Guide complet des connaissances sur les fixations

Les fixations sont des composants communs largement utilisés dans la vie quotidienne. Aujourd'hui, nous vous proposons une introduction détaillée aux classifications, aux sélections et aux processus de fixation. Ce guide regorge d'informations utiles et mérite d'être conservé.

Définition des fixations

Les fixations, également connues sous le nom de pièces standard sur le marché, sont une catégorie de composants mécaniques utilisés pour relier solidement deux ou plusieurs pièces (ou composants) en une seule entité.

Les vis sont un terme familier pour désigner les fixations, mais elles ne sont qu'un type de fixation parmi d'autres.

Les différences entre les diverses fixations résident dans leurs formes, leurs tailles et leurs matériaux, ce qui leur permet de répondre à des besoins d'application différents. La fonction première des fixations est de créer une connexion mécanique qui maintient la position et l'intégrité des composants.

Elles peuvent, par exemple, relier deux ou plusieurs pièces ou fixer des composants à une structure ou à une surface. Les fixations se caractérisent par leur variété, leur haut degré de normalisation, de sérialisation et de généralisation. Dans le domaine de l'ingénierie et de la fabrication, les fixations sont indispensables à la construction de tout, du simple meuble aux machines complexes, en passant par les appareils électroniques et les navires.

Types de fixations

1. Boulons

Composés d'une tête et d'une vis (corps cylindrique à filetage extérieur), les boulons sont utilisés avec des écrous pour fixer deux pièces à trous traversants. Ce type d'assemblage est appelé assemblage par boulon. En retirant l'écrou du boulon, on peut séparer les deux pièces, ce qui rend les assemblages par boulons amovibles.

2. Crampons

Type de fixation sans tête, avec des filets extérieurs aux deux extrémités. L'une des extrémités doit être vissée dans une pièce dotée d'un trou taraudé, tandis que l'autre traverse une pièce dotée d'un trou traversant et est ensuite fixée à l'aide d'un écrou, créant ainsi une connexion amovible appelée goujon. Les goujons sont principalement utilisés lorsque l'épaisseur de la pièce raccordée est importante, ce qui nécessite une structure compacte, ou lorsqu'un démontage fréquent est nécessaire, ce qui rend les assemblages par boulons inadaptés.

3. Vis

Ces éléments de fixation se composent également d'une tête et d'une vis. En fonction de leur utilisation, elles peuvent être divisées en trois catégories : les vis mécaniques, les vis de réglage et les vis à usage spécial. Les vis à métaux sont utilisées pour fixer des pièces à filetage intérieur à des pièces à trous traversants, sans avoir recours à des écrous (on parle alors de vissage et de démontage). Les vis de blocage sont utilisées pour fixer la position relative de deux pièces. Les vis à usage spécial, telles que les boulons à œil, sont utilisées pour soulever des pièces.

4. Écrous

Les écrous ont des trous filetés internes et sont généralement de forme hexagonale, mais ils peuvent aussi être carrés ou cylindriques. Ils sont utilisés avec des boulons, des goujons ou des vis mécaniques pour relier solidement deux pièces et en faire une seule entité.

5. Vis autotaraudeuses

Semblable aux vis mécaniques, mais avec des filets spécialement conçus pour l'auto-taraudage. Elles sont utilisées pour fixer deux pièces métalliques minces l'une à l'autre et en faire une seule entité. Les pièces doivent être pré-percées et, en raison de la dureté élevée de ces vis, elles peuvent être vissées directement dans les pièces, formant ainsi un filetage interne. Ce type d'assemblage est également amovible.

6. Vis à bois

Semblables aux vis mécaniques, mais avec des filets conçus pour le bois. Elles peuvent être vissées directement dans des pièces (ou composants) en bois pour fixer une pièce métallique (ou non métallique) avec un trou traversant à un composant en bois. Ce type d'assemblage est également amovible.

7. Rondelles

Les fixations plates et circulaires sont placées entre la surface d'appui d'un boulon, d'une vis ou d'un écrou et la surface de la pièce raccordée. Elles augmentent la surface de contact, réduisent la pression par unité de surface et protègent la surface de la pièce raccordée contre les dommages. Les rondelles élastiques peuvent également empêcher les écrous de se desserrer.

Conseils : En savoir plus sur "types de rondelles“.

8. Anneaux de retenue

Utilisé dans les rainures des arbres ou des trous pour empêcher les pièces sur les arbres ou dans les trous de se déplacer latéralement.

9. Pointes

Principalement utilisés pour le positionnement des pièces, certains peuvent également relier des pièces, fixer des pièces, transmettre de la puissance ou verrouiller d'autres fixations.

10. Rivets

Composés d'une tête et d'une tige, les rivets sont utilisés pour fixer deux pièces avec des trous traversants, les transformant ainsi en une seule entité. Ce type d'assemblage s'appelle le rivetage et il est inamovible. Pour séparer les pièces assemblées, il faut détruire le rivet.

Conseils : Cliquez pour en savoir plus sur "les types de rivets" et "méthodes de raccordement des pièces“.

11. Assemblages et ensembles de connexion

Les assemblages font référence à un type de fixation fourni en combinaison, comme une vis mécanique (ou un boulon, une vis autotaraudeuse) combinée à une rondelle plate (ou une rondelle élastique, une rondelle de blocage). Les ensembles de connexion font référence à des combinaisons spécifiques de boulons, d'écrous et de rondelles fournis ensemble, tels que les ensembles de connexion de boulons à tête hexagonale à haute résistance pour les structures en acier.

Caractéristiques d'application des différents types de vis :

La variété des vis disponibles nous permet de résumer leurs caractéristiques d'application comme suit :

1. Boulons, vis et goujons avec écrous ou trous filetés : Ils sont principalement utilisés pour les connexions à haute résistance qui supportent des charges importantes. Leurs structures sont simples et stables.

2. Vis autotaraudeuses avec trous pré-percés : Ils sont généralement utilisés pour fixer des objets légers, tels que des intérieurs d'automobiles et de petites pièces électriques, sur des tôles.

3. Fixations en plastique comme les clips et les pinces : Ils sont généralement utilisés pour fixer les faisceaux de câbles et les tuyaux de petit diamètre dans la tôle.

4. Colliers de serrage et colliers à anneau : Ils sont souvent utilisés dans les systèmes hydrauliques à basse pression, les systèmes pneumatiques, les conduites de refroidissement, etc.

Sélection des fixations

Lors du choix des fixations appropriées dans l'inventaire des fixations, il faut tenir compte non seulement des performances de fixation, mais aussi de la facilité d'assemblage, de la facilité de maintenance après-vente, des exigences esthétiques et du rapport coût-efficacité.

1. Déterminer les spécifications et les niveaux de performance

La résistance et le coefficient de frottement de chaque boulon sont clairement définis. La précharge qu'il peut fournir varie en fonction des différentes stratégies de couple, mais la précharge minimale peut être déterminée pour une stratégie de couple donnée.

Après avoir déterminé la précharge minimale requise pour le point d'assemblage, comparez les spécifications des boulons qui peuvent fournir au moins cette précharge minimale et choisissez les spécifications et les niveaux de performance les plus économiques.

Les étapes générales sont les suivantes :

1. Déterminer le type d'assemblage : supporte-t-il une charge de traction, une charge de cisaillement ou une combinaison des deux ?

2. Déterminer la charge de travail de l'ensemble de connexion en fonction du type de connexion.

3. Calculez les charges axiales et de cisaillement sur le boulon.

4. Déterminer la force de serrage minimale.

5. Vérifier la pression de surface sur les pièces serrées afin d'éviter tout écrasement.

6. Déterminer les spécifications et les niveaux de performance appropriés.

2. Sélection des types de têtes

Les formes des têtes de fixation varient en fonction des espaces d'assemblage, des niveaux de serrage et des exigences en matière d'aspect des assemblages. Les principales fonctions de la tête sont le roulement et la rotation, et le choix doit tenir compte de ces facteurs.

Diagramme du type de tête	Nom	Notes d'utilisation
	Bride hexagonale	Les boulons à haute résistance doivent de préférence être à tête hexagonale, ce qui réduit le risque d'écrasement des pièces serrées par rapport aux boulons à tête hexagonale.
	Tête hexagonale	Non recommandé, généralement utilisé avec des rondelles élastiques et des rondelles plates.
	Tête à douille hexagonale	Sélectionné uniquement pour les boulons/vis à haute résistance avec un espace de serrage limité.
	Contre-écrou	Principalement utilisé dans les positions nécessitant une planéité après fixation, telles que la fixation de serrures sur les portes coulissantes. Les dimensions des trous à tête fraisée doivent être strictement conformes aux normes nationales.
	Tête panoramique	Principalement utilisé pour les surfaces d'appui plates qui ne nécessitent pas de têtes fraisées, et est plus économique que les têtes fraisées.
	Torx	De préférence aux têtes Phillips pour les clés internes, car elles sont moins susceptibles de glisser et peuvent supporter un couple plus important.

3. Choix du traitement de surface

1. Le principe de sélection de la couleur de la fixation est de l'assortir aux pièces serrées. Pour les pièces non visibles, utiliser en priorité la couleur argent.

2. En fonction des pièces utilisées, différents degrés d'antirouille peuvent être adoptés.

3. Pour les performances mécaniques supérieures à 8,8, il n'est pas recommandé d'utiliser les produits suivants zingage et la passivation pour le traitement de surface. En général, les revêtements de zinc lamellaire non électrolytique sont recommandés. Pour les rondelles élastiques et autres éléments de fixation dont la dureté est supérieure à 350 HV, il convient d'éviter le zingage et la passivation afin de prévenir la fragilisation par l'hydrogène.

4. Sélection de la compatibilité des grades

En règle générale, les performances mécaniques des écrous doivent correspondre à celles des boulons, des goujons ou des vis, comme suit :

1. Les écrous de grade 8 peuvent être associés à des boulons, des goujons ou des vis de grade 8.8.

2. Les écrous de grade 10 peuvent être utilisés avec des boulons, des goujons ou des vis de grade 10.9.

3. Les écrous de grade 12 peuvent être associés à des boulons, des goujons ou des vis de grade 12.9.

En règle générale, les écrous de qualité supérieure peuvent remplacer les écrous de qualité inférieure. Par exemple, les écrous de grade 10 peuvent remplacer les écrous de grade 8 pour s'adapter aux boulons, goujons ou vis de grade 8,8.

5. Sélection des procédés de fixation

Avant de choisir un procédé de fixation, les concepteurs doivent déterminer si le produit doit être démonté et entretenu. Par exemple, les produits tels que les détecteurs d'incendie, les télécommandes de télévision et les terminaux d'information portables doivent permettre aux consommateurs de les démonter pour remplacer les piles. À l'inverse, les produits tels que les sèche-cheveux et les dispositifs médicaux jetables n'ont généralement pas besoin d'être conçus pour être démontés ou entretenus. En outre, certains concepteurs peuvent spécifiquement concevoir des composants inviolables, empêchant les consommateurs de démonter facilement les produits (par exemple, les produits électroniques).

Produits nécessitant un entretien amovible

Les vis, les boulons et les joints encliquetables (c'est-à-dire les clips en plastique) sont les méthodes de fixation les plus couramment utilisées dans les produits nécessitant un entretien amovible. Les boulons et les vis fournissent des charges de serrage, comprimant les composants dans l'assemblage. Lorsque le couple de serrage des boulons et des vis dépasse le point de contact entre la tête et les pièces à assembler, l'exigence de fixation est satisfaite. Par rapport aux joints à encliquetage, les boulons et les vis offrent une meilleure rétention, tandis que les joints à encliquetage reposent davantage sur la résistance des composants en plastique eux-mêmes.

Les joints encliquetables assurent la rétention par l'emboîtement de plusieurs composants. Les joints encliquetables permettent un assemblage rapide et simplifient le processus d'assemblage global en raison du nombre réduit de pièces dans la nomenclature. Si une rétention minimale est requise pour les produits en plastique, les joints à encliquetage sont généralement préférés. Comme le montre l'image ci-dessus, la plupart des calculatrices de poche utilisent des joints encliquetables sur le couvercle de la batterie pour faciliter le remplacement de la batterie par les consommateurs.

Conseils : Cliquez pour en savoir plus sur "types de boutons-pression“.

Produits permanents

Les goupilles solides, les adhésifs, les vis, les boulons et les joints à encliquetage sont des méthodes courantes de fixation permanente des composants. Bien que les concepteurs n'exigent souvent pas spécifiquement que les nouveaux produits adoptent des conceptions de maintenance amovibles, de nombreux produits utilisent encore des fixations amovibles telles que des vis afin de familiariser les opérateurs à leur utilisation. Comme le montre l'image ci-dessus, la plupart des calculatrices de poche utilisent des vis pour relier les boîtiers en plastique, même si les consommateurs n'ont pas besoin de démonter les composants pendant la durée de vie du produit.

Les goupilles solides et les adhésifs sont les méthodes de fixation préférées pour les composants permanents, car ils offrent une excellente rétention pour les matériaux plastiques. Les adhésifs collent plusieurs composants ensemble, assurant ainsi la rétention, tandis que les goupilles solides provoquent la déformation du matériau de base, créant ainsi une interférence et assurant la rétention. Il convient de noter que les goupilles pleines dotées de caractéristiques de rétention (par ex, moletageLes goupilles de sécurité (par exemple les goupilles de sécurité, les barbes) sont meilleures que les goupilles ordinaires parce qu'elles permettent des tolérances de perçage plus importantes et réduisent les contraintes sur les composants en plastique. L'inviolabilité permet de réduire les risques de garantie, d'endommagement du produit ou d'exposition à l'environnement (humidité, particules, etc.).

En outre, les fixations amovibles pour l'entretien (par exemple, les vis) présentent des risques importants pour la sécurité (risques d'étouffement) dans des produits tels que les jouets pour enfants. Pour les éléments d'entretien non amovibles, les goupilles solides et les adhésifs sont généralement les méthodes de fixation préférées.

Épingles solides

Les goupilles solides peuvent être facilement installées à l'aide d'une presse, qu'elle soit manuelle ou entièrement automatique. Pendant l'installation, la presse applique une force linéaire pour entraîner les goupilles jusqu'à ce qu'elles atteignent une distance d'arrêt prédéterminée. Pour les composants comportant plusieurs trous d'épingle, une presse à platine peut être utilisée pour installer plusieurs goupilles solides simultanément. Le cycle d'assemblage des goupilles pleines est donc plus rapide que celui des vis ou des boulons. Les goupilles pleines présentent le taux de défaillance le plus bas par rapport aux autres méthodes de fixation lorsque les composants sont fixés et orientés correctement. L'équipement utilisé pour installer les goupilles solides nécessite un minimum d'entretien.

Pour des raisons esthétiques, certaines goupilles pleines sont cachées dans l'assemblage final.

Adhésifs

Les adhésifs peuvent être appliqués à l'aide de pistolets manuels ou d'équipements de distribution automatisés. En général, une préparation de la surface des composants de base est nécessaire. Le processus d'application de l'adhésif pendant l'assemblage est assez complexe et nécessite des opérateurs qualifiés. L'application d'une quantité insuffisante ou excessive d'adhésif sur un seul composant peut entraîner des défaillances sur le terrain. En outre, de nombreux adhésifs nécessitent un contrôle de la température et de la pression et/ou un mélange avec différents fluides avant d'entrer en contact avec les composants de base. Après l'application, les adhésifs subissent un processus de durcissement qui peut durer plus de 24 heures dans certains cas !

Les équipements de distribution d'adhésifs nécessitent une maintenance et une surveillance approfondies, car les adhésifs peuvent poser des problèmes. Les contaminants peuvent bloquer l'équipement et de nombreux adhésifs ont une durée de vie limitée. Ces facteurs augmentent le coût et la complexité du processus d'assemblage et réduisent la disponibilité des machines. En raison des nombreuses variables, le plus grand défi peut être la répétabilité et le contrôle.

Vis

Une fois les vis insérées dans les composants hôtes, elles peuvent être installées à l'aide de tournevis dynamométriques portatifs ou de tournevis automatiques fixes. Ces deux types de tournevis font tourner les vis jusqu'à ce qu'elles atteignent la valeur de couple spécifiée. Il est important de comprendre que ce processus est beaucoup plus complexe que l'installation de goupilles solides. Les fabricants peuvent rencontrer des problèmes lors de l'alignement des vis sur la mèche et de la fixation des vis en place. Si les vis ne sont pas complètement alignées, elles peuvent dénuder le plastique de l'hôte, ce qui entraîne la mise au rebut du composant. Un autre problème courant lors de l'installation de vis directement dans le plastique est que les vis peuvent se desserrer avec le temps en raison des facteurs suivants fluage du plastique ou la relaxation des contraintes. Bien que les vis soient peu coûteuses, facilement disponibles et familières aux opérateurs, elles posent des problèmes lors de l'assemblage.

Boulons

Les boulons fonctionnent de la même manière que les vis, sauf qu'ils sont vissés dans des écrous ou des inserts métalliques plutôt que dans des hôtes en plastique. Parmi les méthodes de fixation évoquées ici, les boulons sont celles qui offrent la meilleure rétention. Lorsqu'ils sont utilisés avec des écrous ou des inserts filetés, les boulons permettent un montage et un démontage illimités sans endommager le plastique. Les assemblages de boulons dans les composants en plastique nécessitent trois pièces distinctes : le boulon, une douille de limitation et un écrou ou un insert fileté. Cela augmente la nomenclature ainsi que la complexité et le coût du processus d'assemblage. À moins que d'autres méthodes de fixation ne permettent pas d'obtenir la charge de serrage requise, les assemblages par boulons doivent être évités.

Joints à emboîtement

Les joints à emboîtement sont généralement assemblés manuellement en pressant les composants les uns contre les autres. Le processus d'assemblage peut varier considérablement en fonction de la conception des composants qui s'emboîtent. Certains joints encliquetables sont conçus pour une maintenance amovible, tandis que d'autres sont permanents. En utilisant des joints encliquetables, les fabricants peuvent minimiser le nombre total de pièces utilisées dans chaque assemblage. Cette approche permet en fin de compte de réduire les coûts, les stocks et les difficultés de manipulation. Toutefois, par rapport à d'autres méthodes de fixation, les assemblages par pression offrent la rétention la plus faible, car ils reposent sur la résistance des composants en plastique eux-mêmes. Les joints encliquetables sont préférables pour les composants soumis à des environnements de charge minimale. Cependant, les joints encliquetables sont sujets à des défaillances et peuvent présenter des risques environnementaux, tels que des risques d'étouffement.

Lors de la conception de boîtiers en plastique, les concepteurs doivent tenir compte des performances, de la simplicité, du coût des fixations et du coût de l'assemblage. Il est recommandé aux ingénieurs concepteurs de collaborer avec les ingénieurs de fabrication dès le début de la phase de conception afin de prendre en compte l'ensemble du processus d'assemblage. Dans la plupart des cas, la conception finale du nouveau produit ne tient pas compte du cycle d'assemblage, du taux de rebut, du coût de maintenance et du comportement du consommateur tout au long de la durée de vie du produit.

Conclusion

En tant que composants industriels clés reliant différentes pièces, l'importance des fixations dans la production industrielle ne peut être sous-estimée. Une défaillance ou un desserrage des fixations peut entraîner des pannes de machines ou d'équipements, ce qui se traduit par des temps d'arrêt, des retards de production, des pertes et des risques pour la sécurité. C'est pourquoi il est essentiel d'utiliser des fixations fiables et de haute qualité ainsi que des méthodes de fixation correctes dans la production industrielle.