Rugosité Ra et Rz : différence, mesure et bornes ISO 21920

Sur la portée de joint à lèvre d’un arbre d’entraînement hydraulique, le symbole d’état de surface spécifie une exigence Ra 0,8 couplée à un Rz 3,2 selon la norme ISO 21920. Le métrologue règle son rugosimètre à stylet sur le bord de la pièce usinée par tournage de finition. S’il sélectionne un filtre de longueur d’onde de coupure (cut-off lambda-c) inapproprié, la mesure affichée variera du simple au double, provoquant la validation erronée d’une portée striée qui fuira en service.

Ra et Rz : définitions et différence

La norme ISO 21920, qui remplace les anciennes ISO 4287 et ISO 4288, définit Ra et Rz à partir du filtrage numérique du profil primaire. Ra mesure l’écart moyen arithmétique des pics et des creux par rapport à la ligne moyenne. Rz mesure la hauteur maximale du profil, du pic le plus haut au creux le plus profond.

Paramètre	Définition ISO 21920	Sensibilité aux pics isolés	Utilisation principale
Ra (moyenne arithmétique)	Écart moyen arithmétique du profil	Faible (effet de lissage)	Contrôle général d’usinage
Rz (hauteur maximale)	Hauteur maximale du profil	Très forte (détecte les rayures)	Étanchéité et portées de joints
Rt (hauteur totale)	Hauteur totale sur la course entière	Maximale	Évaluation des rayures d’outil

Ra lisse les extrêmes. Une surface présentant de larges ondulations douces et une surface présentant une strie fine mais très profonde peuvent afficher la même valeur Ra de 0,8 µm.

Rz capture la sévérité du pic le plus haut et du creux le plus profond. Pour l’étanchéité par joint élastomère, une seule rayure profonde (Rz élevé) suffit à provoquer une fuite, même si la valeur globale de Ra reste parfaite. C’est pourquoi spécifier Ra seul ne garantit pas une portée de joint.

Les plans aéronautiques associent donc souvent une borne maximale sur Ra et une borne maximale sur Rz : Ra tient le frottement moyen, Rz prévient l’amorce de rupture par fatigue dans les micro-creux d’usinage.

Choisir le cut-off λc et la longueur d’évaluation

Intervalle de rugosité s’appliquant à Ra (µm)	Longueur de coupure cut-off lambda-c (mm)	Longueur de base lp (mm)	Longueur d’évaluation ln (mm)
Au-dessus de 0,02 jusqu’à 0,1	0,25	0,25	1,25
Au-dessus de 0,1 jusqu’à 2,0	0,8	0,8	4,0
Au-dessus de 2,0 jusqu’à 10,0	2,5	2,5	12,5
Au-dessus de 10,0 jusqu’à 80,0	8,0	8,0	40,0

Le choix du cut-off détermine la frontière exacte entre la rugosité (micro-géométrie) et l’ondulation (macro-géométrie) de la surface usinée. Le filtre lambda-c extrait les fréquences de profil associées à l’état de surface : pour une exigence standard de Ra 0,8 µm, la norme impose une longueur de coupure de 0,8 mm.

La longueur d’évaluation standard ln comprend 5 longueurs de base successives. Pour un cut-off de 0,8 mm, la course totale du palpeur doit s’étendre sur au moins 4,0 mm de profil utile.

Réduire artificiellement la course du stylet à 1,5 mm pour gagner du temps élimine la répétabilité statistique de la mesure et invalide le procès-verbal de contrôle.

Les spécifications associées aux symboles d’état de surface sont consultables sur notre page dédiée aux symboles géométriques ISO.

Exemple complet de mesure de rugosité sur portée de palier

Un technicien contrôle l’état de surface de la portée de palier d’un arbre d’hélice en acier inoxydable 15-5PH. La spécification du plan indique ISO 21920 - Ra max 0,8 µm / Rz max 3,2 µm.

Le contrôle est exécuté au rugosimètre à diamant avec rayon de pointe de 2 µm, étalonné sur étalon en verre certifié avant la campagne de mesure. La pièce est maintenue à 20 °C.

1. Définition du paramètre cut-off lambda-c : 0,8 mm.
2. Longueur d’évaluation programmée : 5 × 0,8 = 4,0 mm.
3. Exécution du balayage longitudinal perpendiculairement aux stries de tournage.
4. Valeur Ra extraite par l’appareil : 0,92 µm.
5. Valeur Rz extraite par l’appareil : 3,85 µm.

Verdict : la valeur Ra (0,92 µm) dépasse la borne limite autorisée de 0,8 µm de 0,12 µm. La valeur Rz (3,85 µm) dépasse la borne limite de 3,2 µm de 0,65 µm. La portée est déclarée non conforme. Un polissage à la toile émeri fine ou un passage en rectification super-finition est requis pour abaisser les pics de rugosité.

Pièges fréquents lors de la mesure de rugosité à l’atelier

Le premier piège concerne le sens de palpage. Pour un composant obtenu par tournage, les stries d’outil sont orientées de façon circonférentielle. Le palpage doit impérativement s’effectuer selon l’axe longitudinal de l’arbre (perpendiculairement aux stries). Palper le long d’une strie circonférentielle donne une valeur de Ra sous-estimée d’un facteur trois.

Le deuxième piège vient du rayon de la pointe du stylet en diamant. L’ISO 21920 préconise une pointe de rayon 2 µm pour les faibles valeurs de rugosité. Utiliser un stylet usé dont le rayon de pointe atteint 10 µm empêche le palpeur de descendre au fond des micro-creux d’usinage, masquant les défauts de Rz.

Le troisième piège réside dans l’application de la règle des 16 % au lieu de la règle Max. Selon l’ISO 21920, si la mention « max » ne figure pas expressément à côté du symbole (par exemple Ra 0,8), la pièce est acceptée si moins de 16 % des mesures dépassent la valeur. Si le mot « max » est inscrit (Ra max 0,8), aucun dépassement n’est toléré sur l’ensemble du profil.

Pour intégrer ces paramètres de rugosité dans vos grilles d’inspection et assurer la traçabilité FAI, la plateforme CoteCote extrait les exigences graphiques d’état de surface et alimente vos tableaux de contrôle qualité dimensionnel.