BOLTED

Forum dédié à l’optimisation
de la sécurisation des assemblages

Une solution à la hauteur

IL Y A PRÈS DE DEUX ANS, l’entreprise américaine All Energy Management (AEM) a commencé à concevoir des équipements de modernisation et à former des entreprises assurant l’entretien de 1 000 éoliennes au Royaume-Uni, aux États-Unis, au Canada et en Italie. Lorsque les travaux ont commencé, on a découvert que les chevilles fixant les pales des éoliennes aux rotors ainsi que les trous dans lesquels elles étaient insérées s’usaient prématurément. En raison de l’espace réduit et du poids des équipements, il était impossible d’effectuer l’alésage en ligne et le soudage en haut de l’éolienne. La seule solution consistait à remplacer le rotor et les chevilles, ce qui a pris environ dix jours ouvrables et a coûté 15 000 dollars.

Par la suite, AEM a entamé des discussions avec Expander pour concevoir une solution plus rapide, plus efficace, plus sûre et en définitive moins coûteuse. AEM a mis au point un système  permettant de percer les trous avant d’installer les chevilles afin de garantir la fiabilité de l’assemblage.

Expander a fourni des ensembles de trois axes pour articulations et de trois manchons surdimensionnés qui s’adaptaient parfaitement aux trous en fonction de l’usure. La réduction du nombre de pièces a permis une installation plus rapide et plus simple, et le système Expander s’adaptait parfaitement au trou, ce qui a mis fin aux mouvements à l’origine de l’usure.

Cela fait désormais un an qu’AEM utilise cette solution et l’entreprise est tout à fait satisfaite du résultat. « Alors que pour réparer une éolienne, il fallait auparavant trois jours à quatre ouvriers, cela prend désormais moins d’une journée à seulement deux personnes, affirme Ian Sleger, directeur des opérations. Les employés d’Expander sont très arrangeants et cette solution nous libère du temps pour nous concentrer sur d’autres questions. »

Maintenir des hélicoptères sans pilote dans les airs

CONÇUS POUR INTERVENIR dans les conditions les plus difficiles, les hélicoptères de pointe sans pilote APID One de la société suédoise CybAero s’adaptent facilement aux besoins uniques des clients.

 

Le produit est composé de quatre éléments principaux : la plateforme hélicoptère, la charge utile, la liaison de données et la station au sol. L’hélicoptère peut être équipé de différents capteurs et il est conçu de telle sorte que ces systèmes peuvent être rapidement remplacés. Il peut s’agir de caméras vidéo, de haut-parleurs, de projecteurs, de caméras infrarouges, de caméras électro-optiques ainsi que de radars optiques à ouverture synthétique. Grâce à leur modularité, ces drones sont adaptés à diverses applications, de l’inspection de lignes électriques aux missions de contrôle des frontières, en passant par la recherche et le sauvetage.

En matière de sécurité, c’est le type d’applications pour lesquelles on ne peut pas se permettre de prendre des raccourcis. Pour que les missions essentielles se déroulent sans accroc, CybAero fait confiance à la technologie à effet de cames du groupe Nord-Lock.

En effet, depuis 2009, le groupe Nord- Lock fournit des rondelles de blocage pour la poutre de queue, le système d’échappement et le moyeu du rotor principal de l’hélicoptère APID One. Sur ce type d’applications, les pièces sont particulièrement exposées aux vibrations, à la chaleur et à des forces extrêmes. Or, on sait qu’il s’agit des principales causes de desserrage des verrous et des vis.

« Nous avons choisi la technologie Nord-Lock pour sa résistance unique aux vibrations, explique Mikael Smith, PDG de CybAero. Un assemblage vissé solide entraîne moins d’usure, ce qui augmente la longévité du produit et réduit la probabilité de défauts et de défaillance ainsi que la maintenance nécessaire.

UN MANIEMENT AISÉ

Lorsqu’il faut atteindre rapidement des zones inaccessibles, le maniement aisé constitue une caractéristique essentielle de l’hélicoptère sans pilote APID One. Les verrières, le fuselage et l’avionique ont été conçus pour être empaquetés, transportés et entretenus facilement.

Grâce à Nord-Lock, CybAero a augmenté la longévité de ses produits, réduit la probabilité de défauts et de défaillances ainsi que la maintenance nécessaire.

L’image de droite représente un moyeu de rotor sécurisé par des rondelles Nord-Lock.

 

 

La fabrication des vis

Les vis constituent un composant élémentaire de la mécanique et de la construction. Pourtant, leur production est complexe. Il s’agit d’ un processus de pointe comprenant de nombreuses étapes. Découvrez comment l’acier brut est transformé en pièces hautement spécialisées et très précises.

Article publié dans le magazine : Bolted #1 2018.

IL EXISTE DES FORMES et des tailles de vis très variées, mais leur processus de production est globalement identique. Cela commence par le forgeage à froid d’un fil d’acier qui prend la forme adéquate, suivi d’un traitement thermique destiné à améliorer la résistance des pièces, puis d’un traitement de surface visant à augmenter leur longévité, pour finir par le conditionnement et l’expédition. Toutefois, pour les pièces les plus pointues, le processus de production compte un certain nombre d’étapes supplémentaires.

Fournisseur de premier rang d’éléments de fixation pour l’industrie automobile, le fabricant suédois Bulten est très performant dans chaque étape de la production de vis. « Nous ne produisons pas de pièces catalogue. Tous nos produits sont personnalisés et correspondent aux spécifications du client, explique Henrik Oscarson, directeur technique de l’usine de production de Bulten à Hallstahammar, en Suède. En fonction de l’application dans laquelle la fixation sera utilisée, différents processus de production permettent de fabriquer la vis adaptée. »

POUR LE FORGEAGE À FROID, on commence par dérouler du fil-machine en acier afin de le couper à la bonne longueur. La nuance d’acier est standard dans l’industrie et définie par la norme ISO 898‑1. Grâce à des outils spéciaux, le fil est ensuite forgé à froid pour prendre la forme adéquate. C’est là que l’acier est forgé, à température ambiante, dans une série de matrices à haute pression. Les outils utilisés sont eux-mêmes assez complexes. Ils peuvent contenir jusqu’à 200 pièces différentes et leur tolérance peut atteindre le centième de millimètre. Une fois mise au point, la frappe à froid assure une production très rapide de gros volumes de vis de manière très uniforme.

Pour les vis plus complexes dont la forme ne peut pas être obtenue uniquement par forgeage à froid, des étapes supplémentaires de tournage ou de perçage sont parfois nécessaires. Le tournage suppose de faire tourner la vis à haute vitesse pendant que l’on coupe l’acier afin d’obtenir la forme souhaitée. Le perçage permet de réaliser des trous dans la vis. Lorsque c’est nécessaire, des rondelles peuvent être fixées à la vis à cette étape du processus.

LE TRAITEMENT THERMIQUE est un processus standard pour toutes les vis : celles-ci sont exposées à des températures extrêmement élevées afin de durcir l’acier. Le filetage est généralement réalisé avant le traitement thermique, par roulage ou par usinage, lorsque l’acier est moins dur. Le roulage est très semblable au forgeage à froid : la vis passe dans une matrice qui imprime les filets dans l’acier. L’usinage consiste à découper et à retirer de l’acier pour former les filets.

Le traitement thermique modifie les propriétés de l’acier pour le rendre plus résistant. Il est donc plus facile et plus rentable de réaliser le filetage avant cette étape. Toutefois, lorsque le filetage est réalisé après le traitement thermique, la pièce est plus résistante à la fatigue.

« Le traitement thermique peut entraîner des marques de surchauffe et des détériorations mineures de la vis, précise Henrik Oscarson. C’est pourquoi certains clients exigent que le filetage ait lieu après le traitement thermique, notamment pour les vis destinées aux moteurs ou aux têtes de cylindre. Il s’agit d’un processus plus coûteux, car il nécessite de former de l’acier durci, mais les filets conservent davantage leur forme. »

Sur les vis dont la longueur est plus de dix fois supérieure au diamètre, il arrive que l’acier reprenne la forme enroulée du fil-machine d’origine après le traitement thermique. Un processus de redressage doit alors être appliqué.

LE TRAITEMENT DE surface appliqué est déterminé par l’application à laquelle la vis est destinée et par les exigences du client. Souvent, les éléments de fixation doivent être résistants à la corrosion. On applique donc fréquemment un revêtement zingué grâce à un procédé électrolytique. La vis est alors immergée dans un liquide contenant du zinc auquel on applique un courant électrique afin que le zinc forme un revêtement sur la pièce. Toutefois, le traitement électrolytique est associé à un risque plus élevé de fragilisation par l’hydrogène. L’autre solution consiste à appliquer un zingage lamellaire qui offre une résistance à la corrosion encore meilleure, mais pour un prix supérieur.

LORSQUE LA RÉSISTANCE à la corrosion n’est pas essentielle, par exemple pour un élément placé dans un moteur ou une application régulièrement huilée, la phosphatation est une solution plus rentable.

Lorsque le traitement de surface a été appliqué, les vis standard sont généralement prêtes pour le conditionnement. Cependant, certains éléments de fixation nécessitent un assemblage supplémentaire, par exemple sur un support. Sur d’autres, un frein-filet doit être appliqué, sous forme solide ou liquide. Un frein-filet est une couche de nylon épaisse placée sur les filets qui permet d’augmenter l’adhérence dans les filets. Un frein liquide permet d’améliorer l’installation pour les vis autotaraudeuses.

AU TERME DE ce processus, la vis est terminée. Il ne reste plus qu’à effectuer le contrôle qualité pour garantir l’uniformité et la régularité des pièces avant de les conditionner et de les expédier.

LE PROCESSUS DE PRODUCTION

1. FIL-MACHINE
Il est déroulé, redressé et coupé à la longueur souhaitée.

2. FRAPPE A FROID
L’acier est forgé à température ambiante pour adopter la forme requise.

3. TÊTE DE LA VIS
Elle est formée au cours d’étapes successives de matriçage à haute pression.

4. FILETAGE
Les filets sont formés par roulage ou usinage.

5. TRAITEMENT THERMIQUE
La vis est exposée à des températures extrêmes pour durcir l’acier.

6. TRAITEMENT DE SURFACE
Dépend de l’application. Le zingage est fréquent pour augmenter la résistance à la corrosion.

7. CONDITIONNEMENT/STOCKAGE
Après un contrôle qualité destiné à vérifier l’uniformité et la régularité des vis, celles-ci sont conditionnées.

Les vainqueurs du concours SpaceX ont choisi des rondelles de blocage

Article publié dans le magazine: Bolted #1 2018.

EN 2015, ELON MUSK, le milliardaire qui finance les entreprises Tesla et SpaceX qui mettent au point des technologies de transport futuriste, a lancé le concours Hyperloop Pod Competition. Il invite les étudiants à concevoir les meilleures navettes possible pour l’Hyperloop, le moyen de transport imaginé par Elon Musk grâce auquel nous voyagerons dans une capsule en lévitation sur des rails, capsule qui se déplacera à une vitesse supersonique dans un réseau de tunnels géants qui reliera les plus grandes villes du monde.

Lors de l’édition 2017, c’est finalement l’équipe WARR Hyperloop de l’Université technique de Munich qui a remporté le trophée en titane. Elle a battu le record mondial de vitesse pour une navette de l’hyperloop en utilisant les rondelles de blocage Nord-Lock afin de sécuriser chaque vis de la capsule.

FORTE DE 30 MEMBRES, l’équipe WARR Hyperloop était divisée en plusieurs sousgroupes qui s’occupaient de différents domaines, de la conception sur ordinateur au marketing, en passant par la structure, l’approvisionnement et le financement. Florian Janke, responsable du sous-groupe chargé de la conception sur ordinateur, explique que le projet de système de transport futuriste ultrarapide porté par Elon Musk l’a enthousiasmé, notamment l’idée que l’on pourrait se rendre de Munich à Berlin en seulement 30 minutes.

Il déclare : « lorsque Elon Musk a lancé se concours SpaceX, il fallait que j’y participe. Nous étions bien classés à toutes les étapes de l’Hyperloop Pod Competition. Lors de la dernière étape, qui mettait l’accent sur la vitesse maximale, nous avons atteint 324 km/h. »

La navette légère de WARR Hyperloop a pulvérisé le précédent record qui était de 310 km/h et qui avait été établi par l’équipe californienne Hyperloop One, dans un tube mesurant 500 mètres. « Bien entendu, lorsque l’on effectue un test à une telle vitesse dans un tube relativement court (1,2 km), il y a beaucoup d’accélération et de vibrations, explique M. Janke. Il était essentiel de sécuriser les assemblages. Nous avons donc utilisé les rondelles de blocage Nord-Lock qui maintenaient fermement les vis en place. Elles correspondaient parfaitement à nos besoins. »

L’équipe WARR s’est inscrite au prochain concours Hyperloop, le troisième de ce type, et a passé avec succès la première étape. Certains membres de l’équipe participent à l’édition 2018, occupant de nouveaux postes au sein du groupe, mais la plupart poursuivent leurs études. Quelques-uns se rendent de salon en salon pour présenter la navette lauréate en 2017.

L’ÉQUIPE A TRAVAILLÉ en étroite collaboration avec de nombreux fabricants pour obtenir un soutien financier et différentes pièces. Certains membres ont depuis décroché des entretiens auprès de ces entreprises et envisagent désormais d’y travailler.

Les conseils avisés des experts en assemblages vissés

Bolted a eu la chance de rencontrer le plus grand spécialiste des assemblages, M. Tomotsugu Sakai. Son livre intitulé Bolted Joint Engineering – Fundamentals and Applications (Ingénierie des assemblages vissés – Principes fondamentaux et applications) continue à faire autorité en matière d’assemblages vissés.

Article publié dans le magazine : Bolted #1 2017.

Comment définiriez-vous la fixation idéale dont vous parlez également dans votre livre ?

« Dans l’idéal, une fixation doit être conçue à partir d’éléments standard très courants plutôt qu’à partir de pièces réalisées spécifiquement pour une application. Et surtout, une fixation idéale doit garantir un assemblage vissé qui n’entraînera aucune défaillance. L’ensemble du produit conçu est invalidé si une seule défaillance se produit. Il faut faire attention à tous les aspects. J’estime que le plus important est “l’évaluation sans omission”. »

L’utilisation de lubrifiants constitue-t-elle un avantage pour les assemblages vissés ?
« Oui, si les pièces serrées ne glissent pas l’une contre l’autre, la baisse du coefficient de frottement est une bonne chose, à tous points de vue. Si les pièces serrées se trouvent dans un “environnement de dévissage”, un dévissage est plus probable si le coefficient de frottement est faible, bien que cela n’entraîne pas toujours le dévissage.

Les objets sont dans un “environnement de dévissage” s’ils glissent sans cesse l’un contre l’autre et que la force dépasse un certain seuil. »

Comment les forces externes causent-elles un glissement, en fonction de la direction du cisaillement, de la direction axiale et de la torsion ?
« Si une force externe est appliquée dans la direction du cisaillement, cela entraîne un glissement. Si elle est appliquée dans la direction axiale, les objets fixés sont séparés : c’est la séparation. Dans ces conditions, plus le coefficient de frottement est faible, plus le desserrage est probable.

Dans Bolted Joint Engineering – Fundamentals and Applications, j’ai utilisé une vision classique du phénomène de glissement, en décrivant le glissement des objets fixés sur la surface de contact, c’est-à-dire les “macroglissements”. Ceux-ci peuvent être observés à l’œil nu, puisque la confirmation visuelle est possible à partir de 0,1 mm seulement. En 1988, on a découvert que des “microglissements” invisibles se produisaient avant les macroglissements et entraînaient une rotation tellement faible qu’elle ne pouvait pas être confirmée à l’œil nu, qu’elle se produise dans le sens du desserrage ou non. Ce phénomène de “microglissement” diminue progressivement la force axiale. Il a été décrit pour la première fois dans un article du Journal of the Japan Society for Precision Engineering. »

« Si les pièces serrées sont en contact l’une avec l’autre, les expériences classiques ne peuvent pas mesurer le glissement d’une section précise de la surface de contact ou d’autres sections. Toutefois, toutes ces valeurs peuvent être calculées à l’aide de la méthode des éléments finis (FEM). Elle est utilisée dans le secteur des fixations depuis l’an 2000 environ, et aujourd’hui, la plupart des recherches sur les fixations filetées font appel à cette méthode. Un article publié par Satoshi Izumi et al. en 2006 expliquait que le desserrage par rotation se produisait plutôt avec les microglissements (glissements invisibles de quelques minutes) qu’avec les macroglissements (glissements clairs et visibles). J’ai été stupéfait la première fois que j’ai lu cet article qui précise que des microglissements répétés entraînent un desserrage par rotation infime, de 1 degré pour 1 000 mouvements, soit 1/1000e de degré à chaque fois. Une rotation d’1/1000e de degré n’est pas visible à l’œil nu. Grâce à la méthode des éléments finis, ce phénomène peut parfaitement être étudié, et il a été démontré que le microglissement entraîne un desserrage par rotation. J’étais dans le pétrin ! [Rires] Ces résultats remettaient totalement en cause le concept de “glissement critique ». »

« Je pensais que les microglissements entraîneraient naturellement une usure par frottement, mais je n’avais pas envisagé qu’ils causeraient un desserrage par rotation. Je n’avais aucun moyen de tester cette hypothèse à l’époque. Cette expérience m’a ouvert les yeux. »

INFORMATIONS : Microglissement
Un glissement invisible à l’œil nu. Réduisant progressivement la force de serrage, il peut finir par entraîner un desserrage par rotation visible (dévissage ou macroglissement). Le tassement et la relaxation des matériaux peuvent également réduire la force de serrage. Le groupe Nord-Lock a conçu les rondelles X-series qui permettent d’éviter les deux formes de glissement. Elles luttent contre tous types de perte de force de serrage grâce à leur effet de ressort, tandis que l’effet de cames prévient le dévissage spontané.

INFORMATIONS : Tomotsugu Sakai

  • 1941 – Naissance à Okazaki, au Japon.
  • 1979 – Après avoir travaillé pour Toyota Motor Corporation, obtient son doctorat en ingénierie, son travail portant essentiellement sur les tests de résistance et de durabilité, ainsi que sur la recherche et le développement sur différentes pièces automobiles.
  • 2001 – Embauché par Toyota Techno Service Corp en tant que consultant pédagogique et technique sur les fixations filetées.
  • 2007 – Prend sa retraite et fonde Sakai Consulting Office on Bolted Joint Engineering qui fournit des conseils pédagogiques et techniques sur les assemblages vissés, jusqu’à aujourd’hui.

Rondelles triple protection pour le transport de matières radioactives

23 février 2018
commentaire

Texte: Ulrich Schamari

photo: ILLUSTRATIONS: Daher Nuclear Technologies

Article publié dans le magazine Bolted #2 2017.

LE DÉFI

Daher Nuclear Technologies GmbH, une entreprise située à Hanau, près de Francfort-sur-le-Main, en Allemagne, conçoit des conteneurs pour le transport de substances radioactives. Pour des raisons évidentes, ces conteneurs doivent être extrêmement sûrs.

Lors de la conception de son nouveau conteneur pour le transport de l’hexafluorure d’uranium, la société a dû tenir compte des exigences nationales et internationales très strictes, notamment des recommandations de l’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA) concernant le transport routier, ferroviaire et maritime. Un conteneur respectant ces exigences doit, par exemple, être résistant aux contraintes mécaniques et thermiques qui peuvent survenir en cas d’accident.

Ces différentes charges mécaniques accidentelles sont simulées lors d’une série de tests qui impliquent notamment une chute de 120 cm suivie d’une chute de 9 m, puis d’une chute de 1 m sur une pointe. Le conteneur doit rester étanche afin que le test suivant, un incendie, ne compromette pas sa sécurité.

LA SOLUTION

Daher a entrepris de concevoir les verrous du conteneur de manière à ce que les boulons de blocage ne se desserrent ni ne soient perdus dans aucun cas, pendant le chargement du conteneur sur un camion ou pendant le transport. Au terme d’une recherche intensive, l’entreprise s’est tournée vers les rondelles de blocage Nord-Lock NL16-254SMO. Ces rondelles de sécurité représentent des composants importants dans le triple système de verrouillage de Daher : le verrou est sécurisé par un boulon dont la position est elle-même verrouillée par un autre boulon. Les rondelles de blocage de Nord-Lock se trouvent sous ce deuxième boulon. Chaque conteneur est équipé de six verrous, et chaque verrou est sécurisé par une paire de rondelles Nord-Lock.

LE RÉSULTAT

Grâce à la technologie à effet de cames de Nord-Lock, les systèmes de verrouillage présents sur les conteneurs de transport de Daher destinés à l’industrie nucléaire ne sont plus sujets à l’usure due aux vibrations ou aux contraintes. Ils restent hermétiquement verrouillés et parfaitement sûrs. Daher était également satisfait de constater la rentabilité du produit Nord-Lock et la simplicité de la maintenance. Si nécessaire, les rondelles de blocage peuvent être remplacées à tout moment pour garantir que les conteneurs de transport restent en excellent état. Les conteneurs ont une durée de vie de 30 ans, une longévité notamment due aux rondelles Nord-Lock.

Les Experts : Augmenter la résistance à la fatigue

Article publié dans le magazine: Bolted #2 2015.

Q : Comment améliorer la résistance à la fatigue ?
R : Comparée à sa haute résistance statique, la capacité en fatigue d’un assemblage vissé est très faible. Pour augmenter cette capacité, les concepteurs peuvent augmenter la capacité du filet et/ou réduire les contraintes alternées dans ce dernier.

Afin d’augmenter la capacité en fatigue du filet, il est recommandé d’utiliser des filets roulés au lieu des files usinés.

Et pour augmenter la capacité totale d’un assemblage vissé, il est conseillé d’utiliser plusieurs fixations à petits diamètres à la place d’une grosse fixation.

La capacité en fatigue peut également être augmentée grâce à  des connecteurs plus performants, par exemple un Superbolt (Tensionneur à vis multiples) ou/et un écrou Flexnut qui améliorent la distribution de la charge sur les filets et augmente la réserve élastique de l’assemblage vissé.

Le meilleur moyen d’augmenter la résistance à la fatigue est de réduire les contraintes alternées dans les filets. Il existe trois grandes phases sur-lesquelles l’utilisateur peut agir: Conception de l’assemblage, son serrage et sa sécurisation.

La phase de conception de l’assemblage permet d’améliorer la distribution de la charge sur les éléments de fixation de l’assemblage et de réduire le niveau de contraintes supportées par chaque élément. Pour cela, gardez à l’esprit ces grands principes :

1. Utilisez la précharge la plus élevée possible.
2. Réduisez l’excentricité de la vis par-rapport à la charge.
3. Utilisez des surfaces de contact les plus étendues possibles.
4. Utilisez des longueurs de serrage les plus grandes possibles.
5. Dans la plupart des cas, utilisez une précontrainte supérieure au niveau d’effort extérieur à supporter.

Lors de la conception, vous pouvez également appliquer d’autres méthodes, par exemple en faisant appel à des rondelles élastiques qui compensent les effets de la relaxation, du fluage et de la dilatation thermique différentielle.

En ce qui concerne le serrage de l’assemblage, l’obtention de la précharge nécessaire constitue le meilleur moyen de réduire les contraintes alternées. Il est recommandé d’utiliser des outils calibrés et ayant une précision élevée. Il est également conseillé d’avoir recours à un lubrifiant adapté pour obtenir une précontrainte précise et réduire le risque de grippage. Une séquence de serrage adéquate doit être adoptée pour limiter le risque de charge inégale sur les vis et pour assurer l’intégrité globale de l’assemblage vissé. En outre, il est recommandé de sécuriser l’assemblage vissé pour éviter la perte de précontrainte. Protégez également l’assemblage contre les effets environnementaux comme la corrosion qui pourraient initier une fissure de fatigue. Pour cela, sélectionnez des matériaux ou des revêtements adaptés pour les pièces et les fixations.

 

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Petite ­histoire de l’assemblage vissé

20 décembre 2017
commentaire

Texte: Alannah Eames

photo: Illustration: Kent Zeiron

À première vue, un assemblage vissé est un simple élément qui relie deux pièces. Pourtant, si l’on y regarde de plus près, on s’aperçoit que les boulons et les vis, en apparence insignifiants, sont beaucoup plus importants qu’on ne le pense. Sans eux, tous nos gadgets et toutes nos machines tomberaient en morceaux.

History of the bolt drawings

First published in Bolted #2 2012.

Les assemblages vissés figurent parmi les éléments les plus utilisés dans la construction et la conception de machines. On les trouve partout : qu’il s’agisse de vis dans les brosses à dents électriques et les gonds ou des énormes assemblages qui sécurisent les piliers de béton des immeubles. Pourtant, vous êtes-vous déjà demandé quelle était leur origine ?

Bien que l’histoire du filetage remonte à l’an 400 avant notre ère, les progrès les plus importants dans l’élaboration de la vis et du boulon actuels ont eu lieu au cours des 150 dernières années. Les experts ne sont pas tous d’accord sur les origines de la vis et de l’écrou. Dans son article intitulé « Nuts and Bolts », Frederick E. Graves indique que le concept de vis filetée et d’écrou compatible ne remonte qu’au XVe siècle. Il tire ses conclusions de la première trace écrite des vis que l’on trouve dans un livre du début du XVe siècle.

Cependant, Graves reconnaît que, si le boulon fileté date du XVe siècle, le boulon non fileté remonte à l’Empire romain où il était utilisé pour « barrer les portes, en tant que pivots pour ouvrir et fermer les portes et comme clavette de serrage : il s’agissait d’une barre ou d’une tige munie d’un trou dans lequel un coin était inséré de manière à ce que le boulon ne puisse plus bouger. » Il laisse également entendre que les Romains ont conçu la première vis fabriquée en bronze ou même en argent. Les filets étaient creusés à la main ou constitués d’un fil soudé autour de la tige.

D’après les recherches de Bill Eccles, expert en assemblages vissés, l’histoire du filetage des vis est beaucoup plus ancienne. Archimède (287 av. J.-C. – 212 av. J.-C.) avait déjà inventé le principe de la vis et l’a utilisé pour fabriquer des appareils destinés à faire remonter l’eau. Cependant, certains éléments indiquent que cette vis aurait été présente en Égypte avant l’époque d’Archimède. Elle était en bois et servait à irriguer les terres ainsi qu’à drainer l’eau de fond de cale des bateaux. « Toutefois, beaucoup pensent que le filetage de vis a été inventé aux alentours de l’an 400 avant notre ère par [le philosophe grec] Archytas de Tarente, souvent considéré comme le fondateur de la mécanique et contemporain de Platon », précise Bill Eccles sur son site Web.

L’invention du boulon s’est donc déroulée en deux étapes : le filetage remonte aux environs de l’an 400 av. J.-C. et était utilisé sur des appareils comme les spirales pour faire remonter l’eau ou les pressoirs à raisin pour le vin et les assemblages eux-mêmes ont été conçus il y a environ 400 ans.

Au XVe siècle, Johannes Gutenberg utilisait des vis pour fixer ses presses à imprimer. L’utilisation des vis s’est alors répandue et on les a appliquées à d’autres objets comme les horloges et les armures. D’après Frederick E. Graves, les carnets de Léonard de Vinci datant de la fin du XVe siècle et du début du XVIe siècle contiennent plusieurs dessins de machines à fileter.

Les chercheurs s’accordent tous sur un point : c’est la révolution industrielle qui a accéléré le perfectionnement de la vis et de l’écrou et leur a donné une place importante dans le monde de l’ingénierie et de la construction.
Dans son ouvrage intitulé « History of the Nut and Bolt Industry in America », paru en 1905, W.R. Wilbur indique que la première machine destinée à fabriquer des boulons a été créée en France en 1568 par Besson qui a ensuite inventé la jauge ou plaque de filetage utilisée sur les tours. En 1641, la société anglaise Hindley, de York, a amélioré l’appareil et son utilisation s’est généralisée.

De l’autre côté de l’Atlantique, on trouve des documents relatant l’histoire du boulon au Carriage Museum of America. Sur les véhicules construits au début du XIXe siècle, les écrous étaient plus plats et plus carrés que sur les voitures ultérieures pour lesquelles les coins des écrous étaient coupés et l’arrête de la vis taillée. À cette époque, la fabrication des boulons était complexe et fastidieuse.

Au départ, le filetage était creusé à la main mais il a rapidement fallu accélérer le processus de production en raison d’une augmentation importante de la demande. En 1760, au Royaume-Uni, J. et W. Wyatt ont créé un processus industriel de production de filetage. Toutefois, cette nouvelle étape a engendré un autre problème : chaque entreprise fabriquant ses propres filetages, écrous et vis, le marché était inondé de filets de tailles très variées ce qui posait problème aux fabricants de machines.

Ce n’est qu’en 1841 que Joesph Whitworth trouva une solution. Après des années de recherche passées à rassembler des vis de nombreux ateliers britanniques, il suggéra de standardiser la taille des filets de vis au Royaume-Uni afin qu’il soit possible, par exemple, de fabriquer une vis en Angleterre et un écrou à Glasgow et que ceux-ci soient compatibles. Il proposa que l’angle du flanc de filet soit normalisé à 55 degrés et que le nombre de filets par pouce soit défini pour différents diamètres.

Alors que l’on tentait de résoudre le problème au Royaume-Uni, les Américains faisaient de même et commencèrent par utiliser le filet de Whitworth. En 1864, William Sellers proposa un filetage de 60 degrés et divers pas de filetage pour plusieurs diamètres. Cela donnera le filetage unifié Coarse (gros filet) et Fine (filet fin). Le système américain présentait un avantage par rapport à celui des Britanniques : le fond et le sommet de leur filet étaient plats. Cela rendait la fabrication plus facile qu’avec la norme Whitworth qui prévoyait des fonds et des sommets arrondis. Cependant, le filet Whitworth offrait de meilleures performances sur les applications dynamiques et ses fonds arrondis amélioraient la résistance à la fatigue.

Au cours de la Première Guerre mondiale, l’absence d’homogénéité entre les filets de vis des différents pays s’est avérée un obstacle important à l’effort de guerre. Pendant la Deuxième Guerre mondiale, c’est devenu un problème encore plus grave pour les forces alliées. En 1948, les États-Unis et le Canada ont instauré le filetage unifié comme norme pour tous les pays utilisant le système impérial. Il utilise un profil similaire au filetage métrique du DIN conçu en Allemagne en 1919. Il s’agissait d’une norme qui associait le meilleur du filet Whitworth (un fond arrondi pour une meilleure résistance à la fatigue) et du filet Sellers (un flanc de filet de 60 degrés et un sommet plat). Toutefois, le rayon à fond de filet supérieur du filetage unifié s’est révélé plus avantageux que le profil métrique du DIN. Cela a donc abouti au filetage métrique ISO qui est désormais utilisé dans tous les pays industrialisés.

Les professionnels du secteur ont observé de nombreux ajustements des assemblages vissés au cours des dernières décennies. « Lorsque j’ai commencé à travailler dans l’industrie il y a 35 ans, la résistance des boulons n’était pas aussi bien définie qu’aujourd’hui, raconte Bill Eccles. Avec l’apparition des classes métriques modernes et l’actualisation récente des normes ISO applicables, la résistance des assemblages vissés et les méthodes permettant de tester leurs propriétés sont désormais beaucoup mieux définies. »

Avec l’évolution du secteur des matières premières, la structure des boulons a changé : auparavant fabriqués en acier, ils sont maintenant constitués de matériaux plus exotiques pour répondre aux nouveaux besoins de l’industrie.
Au cours des 20 dernières années, on a conçu des alliages à base de nickel qui peuvent résister à des températures extrêmement élevées, par exemple dans des turbocompresseurs ou des moteurs, face auxquels l’acier n’est pas aussi performant. Les dernières recherches sont principalement axées sur les boulons en métaux légers comme l’aluminium, le magnésium et le titane.

Les assemblages vissés ont beaucoup évolué depuis l’époque où les boulons et les vis étaient fabriqués à la main et où les clients n’avaient le choix qu’entre des produits de base. Récemment, des entreprises comme Nord-Lock ont considérablement amélioré la technologie des assemblages vissés en inventant par exemple des systèmes de blocage. Les clients peuvent choisir des rondelles recouvertes de paillettes de zinc ou en acier inoxydable, des écrous de roue conçus pour les jantes plates en acier ou des vis Combi bolt fabriquées sur mesure pour différentes applications. L’acquisition de la société américaine Superbolt Inc. et de l’entreprise suisse P&S Vorspannsysteme AG (devenue Nord-Lock AG) a permis d’ajouter au portefeuille de Nord-Lock des produits utilisés dans l’industrie lourde comme les plateformes offshore, l’énergie ou les mines, et représente une étape importante pour la société qui est en passe de devenir un véritable leader mondial de la sécurisation des assemblages vissés.

En outre, l’accent est davantage mis sur l’analyse des assemblages. « Auparavant, on décidait de la taille d’un assemblage uniquement d’après son expérience et on croisait les doigts pour que ça marche, explique Bill Eccles. Désormais, on s’attarde davantage sur l’analyse et on s’assure que tout fonctionne avant de fabriquer des produits et de les mettre sur le marché. »