D.
Básicamente, el funcionamiento del software de análisis de tolerancias consiste en tomar la
máxima información posible sobre el modelo y su comportamiento previsto. Después, aplica
algoritmos expertos para mostrar al diseñador CAD, de forma gráfica y casi en tiempo real,
cómo afectará un cambio en la tolerancia al producto mecanizado.
Como parte del proceso de modelado, por ejemplo, el software de análisis de tolerancias
identifica las cotas cruciales del modelo y, después, introduce variaciones que comprueban
la sensibilidad de las cotas en diferentes casos de mecanizado y rendimiento.
Si se utiliza con software CAD 3D, el software de análisis de tolerancias puede resultar valioso
en todo el proceso de creación de modelos. Algunos ejemplos:
Modelado de conceptos: incluso con un modelo de esqueleto, el software de análisis de
tolerancias puede ayudar a determinar dónde se encontrarán las cotas críticas y, con
información de mecanizado, qué tolerancias serán posibles con las herramientas existentes
y/o los activos de capital. Esta información puede ayudarle a decidir si el producto que se
va a diseñar funcionará con el presupuesto designado.
Modelado funcional de conjuntos: aquí intervienen factores como las interfaces de tipo
cojinete, uniones, pernos, materiales y demás, y es particularmente útil poder modelar
una amplia gama de variaciones, algo que incluso un prototipo físico no puede hacer.
También en este caso, un simple cambio de diseño puede compensar una situación que de
otra manera requeriría un cambio de mecanizado costoso. A modo de ejemplo, para que
la holgura de asiento del tren de válvulas del motor de un automóvil tenga una tolerancia
aceptable, el diseñador CAD puede cambiar la posición del taladro central de la guía de
válvulas, un cambio mucho menos costoso que añadir un nuevo proceso de mecanizado.
Modelado detallado de piezas: cuando el modelo está casi completo, el análisis
de tolerancias puede ayudar al diseñador y al ingeniero de producción a aceptar
los compromisos necesarios en el modelo “según mecanizado”, para permitir una
determinada configuración de máquina, por ejemplo, o para la ejecución en dos
máquinas simultáneamente.
Simplificación del proceso: 3D, 2D y 1D
El software de análisis de tolerancias incluye prestaciones variadas. Los paquetes independientes
de altas prestaciones pueden calcular tolerancias de componentes y conjuntos complejos con
algoritmos 3D y 2D para combinar límites de tolerancia en varios ejes. Dichos paquetes son
valiosos para aplicaciones de comprobación especializadas, pero no suelen ser necesarios
para el ingeniero de diseño, cuya necesidad principal de soporte de tolerancias es el análisis
unidimensional (1D) o de acumulación lineal.
Con mucho, 1D es el dominio de tolerancias usado con más frecuencia porque la gran mayoría
de los productos se montan de forma lineal. Incluso un producto que tenga cuatro vértices
horizontales (izquierda, derecha, frontal y posterior) se puede considerar un conjunto lineal:
primero, los parámetros izquierdo y derecho; después, los parámetros frontal y posterior.
Dada la popularidad del análisis 1D y, en comparación con 2D y 3D, su extremada rapidez
de ejecución, es una herramienta efectiva para el ingeniero de diseño en el caso de que exista
una acumulación horizontal o vertical. Una caja de cambios del tren motriz de un automóvil
(tractor o camión) es un ejemplo de acumulación horizontal, en el que el diseñador debe
montar primero los engranajes en un eje y, después, pasar el eje a través de la carcasa de la
caja de cambios, y finalmente por dos anillos tóricos hasta llegar al compartimento del motor.
Un ejemplo de una acumulación vertical es un conjunto electrónico con placas de circuitos
impresos apiladas una encima de otra.
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Los ingenieros de diseño pueden usar también el análisis 1D en ciertas situaciones 2D o 3D si
determinan que la raíz del problema de tolerancia es unidimensional. Como ejemplo, la caja
de cambios puede requerir que los anillos tóricos sean más gruesos en un lado que en el otro.
Esta diferencia puede producir que un lado tenga material adicional. Pero el diseñador no
tiene que preocuparse de buscar espacio en el volumen de la caja de cambios para ajustar el
material adicional, porque hay suficiente espacio. Por lo tanto, la acumulación de la envoltura
del anillo tórico de la caja de cambios sigue siendo el problema raíz del análisis.
Toma de decisiones basadas en información
El análisis unidimensional puede ayudar a los ingenieros a tomar decisiones de diseño basadas
en más información de varias maneras.
Los diseñadores pueden asegurarse de que las tolerancias reales se aproximan a los objetivos
de tolerancia establecidos en las especificaciones de los requisitos originales. Si los resultados
reales estuvieran dentro de los límites objetivo, eso podría indicar una oportunidad de
reducir el coste de mecanizado mediante la fl exibilización de algunas tolerancias. Asimismo,
los diseñadores pueden probar diversos esquemas de tolerancias “sobre la marcha” para
encontrar la mejor de varias soluciones alternativas para un problema dado. Si se utiliza de
esta forma, el software de análisis de tolerancias puede proporcionar una ventaja significativa
al ingeniero de diseño que desee producir modelos y productos de la máxima calidad posible
y al menor coste posible.
PTC: perspectiva del proveedor
Con Pro/ENGINEER® Tolerance Analysis Extension, que funciona con CETOL Technology ®,
PTC facilita a los ingenieros de diseño la realización de análisis de tolerancias 1D sin salir
de la aplicación de Pro/ENGINEER. Tolerance Analysis Extension mantiene la asociatividad
con el modelo de Pro /ENGINEER, que proporciona multitud de ventajas valiosas: cualquier
cambio en el modelo se refl eja automáticamente en los parámetros del análisis; el software
valida automáticamente las cotas y bucles de cotas; utiliza gráficos de fácil comprensión
para ayudar a los ingenieros de diseño a comparar las variaciones de diseño; y soporta
las metodologías de diseño Seis Sigma, de forma que los ingenieros de diseño puedan
crear modelos optimizados para mecanizado.
Para el análisis 2D y 3D, los diseñadores con Pro/ENGINEER o los ingenieros de pruebas
pueden cambiar fácilmente al software de modelado de conjuntos CETOL 6s, disponible por
parte del socio de PTC Sigmetrix, LLC. Puesto que el software CETOL 6s para Pro /ENGINEER
utiliza las mismas convenciones de interfaz que Pro /ENGINEER Tolerance Analysis Extension,
que funciona con CETOL Technology, los ingenieros pueden cambiar cómodamente de una
aplicación a otra.
Análisis de tolerancias: adecuado para usted y sus clientes
Está claro que el análisis de tolerancias puede ayudar al diseñador CAD de múltiples formas
y en muchas fases del diseño. También está claro que, debido a la combinación actual de
equipos de diseño globalmente dispersos y los plazos más cortos de tiempo de lanzamiento
de productos al mercado, el análisis de tolerancias ya no es un lujo para las pequeñas
y medianas empresas de desarrollo de productos; es una necesidad.
El análisis de tolerancias ayuda a que los diseños avancen al estado de promoción, y se
lancen al mercado, rápidamente, no sólo reduciendo la necesidad de prototipos físicos,
sino también aumentando la innovación mediante casos hipotéticos realizados virtualmente.
Quizás lo más importante es que el software de análisis de tolerancias puede mejorar
considerablemente la colaboración con los socios de fabricación o los clientes, ya que
le permite proporcionar información de tolerancias validada al principio del proceso de
diseño, el momento crucial para determinar la calidad del producto y controlar los costes.
Este conocimiento temprano del rendimiento del producto ayuda al cliente a planificar la
fabricación, lo que puede ser una ventaja importante para el cliente y para usted.
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