Visserie, Boulonnerie et écrous
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1. Vis d'assemblage à métaux

Le serrage le plus énergique est obtenu par les têtes H et Q (Q est peu utilisée en mécanique) puis par les vis CHC qui présentent l'avantage de pouvoir être logées ou noyées dans un chambrage. Les grades A et B indiquent des tolérances précises, C des tolérances larges.

Les vis H et CHC existent en boulonnerie haute résistance.

Les têtes coniques ou fraisées, peu utilisées en mécanique, permettent des centrages éventuels.

Les vis à fente, économiques, assez utilisées dans les petites dimensions, ont pour elles la simplicité (serrage par tournevis) ; de plus les têtes peuvent être facilement noyées.

Suivant les dimensions, la tige peut être complètement ou partiellement filetée et le diamètre de tige réduit ou non.

Remarque : il existe d'autres formes de têtes ; cylindrique bombée à empreinte cruciforme, cylindrique à 6 lobes ou à empreinte torx, poêlier fendu....

13. Dimensions des vis à métaux. Cas avec empreintes cruciformes H ou Z et mêmes dimensions.

Exemples de désignation : vis à tête hexagonale ISO 4014-M 12x80-4.6 (vis H partielle¬ ment filetée, d = 12, L = 80, classe 4.6);

vis QM12-60, 4.8 (vis à tête carrée, d = 12 , L = 60, classe 4.8).

 2. Classes de qualité des vis et des écrous, éléments de calcul

14. Principales propriétés des vis et des goujons (NF EN 28839, ISO 8839).

Il existe des classes de qualité pour certaines vis (H, CHC.) et écrous. Plus le matériau est résistant, plus la classe est élevée.

a) Cas des vis La classe est symbolisée par deux nombres. Le premier est le centième de la résistance minimale à la rupture par traction (R_r) du matériau en N/mm². Le second représente 10 fois le rapport entre la limite élastique (R_e) minimale et la résistance à la rupture R_r.

Exemple :

vis de classe 8-8 R_r (mini) = 100 x 8 = 800 N/mm²

R_e (mini) = R_r x Y/10 = 800 x 8/10 = 640 N/mm²

Remarque : le produit des deux nombres es est égal à R_e en daN/mm².

15. Efforts exercés sur les vis et les boulons.

b) Cas des écrous (hauteurs ≥ 0,8d)

La classe est symbolisée par un nombre indiquant le centième de la contrainte d'épreuve en N/mm² , c'est-à-dire de la limite obtenue par essai, réalisée par exemple avec une vis de classe supérieure, et n'entraînant pas de déformation notable.

c) Cas des boulons

Leur symbolisation est identique à celle des vis. Un boulon de classe 10-9 doit être constitué d'une vis de classe 10-9 et d'un écrou de classe 10. De plus, en boulonnerie haute résistance, il faut utiliser des rondelles de la même classe que les vis.

d) Calcul des charges supportées par les vis et boulons

Charge de traction (F) supportée par la partie filetée de la tige (formule approchée).

R_e : limite élastique du matériau

S_eq : section résistante de la tige filetée (tableau page 194).

0,9 : taux de charge de 90 % (marge de sécurité de 10 %)

Exemple : boulon qualité 10-9, diamètre d = 16, pas (gros) de 2 mm.

S_eq = 157 mm2 et R_e = 900 N/mm²

F_maxi= 0,9.900.157 = 127 170 N (proche de «13 tonnes »)

(F) s'obtient par serrage au montage ; le couple de serrage C est exercé sur la tête du boulon par une clé dynamométrique ou une visseuse rotative étalonnée.

Couple de serrage (C), formule approchée

p : pas (mm)

d2: diamètre sur flanc.

f_f : frottement au niveau du filetage

f_t : frottement entre tête (vis) et support (pièce)

D_m : diamètre moyen au niveau de la tête

F : tension de la vis

Remarque : le calcul des assemblages boulonnés conduit parfois à des études plus poussées prenant en compte les précharges, les sollicitations composées (traction + torsion, etc.), les phénomènes de fatigue, les phénomènes statistiques, les critères de limite élastique (Von Mises...) ; voir ouvrages spécialisés. Il existe des versions spéciales (HR et HV) pour construction métalliques, NF EN 14399.

3. Principaux écrous

a) Écrous manœuvres par clés

16. Dimensions des écrous pour vis à métaux (; sans chanfrein et d «s 10). Le style 2 existe avec collerette.

Exemples de désignation : écrou hexagonal ISO 4032-M12-8 (écrou H, d = M12, classe 8). r Ecrou hexagonal à embase cylindro-tronconique EN 14218-M12 x 1,25 x-10, d= M12, classe 10).

b) Principaux écrous autofreinés

L'écrou à bague frein non filetée incorporée, en nylon ou inox, genre Nylstop, existe en plusieurs variantes : écrou borgne, écrou à embase...

Les écrous « MHT » pour hautes températures (T < 550 °C) et « Tristop » ont leur diamètre d légèrement déformé au niveau des parties coniques ; il en résulte un pincement avec la vis au montage.

L'écrou type « Serpress », monobloc, présente une grande élasticité ; il est sept fois plus élastique qu'un écrou H.

La rondelle conique élastique, qui se déforme et s'aplatit sous charge, sertie de l'écrou twolok peut être remplacée par une rondelle dentée.

L'écrou « PAL » peut être utilisé comme contre-écrou. Supportant de faibles efforts axiaux, il est intéressant avec les plastiques, les élastomères...

h₁, avec bague nylon ; h₂ avec bague inox (admet des démontages plus fréquents).

17. Dimensions des principaux écrous autofreines pour vis à métaux.

Exemple de désignation : écrou hexagonal autofreine ISO 7719-M12-8.

c) Exemple d'écrous standards manœuvrables à la main

Les écrous à croisillons existent en acier avec trou de goupille ou en plastique phénoplaste avec insert taraudé.

Les écrous « moletés » en acier bruni peuvent également être goupillés.

Les écrous à oreilles existent en plusieurs matériaux.

Les poignées lisses avec insert ou non sont le plus souvent en phénoplaste, « bakélite » noir ou rouge. La matière est la même pour les poignées en T et les leviers de manœuvre qui existent avec tige filetée et écrou.

18. Dimensions de quelques écrous manœuvrables à la main.

4. Vis de pression, de guidage ou d'arrêt

Pour ces vis à une forme de tête donnée, on peut choisir, suivant les besoins (guidage, pression ou arrêt), plusieurs extrémités et plusieurs classes de qualité possibles.

Têtes usuelles : hexagonale réduite (symbole HZ), carrée réduite (symbole QZ), sans tête à pans creux (HC) et sans tête fendue. Autres extrémités que celle figure 12 : bout bombé BB (rayon ≈ d) ; bout pointu PT (cône). Acier, acier inoxydable, non ferreux.

Exemples de désignation : vis sans tête ISO 4766-M5xl2-14H (sans tête fendue ; bout plat ; d = 5, L = 12, qualité 14H ; vis sans tête à téton long HC, M8-40-45H)

19. Dimensions des vis de pression (d1 : h 14 ; d2 : hl6 et d3 tolérance h 14).

Autres extrémités : bout pointeau (CN) de forme conique ; bout bombé (RN) à rayon — 1,4 d ; bout auto-nettoyeur (SC) ; bout pilote plat (PF) ou à téton avec bout tronconique (PC).

NFE 25-133 : tête HZ + bout TL ; NFE 25-134 : tête QZ + bout TC ; NF EN ISO 4028 : sans tête HC + bouts TC et TL ; NF EN ISO 4027 : sans tête HC + bout TR ; NF EN ISO 4026 : sans tête HC + bout PL ; NF EN ISO 4029 : sans tête HC + bout CU.

Classes de qualité : 14H (HV = 140) ; 22H (HV = 220) ; 33H (HV = 330) ; 45H (HV = 450).

5. Vis à tôle (extrait)

20. Dimensions des vis à tôle (norme NF EN ISO ....).; Cas des vis autoperceuses (ISO...). Aciers et Aciers inox.

Exemple de désignation : vis à tôle ISO 1482-ST3,5xl6-C (tête FZ, d = 3,5, L = 16, bout C) ; vis FX, ST4,8-32,C (tête FX, d = 4,8, L = 32, bout C).

Il existe plusieurs têtes et extrémités possibles pour ces vis qui ne nécessitent pas de taraudage avant montage (principe des vis à bois) et qui sont filetées sur toute la longueur.

Les plus récentes sont autotaraudeuses (extrémité avec entaille tranchante qui fonctionne sur le principe du taraud) et exigent un couple de serrage plus élevé. Cémentées et revenues.

Le bout pointu (symbole C) est plutôt utilisé avec des tôles minces (e ≤ 1,5), le bout plat (symbole F) avec des tôles plus épaisses et des trous borgnes. Elles existent en aciers inoxydables. Utilisation : tôles d'acier, métaux tendres, plastiques, fibres végétales...

6. Vis à bois

Les tirefonds H et Q permettent les serrages les plus énergiques. Plusieurs matériaux sont possibles : acier, laiton, aluminium, inox... sans finition ou revêtus (zinc.) Exemple de désignation : vis FBS, VB 6-80 (pour vis fraisée bombée fendue, d = 6, L = 80)

21. Dimensions des vis à bois.

7. Goujons

Il se compose d'une tige filetée à ses deux extrémités séparées par un tronçon lisse et d'un écrou (H, Q...) de même diamètre d.

La longueur z peut être une gorge, le diamètre de la partie lisse peut être réduit, b peut avoir plusieurs valeurs, le bout être plat ou non...

Exemple de désignation : goujon M 12-90, bm 18, classe 8-8 (goujon de diamètre 12, longueur L = 90, longueur d'implantation J = bm = 1,5 d = 18, classe de qualité 8-8).

   
22. Dimensions des goujons (NFE 27-135)

8. Lamages et chambrages

Ils doivent permettre le passage des outils de serrage. À cette fin, les diamètres indiqués peuvent être augmentés, ou diminués pour d'autres raisons : optimisation, assemblage, outillage....

Le diamètre C₁ est à utiliser avec des vis CHC (hauteur H₁) et CZX (empreinte torx ou 6 lobes : hauteur H₂) ; il permet le passage d'une rondelle grower.

Le diamètre C₂ est à utiliser avec des vis ou des écrous hexagonaux.

23. Dimensions des lamages et des chambrages.	Norme E 25-017 (extrait) avec H2 révisé.

9. Rondelles

a) Rondelles d'appui

Elles augmentent la surface d'appui, réduisent la pression de serrage, le marquage des pièces plus tendres et ne tournent pas pendant le serrage. Elles n'assurent pas un freinage efficace de la vis ou de l'écrou.

Rondelles plates : d'emploi usuel, elles existent en quatre séries de dimensions : étroite, normale, large et très large. Deux qualités : grade A (duretés 200 HV et 300 HV ; Ra 1,6 à 6,3 ; acier et acier inox) et grade C (duretés 100 HV ; acier). Elles peuvent être chanfreinées, brunies, zinguées, cadmiées, phosphatées, bichromatées...

Désignation : ISO 7089-8-200 HV (série normale, grade A, d=8, dureté 200 HV, acier)

Rondelles cuvettes : elles sont utilisées avec des vis à têtes fraisées (F...). Emboutie ou usinée, la surface externe peut être polie et brillante.

Rondelles à portée sphérique : utilisées avec un écrou à portée sphérique, elles compensent une inclinaison de la vis par rapport à la face d'appui.

24. Dimensions des rondelles d'appui.

b) Rondelles freins élastiques

Le freinage de l'écrou est amélioré par l'élasticité de la rondelle.

Rondelles grower, pour vis de classe de qualité ≤ 10.9 : elles existent avec des becs qui s'incrustrent dans la matière de la pièce ou sans bec. Trois séries sont possibles : courante W, réduite WZ et forte WL). On les trouvent en acier à ressort (44 à 50 HRc) ou en inox.

Exemple de désignation : rondelle WL 12 (grower série forte, d = 12).

Rondelles coniques, pour vis de classe de qualité ≥ 8.8 : elles peuvent être lisses (symbole CL) ou striées (CS). Après serrage, la rondelle est plane et agit comme un ressort. Elles sont en acier à ressort (42 à 50 HRc).

Rondelles ondulées à deux ondes, pour vis de classe de qualité ^ 8.8 : elles sont souvent utilisées avec des pièces en matériaux tendres (alliages légers, plastiques) et existent avec 1 et 4 ondes. Elles existent en acier à ressort, bronze, inox...

25. Dimensions des rondelles freins élastiques.

26. Dimensions des rondelles à dents chevauchantes et des freins à bord relevé.

c) Rondelles freins à dents (« éventail »)

Le freinage (40 % supérieur dans le cas d'une denture chevauchante) est obtenu par incrustation des dents dans les pièces assemblées et par l'élasticité générale. La forme concave (à 90°) s'utilise avec les vis à tête fraisée (90°).

L'incrustation est favorable à l'établissement d'un contact électrique.

Elles existent en acier à ressort (bruni, zingué, cadmié, bichromate), en inox, en bronze...

d) Principaux freins à sécurité absolue

Écrous à encoches avec rondelles à créneaux (voir chapitre 26 dimensions des roulements), écrous à créneaux (voir paragraphe écrous) et plaquettes arrêtoirs (freinage obtenu en rabattant un bord sur la pièce et un autre sur l'écrou).

10. Écrous et inserts spéciaux: exemples typiques

Écrou à sertir : en acier zingué bichromate, son immobilisation est obtenue par refoulement du métal (sertissage à la presse) sous la partie conique de l'écrou.

Douille autotaraudeuse : fonctionne comme un taraud, pour plastiques et alliages légers.

Filet rapporté : il ressemble à un ressort à spires jointives (section de forme losange en acier à ressort). La pièce doit être taraudée avec un taraud spécial.

Longueurs possibles H3 = 1,5 d (2d - 2,5d et 3d), pas fin ou pas gros.

Insert à expansion : il fonctionne comme une cheville usuelle. Au moment du serrage, les demi parties inférieures s'écartent et s'incrustent dans le matériau de la pièce, pour les plastiques et les métaux tendres. Schématisation ISO des inserts, voir page 580.

Insert de surmoulage : pour les matières plastiques, l'insert est mis dans le moule juste avant moulage. L'ensemble se solidarise au refroidissement.

Goujons-inserts : pose par ultrasons ou thermique. Il existe des variantes pour surmoulage (matières plastiques).

27. Dimensions de quelques écrous rapportés et inserts.	H3 = l,5d - 2d - 2,5d et 3d