Les techniques de serrage des boulons (part 1)

Les techniques de serrage des boulons

Alors comment serrer une vis ?

La
première réponse qui vient à l’esprit est souvent : « Il suffit de
tourner ! ».

Cette approche, ancrée dans nos habitudes depuis des
siècles, repose sur le mouvement circulaire de rotation lorsque l’on
pense à une vis. Cependant, ce n’est pas la seule méthode efficace. Dans le contexte industriel, nous parlons de l’application d’un couple.

Le couple : la technique de serrage des boulons la plus courante dans l'industrie

Le serrage au couple implique l’application de deux forces opposées, constituant ce
que l’on appelle un couple de forces. Mais qu’est-ce qu’un couple ? Il s’agit d’une force appliquée à une certaine distance d’un point de rotation. Lorsqu’on serre, jusqu’où doit-on aller ? Jusqu’à ce que la résistance soit notable? Avant que le matériel ne casse? Cette approche est imprécise.

Les outils utilisés pour cette méthode varient : une visseuse pour les applications
courantes et une clé dynamométrique dans l’industrie, cette dernière
mesurant le couple appliqué. La méthode repose sur l’idée que si l’on
applique une force de 200 N à une distance de 0,5 m, cela équivaut à un
couple de 100 N.m (200 x 0,5). Cette méthode est la plus couramment
utilisée.

Pour information, la première clé dynamométrique a été inventée en 1916, ce qui en fait une pratique centenaire.

Bien que cette méthode soit largement acceptée et utilisée, elle comporte
une marge d’incertitude significative. Pourquoi ?

Que se passe-t-il ?
Faisons une expérience : prenons plusieurs vis et serrons-les toutes au
même couple à l’aide d’une clé dynamométrique. Ensuite, mesurons la
tension obtenue dans chacune de ces vis (nous verrons plus tard comment
procéder). Le bon sens nous incite à penser que la tension sera la même
pour toutes les vis, mais ce n’est pas le cas. En réalité, pour un
couple donné, nous observons une incertitude de ±50 % sur la tension
obtenue.

Les tableaux de serrage au couple

La plupart des bureaux d’études établissent des tableaux de correspondance entre le couple appliqué et la tension théoriquement obtenue, en s’appuyant sur divers calculs, y compris ceux basés sur la résistance des matériaux (méthode des éléments finis). Ces tableaux sont nommés tableau de couple de serrage.Cette pratique est une erreur, car elle ne prend pas en compte les incertitudes inhérentes à la méthode de serrage par couple.

Cependant, pour produire ces tableaux, les bureaux d’études font l’hypothèse que le coefficient de frottement est connu. Le coefficient de frottement, un nombre sans dimension compris entre 0 et 1, représente l’interaction qui s’oppose au mouvement relatif entre deux systèmes en contact. Dans notre cas, les systèmes en contact sont la vis, l’écrou et les pièces à serrer. Supposer que ce frottement peut être mesuré et réduit à un seul chiffre est irréaliste.

En effet, il y a du frottement sous la tête de la vis, avec la pièce à serrer, au niveau des filets de la vis, de l’écrou, et du taraudage. Toutes ces pièces, issues d’une production industrielle, contiennent des imperfections qui influent de manière aléatoire sur les frottements. En réalité, lors du serrage d’une vis, une infinité de frottements se produisent, rendant leur mesure ou calcul précis impraticables. Les coefficients de frottement sont donc variables et non mesurables de manière précise.

Ainsi, ces tableaux reposent sur de nombreuses approximations, bien que les valeurs y soient présentées avec une précision de cinq décimales, ce qui est trompeur. Ils ne devraient plus être utilisés.

La suite de cet article s'intéressera aux alternatives à la méthode de serrage au couple.

Le 01 juillet 2024 par TRAXX