Les tolérances d'usinage expliquées : fondamentaux, types et importance

Au début de la première révolution industrielle, il n'y avait pas de standard pour la fabrication de pièces de machines. Cela signifiait que chaque machine ou produit manufacturé avait sa conception personnalisée et était construit dans un style de production « à l'unité ». Bien que cette méthode permette aux fabricants d'atteindre la précision dimensionnelle, elle causait de longs délais.

Vers la fin de la première révolution industrielle, Eli Whitney (l'inventeur de l'égreneuse de coton) a découvert comment fabriquer plusieurs mousquets pour qu'ils soient interchangeables – 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 devaient être fabriqués selon certaines tolérances d'usinage standard.

Mais qu'est-ce exactement que la tolérance d'usinage, et comment fonctionne-t-elle ? Cet article répond à tout cela et plus.

Qu'est-ce que la tolérance en usinage ?

La tolérance est simplement une mesure de variation acceptable (ou déviation) dans la dimension de votre pièce. Simplement dit, la tolérance d'usinage vous permet de spécifier la limite dimensionnelle maximale et minimale d'une pièce. Elle est généralement exprimée en utilisant « ± » (prononcé plus ou moins) et accompagnée d'une déviation acceptable (par exemple, ±0,05).

Pour mieux comprendre les tolérances, considérez un scénario où vous cherchez à fabriquer un arbre qui sera accouplé à un palier, comme indiqué dans la Figure 1.

Figure 1 : Accouplement arbre et palier

Supposons que le palier ait un diamètre de 30 mm. Dans un tel scénario, vous conviendrez qu'un arbre fabriqué avec un diamètre de 30 mm (ou plus) pourrait être difficile à insérer dans le palier. De même, un arbre avec un diamètre de 27 mm sera trop lâche pour le palier.

Les tolérances d'usinage vous permettent de spécifier une déviation 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 entre 28,95 mm et 29,05 mm serait satisfaisant pour l'assemblage arbre-palier.

Types de tolérances

#1 Tolérance unilatérale

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

Figure 2 : Tolérance unilatérale

Cela indique aux fabricants que le diamètre final de l'arbre doit être d'au moins 153,65 mm et au maximum 156,17 mm – ce qui est la 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 la variation par rapport à la dimension nominale dans les directions positive et négative. Un exemple de telle tolérance est indiqué dans la Figure 3, où nous avons un alésage avec un diamètre de 102,00 ±0,10 mm.

Figure 3 : Tolérance bilatérale

Remarquez comment cette tolérance permet une variation égale par rapport à la valeur nominale dans les deux directions. Ainsi, supposons que votre fabricant fabrique un alésage avec un diamètre variant 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 série des pièces extérieures car cela élimine la possibilité d'erreurs coûteuses qui rendraient vos produits finis inutilisables.

#3 Tolérance limite

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 limite d'usinage. Et elle indique aux fabricants que la pièce usinée (ou 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 : Tolérance limite

#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 une fourchette de ±0,005" et ±0,030", et les machinistes les appliquent généralement quand 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 définies par plusieurs organismes de normalisation internationaux (comme ASME et ANSI). Elles sont idéales quand vous cherchez à fabriquer des pièces (ou caractéristiques de pièces) simples comme des tuyaux, des filets et des goupilles. Cependant, pour des caractéristiques de pièces plus complexes, vous pourriez vouloir spécifier les tolérances et exigences en utilisant la norme de Tolérancement et Dimensionnement Géométriques (GD&T).

Comprendre le Dimensionnement et Tolérancement Géométriques (GD&T)

Le Dimensionnement et Tolérancement Géométriques (GD&T) fournit un niveau de contrôle qualité supérieur par rapport aux autres tolérances d'usinage. Par exemple, il vous permet de spécifier des caractéristiques géométriques uniques comme la position vraie d'une caractéristique, le planéité d'une pièce, la perpendicularité, le parallélisme et la concentricité.

La Figure 5 montre le dessin CAO 2D d'une pièce avec GD&T. Remarquez comment ce dessin et cette tolérance d'usinage fournissent des informations utiles sur la façon dont certaines surfaces devraient être parallèles et perpendiculaires à d'autres surfaces.

Figure 5 : Dimensionnement et Tolérancement Géométriques

Le GD&T est un pilier de la conception et de la fabrication, et vous trouverez les meilleurs concepteurs utilisant cette approche de tolérance avec les autres types de tolérances pour leur conception de produit. Cette combinaison de méthodes de tolérance d'usinage vous permet de communiquer votre intention de conception avec précision. Elle réduit aussi le besoin d'expliquer des exigences complexes, surtout si vous cherchez à externaliser la fabrication vers un atelier à l'étranger.

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

 

Fabrication avec Gensun

La tolérance d'usinage est essentielle quand vous concevez des pièces que vous voulez fabriquer. Cependant, la réussite de votre projet de fabrication dépend aussi de l'atelier que vous décidez de choisir.

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

En savoir plus sur nos services d'usinage CNC de haute qualité et d'impression 3D (ou fabrication additive).