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Chapitre VI
MESURE ET CONTROLE DES FILETAGES
Par M. BOUAZIZ
I. ELEMENTS FILETES
Un filetage est une rainure hélicoïdale réalisée sur un cylindre ou un cône extérieurs, ou sur un cylindre intérieur. Dans le premier cas, l'élément fileté est dit vis, dans le second cas, il est dit écrou ou taraudage. L'assemblage est obtenu par vissage de la vis dans l'écrou. La liaison est démontable.
Selon la forme de la rainure, on distingue :
- le filetage triangulaire
- le filetage trapézoïdal
- (^) le filetage rond
I.1. Assemblages filetés
Ils sont de deux types :
I.1.1. Assemblages filetés de fixation :
Pour l'assemblage rigide et sur des pièces statiques, on utilise généralement des filetages triangulaires. Ceux-ci sont caractérisés par un pas faible et par un grand angle des flancs, ce qui leur confère l'effet auto-bloquant qui évite le desserrage des assemblages filetés.
Pour les assemblages filetés très exposés à l'usure, on utilise de préférence le filetage rond qui convient également pour les matériaux qui ne permettent pas la réalisation d'autres profils de filetage; par exemple, la tôle, le verre, les matières céramiques et plastiques. Toutefois, en raison des dimensions réduites des flancs porteurs, ce filetage ne convient pas pour la transmission de forces importantes.
Pour les assemblages fixes où l'on cherche l'étanchéité dans le filet, le filetage est réalisé sur un cône de très faible conicité (filetage pour tubes). L'étanchéité est obtenue par coincement des filets entre eux. Si besoin est nécessaire, un mastic est interposée entre les surfaces filetées pour assurer une étanchéité parfaite.
Les filetages triangulaires sont caractérisés par un angle des flanc de 60° (filetages métrique ISO, américain série UN identique au premier mais exprimé dans le système anglo- saxon, NPT pour tubes), de 55° (filetage anglais dit Whitworth ou filetage GAZ pour tubes) ou de 47°30' (filetage BA : British Association).
Le filetage rond est caractérisé par un angle de flanc de 30°.
I.1.2. Assemblages filetés de transmission de mouvement :
Ces filetages servent à transformer un mouvement rotatif en un déplacement longitudinal. Ils sont généralement à profil trapézoïdal. Ce type de filetage est utilisé dans les
machines-outils, par exemple pour le déplacement de la table d'une fraiseuse, et dans les presses pour atteindre des forces importantes.
Le filetage est caractérisé par un angle des flancs de 30° (filetage trapézoïdal symétrique ISO) ou de 29° (filetage américain dit ACME ).
Le filetage trapézoïdal asymétrique (45° et 3° selon norme française AFNOR ou 45° et 7° selon norme américaine ANSI) est utilisé en artillerie pour supporter des chocs répétés et des efforts axiaux élevés dans un seul sens.
Les normes définissent plusieurs types de filetages, la fig.1 illustre quelques uns.
II. Systèmes de filetages
Deux systèmes de filetages existent : le système métrique où les dimensions sont exprimés dans le système SI (millimètre) et le système anglo-saxon où les dimensions sont exprimés en pouce (1" = 25,4 mm) et le pas en nombre de filets au pouce.
Dans ce chapitre, on n'étudiera que les tolérances et ajustements des filetages métriques à filets triangulaires profil ISO et trapézoïdaux symétriques.
III. FILETAGE TRIANGULAIRE METRIQUE ISO
La fig.2 représente les caractéristiques géométriques de ce filetage.
Les valeurs des tolérances fondamentales, exprimées en μm, s'établissent par les relations empiriques suivantes (norme NFE 03.052) :
III.1.1. Pour la vis (fig.3) :
- Tolérance sur diamètre d 2 de flancs de filets :
(1)
P est la pas en mm et d le diamètre moyen en mm du palier des diamètres nominaux de la vis. le diamètre d s'exprime par la relation : (2)
d (^) min et d (^) max sont les limites du palier renfermant le diamètre nominal considéré.
Les différents paliers sont :
0,99 à F 0A 31,4 ; >1,4 à F 0A 32,8 ; >2,8 à F 0A 35,6 ; >5,6 à F 0A 311,2 ; >11,2 à F 0A 322,4 ; >22,4 à F 0A 345 ; 45 à F 0A 390 ; >90 à F 0A 3180 ; >180 à F 0A 3355.
- Tolérance sur diamètre d sur sommets saillants :
(3)
III.1.2. Pour le taraudage (fig.4) :
- (^) Tolérance sur diamètre D 2 de flancs de filets :
(4)
Les paliers du diamètre nominal pour le taraudage sont les mêmes que ceux pour la vis.
- (^) Tolérance sur diamètre intérieur D 1 :
- Pour P<1 mm : (5)
- Pour P F 0B 3 l mm : (6)
Les valeurs du coefficient K sont données par le tableau suivant :
Tableau II : Valeurs de K en fonction du numéro de tolérance
N° de tolérance 3 4 5 6 7 8 9
Valeur du coef. K 0,50 0,63 0,80 1,00 1,25 1,60 2,
III.1.3. Ecarts fondamentaux :
Il est prévu pour les écarts fondamentaux :
- deux catégorie d'écarts pour le taraudage : G et H
- quatre catégories d'écarts pour la vis : h, g, f et e.
Pour l'écart fondamental H, EI = 0, et pour G, EI > 0. Pour l'écart fondamental h, es = 0, et pour g, f et e, es < 0 (fig.5).
Les valeurs des écarts fondamentaux (en μm) sont exprimées en fonction du pas P (en mm) par les relations indiquées dans le tableau III :
Tableau III : Ecarts fondamentaux (en μm) en fonction du pas P (en mm) Lettre d'écart Ecart fondamental G g f () e () () Valable seulement pour P > 0,3 mm (**) Valable seulement pour P > 0,45 mm
Remarque :
- L'écart f est réservé aux revêtements de faible épaisseur et e aux revêtements de fortes épaisseurs.
- Les valeurs numériques des écarts fondamentaux utilisés pour les profils de filetage ne correspondent pas aux valeurs des mêmes écarts pour les pièces lisses.
III.1.4. Désignation d'une classe de tolérance
La classe de tolérance d'un filetage de diamètre et pas donnés est désignée par un symbole comprenant à la suite l'un de l'autre, dans l'ordre et sans séparation, le numéro de tolérance sur flancs, la lettre d'écart, le numéro de tolérance sommets et à nouveau la lettre d'écart. Ce symbole s'inscrit à la suite du symbole de désignation du filetage et en est séparé par un tiret.
Exemples :
- Vis M M14–5g6g (pas normal) M14x1,5–5g9g (pas fin)
- Taraudage M M14–4H5H (pas normal) M14x1,5–4H5H (pas fin)
Si le numéro de tolérance est le même sur flancs et sur sommets, on n'inscrit qu'une seule fois ce numéro et la lettre d'écart.
Exemple : M14–5g (vis) M14–4H (taraudage)
Un filetage trapézoïdal symétrique est désigné par le symbole "Tr". Pour une vis à un filet, ce symbole est suivi du diamètre nominal et du pas hélicoïdal séparés par le signe x. Pour une vis à plusieurs filets, la désignation comprend en plus le symbole P et le pas du profil.
Exemple : Tr 40 F 0B 46 : vis trapézoïdale à 1 filet, de diamètre 40 mm et de pas 6 mm. Tr 40 F 0B 412P6 : vis trapézoïdale de diamètre nominal 40 mm et de pas hélicoïdal P (^) h = 12 mm et de pas P = 6 mm (nombre de filets : ).
IV.3. Tolérances fondamentales (exceptées pour les vis mères)
Trois degrés de tolérance 7, 8 et 9 sont retenus pour les tolérances du diamètres D 2 du taraudage et des diamètres d 2 et d 3 de la vis. Ces tolérances s'expriment en fonction du diamètre moyen du palier du diamètre nominal, du pas et du degré de tolérance, soit :
TD2, Td (^) 2, Td 3 = f(palier de d, P, degré de tolérance)
Par exemple, pour 45 < d < 90 mm, P = 5 mm et un degré de tolérance de 8, on a : TD 2 = 560 μm, Td 2 = 425 μm et Td 3 = 531 μm.
Les tolérances sur le diamètre extérieur d de la vis et du diamètre intérieur D 1 du taraudage s'expriment en fonction du pas seulement et sont les mêmes pour les trois degrés de tolérance. Par exemple, pour P = 5 mm, on a : TD 1 = 450 μm et Td = 335 μm.
Remarques :
- Les catalogues donnent les valeurs des tolérances en fonction du pas P et non du pas hélicoïdal P (^) h
- Pour les vis à plusieurs filets, multiplier les tolérances TD 2 et Td 2 par les coefficients donnés par le tableau suivant :
Nombre de filets 2 3 4 5 et plus
Coefficient multiplicateur 1,12 1,25 1,4 1,
IV.4. Ecarts fondamentaux
Pour la vis, il est prévu deux écarts fondamentaux désignés par les lettres c et e; leurs valeurs son négatives (fig.7). Ils s'expriment en fonction du pas et sont indépendants du degré de tolérance.
Pour le taraudage, l'écart fondamental est désigné par H, sa valeur est nulle (fig.8).
IV.5. Désignation d'une classe de tolérance et d'un ajustement
La classe de tolérance est désignée par un symbole comprenant le numéro de tolérance et la lettre d'écart. Ce symbole s'inscrit à la suite de la désignation du filetage et en est séparé par un tiret.
Exemple :
Tr 50 F 0B 46–7e : Vis à 1 filet de diamètre nominal 50 mm, de pas P (^) h = P = 6 mm et de classe de tolérance 7e.
Tr 50 F 0B 46–8H : Taraudage à 1 filet de diamètre nominal 50 mm, de pas Ph = P = 6 mm et de classe de tolérance 8H.
Tr 50 F 0B 4l2P6–8H : Taraudage de pas P (^) h = 12 mm, de pas P = 6 mm (donc n = 2 filets), de diamètre nominal 50 mm et de classe de tolérance 8H.
La désignation d'un ajustement fileté est indiquée, dans l'ordre, de la classe de tolérance du taraudage et de celle de la vis séparées par un trait oblique.
Exemples : Tr 50 F 0B 46–8H/7e Tr50 F 0B 4l2P6–8H/7e
IV.6. Classes de tolérances recommandées
Le choix de la classe de tolérance est fonction de la longueur en prise de l'assemblage fileté, Il est retenu deux longueurs en prise : longueur normale (N) et longueur longue (L). La longueur normale s'exprime en fonction du pas et du diamètre moyen du palier, par exemple, pour 45 < d < 90 mm et P = 5 mm, la longueur en prise normale est de 26 à 78 mm.
Le tableau V indique les classes de tolérance recommandées.
Tableau V : Classes de tolérances recommandées Taraudage Vis
Longueur en prise Normale Longue Normale Longue
Qualité moyenne 7H 8H 7e 8e
Qualité grossière 8H 9H 8c 9e
V. CONTROLE PAR LA "METHODE DES PIGES"
V.1. Expression de la cote sur piges
Cette méthode consiste à mesurer la cote sur piges C (^) mes et la comparer à la valeur théorique C (fig.9).
V.2.Tolérance de la cote sur piges
Posons : (18) il vient : (19)
Compte tenu de la tolérance sur d2, on aura :
(20)
(21)
ce qui donne : (22)
Les écarts supérieur et inférieur de la cote C sont donnés par les relations suivantes :
(23)
(24)
BIBLIOGRAPHIE
[1] R. QUATREMER et coauteurs : Précis de construction mécanique, tome 1 : Projets- études, composants, normalisation. AFNOR - Nathan, 1996. Paris.
[2] J.P. TROTIGNON et coauteurs : Précis de construction mécanique, tome 2 : Projets- méthodes, production, normalisation. AFNOR - Nathan, 1996. Paris.
[3] J. L. FANCHON : Guide des sciences et technologie industrielles. AFNOR - Nathan, 1994.Paris.
[4] M. MAJOUR et J. HABERT : Contrôle des filetages. Techniques de l'ingénieur, R 1285, Octobre 1987. France.
[5] PMS : Catalogue d'instruments de mesures de "Précision Mécanique Savoie". France.
[6] (^) G.P. VAILLEAU : Etalons de filetage et calcul d'incertitude. Techniques de l'ingénieur, R1288, volume R5. Avril 1995. France.
[7] J. VERGNAS : Usinage, technologie et pratique. Dunod 1989. Paris.
