Méthodes de resserrement

Un lien avec le savoir-faire

Les assemblages boulonnés sont les plus importants dans l’industrie. Les machines et les installations de plus en plus lourdes exigent des boulons de plus grande taille, avec des matériaux de meilleure qualité qui doivent être serrés de plus en plus fort en fonction de la limite d’élasticité. Cela exige une plus grande précision. En outre, la demande de documentation du processus de serrage comme preuve pour les clients et les assureurs augmente. Le traitement entièrement automatisé d’un protocole de serrage préenregistré minimise le risque d’erreurs.

Plus de 90 à 95 % de tous les assemblages boulonnés industriels sont serrés au moyen d’un couple. En général, on utilise le critère d’un couple final souhaité. Cependant, de plus en plus souvent, d’autres méthodes telles que l’angle de couple et les méthodes de contrôle de la limite d’élasticité sont appliquées. Grâce à un développement continu, les ingénieurs en structure sont de plus en plus capables de calculer la force de précontrainte optimale des assemblages boulonnés. Cela exige un calcul plus précis et une réduction des marges de sécurité. Afin de continuer à répondre à ces exigences, des outils plus avancés que jamais ont été développés. Nous aimerions vous expliquer les méthodes les plus importantes et les plus fréquemment utilisées.

Couple ou méthode de serrage contrôlée par le couple

Dans le cas d’un serrage contrôlé, la clé dynamométrique s’arrête lorsqu’un couple de serrage déterminé est atteint. Dans ce processus, la connaissance du coefficient de frottement est très importante. Tant le lubrifiant que la qualité des composants et de leurs surfaces influencent ce frottement. Des études montrent qu’environ 90 % du couple est utilisé pour le frottement, environ 10 % pour l’extension du boulon. Il est donc important que le coefficient de frottement soit connu et stable pour obtenir des résultats précis en termes de charge du boulon. Des lubrifiants appropriés doivent être utilisés en fonction du coefficient de frottement supposé dans les calculs de couple. La méthode de serrage à couple contrôlé est encore la méthode la plus largement utilisée. Cependant, au fil des ans, des méthodes plus avancées ont été développées pour une meilleure prise en compte de la charge/précharge souhaitée sur les boulons.

Facteur de resserrement conventionnel VDI2230 : αA 1,4 -1,6
Facteur de tension VDI2230 optimisé : αA 1,1 -1,2
Facteur de serrage contrôlé par friction VDI2230 : αA 1,0 -1,1

Méthode de serrage à angle de torsion contrôlé

La méthode de l’angle de torsion mesure indirectement l’allongement du boulon. Au moyen du pas du filet, un angle de rotation peut être lié à l’extension du boulon, qui à son tour est directement proportionnel à la précharge. Cependant, cela ne s’applique que lorsqu’un angle de rotation est complètement converti en une extension du boulon. Il faut ainsi s’assurer que toutes les pièces serrées sont à fleur les unes des autres et que l’application peut supporter la tension superficielle requise avant que l’angle de rotation ne soit réalisé. Pour ce faire, il faut d’abord appliquer un couple de serrage. Cela nécessite un calcul précis.

Cette méthode est particulièrement adaptée aux assemblages boulonnés avec une courte longueur de serrage et se retrouve souvent dans les processus de production. Cette méthode se prête également au mieux aux assemblages boulonnés à trous borgnes ISO 4014, ISO 4017 et ISO 4762, car le contre-écrou ne peut pas tourner. La rotation du contre-écrou réduirait l’angle de rotation net et n’entraînerait pas la charge calculée du boulon. En outre, un lubrifiant approprié doit être utilisé pour éviter que les boulons ne soient rongés. La précision d’un assemblage peut être encore améliorée en le serrant à la limite d’élasticité.

Facteur de resserrement VDI2230 : αA 1,2 -1,4

Méthode de serrage contrôlée par la limite d'étirement

Dans le cas d’un serrage contrôlé par la limite d’élasticité des assemblages boulonnés, les boulons sont serrés jusqu’à la limite d’élasticité lors du serrage. La limite d’élasticité est utilisée comme paramètre de contrôle pour déterminer la précharge. Quel que soit le coefficient de frottement sous la tête du boulon, le boulon est serré jusqu’à la limite d’élasticité.

Cela permet de profiter du fait que lors du serrage des assemblages boulonnés, non seulement une contrainte axiale, mais aussi une contrainte de torsion est créée en raison du frottement du filetage. La référence de la limite d’élasticité est déterminée par la somme des deux charges. Immédiatement après la suppression du couple, la composante torsionnelle se déforme d’environ 50 %. Par conséquent, la précharge diminue et l’articulation retrouve une réserve élastique. La contrainte de torsion restante s’écoule dans le temps suivant. Il s’agit généralement d’un processus de plusieurs heures ou de plusieurs jours.

Comme pour la méthode de l’angle de torsion, la connexion doit d’abord être serrée à un couple de départ avant que l’angle de rotation puisse commencer à compter. Lors de l’assemblage, le couple et l’angle créé sont mesurés, à partir desquels le gradient est calculé. En fonction de la variation du gradient, un système de boulonnage déterminera quand la fin de la capacité élastique du boulon sera atteinte et arrêtera l’outil. Souvent, la pente peut être réglée. Comme le boulon n’est que très peu déformé plastiquement, même les boulons ayant une courte longueur de serrage peuvent être serrés en utilisant la méthode de la limite d’élasticité. Les boulons peuvent également être réutilisés. Attention, cela dépend fortement de la qualité du système de boulonnage utilisé !

Cette méthode est particulièrement adaptée aux assemblages avec des longueurs de serrage courtes et à l’utilisation dans la construction de structures.

Facteur de resserrement VDI2230 : 1,0/non applicable !
Les assemblages boulonnés ne peuvent pas se rompre avec un serrage contrôlé par la limite d’élasticité. Voir la note VDI-2230 – Nov. 2015 Tableau A8.

Limite d'allongement - méthode de serrage à angle contrôlé

Bien que dans une moindre mesure, le montage super-élastique (plastique) des assemblages boulonnés est appliqué avec un succès croissant. Il permet une utilisation optimale du boulon lors de l’assemblage et génère des précharges maximales possibles. Cette méthode améliore la durabilité du boulon :

En raison de la libération partielle de la contrainte de torsion immédiatement après la suppression du couple, les réserves de contrainte sont libérées pour la charge opérationnelle à un stade ultérieur.
Normalement, la charge sur les filets de l’écrou ou du trou borgne n’est pas répartie de manière uniforme, de sorte qu’il peut y avoir une perte de précharge à un stade ultérieur. En déformant (plastiquement) le boulon et l’écrou pendant la précontrainte au-delà du point d’écoulement, on obtient une charge uniforme sur le filetage, qui reste partiellement en arrière. Même après la défécation, le boulon et l’écrou reviennent dans la zone élastique.
Si, après l’assemblage, une déformation plastique du boulon se produit en raison de la charge opérationnelle de l’application, il reviendra dans la plage élastique pour se détendre. La relaxation et la précharge sont toujours liées l’une à l’autre.

Facteur de resserrement VDI2230 : 1,0/non applicable !
Les assemblages boulonnés ne peuvent pas se rompre lors d’un serrage contrôlé par la limite d’élasticité. Voir la note VDI-2230 – Nov. 2015 Tableau A8.

Contrôle du couple - Méthode de serrage avec contrôle de l'angle

Le paramètre de contrôle dans ce processus de serrage est le couple souhaité, où l’angle de rotation obtenu est le paramètre de référence/surveillance à la fin du processus. L’angle de rotation sert de second paramètre de contrôle. Il peut être utilisé, par exemple, pour détecter l’alimentation d’un boulon ou l’écoulement involontaire d’un boulon.

Convient aux classes de risque A, B, C de la norme VDI 2862-2.

Méthode de serrage à couple contrôlé - limite de déformation contrôlée

Le paramètre de contrôle dans cette méthode de serrage est le couple souhaité, et la limite d’élasticité du boulon est le paramètre de contrôle/surveillance. La limite d’élasticité est reconnue par le gradient linéaire entre le couple et l’angle. Si la limite d’élasticité est atteinte, le processus d’assemblage est arrêté. Ainsi, les boulons ne peuvent plus jamais se casser.

Convient à la classe de risque VDI2862-2 : A,B,C.

Limite d'étirement contrôlée - Méthode de surveillance de l'angle

Le paramètre de contrôle dans cette méthode de serrage est le couple nécessaire pour atteindre la limite d’élasticité, et l’angle de rotation effectué est le paramètre de contrôle/surveillance à la fin du processus de montage. Si l’angle de rotation est dépassé avant d’atteindre la limite d’élasticité de l’assemblage boulonné, le processus sera arrêté.

Convient aux classes de risque A, B, C de la norme VDI2862-2.

Resserrement au moyen d'un signal contrôlé de l'extérieur

Avec cette méthode de serrage, le paramètre de contrôle est le couple souhaité ainsi qu’une valeur provenant d’un autre équipement de mesure externe, par exemple un capteur de force/un appareil de mesure de la charge des boulons. Dès que l’équipement externe indique la valeur cible, le processus de montage est arrêté. Cela nécessite une mesure continue et se présente généralement sous la forme d’un signal de courant.

Convient à la norme VDI2862-2, classe de risque A (limitée), B, C.

Analyse de l'angle de pivotement

Ce module d’analyse détermine l’angle de rotation d’un boulon à partir d’un couple de départ défini jusqu’à atteindre le couple de fin défini. Avec cette méthode de montage, le couple final est le paramètre de contrôle. L’angle de couple créé sert d’indication de la précharge avant de resserrer le boulon.

Combinaison de méthodes de resserrement

Certains systèmes sur le marché sont capables de combiner diverses méthodes d’assemblage dans un ordre aléatoire.