Un alésage, trois arbres, trois assemblages différents

Le même alésage, trois arbres

Prenons une cote nominale de 8 mm. Dans le palier de dimensions de l’ISO 286 « au-dessus de 6 jusqu’à 10 mm inclus », un alésage H7 va de +15 à 0 µm, soit de 8,000 à 8,015 mm. Montons-y maintenant trois arbres normalisés et lisons le résultat :

Ces trois lignes correspondent aux trois familles. g6 a toujours du jeu. p6 n’en a jamais. k6 peut donner l’un ou l’autre, selon l’endroit où les deux pièces tombent dans leur tolérance. C’est exactement cela, un ajustement incertain : pas un compromis, mais un véritable pile ou face à l’intérieur d’une plage bornée.

Observez maintenant ce qui n’a pas changé

Trois assemblages complètement différents, et l’alésage était H7 dans les trois cas. Ce n’est pas un hasard de l’exemple. Ouvrez n’importe quel tableau d’ajustements et vous verrez la même chose : H7, H8, H9 à gauche, la variété venant des lettres de l’arbre.

L’ISO 286 définit pourtant les deux dispositions. Dans le système de l’alésage normal, l’alésage est H – écart inférieur nul, il ne descend donc jamais sous la cote nominale – et la lettre de l’arbre crée l’ajustement. Dans le système de l’arbre normal, l’arbre est h – écart supérieur nul – et c’est la lettre de l’alésage qui fait le travail. Partout, les majuscules désignent les alésages et les minuscules les arbres.

Les deux existent donc, et c’est l’un d’eux que vous rencontrerez en pratique.

L’explication habituelle, et ce que nous n’avons pas pu vérifier

La raison répétée dans les ateliers et les manuels tient à l’outillage. Les alésages sortent d’outils qui ont eux-mêmes une dimension fixe – foret, alésoir, broche. Les arbres sortent d’un tour ou d’une rectifieuse à la dimension que l’on règle. Si l’on normalise l’alésage en H et que l’on fait varier l’arbre, il faut un alésoir par cote nominale. Dans l’autre sens, il faudrait un alésoir différent pour chaque ajustement.

Nous n’avons pas pu vérifier que l’ISO 286 dit cela. La norme définit les deux systèmes et leur désignation ; nous n’avons trouvé ni article exprimant une préférence ou donnant cette justification, ni source faisant autorité qui l’attribue à la norme. Considérez-la donc comme l’explication largement répandue, ce qui n’est pas la même chose que l’explication donnée par la norme.

Une objection moderne évidente mérite aussi d’être formulée : sur une machine CNC, un alésage peut être interpolé à n’importe quelle dimension, ce qui affaiblit l’argument de l’outillage pour tout ce qui est fraisé ou alésé à l’outil plutôt que percé puis alésé à l’alésoir.

La règle qui n’oblige pas à trancher cette question

Quelle que soit la raison historique, la question de travail n’est pas « quel ajustement dois-je utiliser ? ». C’est :

Laquelle de ces deux surfaces ne puis-je pas modifier ?

On fixe celle-là, on fait varier l’autre. La plupart du temps, vous fabriquez les deux pièces et l’alésage est la plus délicate ; l’alésage est donc fixé en H et vous choisissez une lettre d’arbre. C’est le système de l’alésage normal, et c’est le cas par défaut parce que l’hypothèse se vérifie le plus souvent.

Quand l’hypothèse ne tient pas, la réponse s’inverse. Si l’arbre est acheté plutôt que fabriqué – bague intérieure d’un roulement, barre étirée à froid, broche standard –, son diamètre est arrivé avec la pièce et ce que vous pouvez encore choisir, c’est l’alésage. C’est le système de l’arbre normal, et ce n’est pas un cas exotique : c’est ce que vous faites chaque fois que vous alésez un logement pour l’adapter à un roulement.

Le lien avec la visserie

La même question se cache derrière pourquoi une vis ordinaire dans un trou de passage ne positionne rien : une goupille cylindrique est un élément pour lequel quelqu’un a payé de la tolérance des deux côtés, et un trou de passage un élément pour lequel quelqu’un a délibérément renoncé à le faire. Aléser un trou pour l’adapter à une goupille, c’est exactement l’exercice ci-dessus – et la goupille, achetée en m6 ou h8, est la surface que vous ne pouvez pas modifier. Reste à savoir qui spécifie l’autre, et la réponse est personne : la norme des goupilles cylindriques ne contient aucun trou.

Pour ce qui se passe lorsqu’aucune tolérance n’est indiquée, voir la tolérance générale dans le cartouche. La place des choix dimensionnels dans l’ordre d’ensemble est expliquée dans spécifier une vis (en anglais).

Références

• ISO 286-1:2010 – système de codification ISO pour les tolérances : bases, désignation et classification des ajustements avec jeu, incertains et serrés
• ISO 286-2:2010 – tableaux des classes de tolérance normalisées et des écarts limites (valeurs ci-dessus tirées du palier « au-dessus de 6 jusqu’à 10 mm inclus »)
• « How do you apply fits and tolerances when designing hole and shaft? », Engineering Stack Exchange

Cette page explique comment le système est organisé. Les valeurs applicables à une pièce donnée relèvent de votre plan et des normes qu’il invoque.

Cet article traite de l’étape 2 : filetage. L’ordre complet est support, filetage, tête, empreinte, finition et documentation. L’article anglais Specifying a screw explique pourquoi le modifier entraîne une reprise.

Questions fréquentes

Quels sont les écarts de H7, g6, k6 et p6 à 8 mm ?

Dans le palier de l’ISO 286-2 au-dessus de 6 jusqu’à 10 mm inclus, en micromètres : alésage H7 de plus 15 à 0 ; arbre g6 de moins 5 à moins 14 ; arbre k6 de plus 10 à plus 1 ; arbre p6 de plus 24 à plus 15 ; arbre h6 de 0 à moins 9. Face à l’alésage H7, cela donne un jeu de 5 à 29 pour g6, soit un serrage jusqu’à 10 soit un jeu jusqu’à 14 pour k6, et un serrage de 0 à 24 pour p6.

Qu’est-ce exactement qu’un ajustement incertain ?

Un ajustement dont les zones de tolérance se chevauchent, de sorte que l’assemblage peut présenter du jeu ou du serrage selon l’endroit où les deux pièces tombent dans leur tolérance. Ce n’est pas un compromis entre les deux, mais une incertitude bornée. H7/k6 à 8 mm peut donner jusqu’à 10 micromètres de serrage ou jusqu’à 14 micromètres de jeu.

Pourquoi l’alésage est-il toujours H dans les tableaux d’ajustements ?

Parce que ces tableaux sont en système de l’alésage normal : l’alésage est fixé en H, dont l’écart inférieur est nul, et la lettre de l’arbre crée l’ajustement. L’ISO 286 définit aussi le système de l’arbre normal, où l’arbre est h et la lettre de l’alésage varie. L’explication habituelle de cette préférence tient à l’outillage – les alésages viennent d’outils de dimension fixe, les arbres sont tournés à n’importe quelle cote –, mais nous n’avons pas pu vérifier que l’ISO 286 le dise elle-même. Considérez-la donc comme l’explication courante, et non comme celle de la norme.

Quand faut-il plutôt utiliser le système de l’arbre normal ?

Quand l’arbre est acheté plutôt que fabriqué : son diamètre est arrivé avec la pièce et l’alésage est la seule surface qui reste à choisir. Bagues intérieures de roulements, barre étirée à froid et broches standard sont les cas courants. Aléser un logement pour l’adapter à un roulement, c’est le système de l’arbre normal, qu’on l’appelle ainsi ou non.

Un ajustement serré peut-il se retrouver sans serrage ?

Aux limites, oui. H7/p6 à 8 mm a un serrage minimal nul : un alésage à sa cote maximale, 8,015, rencontre un arbre p6 à sa cote minimale, également 8,015. Si l’assemblage repose sur l’adhérence plutôt que sur le positionnement, c’est ce cas limite qu’il faut prendre comme base de conception.