Vous est-il arrivé que certaines pièces soient mal montées ou de très mauvaise qualité ? Inexacte Tolérances des pièces CNC Cela signifie que les erreurs sont non seulement coûteuses, mais prennent également beaucoup de temps à être corrigées. Cependant, ces problèmes peuvent être résolus et obtenir une meilleure fonctionnalité et un meilleur ajustement en comprenant et en utilisant la tolérance correcte.
Les tolérances des pièces de fabrication conventionnelles sont définies comme la variation acceptable par rapport à une taille de forme idéale. Des tolérances correctes garantissent que les pièces sont assemblées correctement, accélèrent le travail, réduisent le nombre de défauts et améliorent l'efficacité des produits finaux.
Dans cet article, vous découvrirez différents Tolérances des pièces d'usinage CNC telles que les tolérances dimensionnelles, géométriques et de finition de surface qui affectent votre projet d'usinage.
Les tolérances sont la limite de taille admissible dans l'usinage CNC. En termes simples, il s’agit d’une gamme de tailles acceptables. En termes simples, il s’agit d’une gamme de tailles acceptables. Ces spécifications définissent des paramètres stricts selon lesquels une caractéristique d'une pièce doit être conçue pour fonctionner comme requis et se conformer aux exigences de conception. La tolérance aux dimensions, aux géométries et aux finitions de surface est cruciale pour la fabrication d'un produit et son application. Maintenant, approfondissons chaque type.
Les tolérances appartiennent aux catégories suivantes, à savoir : tolérances géométriques et tolérances dimensionnelles. Ce dernier concerne l'écart acceptable par rapport à la taille de caractéristiques telles que la longueur, la largeur, la hauteur et le diamètre du produit. Celles-ci se présentent principalement sous la forme de valeurs maximales et de valeurs minimales. En d’autres termes, spécifie la plage dans laquelle la mesure réelle de la caractéristique doit se situer.
● Dimensions linéaires : Il s'agit notamment des tolérances liées aux dimensions linéaires de la pièce, par exemple les longueurs et les diamètres. Par exemple, dans le diamètre d'un trou, une tolérance de 10 mm + 0,05 mm signifie que le trou ne doit pas être inférieur à 10 mm et peut atteindre 10,05 mm.
● Dimensions angulaires : Positions des deux surfaces l'une par rapport à l'autre, par exemple un 90° entre deux surfaces avec une tolérance de ± 0,5°.
● Circularité et faux-rond circulaire : Dans des applications telles que dans les trous ou les surfaces cylindriques, un contrôle de l'arrondi est nécessaire pour l'ajustement et le fonctionnement.
Par conséquent, dans les processus d'assemblage, il doit y avoir des tolérances dimensionnelles correctes pour s'aligner sur la corrélation des pièces et des caractéristiques et s'adapter. Un contrôle strict des dimensions signifie que les composants doivent avoir les jeux fonctionnels requis sans avoir besoin d'ajustements supplémentaires.
Les tolérances géométriques impliquent le contrôle de la forme, de l'orientation, de la position et de la qualité globale des caractéristiques d'une pièce. Bien que les tolérances dimensionnelles soient liées à la mesure, des tolérances géométriques ont été établies pour contrôler la forme et l'orientation des éléments.
Tolérances de forme :
Celles-ci définissent les tolérances acceptables concernant la forme d'un élément.
● Platitude: Il définit la surface comme coplanaire avec une autre lors du scellement d'une surface ou de l'assemblage de deux composants.
● Rectitude: Détermine à quel point une ligne peut s'écarter d'une ligne droite. Ceci est utile pour les fonctionnalités telles que les arbres et les bords.
● Circularité: Spécifie la tolérance acceptable pour un cercle vrai dans de nombreuses sections circulaires ou cylindriques d'un produit.
Tolérances d'orientation :
Ceux-ci définissent la tolérance d’angle ou d’orientation entre deux éléments.
● Perpendicularité: Il est utile de vérifier que la surface est perpendiculaire à l'autre.
● Parallélisme: Décrit deux points ou arêtes en indiquant que deux surfaces sont parallèles l'une à l'autre sur toute la longueur.
● Angularité : Élément géométrique qui régule l'orientation relative de deux plans qui ne sont pas destinés à être adjacents ou parallèles.
Tolérances d'emplacement :
Ceux-ci font référence à l’ampleur de l’écart admissible d’un élément par rapport à un point de référence ou à une ligne.
● Tolérance de position : Utilisé pour positionner une caractéristique, par exemple le centre d'un trou par rapport à un axe ou un point. Ceux-ci sont nécessaires pour confirmer que les assemblages, composants ou pièces sont correctement ajustés.
● Concentricité: Définit l'orientation de deux éléments circulaires l'un par rapport à l'autre pour être concentriques.
Tolérances de faux-rond :
Le faux-rond est une mesure de la quantité par laquelle une pièce en rotation s'écarte de la forme circulaire ou droite. C’est particulièrement important pour les pièces telles que les arbres ou les roues, qui tournent à leur tour et où la concentricité des trous est cruciale.
Les tolérances de finition de surface déterminent la qualité de surface de la pièce CNC et indiquent la texture, la douceur et la rugosité. Ces tolérances sont cruciales pour les pièces qui nécessitent un ajustement direct ou un ajustement forcé, comme dans les surfaces de contact et de frottement. De plus, là où l'apparition des exigences fonctionnelles nécessite des tolérances serrées comme par exemple pour les pièces usées ou corrodées.
● Ra (rugosité moyenne) : Ra est le paramètre d’état de surface le plus couramment utilisé. Elle est définie comme une valeur moyenne arithmétique de la hauteur du sommet à la vallée du profil de surface. Une valeur Ra inférieure est préférable car elle signifie que la surface a moins de rugosité.
● Rz (Hauteur Maximale Moyenne du Profil) : Rz est la moyenne de la différence absolue entre le pic maximum et la vallée minimale sur une longueur particulière. Cela offre une meilleure idée de la rugosité de la surface.
● Rt (Hauteur Totale du Profil) : Rt fait référence à la hauteur totale d'une longueur d'échantillonnage, qui représente le pic le plus élevé et le creux le plus bas de la rugosité de la surface.
Une meilleure rugosité de surface est souhaitable pour réduire la friction et minimiser l’usure de la surface. Une mauvaise rugosité de surface pourrait être préférée pour des applications telles que les contacts adhésifs qui nécessitent une meilleure préhension. La finition de surface peut également affecter le comportement à la corrosion et à la fatigue de la pièce. Ces deux éléments sont cruciaux pour des industries telles que l’aérospatiale et l’automobile.
Voici les paramètres courants qui ont un impact sur les tolérances d'usinage CNC ;
Le choix du matériau pour une pièce spécifique détermine la facilité avec laquelle la pièce peut être usinée selon la tolérance requise. Certains matériaux tels que l'acier ou l'aluminium sont plus faciles à usiner en produits de valeur avec une tolérance fine que d'autres comme les plastiques et les composites. Parce qu’ils ont tendance à gonfler ou à rétrécir avec les changements de température.
La précision de la machine CNC est un facteur primordial. La plus grande précision de la machine permet d'atteindre une tolérance plus stricte. Il est donc important d’utiliser l’équipement testé et ajusté au fil du temps.
Les tolérances requises ne peuvent pas être respectées à mesure que l'outil s'use. Pour cette raison, les outils doivent être régulièrement inspectés et calibrés, car ces dimensions peuvent changer en cas d'utilisation prolongée.
Voyons quelques-unes des principales normes de tolérance CNC ;
ISO, ASME et DIN sont des normes de tolérance pour les pièces CNC. Les fabricants doivent respecter certaines tolérances standard. Par exemple, la norme ISO 2768 est une norme générale de tolérance pour les produits industriels et spécifie les tolérances pour les dimensions et les proportions géométriques en ingénierie.
Les niveaux de tolérance incluent IT0, IT1 et IT2 décrivent le degré de tolérance à un niveau de précision spécifique. Parmi ces trois tolérances, l'IT0 est la plus précise, mais ne peut être réalisée à un coût raisonnable. Selon la qualité du produit, la taille requise peut être ajustée selon une tolérance particulière.
Voici les industries courantes qui utilisent des tolérances d’usinage CNC pour un ajustement et un assemblage parfaits des pièces ;
Les pièces aérospatiales doivent respecter de faibles tolérances (de l’ordre de ±0,002 mm ou mieux). De petites déviations sont fatales, en particulier dans des pièces telles que les aubes de turbine.
Les tolérances automobiles dépendent de l'application particulière de la pièce. Des composants avec des tolérances hautes performances de ±0,1 mm peuvent être utilisés tandis que des pièces moins exigeantes telles que les panneaux de carrosserie peuvent bénéficier de tolérances légèrement plus grandes.
Les composants médicaux tels que les implants et les instruments chirurgicaux doivent répondre à des exigences d'un niveau de tolérance encore plus élevé ; environ ± 0,01 mm. Puisque ceux-ci sont généralement utilisés pour remplir des fonctions médicales très sensibles.
Dans les produits électroniques tels que les connecteurs et les circuits imprimés, les dimensions d'ajustement et d'interface sont souvent spécifiées avec une tolérance de précision de ±0,02 mm à ±0,1 mm.
Exemple courant :
Les aubes de turbine aérospatiale nécessitent une haute précision, une précision dimensionnelle et des géométries de 0,01 mm. Les pièces de carrosserie automobile peuvent être fabriquées avec des tolérances de 0,2 mm en raison de différences de sécurité et de fonctionnalité.
Les facteurs communs comprennent :
La géométrie contribue grandement au jeu de rôle dans des tolérances serrées. C'est pourquoi les pièces à parois minces, les trous profonds ou d'autres petits détails sont difficiles à produire avec précision. Les concepteurs doivent éviter d’inclure des fonctionnalités difficiles à usiner ou sujettes à la distorsion. Il est intéressant de noter que l’application de conceptions simples et symétriques peut aboutir à des tolérances plus stables.
Il est conseillé aux concepteurs de consulter les machinistes dès la phase de conception pour les aider à savoir si une pièce peut être fabriquée dans les limites de tolérance spécifiées. Il est utile d'examiner ouvertement les problèmes du processus d'usinage, de la sélection des matériaux et des outils nécessaires à la fabrication pour aborder la conception pour la fabricabilité (DFM). De plus, cela permet d’identifier les problèmes potentiels avant qu’ils ne deviennent des sources de dépenses importantes.
L’empilement de tolérances est une tolérance combinée ou accumulée de chaque composant ajouté dans un assemblage. En particulier, cette approche est utilisée lorsque différents composants ayant des valeurs de tolérance individuelles sont assemblés. Car la différence cumulée risque bien de créer un décalage et un dysfonctionnement. Par exemple, chaque pièce d'un assemblage peut avoir une tolérance de ±0,1 mm, mais le résultat final peut être de ±0,3 mm ou plus.
Pour réduire la tolérance d'empilement, les concepteurs doivent se concentrer sur la dimension critique qui a un impact sur le fonctionnement de l'assemblage. Les effets peuvent être minimisés en utilisant les tolérances les plus défavorables ou en utilisant un contrôle de tolérance sélectivement plus strict sur les caractéristiques critiques. De plus, des fonctionnalités telles que des trous auto-localisés ou des broches d'alignement peuvent également réduire les erreurs de position dans les assemblages.
Les machines CNC d'aujourd'hui offrent de meilleurs contrôles et des systèmes précis pour atteindre des tolérances exactes ou plus proches. Par exemple, les machines CNC multi-axes permettent la création de pièces complexes avec une précision bien supérieure à celle attendue si un seul axe était utilisé. Le logiciel CNC contribue également à parts égales. Des outils tels que les systèmes CAO/FAO permettent la simulation et la génération de trajectoires d'outils pour atteindre la tolérance souhaitée.
L'automatisation a considérablement amélioré la possibilité d'atteindre une tolérance accrue dans la production. Les bras robotisés et autres machines CNC informatisées minimisent les erreurs et rendent l'opération plus précise pour une utilisation répétée. Ces équipements comprennent des scanners laser et des machines à mesurer tridimensionnelles (MMT). Ceux-ci fournissent des informations sur les dimensions des caractéristiques de la pièce en temps réel, afin de faciliter les communications qui confirment si la pièce se trouve ou non dans la tolérance requise avant d'être expédiée vers d'autres stations pour un traitement ultérieur.
Cependant, il est difficile d'atteindre des tolérances serrées. En raison de problèmes tels que les variations du matériau, la dégradation de l'outil ou de la machine et des facteurs environnementaux tels que la température. Les géométries complexes peuvent également poser problème, tout comme les assemblages en plusieurs parties où la tolérance totale s'ajoute à l'ajustement final.
Pour améliorer la précision des tolérances des pièces CNC, les fabricants peuvent :
● Utilisez des machines optimales, bien entretenues et efficaces plutôt que des machines locales bon marché.
● Les instruments de mesure correspondants doivent être choisis avec soin.
● Sélectionnez des trajectoires d'outils et des stratégies de coupe qui réduisent ou éliminent la déviation de l'outil.
● Mettre en œuvre des technologies CNC de haute technologie et des logiciels de simulation et d'optimisation.
● Effectuer des inspections de qualité de routine et intégrer les réponses dans le processus de production.
Pour trouver la bonne tolérance pour l'usinage CNC, suivez ces étapes :
● Connaître le but de la pièce : Tenez compte de la fonction de votre pièce et de l'utilisation prévue. Certaines sections nécessitent une plus grande précision dans leur fabrication.
● Vérifiez la conception : Regardez la conception de la pièce. Il doit conserver des spécifications détaillées sur le fichier CAO.
● Considérez le matériel : Certains matériaux peuvent être soumis à des tolérances plus strictes que d’autres. Alors, considérez les propriétés et les capacités des matériaux.
● Connaître la capacité de la machine : La tolérance de coupe dépend de la machine CNC utilisée, différentes machines offrant différents niveaux de capacités.
● Équilibre coût et précision : Des tolérances plus strictes coûtent plus cher. Décidez de ce dont vous avez besoin.
● Prototypes de tests : Construisez des prototypes avec une variété de niveaux de tolérance pour être sûr qu'ils s'assembleront et fonctionneront correctement.
Dans l’ensemble, si vous réduisez les variations et simplifiez votre conception, les performances du produit peuvent augmenter en réduisant les dépenses de fabrication. Pour obtenir des spécifications de pièces exactes, des machines plus précises sont nécessaires et le processus prend plus de temps. De plus, davantage de matière peut être gaspillée. Par conséquent, les fabricants doivent se concentrer sur les dimensions critiques et décider si des tolérances plus strictes sont nécessaires pour garantir les performances. Dans le même temps, ils doivent trouver des moyens de réduire les coûts de fabrication.
L’évolution de la technologie CNC s’est accélérée de nos jours. On peut donc s’attendre à une tolérance plus stricte dans un avenir proche. L'intégration des progrès de l'automatisation, de l'IA et de l'apprentissage automatique dans le processus de production peut produire des produits de meilleure qualité et plus rentables. La miniaturisation augmente et des industries comme l’aérospatiale et la technologie médicale utilisent des matériaux de qualité supérieure. Cela mettra davantage de pression sur la précision de la CNC. En conséquence, la précision CNC continue d’être un domaine de croissance et de développement.