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Le serrage au couple
Le serrage au couple repose sur le principe de l’application d’un couple de rotation à un écrou ou un boulon. Ce couple est généré par l’utilisation d’un outil tel qu’une clé dynamométrique. L’objectif est d’appliquer une force de serrage suffisante pour maintenir les composants ensemble, mais sans excéder le niveau de serrage recommandé pour éviter tout risque de déformation ou de dommage. Le couple est mesuré en unités de force multipliées par la distance au point d’application de la force, et il est déterminé en fonction des spécifications du fabricant et du type de fixation utilisé. Le serrage au couple est couramment utilisé dans de nombreuses applications, notamment dans l’automobile, l’industrie aérospatiale et la construction.
Comment réaliser un serrage ? Pour réaliser un serrage au couple vous devez vous munir d’une clé dynamométrique. Vous devez également vous équiper d’un tableau de serrage au couple adapté à votre type de visserie. Vous pourrez ainsi contrôler le serrage de votre assemblage.
Définition du serrage au couple
Le serrage au couple est une méthode qui permet de serrer un boulon. C’est la technique la plus répandue pour contrôler le serrage. Le couple c’est quoi ? C’est une force appliquée à une certaine distance.
Un couple de serrage est une force appliquée à un boulon. Cette force incite le boulon à tourner autour de son axe. Le couple provient d’une force (exprimée en Newton) appliquée sur un manche d’une certaine longueur (exprimée en mètre) provoquant la rotation d’un axe (la vis). Il s’exprime en N.m.
Tableau de serrage au couple
Tableau valable pour la classe 5,6 de qualité boulonnerie acier ISO898-1 et coefficient de frottement moyen μ = 0,15
Diamètre vis en mm | Filetage de la vis en mm | Hauteur tête de la vis en mm | Couple de serrage en N/m | Tension de serrage en Newton ( N) |
1,6 | 0,35 | 3,2 | 0,075 | 234 |
2 | 0,4 | 4 | 0,159 | 388 |
2,5 | 0,45 | 5 | 0,0330 | 648 |
5 | 0,80 | 8 | 2,59 | 2759 |
10 | 1,5 | 16 | 46 | 24 275 |
20 | 2,5 | 30 | 182 | 49 039 |
30 | 3,5 | 46 | 628 | 113 045 |
48 | 5 | 75 | 2659 | 299 530 |
60 | 5,5 | 90 | 5 306 | 485 416 |
Ici sur une vis M10 (diamètre 10), si vous appliquez un couple de 46 N/m vous obtiendrez une valeur de tension de 24,275 kN, en fonction d’un coefficient de frottement moyen équivalent à 0,15.
Pour produire ces tableaux, les bureaux d’études font une hypothèse, celle que le coefficient de frottement est connu (le coefficient de frottement est un nombre sans dimension compris entre 0 et 1). Hors, en réalité, il est très difficile de connaître le coefficient de frottement d’une vis. Cela rend donc le serrage au couple peu précis et moins performant.
Les limites de la méthode de serrage au couple
Les limites de cette méthode sont :
Variabilité des frottements : Le niveau de frottement entre les surfaces de contact peut varier en fonction de divers facteurs, tels que la propreté des filetages, la lubrification, ou l’état des surfaces. Cela peut entraîner des variations dans le serrage final, ce qui rend difficile d’obtenir une précision absolue.
Sensibilité aux tolérances : Les tolérances dimensionnelles des composants et des fixations peuvent influencer la précision du serrage au couple. Des variations dans les dimensions ou l’état des pièces peuvent entraîner des différences dans le niveau de serrage obtenu.
Influence de la lubrification : L’application de lubrifiants sur les filetages peut modifier les niveaux de frottement, affectant ainsi la précision du serrage. Si la lubrification varie d’une opération à l’autre, la constance du serrage peut être compromise.
Déformation des composants : Dans certaines applications, un serrage excessif au couple peut entraîner la déformation ou la détérioration des composants, en particulier dans les matériaux plus tendres ou fragiles.
Sensibilité aux variations de température : Les changements de température peuvent influencer les propriétés de frottement et de dilatation des matériaux, ce qui peut affecter la précision du serrage au couple.
Difficulté d’atteindre des niveaux de précision extrêmes : Pour des applications nécessitant une précision extrême, d’autres méthodes de serrage telles que le serrage hydraulique ou les systèmes de mesure de tension par ultrasons peuvent être préférées, car ils offrent une précision plus élevée.
Nécessité de réétalonner périodiquement : Les outils de serrage au couple doivent être régulièrement réétalonnés pour garantir leur précision. Si cette étape est négligée, la fiabilité du serrage peut être compromise.
Bien que le serrage au couple soit une méthode couramment utilisée et efficace dans de nombreuses applications, il est important de reconnaître ces inconvénients potentiels et de prendre des mesures pour minimiser leur impact, notamment en surveillant et en contrôlant les facteurs qui influent sur la précision du serrage.
Calcul du couple de serrage
Vous cherchez la norme d’un couple de serrage ? Vous trouverez ici le tableau qui vous permettra de déterminer le couple à appliquer pour obtenir une certaine tension entre vos pièces à assembler.
Exemple de calcul d’un couple
1/ les données initiales
Force = 15 kg et une longueur du manche de la clé = 50 cm
2/ Convertir les kilos en Newton et les cm en m
F = 147 N ; L = 0.5 m
3/ La solution
Le couple C vaut = 98 x 0.5 = 73,5 Nm
Contrôler le serrage avec une clé dynamométrique
Qu’est-ce qu’une clé dynamométrique ?
Une clé dynamométrique est un outil de serrage qui permet de contrôler le couple d’un boulon afin d’optimiser le serrage d’un boulon. Il y en a de différentes sortes sur le marché.
La clé dynamométrique peut servir à appliquer un couple de serrage à une culasse.
Il existe plusieurs moyens de faire un serrage dynamométrique avec une clé dynamométrique professionnelle.
Voici les principaux types de clés dynamométriques.
Clés dynamométriques à cliquet
Ces clés disposent d’un mécanisme à cliquet qui permet d’appliquer un couple de serrage dans un seul sens. Elles sont idéales pour les applications où il est difficile d’obtenir un angle d’accès optimal.
Clés dynamométriques à déclenchement
Ces clés sont conçues pour libérer automatiquement la pression une fois que le couple de serrage prédéfini est atteint. Elles émettent généralement un clic ou un signal pour indiquer que le couple cible a été atteint.
Clés dynamométriques digitales
Ces clés sont équipées d’un affichage numérique qui indique le couple de serrage en temps réel. Elles offrent une lecture précise et peuvent parfois enregistrer des données pour le suivi et la traçabilité.
Clés dynamométriques à lecture directe
Ces clés sont munies d’une échelle graduée qui indique le couple de serrage. L’opérateur doit surveiller l’indicateur et stopper le serrage une fois que le repère de couple désiré est atteint.
Clés dynamométriques à lecture électronique
Ces clés utilisent des capteurs électroniques pour mesurer le couple. Elles peuvent être équipées d’un affichage numérique ou d’une interface pour transmettre les données à un système de contrôle ou d’enregistrement.
Clés dynamométriques hydrauliques
Ces clés utilisent un système hydraulique pour appliquer le couple de serrage. Elles sont particulièrement adaptées pour les applications nécessitant un serrage précis et puissant.
Clés dynamométriques à angulation
Ces clés permettent d’appliquer un couple de serrage en utilisant un angle de rotation spécifique. Elles sont souvent utilisées dans les applications où l’angle de serrage est critique.
Clés dynamométriques à tête fixe ou interchangeable
Certaines clés dynamométriques ont une tête interchangeable, ce qui permet d’utiliser différents embouts pour s’adapter à une variété de fixations.
Le choix de la clé dynamométrique dépend des spécifications de l’application, de l’espace disponible, de la précision requise et du type de fixation à serrer. Il est important de sélectionner la clé dynamométrique appropriée pour garantir un serrage sûr et précis.
Les inconvénients du serrage au couple
C’est une méthode peu précise. Lors du serrage avec une clé dynamométrique, seulement une petite partie du couple est traduite en précontrainte, en force.
50 % du serrage est dispersé par frottement dans les filets et sous la tête de la vis. Le serrage au couple est donc très imprécis. Cela implique que pour obtenir une bonne maîtrise du serrage, il est nécessaire de s’intéresser aux autres méthodes de serrage.
Le serrage au couple présente des limites et des inconvénients qui peuvent rendre d’autres méthodes de serrage plus appropriées dans certaines situations. Voici quelques raisons pour lesquelles le serrage au couple peut être considéré comme moins avancé par rapport à d’autres techniques :
Sensibilité aux variations de frottement : Le niveau de frottement entre les surfaces en contact peut varier en fonction de divers facteurs, comme la propreté des filetages et la lubrification. Cela peut rendre difficile la prédiction précise du serrage final.
Difficulté à atteindre des tolérances extrêmement serrées : Pour les applications nécessitant une précision extrême, d’autres méthodes de serrage, telles que le serrage hydraulique ou les systèmes de mesure de tension par ultrasons, peuvent offrir une précision plus élevée.
Influence de la lubrification : L’application de lubrifiants sur les filetages peut modifier les niveaux de frottement, affectant ainsi la précision du serrage. Si la lubrification varie d’une opération à l’autre, la constance du serrage peut être compromise.
Difficulté à détecter les surtensions : Le serrage au couple a tendance à être moins efficace pour détecter les surtensions, ce qui signifie que dans certaines situations, il peut être difficile de savoir si le boulon est trop serré.
Dépendance aux spécifications du fabricant : Le serrage au couple nécessite des spécifications de serrage fournies par le fabricant, et ces spécifications peuvent varier d’un fabricant à l’autre. Cela peut entraîner des différences dans les résultats de serrage en fonction des spécifications utilisées.
Bien que le serrage au couple soit une méthode très répandue, il est important de reconnaître ses limites et de choisir la méthode de serrage la plus appropriée en fonction des exigences spécifiques de l’application. Des méthodes alternatives telles que le serrage hydraulique, le serrage électromécanique et la mesure de tension par ultrasons peuvent être préférées dans des situations où une précision et une fiabilité extrêmes sont nécessaires.
