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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
3
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
Solution Technologique
2
Solution Technologique
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
6
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
9
B. Spécification dimensionnelle
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
B. Spécification dimensionnelle
• 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
B. Spécification dimensionnelle
• L’expression d’une spécification dimensionnelle nécessite forcément l’existence d’un bi-points.
D±t
Pas de point en vis à vis
Pas de point en vis à vis
D±t
Aucun bi-point
D±t
Pas de point en vis à vis
Zone concernée par la spécification
12
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 ».
B. Spécification dimensionnelle
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
B. Spécification dimensionnelle
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
B. Spécification dimensionnelle
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
B. Spécification dimensionnelle
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.
B. Spécification dimensionnelle
Ajustements
• Définition
Φ12
H7m
6
Φ12
H7
Φ12
m6
20H720g6
17
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
B. Spécification dimensionnelle
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
18
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.
B. Spécification dimensionnelle
• 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
B. Spécification dimensionnelle
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
20
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
B. Spécification géométrique
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
B. Spécification géométrique
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
B. Spécification géométrique
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
B. Spécification géométrique
• 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)
B. Spécification géométrique
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 ( )
B. Spécification géométrique
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
B. Spécification géométrique
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
B. Spécification géométrique
• 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
B. Spécification géométrique
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
B. Spécification géométrique
Zone de tolérance• Caractéristiques de situation
32
Ø
B. Spécification géométrique
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
Surface nominalement
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
B. Spécification géométrique
Exemples d’application
34
B. Spécification géométrique
Exemples d’application• Exemple 2
35
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
B. Spécification géométrique
Exemples d’application
Ligne nominalement
rectiligne axe de la surface
nominalement cylindrique
Ligne nominalement
rectiligne axe de la surface
nominalement cylindrique A
Axe du plus grand cylindre A
tangent cotélibre de la matière et
minimisant le défaut de forme
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
B. Spécification géométrique
Exemples d’application• Exemple 3
37
SituationIntrinsèqueSimpleUniqueCondition de
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
rectiligne axe de la surface
nominalement cylindrique A.
Surface nominalement
plane B
Ligne nominalement
rectiligne axe de la surface
nominalement cylindrique
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
103
0.6
B. Spécification géométrique
Exemples d’application
38
B. Spécification géométrique
Exemples d’application• Exemple 3
39
SituationIntrinsèqueSimpleUniqueCondition de
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
minimisant le défaut de forme
Surface nominalement
plane C
Surface nominalement
plane
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
75
0.2
B. Spécification géométrique
Exemples d’application
40
SituationIntrinsèqueSimpleUniqueCondition de
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
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
34
34
A
B
B. Spécification géométrique
Exemples d’application