Tolérances d’usinage : ISO 2768, ajustements et cotation

Aucune pièce usinée n’est exactement à sa cote nominale : la tolérance fixe l’écart admissible. Plutôt que d’inscrire une tolérance sur chaque dimension, le plan peut renvoyer, dans son cartouche, à une norme de tolérances générales. L’ISO 2768-1 couvre les dimensions linéaires et angulaires qui n’ont pas de tolérance individuelle, et définit quatre classes : f (fine), m (moyenne), c (grossière) et v (très grossière).

Écarts admissibles en dimensions linéaires, en millimètres (écarts symétriques, plus ou moins). « Plus de 3 à 6 » signifie au-delà de 3 mm et jusqu’à 6 mm inclus :

Exemple : une cote de 50 mm sans tolérance individuelle, sur un plan en classe m, peut varier de ±0,3 mm (entre 49,7 et 50,3 mm) ; en classe f, de ±0,15 mm. La norme prévoit aussi des tables distinctes pour les rayons, les chanfreins et les angles, non reproduites ici. La classe m est très courante sur les plans de pièces mécaniques.

Une cote dans sa tolérance ne garantit pas une forme parfaite : une pièce peut respecter toutes ses dimensions et rester gauche. La partie 2 de la norme fixe des tolérances géométriques générales, notamment pour la rectitude, la planéité, la perpendicularité, la symétrie et le battement, en trois classes : H (la plus fine), K et L (la plus large).

La désignation combine les deux parties. La mention « Tolérances générales ISO 2768-mK » dans le cartouche signifie : classe m pour les dimensions linéaires et angulaires, classe K pour la géométrie. Sans mention de ce type, aucune tolérance générale ne s’applique de façon normative : l’atelier retient alors sa propre pratique, ce qui est une source de litiges.

Dans l’approche GPS (spécification géométrique des produits) plus récente, l’ISO 22081 (2021) traite des spécifications géométriques générales et remplace l’ISO 2768-2. La mention ISO 2768-mK reste toutefois très répandue sur les plans existants, et la plupart des ateliers la comprennent. Vérifiez avec votre bureau d’études la référence retenue dans votre entreprise.

Quand deux pièces s’assemblent (arbre dans un alésage, par exemple), la tolérance de chacune détermine le jeu ou le serrage obtenu. Le système ISO d’ajustements (ISO 286) normalise ces tolérances par deux informations : la qualité IT (le chiffre, de IT01 à IT18, plus il est petit, plus la tolérance est serrée) et la position de la zone de tolérance par rapport à la cote nominale (la lettre, majuscule pour un alésage, minuscule pour un arbre).

L’écriture H7/g6 se lit : alésage H7 et arbre g6. Le système de l’alésage normal (H) est le plus courant : l’alésage garde la même position et l’on fait varier la lettre de l’arbre pour obtenir un jeu (g, h, f), un ajustement incertain (k, js) ou un serrage (p, s). Exemple pour un diamètre nominal de 25 mm :

Ces valeurs concernent la plage de 18 à 30 mm de diamètre : elles changent avec le diamètre. Consultez les tables de l’ISO 286-2 ou demandez-les à votre atelier. Côté fabrication, un alésage H7 se réalise couramment par alésage fin ou à l’alésoir ; des qualités plus fines comme IT6 appellent souvent une rectification.

Le tolérancement géométrique exprime la fonction de la pièce mieux qu’une accumulation de cotes plus ou moins. Il est défini par l’ISO 1101, dans le cadre des spécifications géométriques des produits (GPS). Une exigence s’inscrit dans un cadre de tolérance : symbole de la caractéristique, valeur de la zone de tolérance (précédée de Ø pour une zone cylindrique), puis une ou plusieurs références (A, B, C), définies par l’ISO 5459. Les caractéristiques se regroupent en familles :

• Forme (sans référence) : rectitude, planéité, circularité, cylindricité.
• Orientation : parallélisme, perpendicularité, inclinaison.
• Position : position, coaxialité, concentricité, symétrie.
• Battement : battement simple et battement total.
• Profil : profil d’une ligne ou d’une surface quelconque.

Pourquoi l’utiliser ? Pour positionner deux trous de fixation, une cotation en coordonnées ±a donne une zone de tolérance carrée de côté a. Un tolérancement de position définit une zone circulaire : si l’on retient le cercle circonscrit à ce carré (diamètre d’environ 1,41 a), la surface admissible augmente d’environ 57 %. Pour un assemblage qui dépend de l’écart radial (vis dans un trou, goujon dans un alésage), cette zone correspond mieux à la fonction et laisse plus de marge à l’atelier. En contrepartie, les références doivent traduire la façon dont la pièce se monte réellement.

Les plans d’origine nord-américaine suivent souvent la norme ASME Y14.5, proche de l’ISO 1101 mais différente sur certains points : signalez-le à l’atelier. Pour contrôler ces exigences, il faut en général une machine à mesurer tridimensionnelle.

La rugosité Ra est l’écart moyen arithmétique du profil, exprimé en micromètres. Elle a longtemps été définie par l’ISO 4287 et indiquée sur les plans selon l’ISO 1302 ; la série ISO 21920 les remplace progressivement. Les ordres de grandeur suivants sont indicatifs et dépendent de la matière, de l’outil et des paramètres de coupe :

Le Ra ne dit pas tout : deux surfaces de même Ra peuvent avoir des textures différentes. Pour la plupart des pièces, une mention générale (« Ra 3,2 sauf indication contraire », par exemple) complétée de quelques surfaces repérées suffit. Chaque cran de finesse ajoute des passes, voire une opération de rectification.

Resserrer une tolérance ne se paie pas de façon linéaire. Tant que l’exigence reste dans les capacités normales de la machine, l’effet est modéré. Au-delà, l’atelier change de méthode, et chaque changement coûte :

• des passes de finition plus lentes, des outils plus soignés et remplacés plus tôt ;
• une stabilisation thermique de la pièce et de la machine, la température de référence de la mesure étant fixée à 20 °C ;
• des opérations supplémentaires (rectification, reprise sur une autre machine) ;
• un contrôle plus fin, souvent sur chaque pièce, avec un moyen de mesure dont l’incertitude reste très inférieure à la tolérance ; la règle empirique du dixième est souvent citée ;
• un risque de rebut plus élevé, répercuté dans le prix.

1. Partir de la fonction. Pour chaque surface, demandez-vous ce qui se passe si la cote varie : si rien ne change, la tolérance générale suffit.
2. Inscrire les tolérances générales au cartouche (ISO 2768-mK, par exemple), puis ne coter individuellement que les dimensions fonctionnelles.
3. Utiliser des ajustements normalisés (H7/g6, H7/h6…) plutôt que des valeurs sur mesure.
4. Préférer le tolérancement géométrique pour les positions afin d’exploiter une zone circulaire, avec des références qui reflètent le montage.
5. Éviter la cotation redondante ou en chaîne. Chaque cote ne figure qu’une fois ; une cote auxiliaire se met entre parenthèses et n’est pas contrôlée.
6. Préciser si les cotes s’entendent avant ou après traitement. Une couche épaisse comme l’anodisation dure ou le nickel chimique modifie les dimensions de quelques microns à plusieurs dizaines de microns.
7. Distinguer la précision de la machine de la tolérance fonctionnelle. Ce que la machine sait faire n’est pas ce que votre pièce exige.

Une fois votre plan coté, joignez-le à un cahier des charges complet. Sur Meaflow, déposer une annonce est gratuit : vous pouvez demander aux prestataires qui vous répondent de signaler les cotes qui renchérissent la pièce. Pour les matières, voir matériaux pour pièces usinées.