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Estándares de Calidad de Prensado, Comparación y Tendencias

Estándares de Calidad de Prensado, Comparación y Tendencias
09.01.2009
Por Rob Boyd, Gerente de Productos de Prensado, Schleuniger, Inc. Presentado en Wiring Harness News

Los estándares de calidad se vuelven más exigentes día a día. En estos tiempos difíciles, los fabricantes de arneses están buscando expandir su negocio dentro de sus mercados existentes y buscan mercados nuevos. El siguiente artículo comparará y contrastará los estándares de calidad actuales, aquellos que se usan comúnmente el día de hoy, revisará las técnicas de medición apropiadas, discutirá algunas de las tendencias en la calidad del prensado, y discutirá métodos para mejorar la eficiencia en la recolección de la información de calidad.

Se toma por un hecho que las compañías fabricantes quieren la más alta calidad al menor precio posible. Muy frecuentemente, se demanda mayor calidad al mismo precio económico. Hay tantos estándares a los cuales adherirse y cada fabricante puede tener diferentes requerimientos. No solamente se tiene que mantener record de las distintas normas en los EE.UU. si no que ahora que las compañías están apostando por negocios Europeos, necesitamos comprender las normas Europeas de la misma manera. Mantener todas estas especificaciones en línea y comprender todas las diferencias incrementa la dificultad constantemente. También hemos experimentado situaciones donde las compañías fabricantes tienen diferencias de opinión en cuáles son sus estándares de calidad internos. Las compañías más grandes con plantas múltiples, posiblemente en varios o muchos países son los más susceptibles a este tipo de desafíos. Otra consideración en estos casos es la barrera del idioma. Los diferentes operarios pueden tomar el mimo tipo de medición de manera distinta lo que puede lograr resultados distintos. Así que, quién está en lo correcto? Estos problemas hacen que la recolección de la información sea más difícil, y como todos ya sabemos, la recolección de la información puede ser muy desgastante e ineficiente si no se lleva a cabo de manera correcta.

La norma UL 486A-486B es probablemente la de mayor uso y cubre los requerimientos de la terminal y el conector para EE.UU., Canadá y México. La norma más específica para los fabricantes de arneses es la IPC/WHMA-A-620, que cubre todo desde el prensado, soldado, atado y envoltura con corbatas. La norma IPC/WHMA-A-620 es un esfuerzo de colaboración entre la IPC y la Asociación de Fabricantes de Arneses. La norma SAE AS7928 antes referida como MIL AS7928 y la USCAR-21 son para las conexiones Militares y Automotrices respectivamente. Ambas normas fueron creadas por la Sociedad de Ingenieros Automotrices.  La norma automotriz más reciente es la VW 60330 la cual es la única norma orientada a los procesos que indica cada cuanto se tienen que llevar a cabo las pruebas. La elabora la Compañía Volkswagen principalmente para sus proveedores. Como ve cada norma tiene sutiles diferencias, y cuando se tiene como clientes a algunas compañías que requieren que sus productos cumplan con los lineamientos de UL y otras con los de SAE, como puede usted llevar el record de las diferencias?

Mucha de la discusión a continuación hará referencia a las especificaciones automotrices. Sin embargo, conforme los estándares de calidad se vuelvan más exigentes, algunos de estos estándares se podrían adoptar por otros mercados. Subrayaré algunas de las diferencias entre las herramientas y técnicas de medición para la altura de prensado, pruebas de tensión así como también el equipo para realizar pruebas de corte de sección transversal.

Altura y Ancho del Prensado

La única cosa que todas las especificaciones tienen en común es que todas indican las especificaciones del fabricante de la altura y ancho del prensado que se debe utilizar. Únicamente la especificación A-620 indica la medición de altura opcional. Sin embargo es opcional únicamente cuando la prueba de tensión se lleva a cabo. Únicamente la especificación VW indica que 5 muestras se deben medir para cada preparación. Una preparación de producción es cuando se haga algún cambio de cable, terminal,  carrete de terminal o el aplicador.

Las especificaciones VW y A620 indican que para las mediciones de la altura de prensado es menester utilizar un micrómetro con punta y espada (Fig. 1). Esto es para eliminar la posibilidad de que el desgaste del herramental influya la medición (Fig. 2). Sin embargo, este método tampoco es perfecto. Si la medición no se hace en el punto más alto del prensado, la medición podría estar incorrecta.

El ancho del prensado es un pequeño desafío. La mayoría de las compañías no miden el ancho del prensado ya que es una distancia fija del herramental. Las únicas normas que realmente la toman en cuenta son la de VW y la de USCAR y ambas usan terminología diferente. Indican que hay dos anchos de prensado; una se podría medir en la terminal prensada pero la otra no (Fig. 3). El “Ancho de Prensado” (VW) o “Ancho Tangente” (USCAR) es el ancho de prensado no medible. Es una dimensión en el herramental de prensado en la parte superior donde la curvatura se hace recta. Técnicamente es entre las tangentes del radio del herramental de prensado. El “Ancho de Prensado Medible” (VW) o “Ancho de Prensado” (USCAR) se mide en el punto más ancho de la terminal. VW indica que es menester utilizar un micrómetro de doble espada para determinar esta distancia. Las otras normas no indican los requerimientos de micrómetros. Aunque estoy mezclando la terminología de las diferentes especificaciones, para el propósito de este articulo utilizaré los términos “Ancho de Prensado” y “Ancho de Prensado Medible” para mayor claridad como se muestra en la figura 3.

Las tolerancias en ocasiones también pueden ser un problema. Algunos de los fabricantes de terminales indican las tolerancias para la altura de prensado pero algunos no. Algunas compañías utilizan sus propias tolerancias pero algunos empleados las utilizan de distintas maneras. Únicamente las normas USACAR y VW especifican las tolerancias dependiendo del tamaño del cable. Como vera en la tabla a continuación, las tolerancias son las mismas pero los tamaños de cable correspondientes difieren.

Tamaño del CableTolerancias
Altura de Prensado del  Conductor (CCH)
USCAR 
≤ 0.35 mm²± 0.03 mm
> 0.35 mm²± 0.05 mm
≥ 8.0 mm²± 0.10 mm
VW 60330 
0.22 – 0.5 mm± 0.03 mm
0.5 – 2.5 mm± 0.05 mm
> 2.5 mm± 0.10 mm

La mayoría de los fabricantes de terminales no referencian las tolerancias del ancho del prensado. Esto puede ser un desafío porque como ya sabemos el herramental se desgasta. Así que cual tolerancia se utiliza? La norma VW utiliza una tolerancia de ±0.10mm para el ancho del prensado. Las demás no lo abordan.

La tolerancia del ancho del prensado usualmente no se especifica dentro de las especificaciones de la terminal porque normalmente se refiere al ancho de las tangentes, el cual es el ancho del prensado que no se puede medir. Se utiliza como una referencia del herramental, no como un parámetro de calidad medible. Algunas compañías fabricantes utilizan esto para el ancho del prensado medible pero esto técnicamente no es correcto. Los lados del herramental de prensado cuentan con un ángulo (ejem. 3° ó 4°) lo que significa que el ancho de las tangentes es menor que el ancho de prensado medible. Por lo tanto, cómo las compañías verifican que el ancho de prensado concuerda con las especificaciones del fabricante si 1) la especificación dada no se puede medir 2) no hay dimensión para la parte de la terminal que se pueda medir y 3) no hay tolerancias para la dimensión enlistada? Qué es lo que miden las compañías, y, es del todo correcto?

Prueba de Tensión

Las pruebas de tensión se discuten en todas las normas y es mandatorio en todas excepto en la IPC/WHMA-A-620. Esta norma A-620 indica que si se toman mediciones de la altura de prensado, las pruebas de fuerza de tensión no son necesarias. La norma A-620 también especifica que cualquier muestra que se utilice para pruebas de fuerza de tensión no se podrá utilizar como producto.

Las pruebas de tensión también varían entre normas. La velocidad de tensión es la velocidad a la cual se estirará la terminal del cable. Puede ser importante ya que se pueden lograr diferentes valores si la velocidad no es constante. Usualmente, los valores de tensión más grandes se logran con velocidades de tensión mayores. Las normas UL y VW no especifican una velocidad, así que los fabricantes pueden utilizar el método más rápido disponible, siempre y cuando no haya un jalón repentino sobre la muestra. USCAR indica una velocidad de entre 50 a 250 mm por minuto, pero se prefiere la de 100mm por minuto. La norma SAE AS7928 especifica una velocidad de una pulgada por minuto.

Al llevar a cabo una prueba de tensión, la mayoría de las compañías fabricantes no retiran el prensado del aislante, sin embargo, las normas VW, UL y USCAR requieren que el aislante de prensado se abra o quede deshabilitado. La norma VW brinda valores de fuerza de tensión más altos si el aislante del prensado se deja intacto.

La norma USCAR se vuelve un desafío para cumplir ya que indica que el dispositivo para realizar las pruebas debe ser capaz de tener una tolerancia de ± 1% del valor medido. La mayoría de los dispositivos para pruebas de tensión se especifican en relación a su fuerza de tensión máxima, De acuerdo a USCAR, un cable de 24 AWG tiene una fuerza mínima de tensión de (8.8 lbs.). Una tolerancia de ± 1% del valor seria de 0.4 N (0.09 lbs.). Para poder cumplir con la norma USCAR no se podrían utilizar los dispositivos para pruebas de tensión estándares de 110 lb (500 N) a menos que tenga una precisión del 0.09%. La mayoría tiene una precisión de 0.5% ó 0.25% de la fuerza de tensión máxima, la cual está lejos del 0.09%. Puesto de otra forma, para lograr una tolerancia de 0.4 N para la prueba del cable de 24 AWG, el dispositivo para pruebas de tensión debería tener una fuerza máxima de 17.6 lbs. (80 N) si es que el dispositivo tiene una precisión de 0.5%. Si el dispositivo tiene una tolerancia de 0.25% la fuerza máxima puede ser 35.2 lbs. (160 N). El cable más pequeño que se puede medir en un dispositivo con fuerza de 110 Lbs. de acuerdo a la norma USCAR es de 12 AWG. Por lo tanto los fabricantes de arneses que deben cumplir con la norma USCAR necesitan ya sea dispositivos con una precisión excepcional o necesitarían diferentes dispositivos para medir todos los rangos de cables. Un rango de cables de 10 a 22 AWG requerirían de 5 diferentes dispositivos.

Micrograph

Aún con todas estas normas, el 25% de todas las fallas eléctricas en un carro (y posiblemente en otros productos también) es debido a prensados incorrectos. Haciendo a un lado los errores simples durante los procesos de fabricación de arneses, las terminales pueden salirse de tolerancia en el proceso de fabricación  y frecuentemente las compañías necesitan utilizar terminales que son demasiado grandes para el cable.

La siguiente terminal (Fig. 4) es un ejemplo de una especificación en rango de cables de 26 a 20 AWG. El cable que se utilizó es 26 AWG y la altura y ancho de prensado cumplen con la especificación del fabricante. Sin embargo se pueden observar huecos de aire dentro del prensado lo que claramente indican que la terminal es demasiado grande para el cable.

USCAR reconoce que no todos los cables son iguales. Un cable de 0.5 mm² fabricado a especificaciones SAE (mínimo 0.508 mm²) es diferente a un cable 0.5 mm²  fabricado para cumplir con la especificación ISO (mínimo 0.4647 mm²). Por detalles como estos y los problemas constantes de calidad en los prensados, más y más compañías, como VW en Europa y China, están integrando el análisis de corte de sección transversal en sus procesos de producción.

Los sistemas de Corte de Sección Transversal o Micrograph, solamente se podían ver donde se fabricaban los herramentales de aplicadores o bien en laboratorios de los grandes proveedores a las arneseras. Eran grandes unidades que incluían resinas y soluciones para corrosión a través de acido. Estos sistemas típicamente rondaban los $ 50,000 o más y todo el proceso era muy tardado. Por otra parte este tipo de equipo es la única manera de obtener realmente una fotografía dentro del prensado (Fig. 5).

Los nuevos sistemas del mercado están mucho mejor adaptados para el uso en procesos de producción ya que el análisis del prensado es mucho más rápido gracias a que necesita menos pasos. La mayoría de los sistemas ya utilizan entintado electrolítico en lugar de la corrosión por ácido. Como sabe, el manejo de acido requiere de entrenamiento especial, guantes y protección de ojos así como también de cuidados y procesos especiales para desecharlos, ya que el ácido es considerado un material peligroso. La solución de los sistemas nuevos tiene un valor de PH igual que el agua así que es mucho más seguro de usar y no necesita de cuidados o procedimientos de desechos especiales. Finalmente, los sistemas nuevos son mucho más económicos. Por lo tanto, obtener un análisis exhaustivo de todo el prensado es más rápido, más sencillo y mucho más económico.

Únicamente las normas USCAR y VW discuten el uso de sistemas de análisis de corte transversal. La norma USCAR los identifica como herramientas de diagnóstico para resolver problemas. La norma VW obliga su uso dependiendo del tamaño del cable. Se pueden observar más problemas en cables más pequeños, así que la frecuencia de las pruebas es mayor. La tabla a continuación indica los requerimientos de frecuencia como lo sugiere la norma VW.

Tamaño del Cable Requerimiento de Prueba
≤ 0.35 mm²todos- cuando se cambie el carrete de terminales
  - cuando se cambie al proveedor de cable
0.5 mm²- líneas de señal:- en ≤ 0.35 mm²
 - líneas de poder:- en ≥ 0.5 mm²
≥ 0.5 mm²todos- después de un1/6 del tiempo de vida del herramental
  - en contactos nuevos, donde el tiempo de vida se desconozca: cada
30.000 ciclos

A continuación puede ver un bosquejo de la norma VW indicando todas las mediciones requeridas (Fig. 6).

La altura de prensado (1) es la medición estándar. El ancho de prensado (2) ó el ancho de prensado no medible únicamente se pueden medir utilizando un sistema Micrograph. El ancho de prensado medible (3) simplemente mide la distancia más ancha en la terminal. El ángulo de soporte (4) y la altura de soporte (5) son indicadores de que tan centrada esta la terminal en el prensado y que tan fuerte será el prensado a lo largo del tiempo. Entre más vertical sea el ángulo y mayor la altura mayor será la fuerza del prensado a lo largo del tiempo. El espacio libre del frente (6) es un indicador de que la terminal es del tamaño apropiado para el cable. Si la terminal es demasiado grande, el frente tocará o estará muy cerca de la base del prensado. Altura de la rebaba (8) ó ancho de rebaba (9) son indicadores del desgaste del yunque. Finalmente, grosor de la base (10) es un indicador de si el material ha sido prensado en exceso. La norma VW brinda guías para cada valor indicando límites aceptables.

Los cortes de sección transversal son también muy utilices para verificar ángulos torcidos en la terminal (fig. 7) y a través de una reducción de área. Ambas son muy difíciles de medir sin un sistema de micro sección.

Los parámetros de calidad se vuelven más rígidos año con año. Gran parte de la discusión aquí arriba puede no aplicar directamente a su compañía en este momento. Sin embargo, en el pasado hemos visto que las normas que inician en una industria eventualmente migran a las otras. Por lo tanto, esperamos que esto le sirva de observación por adelantado de lo que podría necesitar en un futuro. Esta discusión cubrió un porcentaje muy pequeño de las normas mencionadas, pero esperamos le brinde una mejor comprensión de las distintas normas y de cómo pueden aplicar a su industria. Para mayor información de las normas por favor vaya a:

UL 486A/486B\n www.sae.org