Maîtriser les Tolérances en Tôlerie : Insights Pratiques pour la Fabrication de Précision

Lors du choix d'un fabricant pour vos pièces en tôlerie, le terme tolérance revient souvent. Tout le monde veut que ses pièces soient des répliques exactes de leurs modèles, mais en vérité, il doit toujours y avoir une certaine marge de manœuvre dans la définition de la perfection. Cette variation est ce que nous appelons tous tolérance. Même si le terme est utilisé tout le temps, la réalité des tolérances de fabrication peut devenir assez compliquée selon le processus en question. Ce post comparera l'usinage, l'impression 3D et les processus de tôlerie et comment ils affectent les tolérances atteignables.

Fabrication Tôlerie vs Usinage vs Impression 3D

L'usinage et l'impression 3D sont des méthodes de fabrication hautement précises, enlevant ou ajoutant (respectivement) du matériel avec précision pour produire une géométrie finale. La tôlerie est une méthode de fabrication légèrement moins précise qui repose sur la coupe, le pliage et l'étirement de minces feuilles de métal pour produire une géométrie finale. Les tolérances plus lâches atteintes par la méthode tôlerie sont un produit des processus hautement variables utilisés pour atteindre une géométrie.

L'usinage fournit le cadre de référence le plus compris pour les tolérances de fabrication. Nous voyons souvent des blocs de tolérance d'usinage sur les plans de tôlerie, comme celui de droite.

À l'école d'ingénierie, on enseigne que ±0,005 in. (0,127 mm) pour trois chiffres significatifs est la tolérance de base. C'est possible car il y a une machine créant des caractéristiques indépendamment des caractéristiques déjà créées. Peu importe si vous avez percé un trou à un endroit, la position et la taille du prochain trou seront déterminées uniquement par la machine faisant la coupe.

L'impression 3D est aussi une méthode de fabrication précise bien que le niveau réel de précision soit déterminé par les matériaux et processus utilisés. Gardez à l'esprit, comme l'usinage, l'impression 3D crée des caractéristiques sur une pièce indépendamment de celles qui sont venues avant. Elle continuera d'ajouter du matériel aux endroits nécessaires et maintiendra un haut niveau de précision (en supposant que votre conception supporte correctement la pièce pendant la fabrication). Ici chez Protolabs, les tolérances d'impression 3D varient de ± 0,002 in. à ± 0,012 in. (± 0,051 mm à 0,305 mm).

Sauf indication contraire :
.XX	±0.01
.XXX	±0.005
.XXXX	±0.0005
Angles	± 0.5°

En un sens, la tôlerie marche sur une ligne entre la fabrication et les biens artisanaux. Nous plions et étirons le matériel pour atteindre une géométrie finale. Nous n'ajoutons et n'enlevons pas du métal avec une seule machine hautement précise. En fait, la fabrication de tôlerie nécessite presque une douzaine de machines, selon les caractéristiques requises. Même la pièce formée la plus basique nécessite une machine de coupe et une machine de pliage, chacune avec ses propres tolérances et limitations.

Tolérances Tôlerie Protolabs

Nous divisons les tolérances en deux catégories.

• Tolérances sur une surface
• Tolérances sur plusieurs surfaces

Les tolérances sur une surface sont beaucoup plus serrées que celles sur plusieurs surfaces. Quand on regarde une seule surface, la plupart des caractéristiques sont créées en utilisant une machine, un laser ou une poinçonneuse. Comme l'usinage et l'impression 3D, cela nous permet de maintenir des tolérances plus serrées. C'est quand nous introduisons des plis dans la géométrie que les choses deviennent un peu moins claires.

Tolérances sur Une Surface

Référez-vous au tableau ci-dessous pour les tolérances standard pour chaque section marquée de la pièce.

Caractéristique	Référence	Tolérance +/-
Bord à Bord	A	0.005 in. (0.13 mm)
Bord à Trou	B	0.005 in. (0.13 mm)
Trou à Trou	C	0.005 in. (0.13 mm)
Trou à Quincaillerie*	D	0.010 in. (0.25 mm)
Bord à Quincaillerie*	E	0.010 in. (0.25 mm)
Quincaillerie à Quincaillerie*	F	0.015 in. (0.38 mm)
Pli à Trou	G	0.015 in. (0.38 mm)
Pli à Quincaillerie*	H	0.015 in. (0.38 mm)
Pli à Bord	I	0.010 in. (0.25 mm)
Pli à Pli	J	0.015 in. (0.38 mm)

*La quincaillerie est considérée comme des goujons, écrous, entretoises ou autres produits auto-fixants.

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Tolérances sur Plusieurs Surfaces

Référez-vous au tableau ci-dessous pour les tolérances standard pour chaque section marquée de la pièce.

Caractéristique	Référence	Tolérance +/-
Pli à Pli	A	0.015 in. (0.38 mm)
Pli à Pli	B	0.030 in. (0.76 mm)*
Bord à Trou	C	0.015 in. (0.38 mm)
Pli à Trou	D	0.030 in. (0.76 mm)*
Pli à Trou	E	0.030 in. (0.76 mm)*
Trou à Caractéristique Formée	F	0.010 in. (0.25 mm)
Trou à Caractéristique Formée	G	0.030 in. (0.76 mm)*
Bord à Caractéristique Formée	H	0.010 in. (0.25 mm)
Bord à Caractéristique Formée	I	0.030 in. (0.76 mm)
Trou à Trou	J	0.020 in. (0.50 mm)*
Bord à Bord	K	0.030 in. (0.76 mm)*
Bord à Pli	L	0.030 in. (0.76 mm)*

*Non-cumulatif.

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Une boîte en tôlerie avec un couvercle basique peut sembler simple en conception, mais il y a des nuances à considérer pour assurer un bon ajustement.

La Lutte de l'Empilement

Utilisons cette boîte et ce couvercle comme étude de cas sur les tolérances en tôlerie. Cela nous permettra d'analyser les implications de la fabrication de tôlerie sur les tolérances atteignables. Cet assemblage est trompeur par sa simplicité. Alors que nous plongeons dans la conception, jetez un œil aux nuances impliquées dans la conception de bonnes pièces en tôlerie.

D'abord, regardez le couvercle vert. Cette pièce a quatre brides formées à partir de la section centrale. Cette section centrale a quatre trous utilisés pour monter le couvercle sur la boîte rose en dessous. Ces quatre trous sont découpés au laser et leur position et taille sont étroitement contrôlées par un processus contrôlé par ordinateur. Ces trous seront localisés précisément et libres de l'impact des tolérances d'angle de pli et linéaires environnantes.

Avec le couvercle en tôlerie retiré, des caractéristiques supplémentaires sont révélées qui aident à créer une boîte bien conçue avec couvercle.

La situation est légèrement différente pour les trous dans notre boîte rose. Contrairement aux trous sur le couvercle, qui sont tous sur la même surface, les trous sur la boîte sont sur quatre surfaces différentes chacune séparées par quatre plis. Traverser les quatre plis, mesurer trou-à-trou, nous donne une tolérance linéaire de ±0,030 in. (±0,762 mm) et une tolérance angulaire d'empilement de 1° par pli. Cela signifie que l'emplacement de ces trous n'est pas nearly aussi étroitement contrôlé que sur le couvercle. Il est critique de garder cela à l'esprit quand vous concevez des composants en tôlerie.

Alors, que pouvez-vous faire pour surmonter cela ? Vous pourriez ouvrir les trous dans le couvercle pour permettre le désalignement des trous de montage ou utiliser de la quincaillerie flottante dans la boîte qui permet le désalignement entre le couvercle et la boîte. Combinez les deux approches et vous avez efficacement trivialisé les tolérances d'empilement vues dans la boîte. Vous obtenez un assemblage fonctionnel qui s'accouple de manière fiable et impressionnera votre client avec votre prowess de conception en tôlerie.

Points Clés sur les Tolérances

Nous fabriquons des composants de tôlerie de précision. Cependant, la précision n'est pas la même à travers toutes les méthodes de fabrication. Un concepteur ne peut pas s'attendre à maintenir des tolérances d'usinage dans leur pièce en tôlerie. Si vous comprenez cela, et êtes réfléchi sur les directives de conception et votre approche de la tôlerie, vous aussi pouvez accomplir de grandes choses avec vos pièces.