1- Pourquoi des spécifications géométriques ?

Problème :

Dans les liaisons d'un mécanisme, l'idéal est de disposer d'une pièces ayant des surfaces de contact parfaites.

Pourtant aucun procédé de fabrication ne permet d'aboutir à cette perfection que seul le modeleur nous montre.

Exemple : Liaison pivot directe

Survolez ci-dessous pour voir le problème

Fait N°1
Fait N°2
Fait N°3

Solution :

Lors de la conception, il est donc primordial de garantir que les formes fabriquées des pièces restent dans des limites tolérables, ce sont :

Les spécifications géométriques

- Elles garantissent une fonctionnalité maximum (pas de rebus de pièce apte à l'emploi).

- Elles assurent une fabrication plus efficace (pas de temps gaspillé en explication ou discussion autour d'un plan, pas de dessin à refaire pour non conformité, pas de prototype à relancer, pas de modification d'outillage, pas de surcoût à cause d'une sur-spécification = sur-qualité).

2- Concepts généraux du GPS

Différents modèles :

La démarche de spécification géométrique des produits (GPS : Geometrical product specification) s'appuie sur une bonne vision de la différence entre réalité (conçue / fabriquée / contrôlée) et le besoin.

Modèle nominal = Représentation en 3D (souvent obtenu par modeleur) ou 2D (modeleur mais aussi par dessin classique) de l'assemblage et de ses pièces. Il montre la construction parfaite des liaisons à partir de degrés de liberté voulus.

Modèle de la peau = ou "skin model", représentation en 3D ou 2D de chaque pièce avec ses possibles défauts (exagérés pour mieux les visualiser).

Modèle spécifié = Vulgairement appelé le dessin coté, c'est le modèle nominale auquel on ajoute les spécifications géométriques mais aussi dimensionnelles (cote tolérancées ou ISO).

Exemple : Charnière

Survolez ci-dessous pour voir les différents modèles

Assemblage
nominal
Pièce
nominale
Skin
model
Modèle
spécifié

Eléments géométriques dans le GPS :

Surface = Portion de la peau limitée par des arêtes.

Elément = Point, ligne, surface ou ensemble de surfaces.

Elément intégral = Surface ou ligne, d'une surface dont on n'a rien retiré (entière, complète,...).

Elément dérivé = Centre, ligne médiane ou surface médiane provenant d'un ou plusieurs éléments intégraux.

Elément idéal, nominal = Point, ligne ou surface. Ce sont des éléments issus de modèles mathématiques. Ils composent le modèle nominal ou peuvent être construits à partir de lui.

Elément non idéal, réel = Point, ligne ou surface. Ils sont issus de pièces réelles et ne peuvent être obtenus par des construction mathématiques.

Exemples :

Opérations de création des éléments géométriques :

Une opération est une contrainte. Elle vise la définition d'éléments géométriques particuliers utiles pour le technicien. Voici à travers des exemples ces opérations.

Partition / Découpage : Utilisé pour identifier un ou des éléments limités à partir d'éléments non idéaux (du "skin model").

Principe sur le skin model
ELEMENT OBTENU
Non idéal : surface,
nominalement plane

Extraction : Utilisée pour identifier des points spécifiques (leur nombre est fini) à partir d'éléments non idéaux.

Principe sur le skin model
ELEMENTS OBTENUS
Non idéaux : points

Filtrage : Utilisé pour créer un élément non idéal de précision plus réduite. Cette opération permet surtout l'étude des défauts macrogéométriques.

Principe sur le skin model
ELEMENT OBTENU
Non idéal : ligne,
nominalement rectiligne

Association : Elle permet de lier un élément non idéal représentant la réalité, à un élément idéal manipulable en mathématique.

Principe sur le skin model
ELEMENT OBTENU
Idéal : plan,
associé à l'élément découpé

Construction : Utilisée pour créer un élément idéal à par tir d'autres éléments idéaux.

Principe sur le skin model
ELEMENT OBTENU
Idéal : droite,
intersection des 2 plans associés aux éléments découpés

Collection / Union : Utilisée pour identifier plusieurs éléments ensembles (idéaux ou non), de manière conforme à la fonction de la pièce étudiée.

Principe sur le skin model
ELEMENT OBTENU
Non idéal : ligne,
construit par l'union des centres des cercles associés aux éléments découpés

Caractéristiques des éléments idéaux :

Grâce aux caractérisitiques des élément idéaux (diamètre, longueur,etc.), le technicien va pouvoir effectuer des manipulations mathématiques précises, univoques et reproductibles.

ELEMENTS
CARACTERISTIQUE(S)
Point
Aucune
Sphère
Diamètre
Plan
Aucune
Droite
Aucune
Cylindre de révolution
Diamètre
Ligne hélicoïdale
Pas de l'hélice
Rayon d'enroulement
Surface hélicoïdale
(vis sans fin)
Angle d'hélice
Angle de pression
Rayon de base
Cercle
Diamètre
Cône
Demi angle au sommet
Tore
Diamètre d'enroulement
Diamètre de fil

3- Convention générale d'écriture

La spécification géométrique d'un produit est un ensemble de cotations mis en place sur un modèle nominal. l'ensemble forme le modèle spécifié.

Survolez ci-dessous pour identifier les différents éléments

Référence spécifiée
Elément spécifié
par zone de tolérance
Elément spécifié
par dimension
Dimension de référence

4- Spécification par dimension

(Normes NF E 04-561 et ISO 8015)

Il s'agit dans ce cas de mettre en place des cotes tolérancées, c'est à dire des longueurs (diamètre, rayon, profondeur, etc.) ou des angles ; assortis d'une tolérance.

Ce domaine est déjà abordé en partie dans une autre ressource

Voir-> CI3 Cotation : tolérance et ajustement ISO

Tolérance linéaire :

Définition : Elle consiste à fixer les Limites d'une dimension locale réelle (distance entre 2 points).

Exemple : Diamètre

Sur le modèle spécifié
Sur le skin model
CONFORMITE
Les dimensions locales (bipoints) doivent être comprises dans la tolérance.

Exigence de l'enveloppe :

Définition : L'enveloppe de forme parfaite au maximum de matière ne doit pas être dépassée.

Exemple : Diamètre + enveloppe

Sur le modèle spécifié
Sur le skin model
CONFORMITE
La surface ne doit pas dépasser du cylindre maximum enveloppe
+
les dimensions locales (bipoints) doivent être comprises dans la tolérance

5- Spécification par zone de tolérance

(Normes NF E 04-561 et ISO 8015)

Il s'agit ici de fixer la dimension d'un espace de tolérance à l'intérieur duquel l'élément réèl peut varier par rapport à une forme, une orientation et/ou une position idéale.

Survolez ci-dessous pour une lecture en exemple

On souhaite garantir la position de l'axe du cylindre par rapport à la semelle.
Elément spécifié
Référence spécifiée
Zone de tolérance
Conformité

Fiche de lecture GPS de la spécification

Syntaxe :

La syntaxe est fondé sur un système de cadres mis les uns derrière les autres. Il y en au minimum 2 et au maximum 5. Ils constituent symboliquement une phrase décrivant les caractéristiques d'une zone de la zone de tolérance (forme, étendue, position, orientation).

Survolez chaque élément de syntaxe pour en savoir plus

0,05
A
B-C
D
Symbole
Caractéristique tolérancée
Rectitude
Circularité
Forme, orientation, position de ligne quelconque
Planéité
Cylindricité
Forme, orientation, position de surface quelconque
Parallélisme
perpendicularité
Inclinaison
Symétrie
coaxialité, concentricité
localisation
Battement simple
Battement double

Elément(s) spécifié(s) :

Pour lire de manière univoque une spécification géométrique, il faut être capable de définir sans ambiguité le ou les éléments qui sont spécifiés.

Règle 1 :
Le ou les éléments spécifiés sont désignés par une flèche.

Règle 2 :
Le ou les éléments spécifiés sont toujours des éléments réels. La flèche doit aboutir forcément sur un contour ou sur leur prolongement.

Pour autant la façon de placer la flèche a une grande influence sur la lecture.

Exemples :

Sur le modèle spécifié
ELEMENT OBTENU
Extrait = surface unique
(nominalement plane)
flèche sur le contour ou sur son prolongement
Extrait = surface unique
(nominalement cylindrique)
flèche sur le contour ou sur son prolongement
Dérivé, extrait = ligne médiane unique (axe réel)
flèche en face d'une ligne de cote
Dérivé, extrait = surface unique
(nominalement plane)
flèche en face d'une ligne de cote
Dérivé, extrait = point unique (centre réel)
flèche en face d'une ligne de cote
Dérivé, extrait = 2 lignes (axes réels)
flèche en face d'une ligne de cote
nombre d'éléments explictement indiqués
Dérivé, extrait = surface unique commune
(nominalement plane)
flèche sur le contour ou sur son prolongement,
il y a explicitement écrit zone commune

Référence(s) spécifiée(s) :

Il s'agit ici de définir ce qui qui positionnera et orientera la zone de tolérance. La difficulté est d'attacher ce référentiel (des éléments idéaux) aux éléments réels (donc non idéaux) de la pièce.

Il faut avoir recours à différentes opérations (extraction, association, etc.) permettant.

Ce domaine est déjà abordé dans cette ressource

Voir-> § 2 : Opérations de création des éléments géométriques

Règle 1 :
Le ou les éléments de référence sont désignés par un triangle noir et un cadre portant un repère.

Règle 2 :
Le ou les éléments de référence sont toujours des éléments réels. Le triangle doit aboutir forcément sur un contour ou sur leur prolongement.

Pour autant la façon de placer le triangle a, tout comme pour l'élément spécifié, une grande influence sur la lecture.

Exemples :

Sur le modèle spécifié
ELEMENT OBTENU
Surface
unique


Création :

Pourquoi :
(plan)

Extrait, associé

triangle sur contour ou prolongement
Surface
unique


Création :

Pourquoi :
(plan médian
bi-secteur)

Extrait, associé, dérivé

triangle en face d'une ligne de cote
Point
unique


Création :

Pourquoi :
(centre de la
sphère associée)

Extrait, associé, dérivé

triangle en face d'une ligne de cote
Point
unique


Création :

Pourquoi :
(centre du
cercle associée)

Extrait, associé, dérivé

triangle positionné par cote encadrée
Ligne
unique


Création :

Pourquoi :
(axe du
cylindre associé)

Extrait, associé, dérivé

triangle en face d'une ligne de cote
Ligne
commune


Création :

Pourquoi :
(axe passant par les
centres de cercles associés)

Extrait, associé, dérivé, construit

triangles sur contour ou prolongement
triangle positionné par cote encadrée
C-D dans la case de spécification
Surface
commune


Création :

Pourquoi :
(plan
moyen)

Extrait, associé, construit

triangle sur contour ou prolongement
A-A dans la case de spécification
Ligne
unique


Création :

Pourquoi :
(intersection des plans
associés A et B)

Extrait, associé, construit

triangle sur contour ou prolongement
2 cases de référence dans spécification
Ligne
unique


Création :

Pourquoi :
(axe de
cylindre associé)

Extrait, associé, construit, dérivé

A : triangle sur contour ou prolongement
B : triangle en face d'une ligne de cote
2 cases de référence dans spécification

Zone de tolérance : NF E 04-552 et ISO 1101

C'est un espace (volumique ou surfacique) limité par des éléments géométriques idéaux (surfaciques ou linéiques).

Forme : Elle dépend,
- de la nature de l'élément spécifié,
- du symbole se trouvant devant la valeur ( ou pas).

Taille (limite et étendue) : Elle dépend,
- d'une dimension linéaire appelée la tolérance,
- de l'étendue de l'élément spécifié (sauf cas particulier).

Orientation : Elle dépend,
- de la flèche de spécification en l'absence de référence spécifiée,
- de la référence spécifiée quand elle est présente.

Position :
- Elle est libre sauf s'il y a présence d'une référence spécifiée,
- Elle est définie par des cotes encadrées / à la référence spécifiée.

Exemples :

Sur le modèle spécifié
ZONE OBTENUE
Zone unique

Forme :
Limite :
Etendue :
Orientation :
Position :


2 plans parallèles
Distants de 0,1mm
Celle de l'élément spécifié
Normale au plan nominale
Libre
Zone unique

Forme :
Limite :
Etendue :
Orientation :
Position :


Cylindre
Diamètre de 0,1mm
Celle de l'élément spécifié
Celle de l'axe du cylindre référence
Libre
Zone unique

Forme :
Limite :
Etendue :
Orientation :
Position :


2 cylindres coaxiaux
Distants de 0,1mm
Celle de l'élément spécifié
Axe du cylindre nominale
libre
Zone multiple

Forme :
Limite :
Etendue :
Orientation :
Position :


2 cylindres
Diamètre de 0,1mm
Celle de la surface spécifiée
Axe des cylindres nominaux
distants de 15mm