Le procédé de serrage dans la technologie de vissage

Assembler par vissage de manière fiable

Le vissage demeure une technologie clé pour de nombreuses tâches d’assemblage. Les assemblages à vis se caractérisent par une importante capacité de charge, la possibilité de réutiliser les pièces et de desserrer les vis à tout moment sans endommager l’ensemble. Les vis sont donc les éléments de machine les plus couramment utilisés, disponibles et standardisés dans une grande variété de versions.

Appliquer une force de précontrainte définie constitue l’utilisation la plus importante du vissage dans la technique d'assemblage. La force de précontrainte doit être déterminée de manière à ce que d’une part, la fonction recherchée soit toujours remplie et d’autre part, la charge admissible sur le raccord à vis ne soit pas dépassée. En particulier, les phénomènes de tassement souvent inconnus du raccord et les fluctuations liées à l’assemblage de la force de précontrainte obtenue posent problème.

Lors de la fabrication en série, la force de précontrainte souhaitée est difficilement calculable seule. Pour le contrôle du processus d’assemblage, il faut donc utiliser des mesures indirectes. Il s’agit généralement du couple de vissage. Par ailleurs, d’autres données comme l’angle de rotation, les temps de vissage, le coefficient de frottement, etc. peuvent être évaluées de manière expérimentale, et servir de variables de référence pour le processus de montage. De plus, des procédés innovants pour détecter l'arrivée en butée de la tête de vis ont été développés afin d’améliorer la régularité de la force de précontrainte.

Procédé de serrage avec contrôle du couple

Le couple est toujours le critère de contrôle le plus fréquemment utilisé dans la technologie de vissage. La force de précontrainte résultant du couple de serrage est fortement influencée par les coefficients de frottement fluctuants ainsi que par la dispersion du couple de la visseuse. Il faut distinguer notamment la friction de la tête et la friction du filetage. La somme de ces effets de frottement fluctuant implique que les fluctuations de la force de précontrainte de 50 % et plus qui en résultent peuvent se produire même avec une précision de répétition élevée du couple. Cela signifie que le raccord à vis doit toujours être surdimensionné de sorte à ne pas être surchargé en cas de déviation vers le haut et toujours appliquer la force de précontrainte requise en cas de déviation vers le bas. « Malgré ces inconvénients, le procédé de serrage avec contrôle du couple est de loin le procédé le plus couramment utilisé. Ceci est dû au fait qu'il s'agit d'un procédé technique relativement simple », déclare Daniel Guttenberger, chef de produit « Technologies de vissage » chez DEPRAG.

Procédé de serrage avec contrôle d’angle

Le procédé dit de serrage avec contrôle d'angle utilise à la fois l'angle de rotation et le couple comme critères de contrôle. Mais c'est l'angle et non le couple qui est utilisé durant le processus final. Ceci signifie que la vis est serrée jusqu'à un seuil prédéterminé, puis vissée jusqu'à un angle de post-tension prédéterminé. Le couple peut être surveillé en complément.

Le débrayage avec contrôle de l’angle de rotation peut être utilisé aussi bien dans la zone élastique que dans la zone plastique de la vis. Dès le début du véritable vissage à angle de rotation, le serrage est effectué indépendamment du frottement. En conséquence, la répartition de la force de précontrainte totale est inférieure à celle du procédé de vissage purement contrôlé par couple.

Vissage en fonction du couple avec arrêt sur coefficient de frottement

Le procédé du coefficient de frottement est fréquemment utilisé dans les applications d’essai. Dans ce cas, le résultat de la mesure du coefficient de frottement permet d’évaluer la qualité des engrenages, des filets ou de déterminer un frottement minimal, par exemple, pour les vis autobloquantes. En fonction du couple de frottement, il est toujours possible de visser en fonction du couple différentiel ou de l'angle de rotation.

Procédé de serrage avec contrôle de valeur limite

Pour utiliser de manière optimale les propriétés du matériau de la vis en atteignant la plage de déformation plastique, le procédé de serrage avec contrôle de valeur limite peut être utilisé. Dans ce cas aussi, le couple et l'angle sont utilisés comme critères de contrôle. C'est la zone de baisse de croissance du diagramme de tension/élasticité en atteignant la valeur limite qui sert de critère d’arrêt.

Lorsqu'on observe le diagramme tension/élasticité, on remarque que la croissance est initialement linéaire, puis qu'elle se nivelle avec le temps. La force axiale suit une évolution proportionnelle à celle du couple, tandis que la tension est proportionnelle à l'angle de rotation. La croissance d'une courbe est mathématiquement définie comme la déviation de la fonction. Si la déviation du couple tombe à environ 50 % de la valeur de l'angle de rotation, la valeur limite est atteinte et le processus de serrage est arrêté. Il est également possible d'appliquer des limites d'angle et de couple à des fins de sécurité.

Ce procédé permet d'éviter les inconvénients dus aux fluctuations des forces de frottement ou aux limitations du type de vis utilisé. La taille des vis utilisées peut être réduite grâce à la sécurité supplémentaire obtenue par l'atteinte de la force de précontrainte requise. Par conséquent, le contrôle de la valeur limite n'est utilisé que pour des assemblages en acier de haute précision qui sont les seuls auxquels le diagramme de tension/élasticité s’applique. Pour les petites ou très petites tailles de vis, ce procédé impose des exigences élevées à la technique de mesure et de contrôle du système de vissage.

Procédé de serrage adaptatif DEPRAG CFC Clamp Force Control

Ce procédé de vissage adaptatif et fiable permet d’atteindre une force de précontrainte très régulière, même lors de couples de vissage fluctuants. L’opération complète de vissage est définie par le modèle de vissage « Détection de l'arrivée en butée de la tête de vis » et un vissage avec arrêt sur couple différentiel ou un vissage avec arrêt sur couple de rotation. La composante principale est la détection de l'arrivée en butée de la tête de vis : en fonction de l'évolution du couple, une fonction d'évaluation mathématique est déterminée en continu. L'arrivée en butée de la tête de vis est considérée comme détectée lorsque cette fonction dépasse une valeur limite définie. Le couple et l'angle de rotation au moment de l’arrivée en butée de la tête de vis sont enregistrés.

La méthode de calcul présente deux avantages majeurs. Tout d’abord, elle résiste face à des fluctuations et hausses aléatoires de la courbe de couple qui ne sont pas directement causées par l'arrivée en butée de la tête de vis. Par ailleurs, l'algorithme a une validité générale, de sorte que l'utilisateur n'a pas besoin de définir des paramètres de calcul.

Ce procédé de vissage est utilisé lorsque les conditions aux limites sont fluctuantes et que les couples d’insertion varient considérablement. « Les couples d'insertion fluctuants induisent par exemple des modifications dans la géométrie de vissage ou de perçage ou dans la structure du matériau constitutif, des propriétés de surface du filetage différentes, une élasticité des éléments ou des effets de tassement », explique le chef de produit, Daniel Guttenberger. Le nouveau procédé de serrage DEPRAG Force Control Clamp assure une condition initiale constante pour le serrage final qui suit grâce à la détection fiable de l’arrivée en butée de la tête de vis. Dans l'ensemble, ceci se traduit par une force de précontrainte nettement plus régulière. Les vissages directs dans le plastique ou le métal sont des exemples d'application typiques.

Daniel Guttenberger ajoute : « Un procédé de serrage approprié peut être déterminé pour chaque cas de vissage améliorant ainsi la régularité de la force de précontrainte selon l’application et les conditions aux limites variables. Une analyse du vissage peut être cruciale pour déterminer et définir des paramètres fiables. En plus du procédé de serrage, nous pouvons bien entendu également conseiller nos clients dans le choix de la visseuse adaptée. »

Avec 700 employés dans plus de 50 pays, DEPRAG SCHULZ GmbH & CO. est un partenaire respecté qui réalise des concepts innovants dans la technologie de vissage et de l’automatisation. En marge de son offre de services complets dans le domaine des technologies de vissage, d’alimentation, de contrôle et de mesure, ce constructeur de machines-outils propose également des produits adaptés à des systèmes d’assemblage complexes partiellement ou entièrement automatisés. De la première consultation au service après-vente et à la maintenance, DEPRAG fonctionne comme un guichet unique soucieux de la satisfaction de sa clientèle.