Qu’est-ce que le GD&T : Notions de base et définitions

Par ses informations de dimensionnement et de tolérancement, le dessin technique parle un langage qui se veut commun à tous. Il est constitué d’un ensemble de normes, de symboles et de règles très précises qui transmettent les caractéristiques géométriques et les tolérances d’une pièce.

L’ingénierie utilise les dessins techniques pour concevoir et développer des produits. Ils sont également utiles pour choisir les matériaux et les procédés de fabrication appropriés lors de la planification de la production. La fabrication et le contrôle des pièces nécessitent également une interprétation rigoureuse des informations communiquées par ce langage. Il suffit d’imaginer l’ampleur des problèmes techniques et des défauts qui se produiraient si ce langage n’existait pas !

Que signifie GD&T : Tolérancement dimensionnel et géométrique

Cette publication de blog a pour but de vous guider à travers les concepts et définitions de base du tolérancement dimensionnel et géométrique (GD&T); plus précisément, il s’agit de savoir ce qu’est le GD&T, comment elle fonctionne et pourquoi il est important de mettre en œuvre des processus de GD&T. En outre, il souligne que toutes les caractéristiques géométriques et les tolérances inscrites sur un dessin technique sont là dans un but précis de fonctionnalité. Parfois, il nous dit que nous pouvons être plus permissifs pour réduire les coûts de production. Souvent, il nous informe de l’assemblage de fixation à utiliser lors de la fabrication ou de l’inspection. Par conséquent, le GD&T doit être soigneusement compris car il impose un ensemble de contraintes qui sont primordiales tout au long du processus de fabrication.

Qu’est-ce que le GD&T ?

Le GD&T est un système permettant de définir et de communiquer les dimensions et les tolérances techniques. Il utilise un langage symbolique dans ses dessins techniques et ses modèles solides tridimensionnels générés par ordinateur qui décrivent explicitement la géométrie nominale (théoriquement parfaite) des pièces et des assemblages. Il spécifie le degré d’exactitude et de précision nécessaire pour chaque caractéristique contrôlée de la pièce. Il définit la taille possible des caractéristiques individuelles et la variation autorisée de l’orientation et de l’emplacement entre ces caractéristiques.

En tant qu’approche de conception et mécanisme de fabrication documentés, le GD&T aide les concepteurs, les ingénieurs et les techniciens à communiquer entre eux sans ambiguïté ; de cette façon, ils peuvent donner vie à une pièce et la construire de manière à ce qu’elle corresponde parfaitement à sa conception assistée par ordinateur (CAO).

Comment fonctionne le GD&T ?

Le GD&T garantit que toutes les personnes impliquées dans les dessins techniques – de la conception à l’usinage – parlent le même langage. Leur vocabulaire se compose de caractéristiques géométriques, telles que la planéité, la rectitude, la cylindricité, la circularité, la perpendicularité, le parallélisme, l’angularité, la position, le profil, la concentricité et la symétrie (entre autres). Ces différentes caractéristiques géométriques sont classées dans différentes catégories de tolérance (par exemple, forme, orientation, emplacement et faux-rond) et utilisent des points de référence (par exemple, point, ligne, plan et volume) comme référence à laquelle d’autres éléments de la composition de la pièce peuvent être reliés.

Des sommes considérables peuvent être gaspillées en raison de malentendus entre les personnes chargées de la recherche et du développement (R&D), qui conçoivent la pièce, et celles qui lisent et interprètent le dessin technique à l’atelier d’usinage. Par conséquent, le langage uniforme et logique qu’est le GD&T aide à comprendre les caractéristiques géométriques et les tolérances de la pièce. En offrant uniformité et commodité, il réduit les conjectures et l’interprétation tout en assurant la cohérence des géométries dans la conception et la fabrication.

Les conceptions d’aujourd’hui étant de plus en plus complexes et sophistiquées, les concepteurs, les ingénieurs et les techniciens doivent pouvoir compter sur une communication précise et fiable. Le GD&T permet à tous les membres de l’équipe de communiquer clairement et efficacement entre eux, ce qui permet de gagner du temps et de rendre les processus de conception et de fabrication encore plus efficaces.

Pourquoi mettre en œuvre des processus de GD&T ?

En tant que langage universel permettant aux ingénieurs et aux machinistes de parler le même vocabulaire et de se comprendre, le GD&T est la clé d’une interprétation approfondie des dessins techniques. Certains matériaux étant plus faciles à usiner que d’autres, le choix d’un matériau spécifique peut être examiné à la loupe pour ses répercussions potentielles, ce qui permettra de réduire les coûts de fabrication. Après avoir analysé le dessin technique, un matériau peut alors être préféré à un autre, surtout s’il n’a pas d’impact fonctionnel sur la pièce.

Un autre point important qui justifie la mise en œuvre de processus de GD&T est que chaque caractéristique géométrique a une tolérance, qui est la différence entre les limites maximale et minimale dans lesquelles une dimension peut varier. Les tolérances sont utilisées sur les dessins techniques pour contrôler les pièces qui doivent s’ajuster ensemble dans un assemblage. L’utilisation des tolérances permet l’interchangeabilité des pièces et le remplacement des composants individuels.

Comme la variation maximale entre deux caractéristiques est égale à la somme des tolérances placées sur les dimensions de contrôle, les tolérances des différentes caractéristiques s’accumulent. Ainsi, lorsque le nombre de dimensions de contrôle augmente, l’accumulation des tolérances augmente également. Dans le pire des cas, une pièce usinée pourrait facilement se situer dans les limites de ces tolérances accumulées, mais, une fois au stade de l’assemblage, elle pourrait ne pas s’emboîter avec les autres pièces.

Avec une approche GD&T qui contrôle les positions et les orientations, cet aspect de l’accumulation des erreurs est moins susceptible de causer des problèmes d’assemblage. Au contraire, elle prend en compte l’ensemble des tolérances pour que la fabrication du modèle soit reproductible, avec des pièces remplaçables. En énonçant explicitement toutes les exigences de conception, un processus de GD&T approfondi garantit le respect précis de toutes les spécifications de dimensions et de tolérances.

Pourquoi le GD&T est-il si important ?

Plus une conception est complexe et plus les tolérances sont serrées, plus l’outillage nécessaire est sophistiqué, plus les processus de fabrication et d’inspection sont coûteux et plus les taux de rebut s’accumulent. Il est donc important de garder cela à l’esprit lors de la conception d’une pièce.

Ainsi, au lieu d’imposer des tolérances dimensionnelles très strictes sur les positions et les diamètres des trous, ce qui rendra l’usinage plus coûteux et plus complexe, les concepteurs et les ingénieurs peuvent au contraire contrôler les profils et le positionnement afin d’élargir les tolérances. Cela leur permettra de réaliser des économies en réduisant la complexité du processus de fabrication.

À cet égard, le GD&T améliore la précision de la conception en autorisant les tolérances appropriées pour maximiser la production. La bonne nouvelle est que, pour de nombreux projets, le processus fournira des tolérances supplémentaires ou bonus pour augmenter encore la rentabilité.

GD&T et mesure 3D

 Le GD&T s’entrelace avec le processus d’inspection. L’une des phases essentielles du contrôle et de l’assurance qualité est l’acquisition de données, qui peuvent être obtenues par mesure manuelle, palpage ou numérisation 3D. Grâce à ces techniques, nous prenons une pièce physique et la numérisons. Ensuite, nous déterminons si les valeurs mesurées correspondent aux entités géométriques attendues, également connues sous le nom de « légendes GD&T ». Nous voyons si la pièce réussit ou échoue en comparant les données mesurées aux dimensions indiquées sur les modèles CAO. Plus important encore, nous pouvons quantifier l’écart par rapport aux tolérances limites.

En bref, une mesure 3D est nécessaire pour évaluer les légendes GD&T. Une fois les données acquises en palpant un échantillon de points ou en scannant une surface, nous pouvons évaluer la qualité de la pièce et, par conséquent, le processus de fabrication en fonction de caractéristiques géométriques spécifiques, telles que la planéité, la rectitude, la cylindricité, la circularité, la perpendicularité, etc.

Définitions

Planéité

Symbolisée par un parallélogramme, la planéité est la condition d’une surface ou d’un plan médian dérivé dont tous les éléments sont dans un même plan. Une tolérance de planéité spécifie une zone de tolérance définie par deux plans parallèles à l’intérieur desquels la surface ou le plan médian dérivé doit se trouver.

Rectitude

La rectitude est une condition dans laquelle un élément d’une surface, ou d’une ligne médiane dérivée, est une ligne droite. Une tolérance de rectitude spécifie une zone de tolérance dans laquelle l’élément considéré d’une surface ou d’une ligne médiane dérivée doit se trouver. Une tolérance de rectitude est appliquée dans la vue où les éléments à contrôler sont représentés par une ligne droite.

Cylindricité

Symbolisée par un cercle entouré de lignes parallèles de chaque côté, la cylindricité est une condition d’une surface de révolution dans laquelle tous les points de la surface sont équidistants d’un axe commun. Une tolérance de cylindricité spécifie une zone de tolérance délimitée par deux cylindres concentriques à l’intérieur de laquelle la surface doit se trouver.

Circularité (rondeur)

Symbolisée par un cercle, la circularité est une condition d’une surface où (a) pour une entité autre qu’une sphère, tous les points de la surface coupés par tout plan perpendiculaire à un axe ou à une ligne (ligne courbe) sont équidistants de cet axe ou de cette ligne et (b) pour une sphère, tous les points de la surface coupés par tout plan passant par un centre commun sont équidistants de ce centre. Une tolérance de circularité spécifie une zone de tolérance délimitée par deux cercles concentriques à l’intérieur desquels chaque élément circulaire de la surface doit se trouver, et s’applique indépendamment à tout plan.

Perpendicularité

Symbolisée par une ligne horizontale avec une autre ligne tracée perpendiculairement à celle-ci, la perpendicularité est la condition d’une surface, du plan central d’une caractéristique ou de l’axe d’une caractéristique à angle droit par rapport à un plan de référence ou à un axe de référence.

Parallélisme

Symbolisé par deux lignes parallèles obliques, le parallélisme est la condition d’une surface ou du plan central d’une caractéristique, équidistant en tous points d’un plan de référence ; ou de l’axe d’une caractéristique, équidistant sur sa longueur d’un ou de plusieurs plans de référence ou axes de référence.

 Angularité

Symbolisée par deux lignes formant un angle, l’angularité est la condition d’une surface, du plan central d’une caractéristique ou de l’axe d’une caractéristique à tout angle spécifié par rapport à un plan de référence ou à un axe de référence.

Position

Représentée par un symbole en forme de croix, une position est l’emplacement d’une ou plusieurs caractéristiques de taille par rapport à une ou plusieurs références. Une tolérance de position définit l’un des éléments suivants : (a) une zone à l’intérieur de laquelle le centre, l’axe ou le plan central d’une caractéristique de taille est autorisé à varier par rapport à une position vraie (théoriquement exacte) et (b) (lorsqu’elle est spécifiée sur une base MMC ou LMC) une limite, définie comme la condition virtuelle, située à la position vraie (théoriquement exacte), qui ne peut être violée par la ou les surfaces de la caractéristique de taille considérée.

Profil d’une surface

Représentée par un demi-cercle dont l’arête courbe est tournée vers le haut et l’arête plate vers le bas, la zone de tolérance établie par la tolérance du profil d’une surface est en 3D (un volume), s’étendant sur la longueur et la largeur (ou la circonférence) de l’élément ou des éléments considérés. Le profil d’une surface peut être appliqué à des pièces de n’importe quelle forme, y compris des pièces ayant une section transversale constante, des pièces ayant une surface de révolution, ou des pièces ayant une tolérance de profil appliquée sur toute leur surface.

Profil d’une ligne

Chaque zone de tolérance d’élément de ligne établie par l’exigence de tolérance de profil d’une ligne est en 2D (une zone) et la zone de tolérance est normale au profil réel de la caractéristique à chaque élément de ligne. Un modèle solide de conception ou une vue de dessin est créé pour montrer le vrai profil. Le profil d’une ligne peut être appliqué à des pièces ayant une section transversale variable, comme l’aile conique d’un avion, ou une section transversale constante, comme une extrusion, où il n’est pas souhaitable d’avoir une zone de tolérance comprenant toute la surface de la caractéristique comme une seule entité.

 Concentricité

La concentricité est la condition dans laquelle les points médians de tous les éléments diamétralement opposés d’une surface de révolution (ou les points médians d’éléments situés de manière correspondante de deux ou plusieurs caractéristiques disposées radialement) sont congruents avec un axe de référence (ou point central). Une tolérance de concentricité est une zone de tolérance cylindrique (ou sphérique) dont l’axe (ou le point central) coïncide avec l’axe (ou le point central) de la ou des caractéristiques de référence. Les points médians de tous les éléments situés de manière correspondante de la ou des caractéristiques contrôlées, quelle que soit la taille de la caractéristique, doivent se trouver dans la zone de tolérance cylindrique (ou sphérique).

Symétrie

La symétrie est la condition dans laquelle les points médians de tous les éléments opposés ou situés de manière correspondante de deux ou plusieurs surfaces de caractéristiques sont congruents avec un axe de référence ou un plan central. L’explication donnée dans le paragraphe précédent s’applique à la ou aux caractéristiques considérées, puisque les contrôles de symétrie et de concentricité sont les mêmes concepts, sauf qu’ils sont appliqués à des configurations de pièces différentes.

Faux-rond circulaire

Un faux-rond circulaire permet de contrôler les éléments circulaires d’une surface. La tolérance est appliquée indépendamment à chaque position de mesure circulaire lorsque la pièce est tournée sur toute l’étendue angulaire de la surface autour de l’axe de référence simulé.

Faux-rond total

Le faux-rond total permet de contrôler tous les éléments de la surface. La tolérance est appliquée simultanément à toutes les positions de mesure circulaire et de profil lorsque la pièce est tournée de 360° autour de l’axe de référence.

Condition maximale du matériau (MMC)

La condition maximale du matériau (MMC) est la condition dans laquelle une caractéristique de taille contient la quantité maximale de matériau dans les limites de taille indiquées (par exemple, le diamètre minimal du trou, le diamètre maximal de l’arbre).

Condition de moindre matériau (LMC)

La condition de moindre matériau (LMC) est la condition dans laquelle une caractéristique de taille contient la quantité maximale de matériau dans les limites de taille indiquées (par exemple, le diamètre minimal du trou, le diamètre maximal de l’arbre).

Caractéristiques géométriques	Symbole
Rectitude
Planéité
Circularité
Cylindricité
Symétrie
Position
Concentricité
Perpendicularité
Angularité
Parallélisme
Profil d’une ligne
Profil d’une surface
Faux-rond circulaire
Faux-rond total

Référence : ASME Y14.5-2009, Dimensionnement et tolérancement, pratiques en matière de dessins d’ingénierie et de documentation connexe, The American Society of Mechanical Engineers (ASME)