communication technique matériaux et fabrication

Spécification géométrique des produits industriels

1ère année STPI INSA de Rennes

Communication technique&

Matériaux et Fabrication

2

Plan du cours

A. PrésentationB. Spécifications dimensionnelles

– Ecriture– Interprétation– Vocabulaire– Position de l’intervalle de tolérance– Amplitude de l’intervalle de tolérance– Ajustements

C. Spécifications géométriques– Introduction– Forme générale– Élément tolérancé– Référence– Zone de tolérance– Exemples d'application

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A. Présentation

Etapes Nature du produit Nature du modèle

Concevoir Produit géométriquement parfait

Modèle nominal

Spécifier Produit fonctionnel Modèle spécifié (fonctionnel)

Fabriquer Produit réel Modèle spécifié de fabrication

Qualifier Produit mesuré Modèle de vérification

La spécification de la géométrie des produits consiste à définir les caractéristiques géométriques des pièces qui permettront d’obtenir le fonctionnement attendu.

Hypothèse de la cotation fonctionnelle: Si une pièce est bonne vis-à-vis de l’ensemble des spécifications, elle assurera les fonctions pour lesquelles elle a été crée.

Contexte

4

A. Présentation

Phase de conception d’un mécanisme

Idée, besoin

Modèle géométrique parfait

Modèle spécifié(fonctionnel)

Extrait dessin de définition

Fonction Technique

2

Solution Technologique

1


2


3

Fonction de

Service

Fonction Technique

3

Fonction Technique

1

5

A. Présentation

Phase de réalisation d’un mécanisme

Extrait dessin de définition

Modèle spécifié(fonctionnel)

Modèle spécifié(fabrication)

Extrait plan de fabrication pour une étape de fabrication donnée

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A. Présentation

Phase de vérification des spécifications d’une pièc e

Pièce fabriquée

Pièce mesurée Pièce qualifiée

La vérification de la géométrie des produits doit permettre de s’assurer que les pièces réalisées sont bien conformes aux spécifications.

7

Spécification dimensionnelle : la distance entre 2 points doit être comprise dans un intervalle de tolérance.

Spécification géométrique : l'élément mesuré (surface ligne ou point) ou un élément dérivé (axe, plan médian, …) doit être compris dans une zone de tolérance donnée.

Typologie des spécifications fonctionnelles

Elles sont principalement de deux types

Spécification dimensionnelle

Spécifications géométriques

Ø

A. Présentation

8

Une spécification dimensionnelle consiste à limiter les dimensions locales d’une pièce dans un intervalle donné.

didi

Exemple de pièce conforme

d1

d2d3

d4

d5Attention: les spécifications dimensionnelles ne limitent pas les écarts de forme de la pièce

B. Spécification dimensionnelle

[ ]min max,i i id D D∈

id∀

Définition

La pièce sera conforme vis-à-vis de cette spécification si tous les bi-points sont distant d’une valeur comprise dans cet intervalle.

Bi-point

min iD : Dimension minimum

max iD : Dimension maximum

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Expression

Cote

Es = Dmaxi - DEi = Dmini - D

IT = Es - Ei

IT = Dmaxi - Dmini

[ ]min max,i i

D DL’intervalle , appelé intervalle de tolérance (IT), peut s’exprimer sous la forme

[ ],i S

D E D E+ + où D est appelé dimension nominale

iE est appelé écart inférieur

sE est appelé écart supérieur

Tolérance

Ligne d’attache

Ligne de cote

Symbole pour diamètreExpression du tolérancement

Es

Ei

Dφ

10

Remarques


• Une spécification dimensionnelle donné peut s’exprimer de différentes manières, en fonction des valeurs que l’on attribue à la dimension nominale et aux écarts.

Exemple: 2.0010+ 0.110.1± 0

0.210.2 −0.10.310.3

−−⇔ ⇔ ⇔ ⇔ …

Nous pouvons donc, pour une même dimension nominale, distinguer 6 situations

D

id IT

Dm

axi

Dm

ini

Ei

Es

Situ. 1

Es>0

Ei>0

IT

Dm

axi

Situ. 2

Es

Dm

ini

Es>0

Ei=0

Dm

axi

Es

IT

Ei

Dm

ini

Dm

axi

Situ 6

Dm

ini

IT

Situ. 5

Es=0

Ei<0

Es<0

Ei<0

Ei

Dm

axi

ITEs

Ei

Dm

ini

Situ. 3

Es=-Ei

Situ. 4

Es>0

Ei<0

EsD

max

i

Ei

Dm

ini

11

Remarques


• L’expression d’une spécification dimensionnelle nécessite forcément l’existence d’un bi-points.

D±t

Pas de point en vis à vis


D±t

Aucun bi-point

D±t


Zone concernée par la spécification

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A

HZa

zh

D

La normalisation a donc affecté:

Par convention : Lettre minuscule → position de l’IT pour un « arbre »Lettre MAJUSCULE → position de l’IT pour un « alésage ».


NotationsDans un soucis de standardisation, la norme (ISO 286-2) a défini un nombre fini de spécifications normalisées notées par exemple:

10 7H

• un nombre (ici 7) correspondant à l’amplitude de l’intervalle de tolérance appelé qualitéou tolérance fondamentale (nombre de 1 à 18).

• une lettre de l’alphabet (ici H) pour désigner la position de l’intervalle de tolérance.

Position de l’intervalle de tolérance

(Correspondant à )015.0

010+

13

La normalisation a fixé 18 tolérances fondamentales ou qualités, désignées par un nombre de 1 à 18.

Exemple : pour une dimension nominale D = 40

qualités 5 6 7 8 9 10 11

IT en µm 11 16 25 39 62 100 160

Pour une qualité donnée, la valeur de IT varie en fonction de la dimension nominale mais est indépendante de la position de IT.

Exemple : qualité 7

D 1-3 3-66-10

10-18

18-30

30-50

50-80

80-120

120-180

180-240

ITµm

10 12 15 18 21 25 30 35 40 46


Amplitude de l’intervalle de tolérance

14

Dimension nominale

Qualités

5 6 7 8 9 10 11

> 1 à 3 4 6 10 14 25 40 60

> 3 à 6 5 8 12 18 30 48 75

> 6 à 10 6 9 15 22 36 58 90

> 10 à 18 8 11 18 27 43 70 110

> 18 à 30 9 13 21 33 52 84 130

> 30 à 50 11 16 25 39 62 100 160

> 50 à 80 13 19 30 46 74 120 190

> 80 à120

15 22 35 54 87 140 220

> 120 à180

18 25 40 63 100 160 250

> 180 à250

20 29 46 72 115 185 290


L’intervalle de tolérance dépend donc de la dimension nominale et de la qualité

Amplitude de l’intervalle de tolérance

15

Ecarts limites des arbres


Exemple :

Arbre Ø 35g7

0.0090.03435

−−∅

16

20H7g6

Ajustement = assemblage d’une pièce « mâle » (= arbre) et d’une pièce « femelle » (= alésage) définis par une même dimension nominale.


Ajustements

• Définition

Φ12

H7m

6

Φ12

H7

Φ12

m6

20H720g6

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Jmax = Dmaxi alésage – Dmini arbreJmax = (D + Es alésage) – (D + ei arbre) Jmax = Es alésage – ei arbre

Jmini = Dmini alésage –Dmaxi arbreJmini = (D + Ei alésage) – (D + es arbre)

Jmini = Ei alésage – es arbre


IT Arbre

IT Alésage

• Types d’ajustement (exemple avec cote de l’arbre fixée)

id

D

Ajustement avec serrage

IT Arbre IT ArbreIT Alésage

IT Alésage

JminJmax

Jmax

Jmin JminJmax

Ajustement incertainAjustement avec jeu

Ajustements

Jmini ≤ Jréel ≤ Jmaxi

Jmax>0 Jmin>0et Jmax>0 Jmin<0et Jmax<0 Jmin<0et

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D

EF

G H

M

P

h

J

Ajust. avec jeu incertain avec serrage

D e f g hj

m

p

H

Ajust. avec jeu incertain avec serrage

Il est convenu d’employer de préférence la position [H] de la tolérance sur l’alésage (d’où le terme « d’alésage normal »).

Les divers types d’ajustements sont alors obtenus en faisant varier la position de la tolérance de l’arbre.


• Système de l’alésage normalAjustements

• Système de l’arbre normal

Dans certains cas, la position [h] de la tolérance sur l’arbre est utilisée (d’où le terme « d’arbre normal »).

Les divers types d’ajustements sont alors obtenus en faisant varier la position de la tolérance de l’alésage.

19


Pièces mobiles l’une par

rapport à l’autre

Fonctionnement nécessitant

un grand jeu (dilatation,

mauvais alignement, …)

H11 - d11

Pièce tournant ou glissant

dans un palier ou une bague

(graissage assuré)

H9 - e9

H8 - e8

H8 - f7

Guidage précis – mouve-

ments de faible amplitudeH7 - g6

Pièces immobiles l’une

par rapport à l’autre

Démontage et

remontage possible

sans détérioration

Ne peut

transmette

d’effort

Mise en place

à la main

H9 - h8

H8 - h7

H7 - h6

H6 - h5

Mise en place

au maillet

H7 - m6

H6 - k5

Démontage

impossible sans

détérioration

Mise en place

à la pressePeut

transmettre

des efforts

H7 - p6

Mise en place

à la presse ou

par dilatation

H8 - s7

H8 - u7

• Correspondance fonctionnel - ajustementAjustements

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Élément tolérancéÉlément non idéal (point, ligne, surface)

A(Ø) 0.2

A

Élément de référence Élément non idéal (point, ligne, surface)

Simple ou multiple

Symbole de la tolérance

géométrique

Zone de toléranceÉlément idéal (volume ou surface)

Élément de référenceÉlément idéal

Simple

Système

A

A B C

C. Spécification géométrique

Forme générale

21

Cylindricité

PlanéitéSurface

Circularité

Rectitude Ligne

FORME

B. Spécification géométrique

Inclinaison

Perpendicularité

ParallélismeLigne ou surfaceORIENTATION

Symétrie

LocalisationSurface, ligne ou point

CoaxialitéLigne

ConcentricitéPoint

POSITION

22

• dans le prolongement de la ligne de cote :

Le cadre de tolérance est relié à l'élément tolérancé par une ligne terminée par une flèche. Cette flèche aboutit :

• sur le contour de l'élément ou sur le prolongement du contour :

• Définition

Elément tolérancé


la tolérance s'applique à la ligneou à la surface elle-même

la tolérance s'applique à l'axe réel ou à la surface médiane

23

L'élément tolérancé est un élément réel résultant du procédéde fabrication, du matériau, … il n'est donc pas idéal.

L'élément tolérancé est la surface (nominalement)

plane

L'élément tolérancé est la surface (nominalement)

cylindrique

L'élément tolérancé est l'axe (ligne) de la surface

cylindrique

Ø

• Définition

Elément tolérancé


24

Référence

Le but de la référence est de situer la zone de tolérance par rapport à un ou plusieurs éléments, appelés références.

CBA……A……Référence simple Système de référence

• Notation

La référence est désignée par une lettre dans un carré

Un triangle plein pointe la surface désignée comme référence

A-B……Référence commune

• But


25

• dans le prolongement de la ligne de cote :

Le cadre de référence est relié à l'élément de référence par un triangle plein. Ce triangle aboutit :

• sur le contour de l'élément ou sur le prolongement du contour :

Référence


• définition

la référence spécifiée est un plan

la référence spécifiée est un axe ou un plan médian

26

L'élément de référence est un élément réel, donc non idéal.

A ces éléments de référence, on associe des références spécifiées qui sont deséléments idéaux. L'opération d'association d'un élément idéal à un élément réel extrait se définit par un critère :

• Pour un plan: plan tangent coté libre de la matière qui minimise le plus grand des écarts en valeur absolue (1),

• Pour un arbre: plus petite caractéristique intrinsèque (2).

• Pour un alésage: plus grande caractéristique intrinsèque (3).

(1) (2)


Référence spécifiée

(3)

27

La référence spécifiée est qualifiée de simple, si elle résulte de l'association d'un seul élément idéal à un seul élément de référence.

• Système de référence ( ou )

Le système de référence spécifié est une suite ordonnée de 2 ou 3 éléments de type point-droite-plan :

• Le premier élément idéal est qualifié de référence primaire,

• Le second élément idéal est qualifié de référence secondaire et est contrainte en orientation par la référence primaire,

• Le troisième élément idéal est qualifié de référence tertiaire et est contrainte en orientation par les références primaire et secondaire.

Remarque : l'ordre d'inscription des références dans le cadre de référence a une importance sur la forme du système de référence

• Référence simple ( )


Référence

28

A

B

C

b

a

A B C

ØD±t

Référence tertiaire C perpendiculaire à A et B

Le système de références spécifiées est le résultat de l'association ordonnée de 3 plans idéaux aux éléments de référence suivant un critère.

• ExempleRéférence


Référence primaire A

Référence secondaire B perpendiculaire à A

29

La zone de tolérance représente l'espace volumique ou surfacique à l'intérieur duquel doit se situer l'élément tolérancé.

La zone de tolérance est limitée par un ou plusieurs éléments géométriques idéaux de type surfacique ou linéique.

Exemple :

Élément tolérancé Zone de tolérance Condition d'acceptation


• ButZone de tolérance

• Limite de la zone de tolérance

30

La zone de tolérance représente l'espace volumique ou surfacique à l'intérieur duquel doit se situer l'élément tolérancé.

Exemples :

IT

IT

IT

ØIT

ØIT


Zone de tolérance• Caractéristiques intrinsèques

31

La zone de tolérance est située par rapport à la surface de référence. Le paramètre de situation est un angle ou une distance repéré sur le dessin par une « dimension encadrée ».

Exemple :

A

B

C

b

a

AØt B C

ØD±t

Øt

a

b

La zone de tolérance est un cylindre de diamètre t et de

même hauteur que l'élément tolérancé, dont l'axe est

perpendiculaire à A, situé à a mm de B et b mm de C


Zone de tolérance• Caractéristiques de situation

32

Ø


Exemples d’application• Exemple 1

33

SituationIntrinsèqueSimpleUniqueCondition de

conformité Commune / SystèmeMultiple

Zone de toléranceRéférence(s) spécifiée(s)

Élément(s) de référence

Élément tolérancé

PositionType de

spécification

ELEMENTS IDEAUXELEMENTS NON IDEAUXSymbole de la spécification

Analyse d’une spécification par zone de toléranceSpécification géométrique

Surface nominalement

plane


plane A

Plan associé à la surface A

tangent cotélibre de la matière et

minimisant le défaut de forme

0.2

Volume limitépar 2 plans parallèles

distants de 0.2mm

20

Le plan médian de la zone de tolérance est parallèle au

plan A et distant de

20mm de cette même surface


Exemples d’application

34



35


conformité Commune / SystèmeMultiple




PositionType de

spécification





Ligne nominalement

rectiligne axe de la surface

nominalement cylindrique

Ligne nominalement


nominalement cylindrique A

Axe du plus grand cylindre A

tangent cotélibre de la matière et


Ø0.2

Volume limitépar un

cylindre de diamètre 0.2mm

15

L'axe de la zone de tolérance est parallèle àl'axe A et distant de 15mm de ce même axe

36



37


conformité

Le plan médian de la zone de tolérance est

perpendiculaire à A et situé à103mm de B

Volume limitépar 2 plans parallèles distants 0.6mm

Axe du plus petit cylindre A

tangent coté libre de la matière et minimisant le

défaut de formePlan B

perpendiculaire àA et tangent coté

libre de la matière

Ligne nominalement


nominalement cylindrique A.


plane B

Ligne nominalement


nominalement cylindrique

Commune / SystèmeMultiple




PositionType de

spécification



103

0.6



38



39


conformité

Le plan médian de la zone de tolérance est parallèle au

plan A et distant de

75mm de cette même surface

Volume limitépar 2 plans parallèles

distants de 0.2mm

Plan associé à la surface C tangent

coté libre de la matière et



plane C


plane





PositionType de

spécification



75

0.2



40


conformité

L'axe de chaque cylindre (4) est

positionné à34mm du plan médian A et

34mm du plan médian B

Volume limitépar 4 cylindres

de diamètre 0.1mm

Plan médian A de 2 plans associés aux 2 surfaces, tangents coté

libre de la matière et minimisant le défaut de forme

Plan médian B …et perpendiculaire

à A

Surface médiane nominalement

plane ASurface médiane

nominalement plane B

Ligne nominalement rectiligne axe d'une surface nominalement

cylindrique





PositionType de

spécification



34

34

A

B



communication technique matériaux et fabrication

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