Mécanismes : le filetage

Ils maintiennent tout ensemble, de la montre la plus délicate au plus grand pont. Le monde est littéralement empêché de se désagréger grâce à des vis et des boulons, et pourtant nous ne pensons pas souvent à ces mécanismes. Cela est probablement dû en partie au fait que nous sommes devenus si bons dans leur fabrication qu'ils sont considérés comme des produits bon marché, mais la physique et l'ingénierie derrière le filetage sont intéressantes.

Nous nous souvenons probablement tous d’une première leçon de science dans laquelle les éléments de base de tous les mécanismes étaient exposés. Les machines simples sont des mécanismes qui utilisent une force appliquée pour effectuer un travail, comme le plan incliné, le levier et la poulie. Par exemple, un plan incliné, en forme de coin de fendage, dirige la force des coups contre sa face plane vers un morceau de bois, forçant le bois à se séparer.

Les filetages de vis sont une autre machine simple et peuvent être considérés comme un long plan incliné légèrement incliné enroulé autour d'un cylindre. Découpez un long triangle rectangle dans du papier, enroulez-le autour d'un crayon en commençant par la grosse extrémité, et l'hypoténuse forme une rampe hélicoïdale qui ressemble à un fil. Bien entendu, pour qu’un filetage puisse effectuer un travail, il doit dépasser de plus que l’épaisseur d’un morceau de papier, et la forme de la saillie détermine les propriétés mécaniques de la vis.

Le profil de filetage le plus courant est le simple filetage en V, avec des faces opposées du filetage formant un angle de 60°. Cet angle de filetage est un compromis qui équilibre l'efficacité, le taux d'usure, la résistance et, surtout, le frottement des filetages. Parallèlement au pas, ou au nombre de filetages par unité de longueur, le frottement du filetage contribue à la propriété d'autoblocage ou de « non-révision » de la plupart des filetages de vis. Les filetages autobloquants convertissent facilement une force de rotation en force axiale, mais pas l'inverse. Il est facile de voir cette propriété en action : un écrou tourne facilement sur une vis avec la pression du doigt, mais poussez l'écrou aussi fort que possible le long de l'axe long de la vis et la vis ne commencera pas à tourner. Le verrouillage automatique empêche les outils tels que les vérins à vis de se dérouler sous charge.

Les profils de filetage peuvent être modifiés à partir du profil en V standard pour de meilleures performances sous différentes charges. Le profil Acme, une forme trapézoïdale avec des faces formant un angle inclus de 29° et de grandes crêtes et racines plates, est particulièrement adapté aux applications à forte charge comme les étaux et les pinces. On le trouve également dans les vis mères telles que celles utilisées dans les actionneurs linéaires que l'on trouve dans tout, des lecteurs DVD aux machines CNC. Le profil Acme se retrouve également dans les vis mères de la plupart des tours à métaux car il fonctionne bien avec les écrous fendus. Les écrous fendus sont exactement ce à quoi ils ressemblent : un élément fileté intérieurement qui a été fendu dans le sens de la longueur et peut être ouvert et fermé autour d'une vis mère. Ceci est utilisé avantageusement dans les opérations de filetage, où l'écrou fendu se ferme autour de la vis mère au début du filetage et s'ouvre à la fin de la coupe, démarrant et arrêtant le mouvement de l'outil de coupe contre la pièce à usiner à des endroits reproductibles.

Pour les filetages de précision et la production en faible volume, les filetages coupés sont courants. Les filetages coupés sont produits soit dans un tour, soit dans une machine CNC en enlevant de la matière pour former le profil du filetage, soit avec un outil de coupe de filetage translaté dans le sens de la longueur contre une pièce en rotation, soit avec un taraud (pour les filetages internes) ou une filière (pour les filetages externes). ).

Cependant, couper des filetages prend du temps, c'est pourquoi, pour la production en série, les filetages externes sont généralement formés par une opération de roulage. Une ébauche forgée est serrée étroitement entre une paire de matrices rainurées, dont l'une est fixe. La matrice opposée se déplace perpendiculairement à l'axe long de l'ébauche, en y enfonçant le profil du filetage. Puisqu’aucun matériau n’est retiré de l’ébauche et que le matériau est écroui, les fils roulés peuvent être plus résistants que les fils coupés. Le processus de laminage est également convivial et les machines à rouler peuvent produire des milliers de pièces par minute.

Les filetages internes des écrous ne se prêtent pas au laminage, c'est pourquoi la plupart des écrous produits en série sont formés par un processus de forgeage à chaud. Des limaces de métal chaudes sont frappées par des matrices qui forment le profil de la tête et perforent le trou central. Ensuite, les ébauches refroidies sont envoyées vers une machine à tarauder qui coupe les filetages internes à l'aide d'un taraud.