La fiche technique du mois #FTDM 2
1 . LE COUPLE DE SERRAGE
Un couple est une force appliquée F à l’extrémité d’une longueur L par un bras de levier créant un moment de rotation. Il peut s’exprimer en Newton-mètre (N.m).
Couple de serrage = Force (F) x Distance (L).
On applique à un assemblage boulonné un couple moteur de serrage C, de préférence sur l’écrou, à l’aide d’une clef. Le couple appliqué au serrage a pour but d’assurer une précontrainte dans l’assemblage.
Ce couple peut être défini par la relation suivante :
C = C1 + C2
où C1 est le couple dû aux forces de contact des filets de la vis sur l’écrou et C2 le couple dû aux forces de contact de la rondelle sur l’écrou.
Dans un assemblage précontraint, la vis est soumise à une tension (F0) et les pièces serrées à une compression. Les vis en acier de classe de qualité 8.8, 10.9 et 12.9 sont des éléments de fixation à utiliser en mécanique plus ou moins sollicitée. Leurs allongements de 8 à 12 % exigent des précautions d’emploi : ces vis sont à utiliser en tension de précontrainte au montage.
2 . CALCULEZ UN COUPLE DE SERRAGE
FORMULE GENERALE :
La formule de Kellerman et Klein relie le couple et la précontrainte par la relation suivante :
C0 = F0 (0.16P + μmoy (0.583 d2 + rm))
Où C0 : couple à appliquer à la vis ou à l’écrou,
F0 : tension de précontrainte souhaitée après serrage,
d2 : diamètre nominal à flanc de filet de la vis,
rm : rayon moyen de surface sous tête,
P : pas du filetage,
μmoy : coefficient de frottement moyen sous tête et dans les filets,
IMPACT DES FROTTEMENTS SUR LA PRECONTRAINTE :
Lors d’un serrage au couple, une fraction très réduite de ce couple est en réalité traduite en précontrainte. 40 à 70 % de ce couple est dispersé par frottement dans les filets et 40 à 60 % par frottement sous tête. Par conséquent, seulement 10 à 20 % du couple de serrage est transformé en précontrainte. Ceci implique que pour obtenir une bonne maîtrise de la tension installée dans l’assemblage, il est nécessaire de disposer de fixations avec un faible coefficient de frottement peu dispersif.
MAITRISE DES COEFFICIENTS DE FROTTEMENT :
Comment maîtriser les coefficients de frottement ?
Il est indispensable d’éliminer tout grippage entre les filets et le taraudage en contact, car le grippage peut se produire de manière inattendue et peut entraîner une incapacité de mise en tension de la vis. Il est donc nécessaire d’utiliser une lubrification au montage.
Voici les valeurs obtenues pour différents états de surface :
μmoy ≈ 0.10. Obtenus avec des vis phosphatées lubrifiées à l’aide d’une huile ou graisse performante.
μmoy ≈ 0.15. Élément de fixation revêtu (ex : zinc électrolytique) + passivation suivie d’une lubrification ; boulonnerie traitée par une oxydation noire et d’une lubrification sommaire.
μmoy ≈ 0.20. Visserie noire non lubrifiée.
μmoy ≈ 0.25. Visserie revêtue non lubrifiée.
Au-dessus de 0.25 , il est inutile d’envisager un serrage au couple, car la précontrainte ne pourra pas être obtenue de manière satisfaisante. Lorsque les frottements sont élevés, seul des assemblages de faibles précontraintes peuvent être réalisés.
Les coefficients de frottements inférieurs à 0.20 avec une faible dispersion (± 0.02) ne peuvent être obtenus qu’avec une visserie de qualité :
- qualité des filetages (tolérances, états de surface)
- qualité de l’état de surface sous tête ou sous la face d’écrou (planéité)
LES MOYENS DE SERRAGE :
Lors d’un serrage, l’incertitude sur le couple appliqué est fortement impactée par le procédé de serrage. Ceci se manifeste pour les outils de serrage classiques par une dispersion non négligeable sur la valeur de précontrainte qui existe réellement dans l’assemblage, i.e. la précontrainte installée.
À chaque outil de serrage est associé une incertitude sur le couple :
- Clés dynamométriques : ± 10 %
- Visseuses rotatives : ± 15 %
- Clés à choc : ± 25 %
- Clés à fourche : ± 40 %
Les clefs dynamométriques restent des outils de serrage très précis. Celles-ci peuvent être à lecture directe ou à déclenchement à cliquet, cassure ou débrayable. Les clefs à choc ne permettent pas d’appliquer un couple de serrage avec précision.
Les dispersions obtenues sur la tension sont dues aux dispersions observées sur les coefficients de frottement et les moyens de serrage. Lorsqu’un boulon est soumis à une traction axiale, l’effort maximal Fmax installé par le serrage au couple ne doit pas dépasser 90 % de la limite d’élasticité Re de la fixation. Cette dernière est déduite à partir de la classe de qualité de la vis, du goujon ou de la tige filetée.
On peut dire qu’en fonction du coefficient de frottement, un couple élevé peut conduire à installer une précharge faible et inversement. De la même manière, un procédé de serrage classique entrainera une dispersion importante sur la précontrainte. De nos jours, l’amélioration des procédés de serrage est une problématique fondamentale dans la réalisation des assemblages à partir d’éléments filetées.
3 . TABLEAU DES COUPLES DE SERRAGE
Exemple pour CHC Holo-Krome
Filetage à pas gros (mm). Précharge à 80% Re min de la classe de qualité. Cs=F0 moy×(0,16P+μmoy(0.583d2+rm))
