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Que vous assembliez des structures aéronautiques, des composants automobiles, des machines industrielles ou des produits de grand public, chaque assemblage boulonné présente une exigence commune : obtenir la force de serrage adéquate.
Pourtant, de nombreuses équipes de fabrication se concentrent uniquement sur les valeurs de couple. Bien que le couple soit important, le véritable objectif de tout processus de serrage est de créer une force de serrage fiable et reproductible qui maintienne les composants solidement assemblés tout au long du cycle de vie du produit.
Le choix d’une stratégie de serrage inadaptée peut entraîner :
Cet article présente les trois stratégies de serrage les plus couramment utilisées dans l'industrie manufacturière moderne :
Nous verrons également comment les outils électriques de serrage modernes et les systèmes d'assistance à l'opérateur aident les fabricants à obtenir systématiquement des résultats de serrage de qualité.
De nombreux ingénieurs partent du principe que le serrage d’un boulon à un couple spécifié à l’aide d’outils de serrage génère automatiquement la précharge souhaitée.
Malheureusement, la réalité est plus complexe.
Seule une petite partie du couple appliqué génère réellement une force de serrage. La majeure partie de l’énergie est perdue à surmonter le frottement au niveau du filetage et sous la tête du boulon.
Par conséquent :
Le défi ne consiste donc pas à atteindre une valeur de couple spécifique.
Le défi consiste à obtenir une précharge constante.
Toute stratégie de serrage vise essentiellement à contrôler cette relation avec plus de précision.
Le contrôle du couple est le procédé de serrage le plus largement utilisé dans l’industrie. Avec cette méthode, l’outil applique un couple jusqu’à ce qu’une valeur cible prédéterminée soit atteinte, puis s’arrête automatiquement.
Le principe est simple : si une valeur de couple spécifique est appliquée de manière constante, une précharge prévisible devrait être générée. Cette approche est couramment utilisée avec les visseuses électriques, les clés dynamométriques numériques et divers outils d’assemblage, car elle est simple à mettre en œuvre et permet des temps de cycle rapides.
Le principal défi lié au contrôle du couple réside dans sa sensibilité aux variations de frottement. Des études ont montré que jusqu’à 90 % du couple appliqué peut être absorbé par le frottement, ne laissant qu’un faible pourcentage disponible pour générer la charge de serrage. Des variations au niveau de la lubrification, de l’état de surface ou de la qualité du filetage peuvent donc entraîner des variations significatives de la précharge, même lorsque la même valeur de couple est appliquée.
C’est pourquoi le contrôle du couple est généralement le mieux adapté aux applications où une précision modérée de la précharge est acceptable.
Le contrôle d’angle se concentre sur la relation entre la rotation de la fixation et l’allongement du boulon. Une fois le point de serrage initial atteint, l’outil fait tourner la fixation d’un angle prédéterminé.
L’allongement du boulon étant directement lié à la précharge, le contrôle angulaire permet d’obtenir des charges de serrage plus constantes que les méthodes basées uniquement sur le couple. Cette stratégie dépend moins des conditions de frottement et réduit donc les variations de précharge.
Les outils modernes combinant couple et angle utilisent des capteurs intégrés pour mesurer avec précision la rotation de la fixation tout au long du cycle de serrage.
Le contrôle de l'angle est couramment utilisé dans la construction automobile, les assemblages structurels et les applications où un allongement constant des boulons est important pour la performance de l'assemblage.
Bien que le contrôle d’angle offre une précision supérieure à celle du contrôle de couple, il nécessite néanmoins une caractérisation minutieuse de l’assemblage afin de déterminer les valeurs d’angle correctes.
Le contrôle couple-angle combine les atouts du contrôle de couple et du contrôle d’angle en une seule stratégie de serrage.
Le processus commence généralement par l’application d’une valeur de couple prédéfinie, appelée « couple de pré-serrage » ou « couple de pré-tension ». Une fois ce seuil atteint, l’outil poursuit le serrage jusqu’à un angle spécifié.
Cette stratégie de serrage combinant couple et angle garantit que la fixation est correctement en place avant que la mesure de l'angle ne commence, ce qui se traduit par une précision et une répétabilité accrues.
Comme le couple et l’angle sont mesurés en continu, les systèmes avancés de surveillance du couple peuvent identifier des conditions de serrage anormales telles que le filetage faussé, des composants manquants, des filets endommagés ou des fixations inappropriées.
Cette technologie de fixation est devenue l’une des méthodes de serrage contrôlé les plus largement adoptées dans la production automobile et industrielle, car elle offre un excellent équilibre entre productivité et qualité des assemblages.
Le contrôle de la limite d'élasticité est l'une des stratégies de serrage les plus avancées de la technologie moderne de fixation. Contrairement au contrôle de couple ou d'angle classique, le serrage à contrôle de la limite d'élasticité consiste à serrer intentionnellement une fixation jusqu'à sa limite d'élasticité, voire légèrement au-delà, afin d'obtenir la charge de serrage la plus élevée possible et la plus constante.
Dans un assemblage boulonné, le couple est lié à la précharge, tandis que l’angle de rotation est lié à l’allongement du boulon. Les méthodes de serrage traditionnelles visent à rester dans la zone élastique de la fixation, lui permettant ainsi de retrouver sa longueur d’origine après démontage. Le contrôle de la limite d’élasticité va plus loin en serrant le boulon jusqu’à ce qu’il atteigne sa limite d’élasticité, créant ainsi un léger allongement permanent tout en optimisant la précision de la précharge.
Pour effectuer ce processus de serrage de manière constante, des outils de couple électriques avancés mesurent en continu à la fois le couple et l’angle tout au long du cycle de serrage. Grâce à la surveillance du couple en temps réel, le système analyse la courbe couple-angle et détecte les variations du gradient de couple. Une fois la limite d’élasticité atteinte, l’outil cesse automatiquement le serrage.
Cette méthode de serrage contrôlé est généralement mise en œuvre à l’aide d’outils dynamométriques numériques, d’outils à impulsions et de tournevis électriques intelligents équipés de capteurs d’angle. Comme le contrôle de la limite d’élasticité repose sur les caractéristiques de résistance de la fixation plutôt que sur les conditions de frottement, la variation de précharge est considérablement réduite par rapport aux méthodes conventionnelles de serrage des boulons.
Pour les applications critiques telles que les moteurs automobiles, les assemblages aérospatiaux et les assemblages liés à la sécurité, le contrôle de la limite d’élasticité offre une fiabilité et une répétabilité exceptionnelles des assemblages, ainsi que la charge de serrage la plus élevée possible, sans risque de serrage excessif incontrôlé.
Les outils dynamométriques électriques de pointe ont transformé les processus de fixation.
Contrairement aux systèmes pneumatiques traditionnels, les outils électriques modernes peuvent surveiller en continu :
Cela permet aux fabricants de :
Dans de nombreux environnements de production modernes, les outils de serrage ont évolué, passant de simples dispositifs d’assemblage à des instruments intelligents de contrôle qualité.
À mesure que le couple de serrage augmente, la réaction de couple augmente également. Cette force de réaction peut affecter le confort de l'opérateur, la maniabilité de l'outil et la précision du serrage.
Les outils d’assemblage avancés intègrent souvent des bras de réaction, des bras de couple ou des outils à impulsions afin de réduire l’exposition de l’opérateur aux forces de réaction de couple. En gérant efficacement ces forces, les fabricants peuvent améliorer l’ergonomie tout en maintenant la précision de serrage et la productivité.
Il n’existe pas de stratégie de serrage universelle adaptée à toutes les applications.
Le choix optimal dépend des exigences du produit, des objectifs de qualité, du volume de production et de la variation de précharge acceptable.
| Stratégie de serrage | Fonctionnement | Précision de la force de serrage | Sensibilité au frottement | Complexité | Outils courants | Applications typiques |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Contrôle du couple | Le serrage s'arrête lorsqu'une valeur de couple prédéfinie est atteinte. | ★★☆☆☆ Modéré | Élevé | Faible | Tournevis électrique, clé dynamométrique numérique, outils d'assemblage | Assemblage industriel général, électronique, produits de grande consommation |
| Contrôle de l'angle | Une fois le serrage initial atteint, la vis est tournée d’un angle spécifié. | ★★★☆☆ Bon | Moyen | Moyen | Outil de contrôle du couple angulaire, outils de couple numériques | Assemblages automobiles, joints structurels, constructions métalliques |
| Contrôle couple-angle | Un couple prédéfini est d'abord appliqué, puis un angle de serrage contrôlé. | ★★★★☆ Élevé | Faible | Moyen-élevé | Outils de serrage électriques, outils d'assemblage à courant continu, systèmes avancés de surveillance du couple | Construction automobile, assemblage de batteries pour véhicules électriques, assemblages boulonnés critiques |
| Contrôle de la limite d'élasticité | Le serrage se poursuit jusqu’à ce que la fixation atteigne sa limite d’élasticité, détectée grâce à l’analyse couple-angle. | ★★★★★ Très élevé | Très faible | Élevé | Outils dynamométriques numériques, outils à impulsions, outils dynamométriques électriques avec surveillance du couple | Assemblage de moteurs, aérospatiale, applications critiques pour la sécurité |
La réussite de tout assemblage boulonné dépend fortement de la stratégie de serrage choisie. Si le contrôle du couple reste l’approche la plus courante, des applications de plus en plus exigeantes nécessitent des technologies de serrage plus avancées, telles que le contrôle de l’angle, le contrôle couple-angle et le contrôle de la limite d’élasticité.
Les tournevis électriques modernes, les clés dynamométriques numériques, les outils à impulsions et les systèmes d’outils dynamométriques électriques permettent aux fabricants de mettre en œuvre ces stratégies avec une précision sans précédent. Associés à des capacités avancées de surveillance du couple, les outils d’assemblage actuels offrent le contrôle des processus, la traçabilité et la répétabilité requis par les environnements de fabrication modernes.
En comprenant les atouts et les limites de chaque stratégie de serrage, les fabricants peuvent choisir l’approche optimale pour obtenir des charges de serrage constantes, une meilleure qualité des produits et une fiabilité à long terme des assemblages.
