La tolérance et la précision sont deux concepts très importants dans la fabrication. La tolérance est la limite maximale admissible dans un processus de fabrication où la pièce sera toujours de qualité acceptable. Les tolérances dimensionnelles sont fixées lors de la phase de conception pour établir les limites supérieures et inférieures des dimensions critiques qui permettent encore à une pièce d'accomplir sa fonction prévue. La précision est une mesure de la cohérence avec laquelle les pièces peuvent être fabriquées, cela inclut à la fois la précision/justesse de l'instrument de mesure et la “ précision ” du processus de fabrication en question, par exemple l'usinage CNC.
Cet article examinera les définitions de la tolérance et de la précision, pourquoi elles sont importantes, comment elles sont déterminées, et quels facteurs les influencent.
Qu'est-ce que la précision ?
Précision peut faire référence à deux types de précision. La précision des instruments se réfère à la proximité de deux ou plusieurs mesures entre elles lorsqu'on mesure le même objet dans les mêmes conditions. C'est une mesure de la variabilité du processus de mesure. Une haute précision indique que le processus de mesure produit des résultats très similaires pour des mesures répétées, montrant un faible niveau d'erreur aléatoire.
La précision du processus de fabrication se réfère à la cohérence avec laquelle un processus de fabrication peut produire les mêmes résultats. Tout processus présente un degré de variabilité, où les résultats diffèrent légèrement pour les mêmes entrées. La précision du processus vise à mesurer cette variabilité. Des taux plus élevés de précision du processus signifient qu'un processus de fabrication produit des pièces similaires entre elles.
Comment fonctionne la précision ?
Précision en tant que métrique dans la fabrication, elle existe parce qu'il y a une erreur aléatoire dans les machines et processus de fabrication, ainsi que dans les instruments qui mesurent les résultats de ces processus. Cette erreur aléatoire signifie qu'il y aura des variations dimensionnelles au sein de tout groupe de pièces fabriquées. La précision du processus mesure la cohérence d'une machine ou d'un processus de fabrication spécifique. Une machine ou un processus de faible précision introduira une grande déviation entre les pièces. Une haute précision signifie que le processus produit des résultats cohérents, avec une faible déviation entre les pièces.
La précision des instruments et la précision du processus jouent tous deux un rôle important dans l'évaluation de la précision globale d'un processus de fabrication. Une haute précision instrumentale est nécessaire pour s'assurer que vous obtenez des mesures cohérentes avec lesquelles prendre des décisions éclairées. En général, la précision de l'instrument doit être environ dix fois supérieure à celle du processus pour pouvoir mesurer avec précision les déviations en fabrication.
À quoi sert la précision ?
La fabrication de précision devient utile en production par lots ou en masse, où le même composant ou produit est fabriqué de nombreuses fois, et chaque pièce est nominalement identique. Minimiser la variabilité est essentiel pour produire des composants avec un haut degré de cohérence et garantir que chaque article produit est pratiquement identique aux autres, améliorant ainsi la qualité globale de la production.
Comment mesurer la précision
La précision peut être mesurée en suivant les étapes suivantes :
Déterminer la précision de l'instrument du processus de mesure.
Fabriquer un lot de pièces d'essai.
Mesurer les dimensions critiques d'un échantillonnage statistique des pièces de ce lot, et enregistrer les données.
Trouver les valeurs moyennes de ces dimensions critiques. La valeur moyenne d'une dimension est calculée en divisant la somme de toutes les mesures d'une dimension particulière par le nombre de mesures de cette dimension.
Déterminer la déviation de chacune des mesures par rapport à la moyenne pour ces mesures.
La déviation standard peut alors être calculée en utilisant la formule suivante :
formule de la déviation standard pour la précision
Où x est la déviation de chaque mesure, la est la valeur moyenne de la mesure, et N est le nombre total de pièces mesurées. La déviation standard est couramment utilisée comme mesure de la précision, avec des valeurs plus faibles indiquant une précision plus élevée.
L'écart absolu moyen est une autre mesure utilisée comme indicateur de précision. Cette valeur n'est pas fortement affectée par les valeurs aberrantes. Elle peut être calculée en soustrayant la valeur moyenne de la valeur mesurée pour chaque dimension afin d'obtenir les écarts absolus. Les écarts absolus peuvent ensuite être sommés, puis divisés par le nombre total de pièces mesurées pour donner l'écart absolu moyen.
La précision est rapportée sous forme d'une plage ±. Par exemple, une précision de ±2,5 mm signifie que les dimensions d'une pièce sont cohérentes dans une marge de 2,5 mm l'une de l'autre.
La précision et la justesse sont-elles la même chose ?
Non, les termes “ précision ” et “ justesse ”, même s'ils sont parfois utilisés de manière interchangeable, n'ont pas la même signification. La justesse décrit à quel point une valeur mesurée est proche de la valeur réelle ou attendue. En d'autres termes, c'est une mesure de la correction, indiquant dans quelle mesure une mesure est conforme à une valeur de référence ou acceptée. D'autre part, la précision se réfère à la cohérence des mesures répétées, montrant à quel point ces mesures sont proches les unes des autres, indépendamment du fait qu'elles soient proches de la valeur réelle. Une haute précision signifie que les mesures sont très similaires entre elles, mais cela ne signifie pas nécessairement qu'elles sont exactes (proches de la valeur réelle). La justesse et la précision sont indépendantes l'une de l'autre.
Dans des industries comme la fabrication et la science, il est important d'obtenir des résultats qui ont à la fois une haute précision et une haute justesse. La figure 1 ci-dessous montre la différence entre précision et justesse dans une mesure de cible :
précision vs justesse
Représentation visuelle de la justesse et de la précision. Crédit image : https://www.antarcticglaciers.org/glacial-geology/dating-glacial-sediments-2/precision-and-accuracy-glacial-geology/
Comme on peut le voir sur la figure, les mesures précises sont regroupées de près, indépendamment du fait qu'elles soient centrées sur la cible ou non, tandis que les mesures exactes sont centrées autour de la pointée, même si elles ne sont pas regroupées. Les mesures qui sont à la fois précises et exactes sont regroupées de près et se trouvent dans la zone de la cible.
Quelle est l'importance de la précision dans la fabrication ?
La précision est une mesure de la cohérence avec laquelle les pièces sont fabriquées. Une haute précision signifie qu'un fabricant peut être confiant que toutes les pièces produites dans un lot donné seront cohérentes et similaires entre elles. C'est une métrique très importante et un objectif en fabrication pour assurer une production cohérente et de haute qualité.
Qu'est-ce que la tolérance ?
La tolérance est la quantité autorisée de déviation par rapport au design lors du processus de fabrication, où la pièce est toujours considérée comme acceptable. Tout processus ou machine de fabrication produira une certaine variation, car rien n'est parfait. Les déviations autorisées par rapport au design sont généralement données sous forme d'une plage maximale, c'est-à-dire qu'une tolérance de 0 ± 1 mm signifie qu'une déviation inférieure à 1 mm pour toute mesure resterait acceptable.
Lors de la phase de conception du produit, il est crucial d'établir des tolérances qui permettront au produit de fonctionner correctement, même si une dimension critique de la pièce atteint la maximum (ou minimum) de la tolérance. En même temps, la tolérance doit prendre en compte le processus prévu et le coût économique d'une tolérance plus stricte que nécessaire. En essence, les tolérances offrent au fabricant une ligne directrice sur la plage acceptable de résultats pour une dimension de pièce.
Comment fonctionne la tolérance ?
Les tolérances font partie intégrante du processus de fabrication car aucun outil, machine ou matériau n'est parfait. Même la machine la mieux conçue avec une calibration idéale est sujette à des variations qui entraînent des écarts par rapport au design prévu. Ces écarts possibles doivent être pris en compte lors de la phase de conception pour garantir que la qualité du produit reste acceptable.
Les tolérances sont utilisées comme limites extérieures pour les dimensions acceptables d'une pièce. Les fabricants utilisent une gamme d'outils de suivi et d'analyse de la capacité du processus pour s'assurer que les produits fabriqués restent bien dans les limites extérieures établies par les tolérances du dessin.
À quoi sert la tolérance ?
Les tolérances établissent la quantité de variation acceptable pour une dimension donnée sur une pièce donnée. C'est une métrique essentielle à considérer lors de la conception et de la fabrication d'un produit, pour garantir que la pièce est fabriquée avec une qualité acceptable.
Comment mesurer la tolérance
Les tolérances sont fixées lors de la phase de conception comme la déviation maximale autorisée par rapport aux géométries spécifiées dans le design. En tant que telles, elles ne sont généralement pas mesurées. Pour vérifier si un processus de fabrication peut respecter les tolérances requises, la procédure suivante peut être suivie :
Un lot de pièces d'essai nominalement identiques est produit.
Les dimensions de ces pièces seront ensuite mesurées.
Les écarts des pièces par rapport au dessin sont vérifiés pour s'assurer qu'ils se situent dans la plage de tolérance.
Dans le cas où certaines pièces sont hors spécifications, les tolérances peuvent être modifiées, ou le processus de fabrication peut être amélioré.
Quelle est l'importance des tolérances en fabrication ?
Les tolérances sont importantes en fabrication pour établir les limites dans lesquelles les pièces sont encore considérées comme acceptables, même lorsque des variations inévitables surviennent lors de la fabrication. Les plages de tolérance acceptables doivent être spécifiées dans le cadre du processus de conception. Ces tolérances décrivent la déviation maximale à laquelle la pièce serait encore acceptable. Lors de la phase de fabrication, ces plages de tolérance spécifiées doivent être prises en compte. Seuls les processus et machines de fabrication capables de produire des pièces avec le niveau de précision, et au niveau de valeur ciblé requis par les tolérances établies, doivent être utilisés.
Quels sont les facteurs affectant la précision et la tolérance dans le processus de fabrication ?
La précision et la tolérance dans le processus de fabrication sont influencées par plusieurs facteurs, notamment :
1. Propriétés des matériaux
Les propriétés des matériaux telles que la dureté, le coefficient de dilatation thermique et la résistance à la traction influencent la façon dont les matériaux se comportent lors du traitement. La variation des propriétés mécaniques ou physiques rend plus difficile l'obtention de résultats cohérents d'une opération de fabrication, ce qui peut nuire à la fois à la précision et à l'exactitude. Par exemple, si la matière première traitée est plus dure que prévu, la presse sélectionnée peut ne pas avoir suffisamment de puissance pour la former avec précision aux dimensions souhaitées. C'est pourquoi les matières premières doivent également respecter des spécifications avec des tolérances. Une matière première peut être spécifiée avec une plage admissible de dureté pour éviter la variabilité des résultats du processus.
2. Conditions environnementales
Les conditions environnementales, en particulier la température et l'humidité, peuvent jouer un rôle dans la fixation des niveaux de tolérance, ainsi que dans la précision réelle d'un processus de fabrication. Les fluctuations de température font que les matériaux se dilatent ou se contractent, et l'humidité peut également affecter les propriétés du matériau. Maintenir des conditions environnementales constantes peut aider à améliorer la cohérence entre les pièces. Cela améliore la précision globale, ce qui facilite le respect des tolérances établies.
3. Considérations de conception
La conception d'une pièce influence la facilité ou la difficulté de l'usinage ou de la fabrication. Le choix du matériau, son épaisseur, et les processus de fabrication utilisés jouent tous un rôle important dans la cohérence de la production des pièces. Les tolérances ne doivent jamais être fixées plus strictement que ce que nécessite un ajustement et une fonction corrects de la pièce. Si un processus produit des pièces hors tolérance, les tolérances initiales peuvent être revues pour voir si elles peuvent être assouplies afin de s'adapter au processus actuel. Une autre possibilité pourrait être de redessiner la pièce pour faciliter le respect des dimensions requises. Si aucune de ces options n'est envisageable, il peut être nécessaire de changer de processus ou d'utiliser des machines plus performantes pour répondre aux exigences.
4. Facteurs de la chaîne d'approvisionnement
Le principal facteur de la chaîne d'approvisionnement qui influence la précision et la tolérance est la qualité des matériaux. La qualité du matériau utilisé dans le processus de fabrication a un effet direct sur la qualité de la pièce fabriquée. Toute variation dans les propriétés des matières premières peut affecter le comportement du matériau lors de la fabrication, entraînant des variations qui réduisent la précision globale de la fabrication.
5. Fixation et maintien en place
La façon dont une pièce est fixée ou maintenue en place pendant le traitement joue un rôle essentiel dans le maintien de la précision et de l'exactitude de la pièce, ainsi que dans le respect des tolérances établies. Les pièces doivent être maintenues de manière cohérente dans la bonne orientation et position pour obtenir des résultats reproductibles. Toute déviation dans la position de la pièce lors du traitement peut se traduire par une variation dimensionnelle dans la pièce finale. De même, si les pièces ne sont pas fixées de manière suffisamment sécurisée, les vibrations ou déplacements entraîneront des pièces imprécises, ce qui complique l'atteinte d'une haute précision et de tolérances strictes.
6. Capacité des machines et calibration
Les machines produisent intrinsèquement des erreurs aléatoires lors du traitement d'une pièce, car aucune machine ne peut fonctionner avec une parfaite cohérence en permanence. Ces erreurs aléatoires se traduisent par des écarts dans les pièces fabriquées. Les machines de meilleure qualité ont tendance à produire des résultats plus cohérents, avec moins d'écarts, améliorant ainsi la précision globale de la fabrication. La calibration peut aider à minimiser les écarts entre les pièces, mais elle est principalement utilisée pour augmenter la précision, ce qui peut aider à atteindre des tolérances serrées.
7. Compétences et formation de l'opérateur
Les compétences et la formation de l'opérateur jouent un rôle crucial dans le maintien d'une haute précision et le respect de tolérances strictes en fabrication. Pour les processus de fabrication manuels, l'opérateur contrôle directement le résultat du processus. Les opérateurs hautement qualifiés sont plus susceptibles d'obtenir des résultats cohérents, augmentant ainsi la précision. La formation peut également aider à améliorer leurs compétences et leur familiarité avec des machines et des processus spécifiques.
8. Stabilité du processus et réduction de la variation
La stabilité du processus et la réduction de la variation se réfèrent à des méthodes d'amélioration de la cohérence des résultats des processus de fabrication. En réduisant la variabilité, la cohérence des pièces fabriquées est augmentée, ce qui augmente à son tour la précision. De nombreuses méthodes existent pour aider à augmenter la stabilité du produit, telles que l'utilisation de contrôleurs en avance, qui compensent les déviations d'une pièce, le contrôle en retour, où les déviations d'une pièce sont ajustées pour les pièces suivantes, ou la réduction des variations dans les entrées du processus de fabrication.
9. Contrôle qualité et techniques d'inspection
Les techniques de contrôle qualité et d'inspection jouent un rôle vital dans le maintien de niveaux élevés de précision. En maintenant constamment des normes de contrôle de qualité élevées, tout défaut potentiel ou déviation inacceptable peut être repéré, et le processus ajusté rapidement pour éviter la production de pièces hors tolérance. Les procédures et outils de contrôle statistique de processus peuvent être utilisés pour surveiller la qualité du processus de fabrication, en effectuant des ajustements éclairés pour maintenir des niveaux élevés de précision.
Pour en savoir plus, consultez notre guide complet sur le Contrôle Qualité.
10. Paramètres d'outillage et de coupe
Les paramètres d'outillage et de coupe peuvent avoir un impact significatif sur la précision s'ils sont mal sélectionnés. Des paramètres tels que la vitesse d'avance, la profondeur de coupe et la géométrie de l'outil ont tous des plages optimales de fonctionnement pour une opération donnée. Utiliser des outils ou un outillage en dehors de ces plages optimales peut entraîner une qualité inférieure des pièces et une variation importante entre les pièces, affectant la précision et la capacité à respecter les tolérances établies.
Pour en savoir plus, consultez notre guide sur les Paramètres d'outillage et de coupe.
Quelles sont les meilleures pratiques pour la manutention des matériaux afin d'assurer une précision cohérente et de respecter des tolérances strictes en production ?
Adopter des meilleures pratiques établies pour la manutention des matériaux est crucial pour assurer une précision cohérente et respecter des tolérances strictes en production de masse.
Cela commence par le contrôle qualité des matériaux, qui consiste à vérifier que tous les matériaux répondent aux normes et spécifications requises avant leur entrée en ligne de production. Un stockage approprié est également important. Il est essentiel de protéger les matériaux contre les dommages environnementaux, la contamination et la déformation, en accordant une attention particulière au contrôle de la température et de l'humidité pour les matériaux sensibles. Tout aussi important est la formation du personnel aux techniques correctes de manutention des matériaux pour prévenir les dommages et identifier rapidement les problèmes potentiels. La calibration régulière des outils de mesure et des équipements utilisés en production garantit également une précision continue. Suivre ces meilleures pratiques peut contribuer de manière significative à atteindre et maintenir les niveaux élevés de précision et de tolérances strictes requis dans les processus de fabrication modernes.
Quels sont les défis courants pour atteindre la précision et respecter les tolérances en fabrication ?
Il existe plusieurs défis pour atteindre une haute précision et respecter des niveaux de tolérance stricts en fabrication, notamment :
La variabilité dans la qualité et les propriétés des matières premières peut nuire à la précision et à l'exactitude. Trouver des fournisseurs capables de livrer des matériaux d'une qualité constante peut être un défi.
Les machines de fabrication nécessitent une calibration pour fonctionner à des niveaux optimaux. Cependant, la calibration coûte du temps d'arrêt, ce qui entraîne une baisse de productivité. Trouver un équilibre entre la priorité à la précision et à la productivité peut être difficile.
Maintenir une précision suffisamment élevée pour respecter des tolérances strictes implique souvent de dépenser de l'argent pour des machines de haute qualité, la formation des opérateurs et des outils d'automatisation. Les coûts peuvent facilement dépasser le budget dans la poursuite de ces deux métriques.
Certaines conceptions de pièces nécessitent un usinage difficile à réaliser de manière cohérente à un niveau de haute qualité. Parfois, il n'existe pas de solution pratique à cela, et la précision en souffre en conséquence.
Quelle est la différence entre précision et tolérance ?
La précision est une mesure de la proximité d'une dimension donnée par rapport à la dimension prévue. Dans le contexte de la fabrication, cela correspond à la proximité des dimensions d'une pièce fabriquée par rapport à la spécification de conception.
Les tolérances en fabrication se réfèrent à la déviation admissible des mesures d'une pièce conçue à une pièce fabriquée. Les tolérances spécifiées dans une conception se réfèrent à la quantité de déviation qui resterait acceptable pour une pièce.
Quelle est la différence entre précision et tolérance ?
La précision dans le contexte de la fabrication est une mesure de la cohérence avec laquelle une pièce peut être fabriquée avec précision.
La tolérance en fabrication fait référence à la déviation admissible des mesures d'une pièce conçue à une pièce fabriquée. Les tolérances spécifiées dans une conception se réfèrent à la quantité de déviation qui resterait acceptable pour une pièce.
Les niveaux de précision déterminent si les tolérances peuvent être respectées. Une faible précision de fabrication peut entraîner un grand nombre de pièces hors spécification. Le niveau de précision du processus de fabrication doit être pris en compte lors de la phase de conception lors de la définition des tolérances. Si les tolérances ne peuvent pas être respectées avec un processus de fabrication particulier, les tolérances peuvent être élargies, la pièce peut nécessiter une nouvelle conception, ou des processus et machines de fabrication de meilleure qualité peuvent devoir être envisagés.
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