Comment atteindre et maintenir des tolérances inférieures à 25 microns

 

En usinage, la tolérance fait référence à la variation admissible d'un paramètre dans une plage spécifique. Ce paramètre peut englober diverses propriétés physiques mesurables telles que la température, l'humidité, les niveaux de bruit, le stress, le rayonnement solaire et la vitesse, ainsi que des dimensions physiques telles que les mesures spatiales.

 

Les tolérances définissent la plage acceptable des valeurs réelles des paramètres. En ingénierie, les tolérances peuvent être considérées comme les limites de contrôle des erreurs. Les tolérances ont généralement une limite supérieure, appelée taille limite maximale, et une limite inférieure, appelée taille limite minimale.

 

 

Tolérances d'usinage CNC

 

Le terme « tolérance » dans l'usinage CNC a deux interprétations : l'une fait référence aux tolérances des machines CNC et l'autre fait référence aux tolérances de conception dans l'usinage CNC.

 

Les tolérances des machines CNC indiquent le niveau de précision dimensionnelle qu'une machine peut atteindre lors du traitement des pièces. La précision de l'usinage CNC est extrêmement élevée, certaines machines atteignant une précision de fabrication de ±{{0}},0025 mm, soit environ un quart de l'épaisseur d'un cheveu humain. Cependant, différentes machines ont des tolérances variables, généralement définies par le fabricant de la machine. Une tolérance moyenne couramment utilisée sur le marché est de 0,02 mm. Les prestataires de services d'usinage CNC informent également les clients sur les tolérances de leurs machines CNC disponibles.

 

 

Tolérances de conception et d'usinage

 

Dans les contextes de conception et d'usinage, les tolérances font référence à la plage de variation admissible des dimensions des pièces. Tant que la pièce se situe dans cette plage, elle peut répondre à toutes les exigences fonctionnelles. Dans ce scénario, les tolérances sont établies par le concepteur de la pièce en fonction de la fonctionnalité, de l'ajustement et de la forme de la pièce. Les tolérances de conception et d’usinage sont cruciales pour l’ajustement et l’assemblage des pièces. Par exemple, les exigences de tolérance pour les composants d'un moteur électrique sont nettement plus strictes que celles pour une simple poignée de porte. En effet, les pièces nombreuses et complexes d’un moteur doivent s’emboîter avec précision. Généralement, les notations de tolérance correspondantes apparaîtront à côté des dimensions applicables de la pièce.

 

En comprenant et en mettant en œuvre des tolérances appropriées, les fabricants peuvent améliorer la qualité et la fonctionnalité des composants usinés, garantissant ainsi un assemblage et un fonctionnement réussis dans diverses applications.

 

Atteindre des tolérances entre 25 et 50 microns est relativement simple. Cependant, si l'usure de l'outil entraîne des modifications de la surface de la pièce, elle peut dépasser les limites de tolérance avant même que l'outil ne s'use. Cela soulève la question de savoir comment maintenir ces tolérances lors de séries de production plus importantes.

 

Les tolérances inférieures à 25 microns présentent de plus grands défis, de nombreux processus d'usinage visant à maintenir des tolérances plus strictes entre 5 et 12 microns. Ces tolérances plus strictes sont encore plus difficiles à atteindre dans la fabrication en vrac. Voici quelques conseils pour les gérer :

 

 

 

Utilisez 80 % de la bande de tolérance

 

En raison de la nature stricte des tolérances, des ajustements de taille sont nécessaires lors de la production. À mesure que les outils s'usent, la surface usinée peut se dilater (surface extérieure) ou rétrécir (surface intérieure). Plus la tolérance est stricte, plus des ajustements de taille seront nécessaires.

 

Une règle empirique clé consiste à utiliser la valeur moyenne de la bande de tolérance comme norme lors de la détermination initiale des tailles et des ajustements liés à l'usure de l'outil. En utilisant la valeur moyenne, vous n’utilisez effectivement que la moitié de la bande de tolérance.Toutes les dimensions pertinentes des pièces usinées tomberont au point haut de la surface extérieure ou au point bas de la surface intérieure. Les tolérances étant très serrées, les opérateurs peuvent avoir besoin de procéder à des ajustements de taille après avoir traité seulement quelques pièces.

 

Si vos dimensions sont proches de l'extrémité inférieure ou supérieure de la bande de tolérance (en fonction de la surface extérieure ou intérieure), vous pouvez prolonger le délai entre les ajustements requis. Je recommande de fixer la taille cible à environ 10 % de la limite de tolérance. Cette approche peut effectivement doubler le temps entre les ajustements de taille.

 

 

Minimiser l’impact des variations thermiques

 

Ce point est particulièrement pertinent pour les centres de tournage mais concerne également les centres d'usinage. À mesure que la machine chauffe, ses composants peuvent s'allonger. Lorsque la machine est inactive, ces composants se contractent. Les changements de taille des composants peuvent entraîner des variations dans les dimensions d'usinage. Lors du maintien de tolérances strictes, les changements induits par la chaleur peuvent entraîner des problèmes importants. Par exemple, certains centres de tournage peuvent subir des contractions du diamètre extérieur allant jusqu'à 25 microns lorsque les composants atteignent la température de fonctionnement.

 

Une méthode courante pour réduire les variations thermiques consiste à exécuter un programme de préchauffage lors de la première mise sous tension de la machine et chaque fois qu'elle reste inactive pendant plus de quelques minutes. Cela peut impliquer d'exécuter le programme sans matières premières.

 

Les caractéristiques thermiques varient selon les fabricants de machines, certaines machines étant nettement plus performantes que d’autres. Si vous avez besoin que votre machine respecte des tolérances strictes, cela devrait être une considération cruciale lors de l’achat d’un nouvel équipement.

 

 

Considérez l’impact des outils à gauche ou à droite

 

Le choix des outils influe sur la durée de vie de la machine. Ceci est particulièrement important pour la plupart des opérations d'usinage grossières, où le type d'outil utilisé transfère les forces au banc de la machine. Pour la plupart des centres de tournage à banc incliné, cela signifie utiliser des outils à gauche et faire tourner la broche dans le sens opposé (M04).

 

L'utilisation d'outils à droite sur de telles machines entraînera la rotation de la broche vers l'avant (M03), éloignant l'outil de coupe de sa direction de support en raison de l'action de cisaillement de l'opération d'usinage.

 

Cela éloigne souvent la tourelle du chariot transversal et celui-ci du bâti, ce qui exerce une contrainte importante sur les pièces mobiles de la machine et entraîne une usure accélérée. Même si les machines peuvent initialement maintenir facilement les tolérances, cela devient de plus en plus difficile, voire impossible, avec le temps.

 

En suivant ces stratégies, les fabricants peuvent mieux atteindre et maintenir des tolérances inférieures à 25 μm, améliorant ainsi la qualité et l'efficacité de la production.