Usinage CNC Les tolérances en mm définissent les variations dimensionnelles acceptables dans les pièces fabriquées. Ces spécifications précises sont essentielles pour garantir que les pièces fonctionnent correctement, qu'elles s'assemblent bien et qu'elles peuvent être produites de manière rentable. Pour les ingénieurs et les concepteurs, la compréhension des tolérances des pièces d'usinage permet d'éviter des erreurs de fabrication coûteuses et des problèmes d'assemblage.
Ce guide complet couvre tous les aspects, des définitions de base des tolérances aux applications avancées, pour vous aider à prendre des décisions éclairées pour votre prochain projet d'usinage CNC. Que vous conceviez des pièces de précision aérospatiale ou des produits de consommation, la maîtrise de la spécification des tolérances est essentielle pour une fabrication réussie.
Principaux enseignements
- Les tolérances standard de l'usinage CNC varient généralement de ±0,05 mm à ±0,13 mm, en fonction du processus de fabrication spécifique.
- Des tolérances plus serrées augmentent les coûts de manière exponentielle, avec des coûts augmentant de 15-30% pour des tolérances de ±0,05 mm par rapport à la norme de ±0,13 mm.
- Les propriétés des matériaux ont un impact significatif sur les tolérances réalisables, les pièces métalliques permettant généralement des tolérances plus étroites que les pièces en plastique.
- Ne spécifier qu'une tolérance serrée pour les caractéristiques fonctionnelles critiques afin d'optimiser les coûts de fabrication et les délais de production.
- La GD&T permet un contrôle plus complet de la géométrie des pièces que les tolérances dimensionnelles traditionnelles.
Que sont les tolérances d'usinage CNC et pourquoi sont-elles importantes ?
La tolérance d'usinage CNC est la variation dimensionnelle admissible des pièces fabriquées. Cette spécification détermine directement à quel point une pièce usinée doit correspondre à ses dimensions de conception. Les tolérances d'usinage sont importantes parce qu'elles contrôlent trois aspects critiques : la performance fonctionnelle, l'ajustement de l'assemblage et les coûts de fabrication.
Lors de la spécification des tolérances pour le fraisage CNC ou d'autres processus d'usinage, des exigences trop strictes augmentent considérablement les coûts de production, tandis que des tolérances trop faibles entraînent un mauvais ajustement ou des composants non fonctionnels.
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Comment les tolérances d'usinage CNC sont-elles définies ?
Les tolérances d'usinage CNC sont définies comme l'écart dimensionnel admissible par rapport aux valeurs nominales. Ces spécifications se présentent sous la forme d'une tolérance bilatérale (±0,1 mm), d'une tolérance unilatérale (+0,1/-0 mm) ou d'une tolérance limite (10,1 mm à 9,9 mm). La valeur de la tolérance indique directement les exigences en matière de précision de fabrication : des valeurs plus petites exigent une plus grande précision.
Dans les spécifications métriques, les tolérances sont mesurées en millimètres (mm), avec des valeurs allant généralement de ±0,05 mm à ±0,5 mm. Les normes internationales telles que la norme ISO 2768 fournissent des cadres de tolérance normalisés qui garantissent la cohérence dans l'ensemble de l'industrie manufacturière. Ces normes définissent des classes de tolérance basées sur des exigences de précision.
Méthodes d'expression de la tolérance
Les principales méthodes d'expression des tolérances dans la documentation de l'usinage CNC sont la tolérance bilatérale, la tolérance unilatérale, la tolérance limite et les décimales :
- Tolérance bilatérale: Variation égale dans les deux directions (par exemple, 10 mm ±0,1 mm)
- Tolérance unilatérale: Variation dans une seule direction (par exemple, 10 mm +0,1/-0 mm)
- Tolérance limite: Limite supérieure et limite inférieure spécifiques (par exemple, 10,1 mm - 9,9 mm)
- Places décimales: Un plus grand nombre de décimales indique des tolérances plus strictes pour les pièces usinées.
Quels sont les différents types de tolérances utilisés dans l'usinage CNC ?
Les principaux types de tolérances dans l'usinage CNC comprennent les tolérances bilatérales, unilatérales et les tolérances limites, chacune répondant à des objectifs de conception différents. La tolérance bilatérale permet une variation dans les directions positives et négatives par rapport à la dimension nominale, ce qui offre une flexibilité de fabrication tout en maintenant les exigences fonctionnelles.
La tolérance unilatérale permet de s'écarter dans une seule direction de la dimension de base, ce qui garantit le respect des contraintes de taille critiques. Ce type de tolérance est idéal pour les composants qui doivent s'emboîter dans des assemblages, où la dimension maximale ou minimale est essentielle au bon fonctionnement.
Systèmes de tolérance avancée
La cotation et le tolérancement géométrique (GD&T) est un système de tolérance complet qui contrôle non seulement les dimensions, mais aussi les caractéristiques de forme, d'orientation et de position. La GD&T permet un contrôle supérieur de la géométrie des pièces complexes grâce à un langage symbolique normalisé développé par l'American Society of Mechanical Engineers. Selon la Institut technique universel, La GD&T garantit l'exactitude et la précision de la fabrication CNC. Pour ce faire, elle spécifie la forme, l'orientation et l'emplacement des caractéristiques sur une pièce.
| Type de tolérance | Symbole | Application | Exemple |
|---|---|---|---|
| Planéité | ⃞ | Planéité de la surface | 0,05 mm de planéité pour les surfaces d'étanchéité |
| Rectitude | ― | Contrôle des éléments linéaires | 0,02 mm de rectitude pour les rails de guidage |
| Cylindricité | ○ | Forme cylindrique | 0,03 mm de cylindricité pour les roulements |
| Position réelle | ⌖ | Emplacement de l'article | 0,08 mm position réelle des trous de montage |
| Parallélisme | ∥ | Alignement de surface | 0,04 mm de parallélisme pour les faces d'accouplement |
| Concentricité | ◎ | Alignement coaxial | 0,06 mm de concentricité pour les pièces rotatives |
Quelles sont les tolérances standard pour l'usinage CNC en millimètres ?
La tolérance standard pour l'usinage CNC est de ±0,13 mm (±0,005″) pour la plupart des opérations de fraisage et d'usinage. tournant opérations. Ce niveau de précision représente la capacité de base des équipements CNC modernes et offre une précision suffisante pour la plupart des applications générales sans nécessiter de processus ou d'équipements spécialisés.
Le tableau ci-dessous fournit une référence complète pour les tolérances d'usinage CNC typiques dans divers processus :
| Processus CNC | Tolérance standard (mm) | Tolérance standard (pouces) |
|---|---|---|
| Fraisage (3 axes) | ±0,13 mm | ±0.005” |
| Fraisage (5 axes) | ±0,13 mm | ±0.005” |
| Tournage / Tour | ±0,13 mm | ±0.005” |
| Routeur | ±0,13 mm | ±0.005” |
| Découpe de joints | ±0,762 mm | ±0.030” |
| Usinage des vis | ±0,13 mm | ±0.005” |
| Gravure | ±0,13 mm | ±0.005” |
Classes de tolérance de la norme ISO 2768
La norme ISO 2768 est une norme internationale qui définit quatre classes de tolérance générale pour les pièces usinées :
- Fine (f): Pour les travaux de haute précision (par exemple, ±0,05 mm pour des dimensions jusqu'à 30 mm)
- Moyen (m): Pour les travaux de précision générale (par exemple, ±0,1 mm pour des dimensions jusqu'à 30 mm)
- Grossier (c): Pour les travaux de moindre précision (par exemple, ±0,2 mm pour des dimensions jusqu'à 30 mm)
- Très grossier (v): Pour les travaux grossiers (par exemple, ±0,5 mm pour des dimensions jusqu'à 30 mm)
Chez Yijin Hardware, nos machines CNC DMG Mori et Haas répondent aux spécifications de la classe de tolérance fine ISO 2768 pour les composants critiques nécessitant une grande précision dimensionnelle.
Comment les matériaux affectent-ils les tolérances réalisables ?
Matériaux déterminent directement les tolérances réalisables grâce à leurs propriétés inhérentes telles que la dureté, la stabilité thermique et l'usinabilité. Les pièces métalliques permettent généralement des tolérances plus serrées que les pièces en plastique en raison de leur stabilité dimensionnelle pendant l'usinage. L'aluminium et l'acier conservent généralement des tolérances de ±0,13 mm dans des conditions d'usinage standard.
Les pièces en plastique posent des problèmes de tolérance plus importants en raison de leur sensibilité thermique, de leur flexibilité et de leur absorption de l'humidité. Les tolérances standard pour les plastiques sont généralement plus larges, à ±0,25 mm (±0,010″), pour tenir compte de ces caractéristiques des matériaux. Les variations de température au cours de l'usinage peuvent entraîner des changements dimensionnels significatifs dans les composants en plastique.
Considérations sur les tolérances spécifiques aux matériaux
Les paragraphes suivants résument la manière dont les différents matériaux affectent les tolérances réalisables dans l'usinage CNC :
- Aluminium Alliages: Excellente usinabilité avec des tolérances réalisables de ±0,05 mm
- Acier Alliages: Bonne stabilité dimensionnelle avec des tolérances réalisables de ±0,08 mm
- Acier inoxydable: Plus difficile à usiner, avec des tolérances typiques de ±0,10 mm
- Laiton/Cuivre: Bonne usinabilité avec des tolérances réalisables de ±0,05 mm
- Plastiques techniques: Exigent des tolérances plus larges de ±0,15 mm à ±0,25 mm
- Titane Alliages: Difficile à usiner avec des tolérances typiques de ±0,13 mm
Quels sont les facteurs qui influencent les capacités de tolérance de l'usinage CNC ?
De multiples facteurs déterminent les tolérances réalisables dans l'usinage CNC, la qualité de la machine étant la principale influence. Les centres d'usinage de haute précision dotés d'une construction rigide, d'une stabilité thermique et de systèmes de contrôle avancés maintiennent des tolérances plus étroites que les équipements de base. La sélection des outils de coupe a également un impact significatif sur les capacités de tolérance.
L'usure, la déviation et la géométrie de l'outil affectent directement la précision dimensionnelle, ce qui rend les outils en carbure de haute qualité essentiels pour maintenir des tolérances serrées. Pour un composant aérospatial de précision avec des exigences de tolérance de ±0,02 mm, Yijin Hardware utilise des fraises en carbure monobloc de première qualité avec des revêtements spécialisés et un contrôle rigoureux de l'état de l'outil pour garantir la précision dimensionnelle tout au long de la production.
Facteurs de tolérance critiques
La rigidité de la machine, la stabilité thermique, la stratégie de parcours d'outils et d'autres facteurs ont le plus grand impact sur les tolérances réalisables dans l'usinage CNC :
- Rigidité de la machine: Résistance à la déformation sous l'effet des efforts de coupe
- Stabilité thermique: Cohérence des dimensions malgré les changements de température
- Stratégie de parcours d'outils: Approches de découpage appropriées pour les types de caractéristiques
- Paramètres de coupe: Réglages de la vitesse, de l'avance et de la profondeur optimisés pour la précision
- Méthodes de serrage: Fixation sécurisée qui minimise les vibrations
- Surveillance de l'état des outils: Réglage en temps réel de la compensation de l'usure de l'outil
Dans quelle mesure des tolérances plus strictes augmentent-elles les coûts de fabrication ?
Des tolérances plus strictes augmentent directement les coûts de fabrication en raison des ressources supplémentaires requises pour une plus grande précision. Les pièces ayant des tolérances de ±0,05 mm coûtent généralement 15-30% plus cher que celles ayant des tolérances standard de ±0,13 mm en raison des temps de cycle plus longs, des réglages supplémentaires et des changements d'outils plus fréquents.
La relation coût-tolérance n'est pas linéaire : lorsque les tolérances sont inférieures à ±0,025 mm, les coûts augmentent de manière exponentielle. Cela s'explique par le fait que l'usinage de haute précision nécessite un équipement spécialisé, des processus de contrôle de la qualité améliorés et, éventuellement, de multiples opérations pour atteindre les dimensions finales. Pour un composant médical en acier inoxydable, le passage d'une tolérance de ±0,05 mm à ±0,01 mm a augmenté les coûts de production de 45%.
Impact sur les coûts des spécifications de tolérance
Le tableau ci-dessous illustre l'incidence des différentes spécifications de tolérance sur les coûts de fabrication :
| Plage de tolérance | Impact sur les coûts | Exigences relatives aux machines | Besoins en matière d'inspection |
|---|---|---|---|
| ±0,25 mm et plus | Coût de base | CNC standard | Inspection de base |
| ±0,13 mm à ±0,25 mm | 5-10% augmentation | CNC standard | Inspection régulière |
| ±0,05 mm à ±0,13 mm | 15-30% augmentation | CNC de haute précision | C mm vérification |
| ±0,025 mm à ±0,05 mm | 30-50% augmentation | Premium CNC | Inspection 100% |
| Inférieur à ±0,025 mm | 50-100% augmentation | CNC ultra-précise | Métrologie avancée |
Quand faut-il spécifier des tolérances plus strictes ?
Vous ne devez spécifier des tolérances plus serrées que pour les caractéristiques qui ont un impact direct sur la fonctionnalité de la pièce ou l'ajustement de l'assemblage. Les surfaces d'accouplement critiques, les sièges de roulements, les caractéristiques d'alignement de précision et les surfaces d'étanchéité nécessitent généralement des tolérances plus serrées pour garantir un fonctionnement correct. Pour les caractéristiques non critiques, les tolérances standard offrent une précision suffisante à moindre coût.
Dans les applications aérospatiales et médicales, des tolérances serrées sont souvent nécessaires pour les composants critiques en termes de sécurité. Par exemple, un implant médical peut nécessiter des tolérances de ±0,01 mm sur les surfaces articulées afin de garantir son bon fonctionnement et sa longévité, tandis que les caractéristiques non fonctionnelles peuvent utiliser des tolérances standard de ±0,13 mm afin de réduire les coûts de fabrication.
Comment la GD&T se compare-t-elle au tolérancement traditionnel ?
Les tolérances GD&T offrent un contrôle supérieur sur la géométrie des pièces par rapport au tolérancement plus/moins traditionnel. Le tolérancement traditionnel ne contrôle que les dimensions, alors que les tolérances GD&T portent sur les caractéristiques de forme, d'orientation, d'emplacement et de battement au moyen d'un langage symbolique normalisé. Cette approche globale garantit que les pièces fonctionnent correctement lorsqu'elles sont assemblées.
Le système GD&T offre des avantages significatifs en contrôlant les relations entre les caractéristiques et en établissant des cadres de référence. Ce système permet de définir des spécifications relatives à l'état maximal du matériau (mmC) et à l'état minimal du matériau (LMC) qui offrent une tolérance supplémentaire lorsque les pièces s'écartent de leur taille maximale, ce qui peut permettre de réduire les coûts de fabrication tout en maintenant les exigences fonctionnelles.
Quelle est la méthode de compensation de la stabilité thermique de Yijin Hardware ?
Le système exclusif de compensation de la stabilité thermique de Yijin Hardware permet d'obtenir des tolérances aussi faibles que ±0,005 mm dans les environnements de production. Ce système avancé combine la surveillance de la température en temps réel avec des modèles d'expansion prédictifs pour ajuster les paramètres d'usinage de manière dynamique pendant le processus de coupe. En compensant la croissance thermique de la machine et de la pièce, nous maintenons une précision exceptionnelle même pendant des opérations prolongées.
Contrairement aux approches conventionnelles qui s'appuient sur des salles à température contrôlée, notre système utilise des capteurs de température stratégiquement positionnés dans toute l'enveloppe d'usinage. Ces capteurs transmettent des données à notre système de contrôle, qui applique des coefficients de dilatation thermique spécifiques aux matériaux pour prédire les changements dimensionnels et procède à des micro-ajustements des trajectoires d'outils en temps réel.
Avantages du système de stabilité thermique
Notre système de compensation de la stabilité thermique permet d'obtenir des tolérances serrées, de réduire les taux de rebut, et plus encore pour l'usinage de haute précision :
- Maintien de tolérances étroites (±0,005 mm) même pendant de longs cycles d'usinage
- Élimine le besoin de salles à température contrôlée pour de nombreuses applications
- Réduit les taux de rebut jusqu'à 35% pour les travaux à tolérances serrées
- Permet une précision constante sur plusieurs équipes de production
- Particulièrement efficace pour les grands composants en aluminium avec des tolérances serrées
Comment les tolérances sont-elles mesurées et vérifiées ?
Les tolérances sont mesurées à l'aide d'instruments de précision étalonnés selon des normes nationales, le choix se faisant en fonction du niveau de tolérance requis. Pour les tolérances standard (±0,13 mm), les pieds à coulisse numériques et les micromètres offrent une précision suffisante, tandis que les tolérances plus serrées nécessitent des machines à mesurer tridimensionnelles sophistiquées (C mms) qui mesurent avec une précision de 0,001 mm.
Les processus de contrôle de la qualité comprennent l'inspection du premier article (FAI), le contrôle statistique du processus (SPC) et les mesures en cours de processus pour garantir que les dimensions restent dans les tolérances spécifiées tout au long de la production. Chez Yijin Hardware, nous utilisons des machines à mesurer tridimensionnelles Zeiss et des systèmes de mesure optique Keyence pour vérifier les dimensions critiques des composants de haute précision.
Technologies de vérification de la tolérance
Les machines à mesurer tridimensionnelles, les systèmes de mesure optique, les systèmes de vision et d'autres technologies sont utilisés pour vérifier les tolérances dimensionnelles des pièces usinées par CNC :
- Machine à mesurer les coordonnées (C mm): Pour la vérification de géométries complexes (précision de 0,001 mm)
- Systèmes de mesure optique: Pour la mesure sans contact de petites caractéristiques
- Systèmes de vision: Pour une inspection rapide de plusieurs caractéristiques
- Jauges de hauteur numériques: Pour des mesures verticales de précision
- Jauges de filetage: Pour vérifier les spécifications du fil
- Jauges d'alésage: Pour la vérification du diamètre intérieur
- Testeurs de rugosité de surface: Pour vérifier la qualité de la finition de la surface
Comment choisir la bonne tolérance pour vos pièces usinées CNC ?
Le choix de la bonne tolérance commence par l'analyse des exigences fonctionnelles de votre pièce, en particulier de son interface avec d'autres composants. Les surfaces d'accouplement, les caractéristiques d'alignement et les points de montage de précision nécessitent généralement des tolérances plus serrées que les caractéristiques non fonctionnelles. L'utilisation de normes établies telles que la norme ISO 286 permet de spécifier les ajustements appropriés entre les pièces en contact.
Suivez cette approche systématique pour spécifier des tolérances optimales pour vos pièces usinées par CNC :
- Identifier les caractéristiques essentielles: Déterminer les dimensions qui affectent la fonctionnalité
- Spécifier les types d'ajustement: Déterminer le jeu, l'interférence ou les ajustements de transition nécessaires à l'aide de la norme ISO 286.
- Appliquer les normes ISO: Utiliser les classes de tolérance établies le cas échéant
- Tenir compte des effets matériels: Ajuster les tolérances en fonction des propriétés des matériaux
- Examen de l'aptitude à la fabrication: S'assurer que les tolérances sont réalisables avec les processus sélectionnés
- Optimiser les coûts: N'utiliser des tolérances plus strictes que lorsque c'est nécessaire
Quels sont les problèmes de tolérance les plus courants et comment les éviter ?
Le problème de tolérance le plus courant est la surspécification, lorsque les concepteurs exigent des tolérances inutilement serrées pour toutes les dimensions. Cela augmente considérablement les coûts de fabrication sans ajouter de valeur fonctionnelle. Par exemple, la spécification de tolérances de ±0,01 mm sur un produit de consommation en plastique a augmenté les coûts de 40% sans améliorer les performances.
Les problèmes de tolérance liés aux matériaux comprennent la dilatation thermique, l'allègement des contraintes d'usinage et l'incohérence des matériaux. Ces problèmes peuvent être atténués par une sélection appropriée des matériaux, des environnements de fabrication à température contrôlée et des processus de réduction des contraintes. La déviation de l'outil pendant l'usinage peut entraîner des écarts de tolérance, en particulier dans les poches profondes ou lors de l'utilisation d'outils de coupe à longue portée.
Prévenir les problèmes de tolérance courants
La conception pour la fabrication, la sélection stratégique des points de référence et d'autres méthodes permettent d'éviter les problèmes de fabrication liés à la tolérance :
- Conception pour la fabrication: Examiner les conceptions avec les ingénieurs de fabrication dès le début du développement
- Sélection stratégique du système de référence: Choisir des caractéristiques stables et accessibles comme références de mesure
- Analyse de l'empilement des tolérances: Calculer les tolérances cumulées dans les assemblages pour éviter les problèmes d'ajustement
- Méthodes de tolérance statistique: Appliquer des approches statistiques pour les assemblages complexes
- Validation du prototype: Vérifier les exigences de tolérance à l'aide d'essais de prototypes
- Tolérance Détente: Identifier les possibilités d'assouplir les tolérances non critiques
Pourquoi choisir Yijin Hardware pour des services d'usinage CNC de précision ?
Yijin Hardware associe des services d'usinage CNC avancés à des connaissances techniques spécialisées pour fournir des pièces qui respectent ou dépassent systématiquement les tolérances spécifiées. Notre système de gestion de la qualité comprend des protocoles d'inspection complets utilisant des équipements de mesure de précision, garantissant l'exactitude dimensionnelle de chaque pièce que nous produisons.
Nous offrons une assistance technique consultative afin d'optimiser vos conceptions pour la fabrication tout en maintenant des tolérances critiques. Notre équipe peut recommander des spécifications de tolérance appropriées en fonction de vos exigences fonctionnelles et de vos contraintes budgétaires, afin d'éviter les problèmes de sur-tolérance et de sous-tolérance.
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Questions fréquemment posées sur les tolérances d'usinage CNC
Quelle tolérance est considérée comme “haute précision” dans l'usinage CNC ?
La haute précision dans l'usinage CNC se réfère à des tolérances de ±0,025 mm (±0,001″) ou plus serrées. Pour atteindre ces niveaux de précision, il faut des équipements spécialisés, des environnements contrôlés et des capacités de mesure avancées. Yijin Hardware atteint des tolérances de haute précision allant jusqu'à ±0,013 mm (±0,0005”) pour des caractéristiques spécifiques grâce à ses services d'usinage de première qualité et à son système de stabilité thermique exclusif.
Comment les tolérances affectent-elles l'ajustement de l'assemblage ?
Les tolérances déterminent directement la manière dont les pièces s'emboîtent dans les assemblages. Les ajustements par jeu exigent que le trou soit plus grand que l'arbre, la plage de tolérance déterminant le jeu minimum et maximum. Les ajustements par interférence exigent que l'arbre soit plus grand que le trou, créant ainsi un ajustement serré. La norme ISO 286 définit différentes classes d'ajustement (H7/h6, H7/p6, etc.) qui spécifient les tolérances appropriées pour diverses exigences d'assemblage.
Les tolérances peuvent-elles être différentes pour diverses caractéristiques d'une même pièce ?
Oui, les différents niveaux de tolérance d'une même pièce peuvent et doivent avoir des spécifications différentes en fonction de leurs exigences fonctionnelles. Les surfaces d'accouplement critiques peuvent nécessiter des tolérances serrées de ±0,025 mm, tandis que les caractéristiques non fonctionnelles peuvent utiliser des tolérances standard de ±0,13 mm. Cette approche permet d'optimiser à la fois la fonctionnalité et le coût de fabrication. Yijin Hardware met en œuvre plusieurs niveaux de tolérance au sein des pièces individuelles sur la base des spécifications de conception.
Quelles sont les normes internationales qui régissent les tolérances d'usinage ?
Les principales normes internationales relatives aux tolérances d'usinage sont la norme ISO 2768 (tolérances générales), la norme ISO 286 (limites et ajustements) et la norme ASME Y14.5 (GD&T). Ces normes fournissent des cadres pour spécifier et interpréter les tolérances de manière cohérente dans l'ensemble de l'industrie manufacturière mondiale. Yijin Hardware adhère à ces normes internationales tout en conservant la flexibilité nécessaire pour répondre aux exigences spécifiques des clients.
Quel est le rapport entre l'état de surface et la tolérance dimensionnelle ?
L'état de surface et la tolérance dimensionnelle sont des spécifications interdépendantes mais distinctes. Alors que la tolérance contrôle les variations dimensionnelles, l'état de surface (mesuré en Ra) définit la texture et la douceur de la surface. Pour obtenir des tolérances très serrées, il faut généralement des finitions de surface fines, car les irrégularités de la surface peuvent affecter la mesure des dimensions. Yijin Hardware peut réaliser des finitions de surface jusqu'à 0,8 Ra (20 µin) sur des pièces usinées si nécessaire.
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