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Technique du Tolérancement Géométrique ( Norme GPS )

Les tolérances dimensionnelles générales (mini/maxi, ajustements…) ne permettent pas toujours de définir les contraintes géométrique d’une pièce. En effet, le tolérancement ne permet pas de spécifier un niveau de planéité acceptable, un parallélisme nécessaire entre deux surfaces d’une pièce ou la concentricité de 2 alésages.

La norme GPS (NF EN ISO 1101) permet de définir les conditions géométriques de vos pièces. En effet, la maitrise de la cotation ISO GPS permet :

  • Aux concepteurs, de définir les contraintes géométriques de fonctionnement de leurs conception
  • Aux fabricants et usineur, de définir les positionnements, prise de mors et de référence, contraintes sur les gammes de fabrication et reprises d’usinage.
  • Aux contrôleurs et qualiticiens, de vérifier les contraintes géométriques au plus juste des besoins de fonctionnement.

On distingue 4 familles de tolérances :

  • Tolérances de forme (planéité, circularité, cylindricité …)
  • Tolérances d’orientation (parallélisme, perpendicularité, inclinaison…)
  • Tolérances de position (localisation, concentricité, coaxialité…)
  • Tolérances de battement (Tolérances circulaire et battement total)

1)Tolérances de formes :

Comme leur nom l’indique, les tolérances de formes permettent de contraindre la forme d’une géométrie (courbe, plan, cylindre, axe…). Ces tolérances définissent par exemple le niveau de planéité d’un fraisage ainsi que la façon dont il est contrôlé.

  • Rectitude

Ce tolérancement permet de contrôler la rectitude d’un plan ou d’un cylindre. Dans le cas d’un plan, elle se note de la façon suivante :

Dans le cas ci-dessus, cela signifie que chaque intersection du plan réel tolérancé avec un plan de projection parallèle à la référence doit être compris entre 2 droites parallèles entre elles et espacées de 0,2 mm.

Remarque: Les 2 droites parallèles servant de cadre au contrôle n’ont pas de contraintes d’orientation et peuvent être inclinées par rapport au plan théorique. Une tolérance de forme n’intègre pas de contraintes d’orientation.

Dans le cas d’un cylindre elle se note de la façon suivante :

Dans le cas ci-dessus, cela signifie que l’axe réel du cylindre doit être compris dans un cylindre parfait de Ø 0,4 mm.

  • Planéité :

La tolérance de planéité permet de définir le niveau de planéité d’un plan. Elle se spécifie de la manière suivante :

L’exemple précédent signifie que le plan réel tolérancé doit être contenu entre 2 plans parallèles distants de 0,2 mm. Attention, de la même façon que pour la rectitude, la position et l’orientation de ces 2 plans n’est pas contrainte.

  • Circularité

La tolérance de circularité peut s’appliquer à une arête, un cylindre ou à une section de cylindre définie par un plan de jauge. La circularité se spécifie de la façon suivante :

L’exemple suivant signifie que le profil réel tolérancé doit être contenu entre 2 cercles concentriques, distants de 0,1mm et centrés sur l’axe du cylindre.

  • Cylindricité :

La cylindricité est une tolérance similaire à la concentricité mais appliquée à un cylindre en entier. Il se spécifie de la façon suivante :

L’exemple ci-dessus signifie que le cylindre réel tolérancé doit être contenu entre 2 cylindres coaxiaux distants de 0,1mm (au rayon). Cette tolérance englobe les tolérances de rectitude et de circularité.

  • Profil d’une ligne :

Il est également possible de tolérancer une forme non standard ou une forme gauche. Le tolérancement de profil d’une ligne se spécifie de la façon suivante :

L’exemple ci-dessus signifie que le profil de chaque ligne de la surface tolérancée doit être contenue entre 2 lignes tangentes à des cercles de Ø0,2mm dont le centre passe par la surface théorique.

  • Profil d’une surface :

Similairement à la spécification du profil d’une ligne, il est également possible de spécifier le profil d’une surface complexe. On utilise alors le signe suivant :

Cette spécification signifie que la surface réelle tolérancée doit se trouver entre 2 surfaces tangentes à des sphères de Ø 0,4 mm dont le centre se situe sur la surface théorique tolérancée.

 

2) Eléments de références :

Les tolérances géométriques peuvent dépendre d’éléments de référence (ex : perpendicularité à une surface de référence). Ces références sont indiquées sur les plans par le signe :

Cas des axes, lignes médianes et plans médians :

Le référencement des axes, des lignes médianes et plans médians est réalisé en placé sur la côte de l’axe ou des 2 plans à l’origine du plan médian.

Cas des éléments restreints :

Si la référence ne concerne qu’une partie de la forme, on l’indique de la façon suivante :

Cas des références partielles :

Certaines références peuvent être définies à partir d’une zone partielle d’une forme (par exemple : un plan peut être défini par 3 points). On utilise alors une référence partielle de la façon suivante :

Cas d’une référence établie par 2 éléments :

Pour qu’une seule référence soit construite par 2 éléments, on utilise la façon suivante :

Cas d’une zone de tolérance projetée :

Dans certains cas, la tolérance n’est pas appliquée à une surface mais à son prolongement, on utilise alors le signe suivant :

3) Tolérances d’orientation :

Les tolérances d’orientation permettent de spécifier les contraintes d’orientation d’un plan, d’un axe, d’un cylindre, d’un alésage… Ces tolérances nécessitent systématiquement une référence. On pourra, par exemple, spécifier le degré de parallélisme d’un plan par rapport à un autre plan de référence.

Ces informations sont essentielles pour définir les conditions de fonctionnement d’un produit et doivent être répercutées durant le contrôle des pièces mais aussi durant leur processus du fabrication.

Par exemple, lors de la finition d’une surface parallèle à une surface A, il est essentiel que la surface de référence A puisse être également usinée sans reprise ou déplacement de la pièce, soit liée à la prise de mors ou soit dégauchie.

  • Parallélisme :

Ce tolérancement permet de spécifier le parallélisme entre 2 éléments. La spécification de parallélisme d’un plan se fait de la manière suivante :

Dans cet exemple, le plan spécifié doit être parallèle à la surface de référence A. Cela signifie que le plan réel spécifié doit se situer entre 2 plans théoriques, distants de 0,2 mm, parallèles entre eux et parallèles au plan tangent à la surface de référence A.

La spécification de parallélisme d’un cylindre est réalisée de la manière suivante :

Dans l’exemple ci-dessus, l’axe réel du cylindre spécifié doit être compris à l’intérieur d’un cylindre de Ø 0,4 mm parallèles à l’axe de la référence A.

  • Perpendicularité :

La perpendicularité d’un plan ou d’un cylindre se spécifie assez similairement au parallélisme. On utilise la méthode suivante :

Cet exemple se traduit par le fait que le plan réel spécifié doit être contenu par deux plans théoriques, distants de 0,2 mm, parallèles entre eux et perpendiculaires au plan tangent à la référence réelle B.

Pour spécifier une perpendicularité entre un cylindre et un plan, on utilise la manière suivante :

Cet exemple signifie que l’axe réel spécifié doit se trouver dans un cylindre de Ø0,3 mm, dont l’axe est normal au plan tangent à la surface réelle B.

  • Inclinaison :

La spécification d’inclinaison est semblable à la spécification de perpendicularité, à la différence qu’un angle est spécifié entre la référence et l’élément spécifié. Etant une référence absolue, la cote d’inclinaison doit être encadrée et n’intègre pas de tolérance. (Pour intégrer une cote encadrée sur logiciel CAO, il peut être nécessaire de cliquer sur la côte et de sélectionner la tolérance « Absolue »).

L’exemple ci-dessus signifie que le plan spécifié doit se trouver entre 2 plans distants de 0,1mm, parallèles entre eux et inclinés de 20° par rapport au plan tangent à la surface réelle de référence C.

Pour spécifier l’inclinaison d’un cylindre par rapport à un plan de référence, on procède comme une perpendicularité en ajoutant un angle d’inclinaison.

Cet exemple signifie que l’axe réel du cylindre spécifié doit se trouver à l’intérieur d’un cylindre de Ø0,2 mm dont l’axe est incliné de 70° par rapport au plan tangent à la surface réelle de référence A.

Remarque : Comme vous l’aurez remarqué, les tolérances d’orientation ne sont pas dépendantes de la position des éléments entre eux. Il est donc possible qu’une tolérance d’orientation soit conforme
alors que l’élément tolérancé n’est pas positionné au bon endroit. Les tolérances d’orientations sont indépendantes du positionnement des pièces.

4) Tolérances de position :

Les tolérances de position permettent de positionner un élément par rapport à un ou plusieurs références, mais aussi de définir des notions de symétrie, de concentricité et de coaxialité.

  • Concentricité et coaxialité :

Les tolérances de concentricité et de coaxialité permettent de spécifier les contraintes d’alignement d’axes. Ils peuvent être utilisés pour spécifier l’alignement d’arbres ou d’alésages. Les spécifications de concentricité (cercle) et de coaxialité (axe) se spécifient de la manière suivante :

Cet exemple signifie que l’axe réel du cylindre spécifié doit se trouver à l’intérieur d’un cylindre de Ø0,2 dont l’axe est celui de la référence A.

  • Symétrie

La symétrie étant une forme de localisation, elle peut être spécifiée comme les autres contraintes géométriques. Ur un plan, on l’indique de la manière suivante :

Cette spécification signifie que le plan médian réel de surfaces spécifiées doit se trouver entre 2 plans parallèles entre eux, distants de 0,4 mm et symétriques par rapport au plan tangent au plan médian réel B. Chaque plan de contrôle est donc espacé de 0,2 mm par rapport au plan médian B.

  • Localisation

La spécification de localisation permet de positionner un élément par rapport à des références. Une localisation est différente d’une cotation « classique » car elle intègre les écarts d’orientation des références et suit l’ordre de spécification des références (primaire, secondaire, tertiaire). L’exemple ci-dessous montre comment spécifier la localisation d’un alésage par rapport à 3 références.

L’exemple ci-dessus localise l’alésage de Ø10 par rapport à la référence primaire A, la référence secondaire B et la référence tertiaire C. Cela signifie que l’axe réel de l’alésage doit se trouver à l’intérieur d’un cylindre de Ø0,1 mm dont l’axe est :

  • parallèle et distant de 50 mm du plan tangent à la référence réelle A
  • parallèle et distant de 35 mm du plan perpendiculaire au plan de référence A et tangent à la surface réelle B
  • normal au plan C perpendiculaire aux plans A et B et tangent à la surface réelle C

Remarque : Il est à noter que l’ordre des références a une importance dans la localisation. Les références secondaires et tertiaires se construisant par rapport aux références précédentes, le résultat ne sera pas le même si vous inversez l’ordre de 2 références.

5) Tolérances de battement :

Les tolérances de battement permettent de spécifier le voile d’un élément cylindrique (la variation de hauteur dans une direction d’une surface lors de la rotation d’un élément cylindrique autour de son axe). Il existe deux sortes de battements :

  • Battement circulaire :

Le battement circulaire permet de spécifier un battement dans une seule direction. En fonction de l’orientation de votre trait de spécification, vous pourrez spécifier un battement axial, radial ou oblique. Il se spécifie comme indiqué ci-dessous :

Battement radial :

Le battement radial se spécifie lorsque la flèche de la spécification est normale à la surface cylindrique spécifiée (perpendiculaire à l’axe de rotation), comme dans l’exemple ci-dessous :

L’exemple ci-dessus signifie que le battement radial pour chaque révolution autour de l’axe A doit être contenu entre 2 cercles coplanaires et concentriques à A et distants de 0,1mm.

Battement axial :

Le battement axial d’une surface est spécifié lorsque la direction de la flèche de spécification est parallèle à l’axe de rotation de la pièce, comme dans l’exemple ci-dessous :

Cet exemple signifie que pour chaque révolution autour de l’axe de référence A, chaque cercle réel mesurée sur la surface spécifiée doit se trouver entre 2 cercles d’axe A distants de 0,05mm.

Battement oblique :

D’une façon similaire au battement axial et radial, il est possible de spécifier des battements obliques selon un angle d’inclinaison spécifié :

Cet exemple signifie que pour chaque rotation autour de l’axe réel A, le cercle réel contrôlé doit se trouver sur un entre 2 cercles distants de 0,1mm dans la section conique d’inclinaison 120°.

  • Battement total :

Le battement total spécifie en même temps le battement axial et radial d’une surface de révolution.

Cet exemple signifie que la surface mesurée doit rester entre 2 cônes distants de 0,2mm et d’angle 35° pendant une rotation autour de l’axe réel A. Cette spécification prend en compte les contraintes dimensionnelles et d’orientations de la surface spécifiée.

6) Principe de l’exigence de l’enveloppe :

Le principe de l’exigence de l’enveloppe implique que :

  • Une surface ne doit pas dépasser une enveloppe géométrique de forme parfait dont la dimension est définie par les tolérances max.
  • Toutes les dimensions locales soient supérieures à la valeur minimale de la côte tolérancée.

L’exigence de l’enveloppe se spécifie à l’aide du signe E entouré.

Ce principe permet de contrôler les pièces facilement avec une jauge ou un calibre. En effet, dans le cas d’un cylindre, le cylindre doit pouvoir entrer dans un cylindre de diamètre égal à la tolérance max (jauge) et on peut s’assurer que toutes les dimensions locales soient supérieures à la tolérance mini (pied à coulisse).

Remarque : Le principe d’exigence de l’enveloppe est applicable à une surface cylindrique mais aussi à des formes parallélépipédiques. Il est également envisageable de spécifier une exigence de matière pour les pièces mâles ou femelles.

7) Cotation au maximum de matière :

La cotation au maximum de matière est particulièrement utile dans le cas du montage d’une pièce mâle dans une pièce femelle car il permet de lier la tolérance dimensionnelle avec la tolérance géométrique. En effet, la cotation au maximum de matière permet de transférer une portion non utilisée de l’intervalle de tolérance dimensionnel dans la tolérance géométrique associée.

La cotation au maximum de matière se spécifie en ajoutant un M entouré à l’intérieur de la tolérance géométrique. Par exemple, dans le cas suivant :

Dans le cas ci-dessus :

  • si le diamètre de l’arbre est au maximum de la tolérance, la perpendicularité impliquera que l’axe réel de l’arbre soit compris dans un cylindre de Ø0,2mm
  • si le diamètre de l’arbre est au minimum de la tolérance, la perpendicularité impliquera que l’axe réel de l’arbre soit compris dans un cylindre de Ø0,4mm. (Le surplus non utilisé de la tolérance dimensionnelle est reportée dans la tolérance géométrique).

La cotation au maximum de matière permet donc d’être moins contraignant sur l’obtention des pièces.

 

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