Tolérances en usinage CNC : comment elles fonctionnent et lesquelles demander

Si vous n'indiquez aucune tolérance, une pièce usinée est fabriquée avec la tolérance générale ISO 2768-f pour les métaux et ISO 2768-m pour les plastiques : sur une cote de 25 mm, il s'agit de ±0,1 mm, soit l'épaisseur de deux feuillets. C'est suffisant pour neuf pièces sur dix. La dixième, celle qui possède un arbre s'insérant dans un roulement ou un goujon entrant dans un alésage, nécessite une tolérance spécifique sur une cote précise. Et uniquement là.

Dans ce guide, nous expliquons comment fonctionnent les tolérances dans l'usinage CNC de pièces sur mesure : ce qui s'applique par défaut, jusqu'où l'on peut affiner, pourquoi une tolérance étroite renchérit la pièce et comment indiquer un ajustement H7 ou g6 sur le plan pour que cela fonctionne bien du premier coup.

Qu'est-ce qu'une tolérance dimensionnelle ?

Aucune machine ne fabrique une cote exacte : un arbre de 25 mm sort à 24,98 ou à 25,03 selon l'outil, la température et l'usure. La tolérance est l'intervalle à l'intérieur duquel la cote est considérée comme bonne. Elle s'écrit de deux façons :

• Avec des limites : 25 ±0,05, ou 25 +0,02/−0,01. C'est la forme la plus claire pour les cotes isolées.
• Avec une classe ISO 286 : 25 H7, 25 g6. Une lettre indique la position de l'intervalle par rapport à la cote nominale (H commence à zéro et monte ; g reste en dessous) et un chiffre, la qualité IT, c'est-à-dire la largeur de l'intervalle. Un 25 H7 va de 25,000 à 25,021 mm : 21 microns de marge.

Plus le chiffre IT est petit, plus l'intervalle est étroit : IT11 fait 130 µm en Ø25, IT7 fait 21 µm et IT6, 13 µm. La calculatrice de tolérances ISO 286 vous donne les limites de n'importe quelle cote et classe sans avoir à ouvrir la norme.

Quelle tolérance s'applique si je n'indique rien ?

La norme ISO 2768-1 définit des tolérances générales par plages de cotes. Chez Proto&Go!, nous appliquons la classe f (fine) pour les métaux et la m (moyenne) pour les plastiques, qui bougent plus avec la température et l'humidité :

Cela couvre les boîtiers, supports, plaques, outillages, prototypes fonctionnels et la grande majorité des pièces qui ne s'assemblent pas avec une autre par ajustement. La norme fixe également des tolérances générales pour les angles, rayons et chanfreins, qui sont incluses.

Jusqu'où peut-on affiner en usinage CNC ?

En cotes précises, indiquées sur le plan, nous atteignons IT7 en métaux (21 µm en Ø25) et IT11 en plastiques. Sur la tour, les diamètres extérieurs admettent même IT6, car la pièce tourne sur son propre axe et l'outil n'a qu'à maintenir une distance. Les alésages de précision sont usinés ou mandrinés ; en dessous d'IT6, il faut rectification, qui est un autre procédé et un autre prix.

Les tolérances géométriques (planéité, parallélisme, perpendicularité, concentricité) sont indiquées de la même manière et sont surtout obtenues en usinant les faces concernées dans le même serrage. C'est pourquoi une pièce avec deux faces perpendiculaires à 0,02 mm sort mieux d'un centre à 5 axes, qui les fait sans déserrage.

Pourquoi une tolérance ajustée renchérit-elle la pièce ?

Car cela change la façon dont cette cote est usinée, pas seulement la façon dont elle est mesurée :

1. Passées de finition plus lentes, avec moins de profondeur de coupe et outil neuf.
2. Mesure en machine et hors machine : chaque cote IT7 est vérifiée au micromètre ou au palpeur, pièce par pièce.
3. Contrôle de température : l'aluminium se dilate de 23 µm par mètre et par degré ; une pièce de 200 mm change de 5 µm entre la machine et la salle de mesure.
4. Plus de rebut : une pièce hors d'une tolérance de 20 µm est jetée ; hors de 200 µm, presque jamais.

Le résultat est qu'une cote à IT7 peut multiplier par deux ou par trois le temps de cette opération. Si ce sont deux ou trois cotes dans une pièce, cela se remarque peu sur le prix total ; si c'est toute la pièce à ±0,02, le prix explose sans que la pièce fonctionne mieux. C'est le même critère que nous donnons dans comment réduire le coût d'une pièce usinée.

Ajustements : comment choisir H7, h6, g6 et compagnie

Un ajustement est la relation entre un alésage et un arbre qui s'assemblent. Le système habituel est celui de système de l'alésage normal : l'alésage est toujours fait H7 et on choisit la classe de l'arbre selon ce que l'on veut :

Le calculateur d'ajustement arbre-alésage affiche le jeu ou le serrage résultant de toute combinaison. Et un conseil qui évite bien des problèmes : mettez la tolérance étroite sur la pièce la plus facile à usiner. Un arbre tourné à h6 est de la routine ; un alésage borgne profond à H6, non.

Tolérances et finitions : le détail qu'on oublie

Les finitions ajoutent ou enlèvent du matériau : l'anodisation engraisse chaque face entre 2,5 et 12,5 µm (un diamètre, le double), le zingage ajoute 5 à 15 µm et la peinture RAL, 40 à 100 µm. Sur une cote avec tolérance générale, ce n'est pas grave ; sur un H7 de 21 µm de marge, cela peut être toute la marge. Si la cote doit être respectée après la finition, précisez-le sur le plan et elle sera usinée corrigée, ou la zone sera masquée. Vous avez les épaisseurs de chaque finition dans finitions de surface pour l'usinage CNC.

Et en impression 3D, tôle et coulée ?

Chaque procédé a sa précision. L'impression 3D MJF travaille avec ±0,3 mm jusqu'à 100 mm et ±0,3 % au-dessus ; en tôle, le contour découpé et la pièce pliée ont des précisions différentes ; en coulée sous vide, la tolérance dépend du retrait de la résine et de la géométrie. Si vous doutez du procédé qui répond à la tolérance dont vous avez besoin, le guide de tolérances par procédé de fabrication les compare dans un tableau.

Comment indiquer les tolérances dans la commande

1. Téléversez le STEP. Le modèle 3D porte la géométrie nominale, mais pas les tolérances ni les filetages.
2. Ajoutez un PDF attribué à la pièce avec uniquement les cotes fonctionnelles : ajustements, filetages, distances entre perçages qui montent avec une autre pièce.
3. Écrivez la tolérance comme limites (±0,02) ou comme classe (25 H7). Les deux valent.
4. Si une cote doit être respectée après la finition, indiquez-le.
5. Ne mettez pas une tolérance générale plus fine dans la case « au cas où » : cela renchérit toute la pièce. La ISO 2768-f est déjà fine.

L'ingénieur qui examine la commande vérifie que chaque tolérance soit atteignable avec le matériau et le procédé et, si l'une ne l'est pas ou n'est pas nécessaire, il vous le dit avant de fabriquer. Les pièces sortent dès 8 jours ouvrables et chaque cote avec tolérance est vérifiée avant l'expédition.

Foire aux questions sur les tolérances d'usinage