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Du fil à la pièce terminée
Comment une pièce de visserie sur plan est fabriquée
Huit étapes mènent d'une couronne de fil à un lot emballé de boulons spéciaux. Celles dont votre pièce a besoin, et dans quel ordre, déterminent le procédé, l'outillage et qui peut faire l'offre.
Les capacités ci-dessous sont des plages typiques. L'usine qui fait l'offre confirme ce qui convient à votre pièce.
La séquence de production
Une vis frappée à froid passe par chaque ligne. Une pièce usinée saute les trois premières et part de la barre. La dernière colonne indique ce que votre plan ou votre demande doit préciser pour que l'usine puisse planifier l'étape.
Faites défiler le tableau latéralement pour voir toutes les colonnes.
| Étape | Ce qui se passe | Capacité typique | Ce que le plan doit indiquer |
|---|---|---|---|
| Préparation du fil | La couronne est tréfilée au diamètre de l'ébauche et, pour les nuances alliées, recuite de sphéroïdisation pour pouvoir être frappée sans fissures. | Nuances de fil comme 10B21, 10B33, SCM435 ou 1022, choisies selon la classe de qualité | Classe de qualité ou nuance de matière, et non une nuance de fil, sauf si votre client en impose une |
| Frappe à froid | Le fil est cisaillé et formé en un à six postes de matrices en tête, tige et sections réduites, à température ambiante. | Environ M2 à M20, longueur jusqu'à environ 10 x d. Plus de postes permettent des têtes plus complexes | Forme et dimensions de la tête, rayon sous tête, type d'empreinte, toute réduction de tige |
| Détourage et pointage | Les têtes hexagonales ou à collerette sont détourées à la cote, et l'extrémité est pointée ou chanfreinée pour le montage. | Souvent réalisé sur la presse ou sur un détoureur séparé | Type de bout (chanfreiné, bout cuvette, cône) et tolérance sur la largeur sur plats de la tête |
| Roulage de filets | Des molettes plates ou cylindriques refoulent la matière pour former le filet. Aucune matière n'est enlevée. | Filets métriques et unifiés, classe de tolérance 6g ou 2A en standard, 4h ou 3A sur demande | Taille du filet, pas, classe, longueur filetée b et toute exigence de filet jusqu'à la tête |
| Usinage secondaire | Trous traversants, gorges, rainures, épaulements rectifiés ou diamètres serrés qu'une presse ne peut pas tenir. | Perçage, tournage ou rectification sur machines transfert ou sur tours | Seulement les éléments qui en ont besoin, avec leurs tolérances |
| Traitement thermique | Trempe et revenu pour les classes 8.8 et supérieures, cémentation pour les vis à tôle. | Fours continus à tapis maille pour les volumes, fours discontinus pour les petits lots | Classe de qualité, ou plage de dureté avec l'emplacement de la mesure |
| Finition de surface | Dépôt électrolytique, zinc lamellaire, phosphatation et huile ou passivation, appliqués après le traitement thermique. | Généralement sous-traité ou réalisé sur une ligne séparée | Norme de finition, épaisseur ou heures de tenue à la corrosion, et dégazage en cas de risque d'hydrogène |
| Tri et contrôle | Tri optique ou par courants de Foucault pour les pièces mélangées et les fissures, puis échantillonnage par lot. | Contrôles dimensionnels, mécaniques et du revêtement selon le plan convenu | Documents de contrôle et toute exigence de tri à 100 pour cent |
Frappe à froid
Une presse cisaille un lopin dans le fil et le pousse à travers une série de matrices à température ambiante. Une presse à deux coups réalise des têtes simples. Une presse multipostes fait passer l'ébauche par quatre à six postes et peut extruder une tige réduite, refouler une collerette et poinçonner une empreinte en un seul cycle.
La limite tient à la quantité de matière que l'on peut rassembler dans la tête sans que le lopin flambe. Les têtes jusqu'à environ deux fois et demie le diamètre du fil se forment en quelques coups. Les têtes plus grandes demandent plus de postes, un formage à tiède ou le forgeage à chaud. Le gain, c'est la vitesse : une presse fabrique des pièces en une fraction de seconde avec presque aucune chute, si bien que le prix à la pièce en volume est le plus bas de tous les procédés.
Le coût, c'est l'outillage. Les matrices et poinçons sont fabriqués pour chaque référence et demandent des semaines. Frappe à froid, usinage ou forgeage à chaud compare les procédés sur le coût, et coût de l'outillage et taille de l'ébauche explique ce qui fait la facture des matrices.
Conseils de conception pour les pièces à tête formée
- Rayon sous têteIndiquez le plus grand rayon que l'assemblage permet. Un angle vif concentre les contraintes et use la matrice.
- Hauteur de têteLes hauteurs de tête normalisées se forment en moins de coups. Une tête mince et large demande des postes supplémentaires.
- Profondeur d'empreinteUne empreinte profonde dans une tête basse laisse trop peu de paroi et peut se fissurer à la frappe ou au serrage.
- TolérancesLes diamètres de tête tiennent en général quelques centièmes de millimètre. Les ajustements plus serrés passent par une étape de rectification ou de tournage.
Roulage ou taillage de filets
Presque toute fixation à tête formée a un filet roulé. Le taillage est réservé aux cas que le roulage ne peut pas couvrir. La différence compte surtout sur les pièces soumises aux vibrations ou à des charges cycliques.
| Filet roulé | Filet taillé | |
|---|---|---|
| Formation | Matière refoulée par les molettes, les fibres suivent le filet | Matière enlevée par un outil à pointe unique, un taraud ou une filière, les fibres sont coupées |
| Fatigue | Supérieure, surtout lorsque le roulage suit le traitement thermique | Inférieure en fond de filet |
| Diamètre de l'ébauche | Environ le diamètre sur flancs, donc moins de matière par pièce | Plein diamètre extérieur |
| Temps de cycle | Quelques secondes par pièce | Plus long, surtout sur les pas gros |
| Où il convient | La plupart des boulons et vis en volume, jusqu'à de grands diamètres | Prototypes, filets très grands ou courts, formes spéciales comme ACME |
Les filets métriques suivent les classes de tolérance ISO 965 et les filets unifiés l'ASME B1.1. Contexte sur les méthodes : filetage (fabrication). Le compromis coût et résistance en détail : roulage ou taillage de filets.
Tournage CNC et décolletage
Quand le volume est faible, que la tête est trop grande pour être formée, que la matière se forme mal à froid ou qu'un diamètre doit être tenu plus serré qu'une presse ne le permet, la pièce est tournée dans la barre. La plupart des fixations tournées reçoivent quand même un filet roulé, réalisé avec un accessoire de tour ou une rouleuse séparée, et conservent ainsi l'avantage en fatigue.
Les décolleteuses à poupée mobile prennent les petits diamètres et les pièces longues et fines : micro-vis, goupilles et vis épaulées en dessous d'environ M6. Les tours conventionnels couvrent les goujons et boulons plus grands, jusqu'à la capacité barre. Le titane, les alliages de nickel et les grands diamètres sont généralement tournés.
Traitement thermique
Les boulons en acier de classes 8.8, 10.9 et 12.9 sont trempés et revenus pour atteindre la résistance et la dureté que l'ISO 898-1 fixe pour la classe. L'atmosphère du four doit être maîtrisée, car une couche superficielle décarburée est plus tendre que le cœur et affaiblit le filet. L'ISO 898-1 limite la profondeur de cette couche.
Les vis à tôle et autoperceuses sont cémentées à la place, ce qui donne une peau dure sur un cœur plus tenace. Les boulons inox A2 et A4 ne sont pas durcis du tout. Leur résistance en classes 70 et 80 vient de l'écrouissage. Trempe, revenu et décarburation explique les contrôles à demander.
Quelles particularités changent le procédé
Lisez le plan élément par élément. Un élément qu'une presse ne peut pas réaliser ajoute une opération secondaire. Plusieurs d'entre eux peuvent faire passer toute la pièce à l'usinage.
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| Particularité sur le plan | Une presse peut-elle la former ? | Ce qui se passe en général |
|---|---|---|
| Tête hexagonale, à collerette, bombée ou cylindrique | Oui | Formée et détourée sur la presse |
| Empreinte six pans creux, Torx ou Phillips | Oui | Poinçonnée pendant la frappe. Les empreintes de sécurité demandent un poinçon dédié |
| Tige réduite ou section extrudée | Oui, dans la limite du rapport d'extrusion | Formée à un poste supplémentaire |
| Épaulement tenu à environ ±0.02 mm | Pas directement | Frappé en surcote, puis tourné ou rectifié |
| Trou traversant ou rainure | Non | Percé ou fraisé en opération secondaire |
| Dégagement ou gorge pour un circlip | En partie | Roulé ou tourné après la frappe |
| Filet complet jusqu'à la tête | Pas par roulage | Un court filet incomplet d'environ 2 à 3 pas subsiste, sauf si le filet est taillé |
| Tête plus grande qu'environ 2.5 x d | Difficile | Postes supplémentaires, forgeage à chaud ou usinage dans la barre |
Les quatre procédés côte à côte, avec les plages de taille et de volume typiques, figurent sur la page d'accueil.
La finition vient en dernier
Le revêtement est appliqué après le traitement thermique et modifie le filet. Le zinc électrolytique selon l'ISO 4042, le zinc lamellaire selon l'ISO 10683 et la galvanisation à chaud selon l'ISO 10684 ajoutent chacun une épaisseur différente : la tolérance sur le filet doit donc être prévue avant le roulage, pas après.
Pour les pièces à haute résistance, le choix du revêtement détermine aussi le risque lié à l'hydrogène. La fragilisation par l'hydrogène des boulons explique quand un dégazage est nécessaire. Le volet classe de qualité de la décision est sur la page matières.
Comment nous nous en servons pour la mise en relation
Nous lisons d'abord votre plan pour identifier le procédé : frappé et roulé, usiné et roulé, usiné seul ou forgé à chaud. Puis nous vérifions la taille, la classe et les étapes secondaires, et transmettons la demande à 3 fabricants au plus qui maîtrisent ce procédé à votre volume. Vous avez de nos nouvelles sous 24 heures ouvrées.
Questions sur les procédés
La documentation et les pièces propres à chaque secteur figurent sur la page secteurs.
Un filet roulé est-il plus résistant qu'un filet taillé ?
En fatigue, oui. Le roulage comprime le fond du filet et conserve le fibrage, si bien que les filets roulés supportent mieux les charges cycliques. La résistance statique à la traction dépend surtout de la matière et du traitement thermique. Rouler après le traitement thermique donne le plus grand gain en fatigue mais use davantage les molettes.
Pourquoi une pièce à tête formée demande-t-elle une commande minimale ?
Chaque pièce a besoin de ses propres matrices et poinçons, et une presse est réglée pour une couronne entière. En dessous de quelques milliers de pièces, le réglage et l'outillage dominent le prix, c'est pourquoi les petits lots sont généralement usinés dans la barre puis roulés.
Quand le traitement thermique est-il nécessaire ?
Pour les boulons en acier de classe ISO 898-1 8.8 et supérieure, la trempe et le revenu font partie de la classe. Les classes 4.6 à 5.8 obtiennent leurs propriétés de l'acier et de l'écrouissage. Les vis autotaraudeuses sont cémentées pour que le filet puisse tailler son propre contre-filet.
Un revêtement peut-il affaiblir un boulon à haute résistance ?
Le dépôt électrolytique peut introduire de l'hydrogène, et les pièces au-dessus d'environ 320 HV, comme les classes 10.9 et 12.9, risquent une rupture différée. L'ISO 4042 fixe les mesures à prendre, notamment un dégazage peu après le dépôt. Les revêtements lamellaires de zinc selon l'ISO 10683 évitent l'étape électrolytique.