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Une introduction aux assemblages vissés
Les assemblages vissés nous entourent au quotidien, ils sont souvent banalisés et relégués au rang de quincaillerie. Tout le monde est capable de monter un meuble Ikéa chez lui le weekend sans connaissance particulière alors on considère que c’est une technologie d’assemblage facile. Porterions-nous le même regard sur des vis de roues d’avion ? Certainement pas.
Les assemblages vissés critiques nous entourent également sans que l’on sans aperçoive forcément. Regardez les jonctions de pylônes si vous allez au ski, regardez vos roues de voitures. Les assemblages vissés anciens et relativement bien normalisés mais peu enseignée dans les formations techniques surtout en France. Les professeurs vous parleront de couple de serrage sans expliquer ce que cela implique ou de dessin normalisé mais rarement plus.
Les concepteurs qui ont eu des cours de résistance des matériaux appréhendent facilement le dimensionnement statique d’une vis (résistance au cisaillement, résistance en traction) mais n’appréhendent pas toujours les critères de dimensionnement adaptés au maintien en position des pièces (le non-glissement et le non-décollement) ni le critère de dimensionnement dynamique (filtrage des efforts extérieurs grâce à la précontrainte).
Pour les consignes de serrage, on trouve un peu de tout sur internet : des tableaux de couple dits standards comme sur les sites des outilleurs, ou encore des « bons conseils » de mécaniciens sur les forums (le fameux quart de tour après contact ou avant que ça casse…).
Mais alors comment on conçoit ou dimensionne des assemblages vissés et comment on détermine le « bon » couple de serrage ?
La conception d’assemblages vissés
La phase de conception est cruciale, elle permet de prédéterminer la capacité du produit assemblé par fixations à encaisser des efforts extérieurs : la taille des vis par rapport aux pièces, le positionnement des vis par rapport aux efforts extérieurs et le nombre de vis vont être des paramètres importants. La conception va également prédéterminer la durabilité du produit : avec une bonne conception pas de problème de dévissage et/ou de desserrage, et pas de problème de corrosion !
Pour réaliser son dimensionnement, le concepteur doit déterminer le niveau de serrage fonctionnel (et on ne parle pas de couple ici mais bien d’effort de serrage). Le niveau de serrage doit assurer le maintien en position des pièces et la tenue dynamique de la vis tout en garantissant l’intégrité statique de la fixation et des pièces serrées. Éventuellement en fonction de la criticité des assemblages vissés, le concepteur pourra faire appel à une sécurisation de la fixation pour assurer des fonctions comme l’imperdabilité de la liaison, mais ce n’est jamais la sécurisation qui doit faire « tenir » la fixation.
Calcul d’une consigne de serrage
Une fois la conception terminée, le concepteur doit déterminer la consigne de serrage à inscrire sur le plan. Ce n’est jamais aux méthodes ni au montage de déterminer le couple de serrage mais toujours au bureau d’étude, lui seul est garant de la conception et des conditions de montage. Les méthodes choisiront les outils adaptés pour atteindre la consigne déterminée par le bureau d’étude et le montage réalisera le tout conformément à la fiche de poste.
Industriellement, l’assemblage vissé est principalement serré au couple car c’est la méthode la plus répandue (la plus réaliste économiquement, >99% des serrages). Les autres méthodes de serrage des assemblages vissés (couple + angle, domaine plastique) ou méthodes de serrages en tension (mesure de tension de serrage par ultrasons, par fibre optique ou autre) sont plutôt réservées aux cas critiques ou la précision est un enjeu majeur et ou le nombre de liaisons boulonnés est relativement faible.
Mais alors, comment faire le lien entre le niveau de serrage fonctionnel et la consigne de serrage au couple ? Une consigne de serrage au couple se calcule à partir d’hypothèses ou de données issues d’essais ou envoyées par le fournisseur.
Dans la majorité des cas, il faut serrer le plus fort possible. Contrairement au dimensionnement statique d’une pièce, les assemblages vissés sont en pratique serrés assez fort, à un niveau proche de la capacité de la vis (limite d’élasticité). Un bon niveau de serrage va permettre à l’assemblage d’encaisser les efforts extérieurs appliqués sur les pièces sans mouvement entre ces dernières (glissement ou décollement) et d’être durable : pas de dévissage, pas de desserrage et pas de problèmes de fatigue si l’assemblage est sollicité en dynamique.
Le serrage au couple est-il précis ? Non, le serrage au couple ne permet pas d’avoir une tension précise en comparaison d’autres méthodes (comme la méthode par ultrasons). A titre d’exemple, 99% des assemblages d’une voiture sont serrés au couple : ça fonctionne dans la majorité des cas si tout est bien cadré et respecté…
Une fois la conception figée et la consigne de serrage validée, le concepteur a terminé son travail mais doit rester en lien avec les méthodes, l’industrialisation et le montage notamment si des défaillances apparaissent.
Validation, mise en production et contrôle
Les assemblages vissés doivent être validés, en particulier :
- La faisabilité (ergonomie, accessibilité)
- La tenue de l’assemblage avec les conditions de montage déterminées
- Le serrage (pas de rupture ou d’endommagement de la fixation ou des pièces serrées).
Les méthodes ont pour responsabilité de choisir les outils adaptés pour la réalisation du serrage dans la tolérance attendue par le bureau d’étude. Ils ont aussi pour responsabilité de définir le contrôle des assemblages vissés, conformément à la politique de contrôle en vigueur dans l’entreprise.
Formation à la conception d’assemblages vissés fiables
Fondée par un ancien spécialiste du CETIM (avec plus de 8 ans d’expérience dans le domaine des assemblages vissés), l’entreprise Boltistruct accompagne les entreprises dans leur montée en compétence sur les assemblages vissés en les formant à :
- La conception d’un assemblage vissé fiable
- La mise en œuvre du serrage et contrôle
Cette formation traite d’acculturation, d’optimisation de dimensionnements et de perfectionnement en assemblages et liaisons vissées et s’adresse aussi bien aux concepteurs en bureau d’étude qu’aux techniciens méthode et référents assemblage vissé.
La formation est basée sur des cas pratiques, des exercices et une approche pédagogique avec de nombreux exemples tirés de l’expérience du formateur.