Tolérances d'usinage 101 :Comprendre les bases, les types et l'importance des tolérances d'usinage

Au début de la première révolution industrielle, il n'existait aucune norme pour la fabrication de pièces de machines. Cela signifiait que chaque machine ou produit fabriqué avait sa conception personnalisée et était construit dans un style de production « unique ». Bien que cette méthode ait permis aux fabricants d'obtenir une précision dimensionnelle, elle a entraîné de longs délais.

Vers la fin de la première révolution industrielle, Eli Whitney (l'inventeur de l'égreneuse de coton) a compris comment fabriquer plusieurs mousquets pour qu'ils soient interchangeables ㅡ ce qui signifie que les mousquets étaient identiques et qu'il pouvait les substituer les uns aux autres. Son approche de fabrication a montré comment les composants d'un assemblage doivent être fabriqués selon certaines tolérances d'usinage standard.

Mais qu'est-ce que la tolérance d'usinage exactement et comment fonctionne-t-elle ? Cet article répond à toutes ces questions et plus encore.

Qu'est-ce que la tolérance dans l'usinage ?

La tolérance est simplement une mesure de la variation (ou déviation) acceptable dans la dimension de votre pièce. En termes simples, la tolérance d'usinage vous permet de spécifier la limite dimensionnelle maximale et minimale d'une pièce. Il est généralement exprimé à l'aide de "±" (prononcé plus ou moins) et accompagné d'un écart acceptable (par exemple, ±0,05).

Pour mieux comprendre les tolérances, considérez un scénario dans lequel vous cherchez à fabriquer un arbre qui sera couplé à un roulement, comme illustré à la Figure 1.

Figure 1 :Un accouplement arbre-palier

Supposons que le roulement ait un diamètre de 30 mm. Dans un tel scénario, vous conviendrez qu'un arbre fabriqué pour avoir un diamètre de 30 mm (ou plus) peut être difficile à installer dans le roulement. De même, un arbre d'un diamètre de 27 mm sera trop lâche pour le roulement.

Les tolérances d'usinage vous permettent de spécifier un écart acceptable dans la dimension de votre pièce pour faciliter l'assemblage. Ainsi, par exemple, vous pouvez spécifier une dimension d'arbre de 29 ± 0,05 mm lors de la fabrication de votre arbre. Cette dimension indiquerait qu'un diamètre d'arbre compris entre 28,95 mm et 29,05 mm serait satisfaisant pour l'ensemble arbre-palier.

Types de tolérances

#1 Tolérance unilatérale

La tolérance unilatérale est un type de tolérance qui permet une variation par rapport à la dimension nominale (ou vraie) uniquement dans une direction (positive ou négative). Un exemple d'une telle tolérance est illustré à la figure 2. Ce dessin illustre la tolérance unilatérale en utilisant un arbre d'un diamètre de 153,65 (+2,52/-0,00) mm.

Figure 2 :Tolérance unilatérale

Il indique aux fabricants que le diamètre de l'arbre fini doit être d'au moins 153,65 mm et d'au plus 156,17 mm ㅡ, soit une somme de 153,65 mm et 2,52 mm.

En savoir plus :Comprendre l'usinage de précision

#2 Tolérances bilatérales

Contrairement à la tolérance d'usinage unilatérale, les tolérances bilatérales permettent une variation de la dimension nominale dans les sens positif et négatif. Un exemple d'une telle tolérance est illustré à la figure 3, où nous avons un trou d'un diamètre de 102,00 ± 0,10 mm.

Figure 3 :Tolérance bilatérale

Remarquez comment cette tolérance permet une variation égale de la valeur nominale dans les deux sens. Supposons donc que votre fabricant fabrique un trou d'un diamètre compris entre 101,90 mm et 102,10 mm. Dans un tel scénario, cela n'affectera pas la fonction de votre pièce.

Vous devriez opter pour des tolérances bilatérales si vous cherchez à produire en masse des pièces extérieures, car cela élimine la possibilité d'erreurs coûteuses qui rendraient vos produits finis inutiles.

#3 Limiter la tolérance

Comme son nom l'indique, la tolérance limite est un type de tolérance qui exprime les valeurs limites (ou extrêmes) possibles d'une pièce. Par exemple, la figure 4 illustre la tolérance d'usinage limite. Et il indique aux fabricants que la pièce usinée (ou le produit final) est satisfaisante tant que la dimension de l'arbre se situe entre 99,50 mm (limite inférieure) et 101,80 mm (limite supérieure).

Figure 4 :Limiter la tolérance

#4 Tolérances d'usinage standard

Les tolérances standard sont les tolérances d'usinage les plus largement utilisées pour la plupart des pièces fabriquées aujourd'hui. Ces tolérances se situent généralement dans la plage de ±0,005" et ±0,030", et les machinistes les appliquent généralement lorsque les clients ne spécifient pas de niveaux de tolérance.

Par exemple, le tableau 1 montre les tolérances standard pour différents procédés de fabrication :

Ces valeurs de tolérance sont fixées par plusieurs organismes internationaux de normalisation (comme ASME et ANSI). Ils sont idéaux lorsque vous cherchez à fabriquer des pièces simples (ou des fonctions de pièces) comme des tuyaux, des filetages et des broches. Toutefois, pour les fonctions de pièces plus complexes, vous pouvez spécifier des tolérances et des exigences à l'aide de la norme GD&T (Geometric Dimensioning and Tolerancing).

Comprendre la cotation géométrique et les tolérances (GD&T)

Le dimensionnement et les tolérances géométriques (GD&T) offrent un niveau de contrôle qualité supérieur par rapport aux autres tolérances d'usinage. Par exemple, il vous permet de spécifier des caractéristiques géométriques uniques telles que la position réelle d'un élément, la planéité, la perpendicularité, le parallélisme et la concentricité d'une pièce.

La figure 5 montre le dessin de conception assistée par ordinateur (CAO) 2D d'une pièce avec GD&T. Remarquez comment cette tolérance de dessin et d'usinage fournit des informations utiles sur la manière dont certaines surfaces doivent être parallèles et perpendiculaires à d'autres surfaces.

Figure 5 :Dimensionnement géométrique et tolérance

GD&T est un incontournable de la conception et de la fabrication, et vous trouverez des concepteurs de produits de haut niveau utilisant cette approche de tolérance avec les autres types de tolérance pour la conception de leurs produits. Cette combinaison de méthodes de tolérance d'usinage vous permet de communiquer avec précision votre intention de conception. Cela réduit également la nécessité d'expliquer des exigences complexes, en particulier si vous envisagez de sous-traiter la fabrication à un atelier d'usinage à l'étranger.

Figure 6 :Vue éclatée et vue assemblée d'un moteur à induction comportant plusieurs pièces avec des exigences de tolérance différentes

Fabriquer avec Gensun

La tolérance d'usinage est essentielle lorsque vous concevez des pièces que vous souhaitez fabriquer. Cependant, le succès de votre projet de fabrication dépend également de l'atelier d'usinage avec lequel vous décidez de travailler.

Gensun Precision Machining est l'un des principaux fournisseurs de services de fabrication en Asie. Nous avons une équipe de machinistes, d'ingénieurs et d'experts en contrôle qualité hautement qualifiés qui travaillent ensemble pour comprendre vos exigences de conception et de tolérance avant de réaliser votre produit correctement.

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