Types de fils : Le point de vue d'un ingénieur

Des principes de base aux concepts avancés, ce guide couvre tous les aspects des types de filets. Découvrez les différents types de filets, leurs applications et les meilleures pratiques pour des performances optimales dans les projets de structure, de produit et de fabrication.

Les filetages sont des éléments souvent négligés mais indéniablement cruciaux dans le monde de l'ingénierie. Les filetages sont essentiels pour l'étanchéité, la transmission de puissance et la fixation, et on les retrouve dans tous les éléments, des minuscules vis aux énormes machines industrielles. Découvrez les technologies avancées en matière de filetage et explorez des connaissances essentielles plus approfondies pour prendre des décisions éclairées en matière d'ingénierie.

Un filet est une arête ou une rainure hélicoïdale produite ou coupée sur une surface cylindrique. Cette conception hélicoïdale exacte forme une interface mécanique qui permet la transmission d'une force de rotation ou l'assemblage sécurisé de composants. Il est essentiel de comprendre ses composantes fondamentales pour concevoir des filets efficaces capables d'assembler ou de fixer des composants en toute sécurité.

Éléments essentiels du filetage

PITCH

Le pas représente la distance axiale entre deux crêtes (ou racines) successives d'un filet. Il ne doit pas être confondu avec l'avance, qui est la distance à laquelle un filet de vis avance axialement en un tour complet. Il a un impact direct sur la capacité du filet à avancer à chaque rotation ainsi que sur son mouvement linéaire et rotatif.

RACINE

La racine est la surface inférieure du fil. C'est le point le plus bas du fil, par opposition à la crête.

FLANK

Les flancs désignent les côtés droits du fil qui relient la crête et la racine, formant ainsi les surfaces inclinées du fil. Ils forment une structure solide avec des surfaces latérales inclinées et des pentes allant de la crête à la racine.

CREST

La crête est le point le plus élevé d'un filet qui forme la surface externe de la vis.

LEAD

L'avance est la distance axiale parcourue par un boulon ou un écrou lors d'une rotation complète (360°). Dans les filetages à plusieurs départs, l'avance est égale au nombre de départs multiplié par le pas, alors que dans les filetages à un départ, elle est égale au pas. Plus l'avance est faible, plus l'avantage mécanique est important.

ANGLE DU FIL

C'est l'angle mesuré dans un plan axial entre les flancs du fil.

DIAMÈTRE MAJEUR

Le diamètre principal est le diamètre d'un cylindre imaginaire qui entoure et touche les sommets des filets extérieurs. Les filets intérieurs touchent le fond des filets.

DIAMÈTRE MINOR

Le diamètre mineur, également appelé diamètre de la racine, est le diamètre du cylindre imaginaire à la racine.

DIAMÈTRE DU PITCH

Le diamètre primitif est le diamètre auquel l'épaisseur de la dent est égale au pas/2 ou le diamètre du cylindre imaginaire (concentrique à l'axe du filet) qui traverse la surface à cet endroit. Le diamètre de pas se situe à mi-chemin entre les diamètres majeurs et mineurs aigus d'un filet en forme de V aigu. Cependant, peu de filets se forment de cette manière.

FILETAGE EXTÉRIEUR

Il s'agit de filets qui se trouvent sur la surface extérieure de composants tels que les tuyaux, les boulons, les vis, les goujons, les cylindres et les arbres.

FILETAGE INTÉRIEUR

Le filetage intérieur se forme sur la surface interne des pièces, comme le filetage d'un écrou, d'un cylindre ou d'un tuyau.

FILETAGE À DROITE

Lorsqu'un boulon ou une tige tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, sa surface extérieure s'enfonce dans l'écrou, et lorsque la vis est positionnée horizontalement, elle s'incline vers le haut et vers la gauche.

FILETAGE À GAUCHE

Lorsqu'un boulon ou une tige tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, son filetage gauche avance dans l'écrou. Lorsque la vis est positionnée horizontalement, elle s'incline vers le haut et vers la droite.

FIL À DÉMARRAGE UNIQUE

Le filetage à départ unique est un filetage à départ unique dont le pas coïncide avec l'amorce et une seule hélice visible, ou point de départ, qui s'étend sur toute la longueur du filetage sur un cylindre. Le pas de filetage permet à l'écrou de se déplacer le long de l'axe lorsqu'un écrou est fermement fixé à un endroit sur un boulon fileté et que la tige tourne de 360 degrés.

FIL À DOUBLE ENTRÉE

Les filets à l'intérieur du trou de l'écrou sont également des filets à double départ lorsqu'il y a un filetage à double départ. Un écrou avance ou se déplace de deux fois le pas du filetage lorsqu'il s'insère dans un boulon ou une tige à double filetage, et la tige tourne de 360 degrés.

FIL À DÉMARRAGE MULTIPLE

Les filets à plusieurs filets se réfèrent à deux filets ou plus ayant le même pas et fonctionnant parallèlement l'un à l'autre. Dans les situations où un système ne nécessite pas d'autoblocage mais plutôt une vitesse de translation élevée le long de l'axe du filetage, les filetages à départ multiple s'appliquent.

Types de fils

Le développement de divers profils de filetage a été influencé par les processus de fabrication historiques et les préférences régionales, qui ont conduit à la normalisation de types de filets spécifiques pour différentes applications. En outre, en raison d'exigences particulières en matière de capacité de charge, il existe différentes normes de filetage. C'est là que la forme du filet est importante. Chaque type de filetage a une fonction distincte et se caractérise par des profils uniques. Ce profil affecte l'apparence et le comportement du filet et comprend des valeurs telles que le pas et l'angle de flanc. Le domaine d'application pour lequel un filet est adapté est également déterminé par le profil du filet. Les types de filets courants se répartissent en plusieurs groupes en fonction de ce profil.

Filets Acme

Ces filets ressemblent en général aux filets carrés, mais ils ont une forme conique, c'est-à-dire qu'ils sont minces en haut et plats en bas. Par rapport aux filets carrés, il est un peu plus facile à couper sur un chantier. Il est en outre considéré comme beaucoup plus solide. La fixation ou le dévissage de l'écrou fendu sur ces filets semble plus facile sur leurs extrémités inclinées. Il n'y a pas de jeu. Ce filetage a un angle de fabrication de 29°. Les vannes en laiton, les étaux d'établi et les tours de décolletage sont souvent équipés d'un filetage acmé.

Filets en forme de V

La forme "V" de l'alphabet anglais apparaît dans ce style de fil. A machine de tournage, machine à fraiserLe taraud, la filière et d'autres outils peuvent couper ou créer ces types de filets. Toutefois, les normes utilisées pour réaliser ces filetages varient. Il s'agit du type de filetage le plus utilisé.

Fils d'arcs-boutants

Ce filet est triangulaire, avec une face orientée perpendiculairement à l'axe de la vis et une seconde face simplement inclinée. Par rapport au filet carré, il a une force de traction plus importante. Les avantages du filet carré et du filet en V sont tous deux fournis par l'unité de filetage à contreforts. Il est aussi solide qu'un filet en V et présente la même faible résistance au frottement que les filets carrés. Pour cette raison, il est applicable dans les situations où il y a une traction excessive d'un côté qui doit être absorbée, comme dans le cas d'un cliquet.

Fil à coudre

Le fil est très résistant. Il est utilisable pour les travaux légers comme pour les travaux lourds et difficiles. La crête et la racine sont toutes deux demi-rondes. Les filets à gorge sont conçus pour fonctionner dans des environnements difficiles où des débris peuvent s'accumuler, grâce à leur profil arrondi qui résiste aux dommages et à l'accumulation de saletés. Ce filet modifie la conception du filet carré, ce qui permet de le couler et de le rouler facilement. Il présente un angle de 30°. Les goulots d'étranglement en verre, les attelages de wagons, les engrenages d'accouplement, les vannes, les raccords, les glissières, les bouches d'incendie, les grands isolateurs moulés utilisés dans le secteur électrique et d'autres articles peuvent tous être dotés d'un filetage à charnière.

Filets de vis sans fin

Bien qu'ils soient plus profonds que les filets Acme, leurs formes sont remarquablement similaires. Ils forment également un angle de 29°. Les filetages à vis sans fin sont couramment utilisés dans les systèmes où la transmission de puissance se fait à angle droit (proche de 90°), comme dans les systèmes d'engrenages à vis sans fin des automobiles. L'angle exact peut varier en fonction de la conception spécifique. Les roues à vis sans fin s'adaptent parfaitement à l'arbre puisque trois de leurs dents sont filetées.

Simple et multithreads

Il est concevable qu'un ouvrage ait plusieurs filets distincts et indépendants en même temps que lui. Par conséquent, lorsqu'un boulon ou une vis est entièrement tourné, on parle de vis à filetage unique. De même, un seul filet est en mouvement. Dans le cas des vis à filets multiples ou à départs multiples, il y a plus d'un filet présent à un moment donné. Les filets indépendants sont des départs, et nous pouvons avoir des départs simples, des départs doubles, des départs triples, etc.

Fils carrés

Un filet carré a une racine extrêmement solide. Il s'agit d'un filet de vis très répandu qui tire son nom de sa section carrée. Ces filets sont utilisés dans les vérins à vis, les presses, les appareils de levage lourd, les transmissions de puissance, les applications sous pression et les équipements de broches de serrage. Bien qu'ils offrent moins de résistance au frottement que les filets Whitworth, les filets carrés ne sont pas aussi robustes que les filets en V. Ils n'ont pas de nombre fixe de filets. Ils n'ont pas de nombre fixe par pouce ni de mesure précise.

Filets coniques

Ce type de filetage a des filets coniques, c'est-à-dire des filets qui sont coupés sur une surface conique. Applicable aux arbres tels que les broches de polissage. Il peut s'agir de filets à gauche ou à droite.

Ces fils ont des fonctions multiples.

Avantage mécanique : S'applique aux mécanismes de levage tels que les crics et les poulies.

Précision: S'assurer que les instruments de mesure, tels que les micromètres, sont précis.

Transmission de l'énergie: le mouvement de l'énergie d'un endroit à un autre.

Contrôle de la vitesse : Régulation et réduction des mouvements.

Pièces de raccordement : Assemblage des boulons et des écrous.

Fils du vendeur

Le fil national américain a un angle de 60° et est un fil en forme de V. Le bas et le haut sont tous deux plats. Ses parties inférieure et supérieure sont toutes deux plates. Ce fil, très utilisé, a été créé par la American Standards Institute (Institut américain de normalisation). En raison de son rapport résistance/poids plus élevé, le National Fine Thread, une variante plus fine, est souvent utilisé dans les industries automobile et aérospatiale.

Filet métrique (M) ou filets internationaux

Le filetage le plus populaire et le plus utilisé en Europe est sans aucun doute le filetage métrique ISO, normalisé au niveau mondial. Il est parfois appelé filetage standard. Les millimètres mesurent le diamètre et le pas. M est la lettre de code du filet métrique. Sa vis est plate et sa racine est ronde. Les paramètres du filetage sont préparés par la norme indienne (IS) 1330-1958 : le diamètre nominal en millimètres vient en premier, suivi du pas (distance entre les filets) en millimètres. À titre d'illustration, la notation "M20 x 2.5" désigne un filet ayant un diamètre de 20 mm et un pas de 2,5 mm, soit 20 filets par pouce.

Filetage aux normes britanniques.

Filet Whitworth standard britannique (BSW)

Le filetage de contrôle grossier britannique a été nommé d'après l'ingénieur britannique Joseph Whitworth. Ce filet devait faciliter l'interchangeabilité. Le filet Whitworth mesure en pouces et a un angle de flanc de 55 degrés. Son sommet, ainsi que sa racine, sont ronds. Il s'applique à de nombreuses tâches, telles que les boulons d'écrous ordinaires.

Filet fin standard britannique. (B.S.F)

La forme de ce filet ressemble à celle du filet BSW. Il présente également un angle de 55°, mais il a plus de filets par pouce, ce qui signifie que les filets sont plus fins. La prise est donc plus forte. Ce boulon à écrou fileté peut être utilisé dans des endroits où les vibrations sont plus importantes.

Filets de tuyauterie aux normes britanniques

Ils ont une coupe de 3/4 de cône par pied et un angle de 55°. Ils sont utilisés pour les conduites de vapeur, les gazoducs et les raccords de tuyauterie sanitaire. En outre, ils sont étanches grâce à leur cône.

Fils de l'association britannique

Ce filetage est présent dans les appareils mécaniques et électriques minuscules et sensibles, notamment les montres, les compteurs, les téléviseurs, les radios et les appareils électriques. Ces filetages s'adaptent aux boulons à écrou de 6 mm ou 1/2′′ et ont un angle de 47 1/2°.

Ce tableau donne un aperçu des différents types de fils et de leurs classifications. Des critères spécifiques et des modifications peuvent exister.

Conception et prise en compte des fils

La conception des filetages est une composante essentielle de l'ingénierie, influencée par des éléments tels que la charge, le matériau, l'environnement et l'application. Les concepteurs tiennent compte du profil, du pas, de la profondeur et de la tolérance des filets pour maximiser les performances. De nombreux types de charges influencent la résistance du filetage, notamment les charges statiques, dynamiques et de fatigue. La durabilité, la résistance à l'usure et la protection contre la corrosion sont toutes influencées par le choix des matériaux. Les variables environnementales telles que l'humidité et la température affectent les performances des filetages. En outre, la fonction du filetage - qu'il s'agisse d'étanchéité, de transmission de puissance ou de fixation - dépend de l'application particulière. Grâce à une évaluation méticuleuse de ces facteurs, les ingénieurs peuvent choisir ou créer des filetages adaptés à toute une série de tâches techniques.

Défaillances des fils et prévention

Le type de filetage a une incidence sur les défaillances des filets. Les filets carrés sont plus susceptibles de se gripper que les filets en V, qui ont tendance à se dénuder plus fréquemment. Les filetages en acmé combinent des éléments des deux types de filetages, tandis que la fatigue des racines peut se produire dans les filetages à contreforts. Les filetages de tuyaux peuvent se dénuder ou se rompre sous l'effet de la corrosion, tandis que les filetages métriques sont sujets à des défaillances générales en fonction de la classe de filetage et de la charge. En tenant compte de ces facteurs, le risque de défaillance des filetages peut être considérablement réduit.

Importance des types de fils et tendances futures

Une connaissance approfondie de la technologie des filetages est indispensable aux ingénieurs. Les composants filetés étant très répandus dans les systèmes d'ingénierie, cette compréhension est essentielle pour leur conception, leur sélection et leur utilisation. Les ingénieurs peuvent résoudre les problèmes avec succès, optimiser les performances des composants et réduire les coûts en ayant une connaissance approfondie des catégories de filets, des matériaux et des méthodes de production. En outre, pour garantir la fiabilité et la sécurité des produits, il est nécessaire de disposer d'une base solide en matière de technologie des filetages.

L'amélioration des capacités des types de filets existants sera probablement l'objectif principal des développements futurs de la technologie des filets. Cela implique la création de nouveaux matériaux plus résistants et plus durables, l'étude de processus de production de pointe pour des géométries de filets complexes et l'intégration de technologies intelligentes pour des filets capables de s'auto-contrôler et de s'adapter. En outre, les secteurs en développement devront se concentrer sur la recherche de moyens d'optimiser les performances des filets dans des environnements difficiles, tels que les milieux corrosifs ou les températures élevées.