Effectuer l'assemblage, l'ajustage et les travaux d'établi
Introduction au module
Ce chapitre couvre l'ensemble des compétences pratiques et théoriques liées à l'assemblage, à l'ajustage et aux travaux d'établi, telles qu'exigées pour l'examen Sceau rouge du métier de Tool and Die Maker (fabricant d'outils et de matrices). Vous devez maîtriser non seulement les gestes techniques, mais aussi les calculs, les tolérances, les normes de sécurité et les procédures de contrôle qualité. Ce chapitre est structuré pour suivre la progression logique du travail : préparation, exécution, vérification, et correction.
1. Principes fondamentaux de l'ajustage
1.1 Définitions clés
Ajustage : opération manuelle ou mécanique visant à amener deux pièces à un état de contact ou de jeu précis, souvent inférieur à 0,01 mm.
Assemblage : opération de liaison permanente ou démontable de plusieurs composants (vis, goupilles, rivets, soudure, collage).
Travaux d'établi : ensemble des opérations effectuées sur un établi ou une surface de référence : traçage, sciage, limage, perçage, taraudage, alésage, polissage, rodage, et montage.
1.2 Tolérances et ajustements normalisés
Le système ISO de tolérance (norme ISO 286) est la référence. Vous devez connaître les classes d'ajustement courantes :
| Type d'ajustement | Symbole | Exemple d'application |
|---|
| Jeu | H7/g6 | Guidages coulissants, arbres tournants |
| Incertain | H7/js6 | Montage à la presse léger, centrage |
| Serrage | H7/p6 | Douilles, bagues, goupilles |
Formule de calcul du jeu ou serrage maximal et minimal :
Jeu max = alésage max − arbre min
Jeu min = alésage min − arbre max
Serrage max = arbre max − alésage min
Serrage min = arbre min − alésage max
Exemple : Alésage Ø25 H7 (tolérance +0,021 / 0), arbre Ø25 g6 (tolérance −0,007 / −0,020).
Jeu max = 25,021 − 24,980 = 0,041 mm
Jeu min = 25,000 − 24,993 = 0,007 mm
1.3 États de surface
La rugosité est exprimée en Ra (moyenne arithmétique) ou Rz (hauteur maximale). Pour l'ajustage de précision :
Rodage : Ra 0,05 à 0,2 µm
Rectification : Ra 0,2 à 0,8 µm
Limage fin : Ra 0,8 à 1,6 µm
Règle pratique : plus l'ajustement est serré, plus l'état de surface doit être fin. Un mauvais état de surface peut fausser les mesures et provoquer un grippage.
2. Outillage et équipement d'établi
2.1 Outils de traçage
Trusquin : pour tracer des lignes parallèles à une surface de référence.
Pointeau : pour marquer les centres de perçage. Angle de pointe : 90° pour usage général, 60° pour travail de précision.
Vernis de traçage (bleu de Prusse ou solution de sulfate de cuivre) : pour améliorer la visibilité des traits.
Équerre de précision : vérification de perpendicularité, classe de précision 0 ou 1.
Erreur fréquente : ne pas tenir compte de l'épaisseur du trait de traçage (environ 0,05 mm). Toujours tracer depuis la surface de référence, jamais depuis un bord brut.
2.2 Limes et techniques de limage
| Type de lime | Usage |
|---|
| Ébauchage (taille bâtarde) | Enlèvement rapide de matière |
| Demi-douce | Finition générale |
| Douce | Finition fine, ajustage |
| Queue-de-rat (ronde) | Agrandir des trous, formes concaves |
Principes de limage :
La lime ne doit jamais être utilisée sans manche.
Pression au mouvement d'aller, relâchement au retour.
Pour un limage plan, utiliser la technique de limage en travers (croisement des traits) pour éviter les creux.
Vérifier la planéité avec un réglet ou une règle de contrôle : la lumière ne doit pas passer entre la règle et la pièce.
2.3 Outils de perçage et alésage
Foret hélicoïdal : angle de pointe standard 118° pour acier, 135° pour aciers durs.
Alésoir : pour obtenir un trou précis (tolérance H7). L'alésage se fait à basse vitesse, avec lubrification abondante, et en une seule passe.
Taraud : pour filetage intérieur. Trois tarauds : ébaucheur, intermédiaire, finisseur. Vitesse de coupe réduite, retour fréquent pour casser le copeau.
Calcul de trou de taraudage :
Diamètre de perçage = diamètre nominal − pas
Exemple : filetage M10 × 1,5 → perçage = 10 − 1,5 = 8,5 mm.
2.4 Outils de mesure
Pied à coulisse : précision 0,02 mm (vernier) ou 0,01 mm (digital).
Micromètre : précision 0,001 mm. Lecture : échelle principale (0,5 mm par division) + tambour (0,01 mm).
Comparateur à cadran : mesure de variations, faux-rond, planéité.
Marbre de contrôle : surface de référence plane, classe 0 ou 1.
Lecture du micromètre : 1 tour du tambour = 0,5 mm. Chaque division du tambour = 0,01 mm. Additionner les lectures des trois échelles.
3. Procédures d'assemblage
3.1 Assemblage par vis et boulons
Norme CSA B149.1 (Code canadien de l'installation du gaz) s'applique aux assemblages sous pression de gaz, mais pour l'outillage, la norme ISO 898-1 définit les classes de qualité des vis (8.8, 10.9, 12.9).
Couple de serrage : le couple (T) est donné par :
T = K × F × d
Où :
T = couple (N·m)
K = coefficient de frottement (0,2 pour surfaces sèches, 0,15 pour lubrifiées)
F = force de serrage (N)
d = diamètre nominal (m)
Exemple : vis M12, classe 10.9, force de serrage 50 kN, K = 0,2.
T = 0,2 × 50 000 × 0,012 = 120 N·m
Règle : toujours utiliser une clé dynamométrique pour les assemblages critiques. Ne jamais dépasser la limite élastique de la vis.
3.2 Goupilles et chevilles
Goupille cylindrique : pour centrage et positionnement. Tolérance d'ajustement : goupille m6 dans alésage H7.
Goupille conique : pour assemblage démontable, auto-blocage. Angle standard : 1:50.
Goupille élastique : pour absorption de vibrations, montage en force.
Calcul de longueur de goupille conique :
Longueur = (D − d) × 50
Où D = grand diamètre, d = petit diamètre.
3.3 Ajustage sur arbre (montage à la presse)
Deux méthodes :
78.Montage à froid : l'arbre est poussé dans l'alésage à l'aide d'une presse. Nécessite un chanfrein d'entrée (15° à 30°).
79.Montage par dilatation : la pièce femelle est chauffée (four, induction) pour augmenter son diamètre. Dilatation thermique :
ΔL = α × L × ΔT
Où :
α = coefficient de dilatation linéaire (acier : 11 × 10⁻⁶ /°C)
L = longueur initiale (m)
ΔT = variation de température (°C)
Exemple : alésage Ø50 mm, serrage de 0,05 mm. Chauffage requis :
ΔT = 0,05 / (50 × 11 × 10⁻⁶) = 90,9 °C
Donc chauffer la pièce à environ 120 °C (température ambiante 20 °C + 91 °C + marge).
Attention : ne jamais chauffer une pièce trempée au-delà de 150 °C pour éviter un revenu indésirable.
3.4 Rivetage
Rivet plein : déformation de la tête par martelage ou pressage.
Rivet tubulaire : pour tôles minces.
Rivet aveugle (pop) : pour accès unilatéral.
Longueur de rivet nécessaire :
L = épaisseur totale des pièces + 1,5 × diamètre du rivet
Exemple : 2 tôles de 3 mm, rivet Ø5 mm → L = 6 + 7,5 = 13,5 mm.
4. Ajustage de précision et rodage
4.1 Rodage
Le rodage est une opération d'usinage par abrasion libre, utilisée pour obtenir des surfaces très planes et des ajustements étanches.
Procédure :
101.Appliquer un abrasif (pâte diamantée ou carbure de silicium) sur un plateau de rodage.
102.Déplacer la pièce selon un mouvement en huit (figure 8) pour répartir l'usure.
103.Contrôler régulièrement avec un marbre et un comparateur.
Paramètres :
Pression : 0,1 à 0,5 MPa
Vitesse : 10 à 30 m/min
Abrasif : 5 à 20 µm pour ébauche, 0,5 à 2 µm pour finition
4.2 Grattage (scraping)
Le grattage est une technique manuelle de finition des surfaces de guidage (glissières, tables de machines). Elle consiste à enlever des points hauts à l'aide d'un grattoir, après application de bleu de Prusse sur une surface de référence.
Critère de qualité : nombre de points de contact par pouce carré (25,4 mm²). Pour un guidage de précision : 20 à 30 points.
Procédure :
112.Appliquer une fine couche de bleu sur le marbre.
113.Poser la pièce sur le marbre et frotter légèrement.
114.Repérer les zones de contact (bleu).
115.Gratter les points hauts avec un grattoir triangulaire ou plat.
116.Répéter jusqu'à obtenir une répartition uniforme.
4.3 Ajustage de glissières
Les glissières de machines-outils doivent avoir un jeu minimal (0,01 à 0,03 mm) tout en restant mobiles. Le contrôle se fait :
Au comparateur : mesure du jeu en poussant/tirant la pièce.
À la cale étalon : insertion d'une cale de 0,02 mm doit être possible avec une légère résistance.
Réglage : les glissières en queue d'aronde se règlent par des lames de friction ou des vis de pression.
5. Contrôle qualité et inspection
5.1 Méthodes de contrôle
| Méthode | Instrument | Précision |
|---|
| Mesure directe | Pied à coulisse, micromètre | 0,01 mm |
| Comparaison | Comparateur, cales étalons | 0,001 mm |
| Contrôle de forme | Marbre, réglet, équerre | 0,005 mm |
| Contrôle de position | Colonne de mesure, MMT | 0,001 mm |
5.2 Contrôle de concentricité et de faux-rond
Faux-rond : variation de la position radiale d'une surface par rapport à un axe de rotation. Mesuré avec un comparateur sur une machine tournante.
Concentricité : coïncidence des axes de deux surfaces cylindriques.
Procédure :
130.Monter la pièce entre pointes ou sur un mandrin.
131.Placer le palpeur du comparateur sur la surface à contrôler.
132.Tourner la pièce à 360° et noter la variation totale.
Tolérance typique : 0,01 mm pour un outillage de précision.
5.3 Contrôle de filetage
Pas : vérifié avec un peigne à fileter ou un pied à coulisse (mesure de 10 pas divisée par 10).
Diamètre sur flancs : mesuré avec un micromètre à touches coniques ou des fils de mesure.
Qualité : vérifiée avec des calibres à limites (GO / NO-GO).
Règle : le calibre GO doit visser à la main sur toute la longueur ; le calibre NO-GO ne doit pas dépasser 2 tours.
6. Sécurité et normes applicables
6.1 Sécurité générale en atelier
Porter des lunettes de sécurité en tout temps lors des opérations de coupe, perçage ou meulage.
Ne jamais porter de gants près des machines rotatives.
Utiliser un écran facial pour le meulage et le rodage.
Maintenir l'établi propre et dégagé.
6.2 Normes canadiennes pertinentes
CSA B149.1 : Code canadien de l'installation du gaz (pour les outillages de raccordement gaz).
CSA Z432 : Protection des machines (définit les exigences de sécurité pour les machines-outils).
Code canadien de l'électricité, Chapitre V (C22.1) : applicable aux équipements électriques des machines, notamment la règle 8-200 pour les conducteurs de mise à la terre.
Règle 8-200 : exige que tous les conducteurs de mise à la terre des machines soient dimensionnés selon le tableau 16 du code, en fonction du calibre du disjoncteur.
6.3 Manutention et levage
Vérifier la capacité de charge des élingues et des ponts roulants.
Utiliser des points de levage conformes à la norme CSA Z150 (sécurité des ponts roulants).
Ne jamais se tenir sous une charge suspendue.
7. Procédures pas à pas pour l'examen
7.1 Ajustage d'une douille dans un alésage
158.Mesurer l'alésage avec un alésomètre (précision 0,001 mm).
159.Mesurer la douille avec un micromètre extérieur.
160.Calculer le serrage : serrage = diamètre douille − diamètre alésage.
161.Si serrage > 0,05 mm : chauffer la pièce ou refroidir la douille (azote liquide, −196 °C).
162.Presser la douille avec une presse hydraulique, en utilisant un coussinet de protection.
163.Vérifier l'alignement avec un comparateur.
7.2 Montage d'un poinçon dans une matrice
165.Tracer la position du poinçon sur la matrice.
166.Percer un avant-trou de Ø3 mm.
167.Aléser au diamètre final (tolérance H7).
168.Contrôler la perpendicularité avec une équerre de précision.
169.Insérer le poinçon avec un léger ajustement serré (p6).
170.Fixer avec une goupille transversale ou une vis de blocage.
171.Vérifier le fonctionnement : le poinçon doit pénétrer dans la matrice avec un jeu de 0,01 à 0,02 mm.
7.3 Rectification d'une surface de guidage
173.Monter la pièce sur la table magnétique de la rectifieuse.
174.Vérifier le parallélisme initial avec un comparateur.
175.Rectifier par passes de 0,01 mm, avec lubrification.
176.Contrôler la planéité au marbre : la pièce ne doit pas basculer.
177.Gratter les points hauts si nécessaire.
178.Contrôle final : 20 points de contact au pouce carré.
8. Calculs et formules essentielles
8.1 Tolérances et ajustements
IT (grade de tolérance) : IT7 = 10 × i, où i = 0,45 × ∛D + 0,001 × D (D en mm, i en µm).
Position de la tolérance : lettres majuscules pour l'alésage (H, G, P), minuscules pour l'arbre (h, g, p).
8.2 Dilatation thermique
ΔL = α × L × ΔT
Pour l'acier : α = 11 × 10⁻⁶ /°C
Pour l'aluminium : α = 23 × 10⁻⁶ /°C
8.3 Couple de serrage
T = K × F × d
Valeurs typiques de K :
Surfaces sèches : 0,20
Surfaces lubrifiées : 0,15
Surfaces zinguées : 0,25
8.4 Vitesse de coupe pour perçage
N (tr/min) = (V × 1000) / (π × D)
Où V = vitesse de coupe (m/min), D = diamètre du foret (mm).
Exemple : foret Ø10 mm, V = 25 m/min (acier doux).
N = (25 × 1000) / (3,1416 × 10) = 795 tr/min
9. Pièges à éviter
201.Confondre jeu et serrage : toujours calculer les deux valeurs (max et min) et vérifier qu'elles correspondent à l'ajustement souhaité.
202.Oublier l'état de surface : un ajustement H7/p6 avec une rugosité Ra 3,2 µm ne fonctionnera pas ; il faut Ra 0,8 µm ou mieux.
203.Chauffer une pièce trempée : ne jamais dépasser 150 °C pour une pièce ayant subi un traitement thermique.
204.Utiliser un taraud sans lubrification : risque de cassure. Utiliser de l'huile de coupe ou du lubrifiant spécifique.
205.Négliger le chanfrein d'entrée : un alésage sans chanfrein rend le montage à la presse impossible ou endommage les surfaces.
206.Mesurer avec un instrument non calibré : toujours vérifier le zéro du micromètre et du pied à coulisse avant utilisation.
207.Serrage excessif des vis : dépasser le couple calculé peut cisailler la vis ou déformer la pièce.
208.Confondre les classes de qualité des vis : une vis 8.8 ne remplace pas une 12.9 sans recalcul du couple.
209.Ignorer les normes de sécurité : le port de lunettes est obligatoire, même pour un simple limage.
210.Tracer depuis un bord brut : toujours utiliser une surface de référence usinée.
10. Résumé
L'ajustage et l'assemblage exigent une maîtrise des tolérances ISO (H7/g6, H7/p6, etc.) et des calculs de jeu/serrage.
Les outils de mesure (micromètre, comparateur, marbre) doivent être utilisés avec méthode et vérifiés avant chaque usage.
Le montage à la presse nécessite un calcul de dilatation thermique précis (ΔL = α × L × ΔT) et le respect des températures maximales pour les pièces traitées.
Le rodage et le grattage sont des techniques de finition de précision qui demandent de la patience et un contrôle régulier.
Les normes canadiennes (CSA B149.1, CSA Z432, Code canadien de l'électricité, Chapitre V) s'appliquent selon le contexte de l'outillage.
La sécurité est primordiale : lunettes, écran facial, manches de lime, et respect des capacités de levage.
Pour l'examen, mémorisez les formules de couple, de dilatation, de vitesse de coupe et de perçage de taraudage.
Pratiquez la lecture de micromètre et de pied à coulisse jusqu'à ce qu'elle devienne automatique.
Vérifiez toujours deux fois vos calculs de tolérance avant d'usiner ou d'assembler.
La précision est la marque du fabricant d'outils. Chaque opération, du traçage au contrôle final, doit être exécutée avec rigueur et vérifiée. L'examen Sceau rouge évalue votre capacité à appliquer ces principes dans des situations réelles — entraînez-vous à résoudre des problèmes de tolérance et de montage dans les délais impartis.
