Rectitude ou planéité : les différences GD&T qui comptent dans l'atelier

Chaque semaine environ, un dessin atterrit sur notre bureau avec deux légendes qui semblent presque interchangeables : une courte ligne droite tracée au-dessus d'une tige et un petit parallélogramme dessiné au-dessus d'un visage. La rectitude et la planéité sont toutes deux des tolérances de forme. Ni l’un ni l’autre n’a besoin d’une référence de données. Les deux sont généralement vérifiés avec un indicateur à cadran et une plaque de surface. Et pourtant, ils posent des questions complètement différentes sur une pièce.

Les ingénieurs qui découvrent GD&T nous demandent souvent lequel utiliser. La réponse courte est que la rectitude contrôle une ligne ou un axe, tandis que la planéité contrôle une surface entière. La réponse la plus longue concerne le reste de cet article.

Voici comment nous expliquons les deux légendes aux clients et comment la différence se manifeste sur les pièces réelles.

Ce que contrôle réellement la rectitude

La rectitude est un contrôle bidimensionnel. Appliqué à une surface plane, il indique que chaque élément de ligne individuel sur cette surface doit se situer entre deux lignes parallèles séparées par la valeur de tolérance. Appliqué à un élément de taille, tel que la tige d'un boulon, une goupille ou un arbre optique, il contrôle la ligne médiane dérivée et la zone de tolérance devient un cylindre dont le diamètre est égal à la valeur de tolérance.

Deux propriétés rendent la rectitude inhabituelle :

• Aucune donnée n'est requise. La zone de tolérance est libre de se déplacer et de pivoter jusqu'à ce qu'elle capture l'entité réelle aussi fidèlement que possible, de sorte que l'inspecteur mesure uniquement la forme, et non l'orientation ou l'emplacement.
• Cela fonctionne dans une direction à la fois. Une surface qui mesure bien sur sa longueur peut toujours être courbée, courbée ou tordue sur sa largeur, et une légende de rectitude prise dans une seule direction ne permettra pas de détecter cela.

Une légende de rectitude de 0,02 mm sur une tige d'arbre signifie que la ligne médiane dérivée doit s'adapter à l'intérieur d'un cylindre de 0,02 mm de diamètre sur toute la longueur de l'élément. Si le dessin ajoute le modificateur de condition matérielle maximale à côté de la tolérance, l'erreur admissible augmente à mesure que le diamètre réel s'écarte de la condition matérielle maximale. Cette tolérance supplémentaire est ce qui permet à un arbre légèrement sous-dimensionné de se plier un peu plus tout en réussissant l'inspection.

Là où la rectitude gagne vraiment sa place, c'est sur les éléments longs et minces qui glissent, tournent ou alignent autre chose : tiges de guidage, broches, broches d'éjection, tiges de valve et noyaux d'arbre à l'intérieur de petites boîtes de vitesses et mécanismes rotatifs.

Ce que signifie réellement la planéité

La planéité reprend la même idée et l'étend sur toute une surface. La zone de tolérance est constituée de deux plans parallèles séparés par la valeur de tolérance, et chaque point de la surface contrôlée doit se situer entre eux. Comme la rectitude, la planéité ne nécessite aucune donnée et les deux plans sont libres de s'incliner jusqu'à ce qu'ils capturent la surface aussi étroitement que possible.

Cette liberté est la partie importante. Une légende de planéité ne se soucie pas de la manière dont la surface est orientée dans l'espace. Il se soucie seulement que la surface elle-même ne soit pas courbée, bombée ou ondulée. Une face parfaitement plate située à trois degrés du bas de la pièce reste plate.

La rectitude et la planéité sont liées l'une à l'autre. Une surface plane est automatiquement droite dans toutes les directions, vous pouvez tracer une ligne à travers elle. L’inverse n’est pas vrai. Imaginez une feuille de papier enroulée doucement autour d’un grand cylindre. Chaque ligne qui longe le rouleau est parfaitement droite, mais la feuille dans son ensemble est courbée. Une légende de rectitude accepterait cette feuille. Une annonce de planéité la rejetterait.

La planéité est également la description la plus précise lorsqu'une face doit sceller, glisser ou affleurer une autre face sous charge. Une rondelle qui oscille sur un boîtier ou un siège de soupape qui ne se ferme pas uniformément est un problème de planéité et non de rectitude.

Rectitude ou planéité : la différence dans un tableau

La distinction entre ligne et surface produit quelques conséquences pratiques qui surprennent les gens :

1. La planéité implique la rectitude dans toutes les directions. Si une face est plate à 0,05 mm près, toute ligne tracée dessus est également droite à 0,05 mm près.
2. La rectitude dans une direction ne dit rien sur la direction perpendiculaire. Une pièce peut passer avec succès un contrôle de rectitude unidirectionnel tout en restant stable sur une plaque de surface.
3. La rectitude de l'axe et la rectitude de la surface se comportent différemment, même si elles portent le même nom et sont imprimées avec le même type de légende.
4. Aucune des légendes ne contrôle la texture de la surface, l'ondulation à une autre échelle ou l'orientation de l'entité par rapport à une référence. Ceux-ci ont plutôt besoin de notes d’état de surface, de profil, de parallélisme ou de perpendiculaire.

Où chaque légende appartient à un dessin réel

En pratique, les deux légendes ont tendance à se trouver dans des coins différents d’une impression.

La rectitude apparaît généralement sur

• Tiges de guidage, broches et pistons qui doivent être alignés sur toute leur longueur.
• Chevilles, goupilles coniques et goupilles de positionnement qui fixent la position d'un luminaire ou d'une plaque.
• Noyaux d'arbre, arbres étagés et arbres optiques dans de petits ensembles rotatifs.
• Goujons longs et tiges filetées dont la flexion entraînerait un mauvais alignement du joint.

La planéité apparaît généralement sur

• Faces d'étanchéité sur corps de vannes, raccords et composants hydrauliques.
• Faces de rondelle, faces de roulement d'écrou et faces de roulement de tête de boulon qui répartissent uniformément la charge de serrage.
• Faces de bride, faces d'extrémité d'engrenage, patins de montage et plaques de recouvrement qui se boulonnent et ne doivent pas fuir.
• Toute face qui glisse contre une autre face, comme une plaque d'usure ou un couvercle coulissant.

Une vis à tête cylindrique à six pans creux est un bon exemple des deux légendes vivant sur la même pièce. La tige peut porter une légende de rectitude d'axe afin qu'elle ne se coince pas dans un trou de dégagement, tandis que le dessous de la tête peut porter une légende de planéité afin que la charge de serrage se répartisse uniformément au lieu de se concentrer sur un bord.

Comment nous mesurons les deux dans l'atelier

Aucune des deux tolérances n’est difficile à vérifier, mais les deux sont faciles à mal vérifier.

Mesurer la rectitude

Pour une ligne sur une surface, la pièce repose sur une plaque de surface et un indicateur à cadran balaie l'entité. L’écart entre les lectures les plus élevées et les plus basses, pris le long de cette seule ligne, constitue l’erreur de rectitude. Pour un axe, la pièce est supportée dans des blocs en V ou entre les centres, tournée et balayée sur toute sa longueur. La direction des points hauts compte autant que leur taille, car la légende fait réellement référence à la ligne médiane dérivée et non à la surface que vous pouvez toucher.

Mesurer la planéité

Sur une plaque de surface, une jauge ou un indicateur de hauteur balaie une grille sur la face, et l'écart entre les lectures les plus élevées et les plus basses correspond à l'erreur de planéité. Pour les faces rodées ou finement rectifiées, un plan optique et une source de lumière monochromatique affichent des bandes d'interférence qui cartographient la forme de la surface en quelques secondes. Pour les faces complexes ou interrompues, un scan de grille CMM est généralement la solution la plus pratique.

Quelle que soit la méthode utilisée, trois éléments déterminent si le nombre signifie quelque chose. Soutenez la pièce comme elle se trouve dans l'assemblage, car le support à trois points empêche le balancement qui gonfle à chaque lecture. Laissez la pièce et la jauge atteindre la même température, car une face en acier de 100 mm croît d'environ 0,0012 mm pour chaque degré Celsius. Et nettoyez la surface, car un seul éclat sur une plaque de surface mesure facilement plusieurs micromètres de haut. Garder ces variables sous contrôle constitue l'essentiel du travail de précision dimensionnelle, et nous l'avons couvert plus en détail dans notre note sur comment nous contrôlons la précision dimensionnelle .

Une tolérance excessive coûte plus cher qu’une tolérance insuffisante

S’il y a une habitude à laquelle nous repoussons, c’est bien une légende de planéité ou de rectitude copiée d’un dessin précédent sur une pièce qui n’en a jamais eu besoin.

Le serrage de la planéité de 0,05 mm à 0,01 mm sur une face de rondelle ne change pas seulement un nombre sur une feuille de calcul. Cela change le processus. Cela signifie un rodage ou un meulage fin, un dressage des meules plus fréquent, des postes d'inspection supplémentaires, un tri et un taux de rebut plus élevé. Il en va de même pour la rectitude d'un arbre : une légende d'axe de 0,01 mm sur une tige de 200 mm transforme généralement une opération de tournage en opération de rectification.

Quelques règles empiriques que nous utilisons lorsque nous examinons une impression avec un client :

• Demandez ce que fait réellement la fonctionnalité. Les faces d'étanchéité, de glissement et de positionnement donnent lieu à une légende de planéité. Les visages cosmétiques le font rarement.
• Gardez la tolérance aussi généreuse que la fonction le permet. Si l'assemblage tolère une variation de 0,1 mm, une légende de planéité de 0,05 mm est déjà deux fois plus stricte que nécessaire.
• Utilisez la rectitude pour les axes et les lignes, la planéité pour les zones. Les mélanger est la raison la plus courante pour laquelle une pièce est rejetée pour quelque chose qui n’a jamais eu d’importance.
• N'oubliez pas que la planéité implique la rectitude. Mettre les deux sur le même visage est généralement redondant.

Le travail personnalisé est le domaine où cette conversation compte le plus, car chaque fixation non standard ou pièce usinée commence par un dessin et une décision sur ce qui doit réellement être contrôlé.

La rectitude et la planéité ne sont pas des légendes concurrentes. Ils décrivent deux formes d'erreur différentes : une ligne qui s'égare et une surface qui quitte son plan. Une fois cette distinction claire, il devient plus facile de prendre des décisions et l’inspection devient plus courte, car personne n’a à débattre sur la zone de tolérance qui s’applique.

Si une impression sur votre bureau semble ambiguë ou si une tolérance semble plus stricte que ce que nécessite le travail, envoyez-la. Nous préférons en discuter avant que les copeaux ne volent plutôt que de trier les pièces après.