Quand on serre une vis, on met en tension cette dernière et on comprime les pièces serrées.
Il faut être sûr que l’effort de serrage n’endommage pas la vis, les pièces serrées et ne génère pas de risque d’arrachement de filets (Il faut également intégrer qu’en service la vis peut subir un supplément d’effort de tension du aux efforts extérieurs).
D’un point de vue conception on privilégiera toujours d’avoir une vis comme fusible. Mais alors, comment être sur de ne pas avoir d’arrachement de filets ?
Assemblages boulonnés
Si vous utilisez un boulon (vis + écrous et rondelles) vous n’avez pas besoin d’effectuer cette vérification de tenue des filetages. Un écrou de classe (au moins) équivalente à la vis est prévu pour que les filets ne s’arrachent pas, c’est-à-dire que sa hauteur, sa dureté et sa largeur (cote surplat) ont été prévues pour.
Il faut toutefois veiller à utiliser au moins un écrou ISO de hauteur normale (~0,8d selon ISO 4032) voire un écrou haut (~0,9d selon ISO 4033). Il n’est pas toujours possible de trouver des écrous ISO et certains revendeurs vous donneront des écrous « DIN équivalent ISO » que vous pourrez reconnaître grâce au marquage de la classe de qualité marqué entre deux barres, par exemple |10|. Ces écrous sont de hauteur < 0,8.d et un arrachement de filets est possible avant d’avoir une rupture de la partie filetée tendue de la vis. Ce mode de rupture encaisse moins d’énergie qu’une striction de la partie filetée tendue de la vis.
En pratique il subsiste une autre différence entre les écrous ISO et les écrous DIN vous avez sans doute constaté que certains écrous M10 nécessitent parfois une douille de 16 ou de 17. L’un est un écrou DIN (17) et l’autre est un écrou ISO (16).
Règles pratiques pour les assemblages vissés (taraudages)
Comme évoqué précédemment, la capacité d’une pièce taraudée à résister à l’arrachement de filets dépend de :
- Ses caractéristiques mécaniques
- La hauteur de filets en prise
- La cote surplat, c’est-à-dire la matière autour du taraudage
Les pièces taraudées n’ont pas souvent des caractéristiques mécaniques équivalentes à des écrous. Il va donc falloir :
- Mettre plus de filets en prise
- Avoir suffisamment de matière autour du taraudage
En conception on donne souvent comme règle pratique les longueurs en prise suivantes :
- 1 à 1,5 d de longueur en prise dans une pièce taraudée en acier
- 1,5 d de longueur en prise dans une pièce taraudée en fonte
- 2 d de longueur en prise dans une pièce taraudée en alu
- Un diamètre externe mini de 1,5 d (équivalent cote surplat) pour avoir suffisamment de matière autour du taraudage / éviter de mettre les taraudages trop près des bords de pièces.
En réalité cela dépend : des caractéristiques mécaniques de la pièce taraudée, et de la classe de qualité de la vis (niveau de serrage).
Assemblages vissés (taraudages) : futurs abaques de la norme NF E 25030
Prochainement la norme NF E 25030 donnera directement les hauteurs de filets en prise recommandées en fonction de la classe de qualité de la vis et des caractéristiques mécaniques de de la pièce taraudée (dureté ou résistance maximale à la traction).
En attendant comment faire pour être plus prédictif dans son dimensionnement ?
Formule simplifiée pour les assemblages vissés (taraudages)
Une formule simplifiée existe pour les cas ou la pièce taraudée à des caractéristiques mécaniques bien inférieures à celles de la vis.
Elle tient compte de la résistance maximale à la traction de la vis, du diamètre de la vis et de la limite d'élasticité en traction du matériau du taraudage.
Si vous voulez être plus prédictif ou pour un assemblage critique cette formule peut ne pas suffire.
Modèle complet pour le calcul de la tenue des filets
Un modèle complet pour calculer la tenue des filetages a été proposé per E.M. Alexander dans le cadre des travaux sur le design des écrous ISO. Il tient compte :
- Des caractéristiques mécaniques
- De la hauteur de filets en prise
- De la cote surplat du taraudage
- Des tolérances des filetages
Ce modèle permet notamment de prendre en compte l’évasement radial du taraudage lorsqu’il est mis sous charge (à cause de l'angle des filetages) et de tenir compte de la flexion des filets de la vis et du taraudage. Ces points viennent modifier la section cisaillée des filets et donc la capacité de l'ensemble.
Ce modèle est décrit dans le référentiel de calcul NF E 25030-2.
Plutôt que de vous expliquer en détail ce modèle, je vous propose un petit utilitaire de calcul (à petit prix) sous forme d'application à télécharger sur votre smartphone.
APPLICATION CALCUL ARRACHEMENT FILETAGE
à télécharger sur AppStore et Playstore : 0,99€
Rdv sur l'Appstore pour les utilisateurs Apple et sur Playstore pour les utilisateurs Android.
L'application s'appelle Calcul Arrachement Filetage (Thread Stripping Strength en anglais).
Vous n’avez que quelques informations à compléter pour valider votre conception :
- Taille du filetage
- Type de pas (gros, fin ou spécifique)
- Classe de qualité de la vis
- Tolérances du filetage de la vis (position et qualité) : par défaut 6g6g
- Résistance maximale en traction du matériau du taraudage
- Tolérances du filetage du taraudage (position et qualité) : par défaut 6H6H
- Longueur de filets en prise (il ne faut pas prendre en compte le chanfrein d’entrée du taraudage et les 1 à 2 derniers filets de la vis souvent incomplets du fait du roulage et/ou de l’extrémité chanfreinée)
L'application vous calcul automatiquement les charges de défaillances (à l'arrachement) pour les filets de la vis et du taraudage. Ces deux valeurs doivent bien entendu être supérieures à la charge de défaillance de la vis pour ne pas risquer d'arrachement de filets.
Une fois les calculs réalisés, vous pouvez exporter les résultats sous forme de tableur (les valeurs utilisées dans le calcul et les valeurs calculées).
Voici la démarche proposée par l'application "Calcul Arrachement Filetage" :
Pour les professionnels qui préféreraient un utilitaire de bureau, je commercialise une version Excel à 80€ HT: merci de me contacter directement (page contact du site ou alexandre.perrier@boltistruct.fr).
