Réponse rapide : Les filetages internes sont formés à l'intérieur d'un trou (trous taraudés, orifices filetés, écrous, inserts) et supportent une charge de cisaillement le long des flancs du filetage. Les filetages externes sont formés à l'extérieur d'un arbre ou d'une pièce de fixation (boulons, vis, goujons) et supportent une charge de traction à travers la section transversale pleine. Les filetages externes sont généralement plus résistants par unité de section transversale, car le chemin de charge traverse un matériau plein plutôt que de dépendre de la résistance au cisaillement du matériau de base environnant. Les filetages internes deviennent le maillon faible dans les matériaux tendres : un filetage M6 dans l’aluminium avec une profondeur d’engagement de seulement 6 mm (1× le diamètre) supporte environ 60% de la charge d’un filetage identique avec une profondeur d’engagement de 12 mm, et bien moins qu’un boulon M6 de classe 8,8 soumis à une traction. Les paramètres de conception critiques sont la longueur d’engagement du filetage (au minimum 1× le diamètre dans le cas d’acier sur acier, 1,5 à 2× le diamètre dans l’aluminium), la résistance au cisaillement du matériau de base pour les filetages internes, et la classe de résistance de la fixation pour les filetages externes.
La différence technique : transfert de charge et mode de rupture
La différence fonctionnelle entre les filetages intérieurs et extérieurs ne réside pas dans leur emplacement, mais dans la manière dont ils transmettent la force et dont ils se rompent.
Filetage extérieur (boulon, vis, goujon) : La charge de traction appliquée est répartie sur la section transversale pleine de la partie de l'élément de fixation soumise à la contrainte. Un boulon M10 de classe 8.8 présente une section de contrainte d'environ 58 mm² et une charge d'épreuve d'environ 36 500 N (36,5 kN). Le chemin de charge est continu à travers le matériau plein. Lorsqu'un filetage externe cède, il subit soit une déformation plastique (allongement sous une charge de traction excessive), soit une rupture — une défaillance prévisible, souvent visible, qui peut être anticipée lors de la conception.
Filetage intérieur (trou taraudé, écrou) : La charge est transmise par la zone de cisaillement des flancs du filetage — la surface de contact entre le filetage intérieur et le filetage extérieur. Pour un trou taraudé dans de l’aluminium 6061, la résistance au cisaillement du matériau (~207 MPa) limite la charge maximale pouvant être supportée avant que les flancs du filetage ne s’arrachent. Le mode de rupture est l'arrachement du filetage : le matériau se détache du trou et la fixation se dégage. L'arrachement est souvent soudain et nécessite une réparation difficile (re-taraudage surdimensionné, pose d'un insert fileté ou mise au rebut de la pièce).
Conséquences sur la conception : Dans tout assemblage où le filetage intérieur est constitué d’un matériau différent — généralement plus tendre — de celui de la fixation extérieure, le filetage intérieur est presque toujours l’élément le plus fragile. La conception visant à prévenir l’arrachement du filetage intérieur (longueur d’engagement suffisante, choix des matériaux, inserts filetés si nécessaire) constitue la principale tâche d’ingénierie dans la conception des assemblages filetés.
Longueur d'engagement du filetage : la variable la plus critique
La longueur d'engagement du filetage — c'est-à-dire la longueur axiale sur laquelle les filetages interne et externe sont en contact — est le paramètre le plus important qui détermine la résistance du filetage interne. Elle influe bien davantage sur les filetages intérieurs que sur les filetages extérieurs, car la capacité de charge d’un filetage intérieur est directement proportionnelle à la surface de contact (qui dépend de la longueur d’engagement), tandis que celle d’un filetage extérieur est déterminée par la surface de contrainte de la fixation.
Durée minimale d'engagement recommandée par matériau :
| Matériau de base | Engagement minimal (multiples du diamètre) | Raison |
|---|---|---|
| Acier (résistance à la traction ≥ 400 MPa) | 1,0 à 1,2 fois le diamètre nominal | Résistance au cisaillement de l'acier suffisante |
| Acier inoxydable | 1,0× le diamètre nominal | Résistance au cisaillement suffisante |
| Alliages d'aluminium | 1,5 à 2,0 fois le diamètre nominal | Résistance au cisaillement réduite, risque de décollement |
| Aluminium moulé | 2,0 à 2,5 fois le diamètre nominal | Porosité et faible résistance du matériau |
| Plastiques techniques | 2,5 à 3,0 fois le diamètre nominal | Résistance au cisaillement très faible |
| Alliages de magnésium | 2,0 à 2,5 fois le diamètre nominal | Souple, cassant sous l'effet d'un cisaillement |
Exemple concret : Un filetage M8 (diamètre nominal de 8 mm) dans de l'aluminium 6061-T6 nécessite une profondeur d'engagement minimale d'environ 12 à 16 mm (1,5 à 2 × 8 mm). Si l'épaisseur de la paroi ne permet qu'une profondeur d'engagement de 8 mm (1 ×), le filetage interne s'abîmera avant que le boulon ne cède. L'ajout d'un insert fileté en acier (HeliCoil ou Keensert) rétablit la résistance au cisaillement à un niveau équivalent à celui de l'acier, ce qui permet de réduire proportionnellement la profondeur d'engagement.
Règle de conception relative à la fiabilité des assemblages : Dans un assemblage correctement conçu, le boulon doit céder avant que le filetage intérieur ne s’abîme. Cela permet de s'assurer que la défaillance provient bien de la fixation externe, remplaçable et inspectable, et non du composant principal.
Quand utiliser des filetages intérieurs
Les filetages intérieurs (trous taraudés, orifices filetés) sont privilégiés lorsque la conception présente une ou plusieurs des exigences suivantes :
Accès à l'assemblage par un seul côté
Lorsqu'un composant présente une face fermée ou inaccessible — boîtiers électroniques, boîtiers étanches, cavités structurelles fermées —, il n'est pas possible de placer un écrou à l'arrière. Les trous taraudés dans la pièce permettent de visser des vis uniquement depuis la face accessible. C'est la raison la plus courante pour laquelle on prévoit des filetages internes dans les pièces usinées.
Assemblage compact sans éléments de fixation saillants
Les filetages internes permettent de supprimer les éléments de fixation externes du profil de l'ensemble. Un boîtier usiné selon la norme CNC, doté de trous filetés M3 internes, permet de visser directement les vis de fixation de la carte, sans que les écrous n'ajoutent d'épaisseur ni que les têtes de vis externes n'alourdissent le profil. Cette solution est couramment utilisée dans l'électronique grand public, les appareils médicaux, les boîtiers de commande industriels et toute application où l'espace disponible pour les éléments de fixation externes constitue une contrainte.
Étanchéité des raccords de fluide
Dans les collecteurs hydrauliques, les blocs de vannes pneumatiques, les composants des systèmes d'alimentation en carburant et les instruments de mesure, les orifices à filetage intérieur constituent l'interface standard pour les raccordements de fluides. Le filetage intérieur définit et protège la géométrie d'étanchéité — la face de l'orifice et l'alésage fileté — tandis que le raccord à filetage extérieur s'y engage et s'y comprime.
Pour l'étanchéité, les filetages internes doivent être associés à des méthodes d'étanchéité adaptées :
- Filetages coniques (NPT, BSPT) : Sous l'effet du couple, le filetage extérieur s'enfonce dans le filetage intérieur, créant ainsi une étanchéité par serrage le long des flancs du filetage. Généralement associé à du ruban en PTFE ou à un produit d'étanchéité liquide. Risque de fissuration de l'aluminium en cas de serrage excessif.
- Filetages droits avec joint d'étanchéité frontal (bossage pour joint torique) : Le filetage assure uniquement la force de serrage ; l'étanchéité est assurée par la compression d'un joint torique contre une face usinée. Cette solution est plus fiable que les filetages coniques pour les applications à haute pression, car l'étanchéité ne dépend pas du couple de serrage.
Protection des fils de discussion
Les filetages internes sont protégés par le matériau qui les entoure ; ils sont donc moins exposés aux dommages liés à la manipulation, aux chocs ou à la contamination environnementale que les filetages externes exposés sur les arbres et les raccords. Pour les raccords aérospatiaux, les orifices d'instrumentation de précision et les interfaces soumises à des raccordements fréquents, la protection de la géométrie du filetage contre les dommages physiques améliore la fiabilité à long terme.
Quand utiliser des filetages extérieurs ?
Les filetages extérieurs (boulons, goujons, arbres filetés) sont privilégiés lorsque l'application présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
Grande capacité de charge
Les filetages extérieurs des éléments de fixation haut de gamme (classes 8.8, 10.9, 12.9 en métrique ; classes 5, 8 en SAE ; A2-70, A4-80 en inox) offrent une capacité de traction bien caractérisée qui peut être spécifiée avec précision à partir des tableaux normatifs. Un boulon M12 de classe 10.9 présente une charge d'épreuve d'environ 69 800 N : un seul boulon offre ainsi une capacité structurelle considérable qu'un filetage intérieur dans une pièce structurelle classique ne peut égaler sans un engagement très long ou un renfort.
La résistance à la traction d'une fixation externe est déterminée par la section transversale de la fixation et les propriétés du matériau — ces deux paramètres étant normalisés et soumis à un contrôle qualité tout au long du processus de fabrication de la fixation. Le boulon cède avant le filetage si l'assemblage est conçu avec un engagement suffisant.
Facilité d'entretien et de remplacement
Lorsque l'assemblage doit être monté et démonté à plusieurs reprises — couvercles d'accès aux réducteurs, brides de pompes, protections de machines, panneaux d’inspection —, l’usure due aux vissages et dévissages répétés doit se produire au niveau de la fixation externe (l’élément remplaçable), et non au niveau des trous filetés de la structure principale (l’élément coûteux et difficile à réparer).
Si le filetage d’un boulon externe est endommagé, le remplacement du boulon permet de remettre l’assemblage en état à moindre coût. Si le filetage interne d'un bloc-moteur, d'un carter de boîte de vitesses ou d'un élément de châssis soudé est endommagé, les options de réparation sont les suivantes : refiler le filetage à un diamètre surdimensionné (ce qui nécessite des fixations surdimensionnées correspondantes), installer un insert fileté (Helicoil) ou mettre le composant au rebut.
Efficacité de la production à grand volume
Les filetages extérieurs des éléments de fixation (boulons, vis, goujons) sont réalisés par roulage de filets — un procédé de formage qui permet de produire des filetages bien plus rapidement que par taillage et qui améliore simultanément la résistance à la fatigue en induisant une contrainte résiduelle de compression à la base du filet. Le roulage de filets permet de produire des boulons M6 à un rythme de plusieurs centaines par minute sur des machines spécialisées. Pour la production en grande série d'éléments de fixation, le roulage de filets n'a pratiquement pas de concurrent.
Les filetages extérieurs des pièces tournées (arbres, raccords, tiges filetées) sont réalisés par tournage CNC en une seule opération, en même temps que le reste de la géométrie de la pièce, sans nécessiter d'opération secondaire. Ce procédé est fiable, rapide et ne présente pas le risque de rupture d'outil inhérent au filetage intérieur.
Usinabilité : pourquoi l'usinage des filetages intérieurs présente davantage de risques
Le filetage intérieur reste systématiquement l'opération la plus risquée dans la production de pièces usinées selon le procédé CNC, en particulier pour les petits diamètres et les alésages profonds.
Taraudage (filetage intérieur standard)
Un taraud est un outil trempé qui usine simultanément tous les flancs du filetage en un seul passage dans le trou. Sa géométrie est compacte, les forces de coupe sont élevées par rapport à la section transversale de l'outil, et l'évacuation des copeaux dépend de la géométrie de la goujure et des conditions de coupe dans un espace restreint.
Facteurs de risque augmentant la probabilité de rupture d'un robinet :
- Petit diamètre (M2–M6) : la section transversale du taraud est petite par rapport aux forces de coupe ; les ruptures de taraud sont fréquentes en production si les paramètres ne sont pas contrôlés avec soin
- Profondeur supérieure à 2 ou 3 fois le diamètre nominal : l'accumulation de copeaux dans le trou augmente rapidement le couple requis pour le taraudage ; les trous borgnes sont plus susceptibles de se casser que les trous traversants, car les copeaux ne peuvent pas s'échapper.
- Matériau dur ou à dureté variable : les inclusions, les points durs ou les surfaces écrouies provoquent des pics de force soudains qui entraînent la rupture du taraud
- Désalignement : un taraud qui pénètre dans le trou avec un décalage, même minime, par rapport à l'axe se coince contre les flancs du filetage, ce qui augmente rapidement le couple
Conséquence d'une rupture du robinet : Les tarauds sont fabriqués en acier rapide (HSS) ou en carbure, deux matériaux nettement plus durs que ceux des pièces qu'ils usinent. Retirer un taraud cassé d'un alésage nécessite un procédé d'extraction EDM (électroérosion du taraud cassé), qui est coûteux, long et ne donne pas toujours de résultats satisfaisants. Les pièces présentant des tarauds cassés à des emplacements critiques sont souvent mises au rebut.
Fraisage de filetage (CNC : alternative au taraudage)
Le fraisage de filetage utilise un outil de type fraise à queue à plusieurs cannelures qui suit une trajectoire hélicoïdale à l'intérieur du diamètre du trou, en usinant un pas de filet par tour de la trajectoire hélicoïdale. Avantages du fraisage de filetage :
- Un seul outil permet de réaliser n'importe quel diamètre de filetage compris dans la plage de diamètres de la fraise (une seule fraise pour de nombreuses tailles de filetage)
- Si l'outil se casse ou dévie, la pièce peut généralement être sauvée (il suffit de retirer l'outil et de réessayer l'opération)
- Fonctionne avec pratiquement tous les matériaux sans présenter le risque de rupture du taraud associé aux matériaux écrouis ou à dureté variable
- L'évacuation des copeaux est meilleure qu'avec le taraudage, car l'outil est plus petit que le trou et les copeaux ont de la place pour s'échapper
Inconvénients du fraisage de filets : durée de cycle plus longue par filet (3 à 5 fois supérieure à celle du taraudage) et limitation aux centres d’usinage CNC (ne s’applique pas à l’usinage manuel ni aux opérations simples de filetage).
Recommandation technique : Pour les filetages de classe M6 et supérieurs dans la plupart des matériaux, on peut recourir soit au taraudage avec des paramètres de cycle adaptés, soit au fraisage de filetage. Pour les filetages de classe M3 et inférieurs, ou pour tout filetage dans des matériaux difficiles (acier trempé, inox, titane), le fraisage de filetage réduit considérablement le risque de mise au rebut de la pièce.
Filetage extérieur
Les filetages extérieurs des pièces tournées selon le procédé CNC sont réalisés à l'aide d'inserts de filetage sur un tour CNC : l'outil vient en prise avec la pièce en rotation en plusieurs passes, en avançant d'un pas par tour. L'opération s'effectue à ciel ouvert, l'évacuation des copeaux n'est pas entravée et l'outil est nettement plus robuste qu'un taraud. Les rebuts liés au filetage des pièces tournées sont rares par rapport aux trous taraudés.
Modes de défaillance des filetages et mesures de prévention
| Mode de défaillance | Type de filetage concerné | Cause principale | Prévention technique |
|---|---|---|---|
| Décapage | Interne | Longueur d'engagement insuffisante ; matériau de base trop tendre ; couple excessif | Augmenter le pas de vis de 1,5 à 2 fois pour l'aluminium ; ajouter un insert fileté ; préciser le couple de serrage |
| Rupture d'un robinet | Interne (usinage) | Emballage des puces ; petit diamètre ; trou profond | Fraisage de filets pour petits diamètres/grande profondeur ; refroidissement et évacuation des copeaux adaptés ; taraudage par à-coups |
| Entrelacement des fils | Les deux | Mauvais alignement lors de l'assemblage ; chanfrein insuffisant | Chanfrein d'entrée sur le filetage d'accouplement ; vitesse d'assemblage contrôlée |
| Usure par frottement | Externe (en acier inoxydable) | Frottement adhésif entre alliages similaires | Lubrifiant anti-grippage ; association de matériaux dissemblables |
| Rupture par fatigue | Externe | Charge cyclique ; mauvaise forme du filetage | Choix de la classe ; précontrainte adéquate ; filetages roulés |
| Fils usés | Externe (service) | Cycles d'assemblage répétés | Remplacement périodique ; produits de blocage de filetage |
Prévention de l'arrachement des filets dans l'aluminium
L'aluminium 6061-T6 présente une résistance au cisaillement d'environ 207 MPa, contre plus de 340 MPa pour l'acier à faible teneur en carbone. Cela signifie qu'un filetage M8 en aluminium supporte environ 60% de la charge de cisaillement que supporterait une géométrie de filetage identique en acier, pour une même longueur d'engagement. Solutions :
- Augmenter la durée d'engagement de 1,5 à 2 fois le diamètre nominal pour l’aluminium (soit le double de la valeur indicative habituellement appliquée pour l’acier)
- Inserts filetés : Les inserts Helicoil ou Keensert en acier inoxydable ou trempé permettent de transformer un trou taraudé en aluminium en une interface filetée en acier performante, rétablissant ainsi une résistance proche de celle de l'acier et offrant une bonne résistance à l'usure en cas de montages répétés.
- Produit de freinage de filetage : Les freins-filets (de type Loctite 243, 262 ou équivalents) comblent les vides dans la zone de contact des filets et répartissent la charge de manière plus uniforme, ce qui augmente la résistance au dévissage d'environ 15 à 30%
- Couple régulé : Un serrage excessif est l'une des principales causes d'arrachement du filetage. Les spécifications de couple, qui dépendent de la classe de résistance du boulon et de la taille du filetage, doivent être consignées par écrit et respectées à l'aide de clés dynamométriques lors de l'assemblage.
Recommandations DFM pour les éléments filetés
Profondeur minimale du trou avant le filetage : Les filets ne doivent pas commencer tout en haut d'un trou taraudé. Il faut laisser une profondeur non filetée d'au moins un pas de filetage au sommet d'un trou taraudé borgne afin de tenir compte de la longueur du chanfrein du taraud et de permettre la formation complète du filetage avant le début de la longueur d'engagement.
Engagement minimal pour les filetages intérieurs : Voir le tableau ci-dessus. Pour l'aluminium, 1,5 fois le diamètre nominal du filetage correspond à la valeur minimale technique ; une valeur de 2 fois est préférable lorsque l'épaisseur de la paroi le permet. Pour les matières plastiques, une valeur comprise entre 2,5 et 3 fois est requise, car la résistance au cisaillement du plastique est d'environ 10 à 20% de celle des métaux d'usage courant.
Chanfrein à l'entrée du filetage (pour les deux types) : Un chanfrein à 45°, d’une profondeur comprise entre 1,0 et 1,5 fois le pas du filetage, réalisé sur la face d’entrée des filetages internes et externes, réduit les dommages liés au filetage de travers lors de l’assemblage et sert de guide facilitant l’engagement du filetage. Ceci est particulièrement important dans le cadre d’un assemblage automatisé, où la force d’assemblage est appliquée avant que l’opérateur ne puisse détecter un éventuel filetage de travers.
Faux-rond des filets externes : À l'extrémité d'un filetage externe (là où le filetage se termine au niveau d'un épaulement ou d'un changement de diamètre), le dernier pas de filetage ne peut pas être entièrement formé : il s'agit de la zone de “ déviation du filetage ”. Le déport standard selon la norme ISO 965 est d’environ 2 à 3 pas de filetage. Les composants qui doivent s’engager dans un filetage sur une longueur minimale spécifique doivent tenir compte de ce phénomène en s’assurant que l’alésage correspondant présente une profondeur de filetage complète au-delà de la zone de déport, ou en prévoyant une rainure de dégagement au niveau de la fin du filetage.
Épaisseur minimale de la paroi pour les trous taraudés : Pour les trous borgnes taraudés dans l'aluminium, l'épaisseur minimale recommandée de la paroi entre le trou taraudé et la surface externe la plus proche est d'environ 2,5 fois le pas du filetage de chaque côté. Si l'épaisseur de la paroi est inférieure, le matériau entourant les filets peut se déformer ou céder lors du serrage de la fixation.
Tolérance de position pour les trous taraudés : La tolérance de position du trou taraudé doit être spécifiée par rapport à l'élément avec lequel la pièce de fixation doit s'aligner (trou de passage du boulon, alésage d'accouplement). Pour un trou de passage de boulon de classe de tolérance standard : la tolérance de position réelle du trou taraudé est généralement égale au diamètre du trou de passage moins le diamètre majeur du boulon, moins toute marge de variation d'assemblage. Pour un boulon M5 avec un trou de passage de Ø 5,5 mm : la tolérance de position totale est d’environ 0,5 mm, répartie entre la position du trou taraudé et celle du trou de passage.
Principaux enseignements
- Les filetages extérieurs supportent la charge de traction grâce à leur section transversale pleine ; les filetages intérieurs supportent la charge de cisaillement grâce au contact entre les flancs des filets. — cette distinction détermine le mode de défaillance, la complexité de la réparation et les exigences de conception pour chaque type.
- La longueur d'engagement du filetage est la principale variable de conception déterminant la résistance d'un filetage intérieur: 1× le diamètre nominal pour les assemblages acier-acier, 1,5 à 2× pour l’aluminium, 2,5 à 3× pour les plastiques. Un engagement insuffisant est la cause la plus fréquente de dégrippage des filetages internes en production.
- Dans les matériaux tendres (aluminium, magnésium, plastiques), les inserts filetés permettent d'atteindre une résistance des filetages intérieurs proche de celle de l'acier.: Les inserts Helicoil, Keensert et à emboîtement à pression constituent des solutions standard pour les assemblages filetés internes soumis à des cycles élevés ou à des charges importantes dans les matériaux non ferreux.
- La rupture du taraud est le principal risque lié à l'usinage des filetages intérieurs: Il convient d'étudier la possibilité de recourir au fraisage de filetage comme alternative au taraudage pour les filetages de type M5 et inférieurs, les trous borgnes d'une profondeur supérieure à 2 à 3 fois leur diamètre, ainsi que les filetages dans des matériaux durs ou présentant une dureté variable.
- Un assemblage correctement conçu présente une défaillance au niveau de la fixation externe (le boulon cède ou se rompt), et non au niveau du filetage interne (déchirement du filetage).: déterminer la longueur d'engagement et choisir la classe de résistance de la fixation afin de garantir que le boulon soit le maillon faible — c'est-à-dire l'élément remplaçable et normalisé.
- Les applications d'étanchéité nécessitent des raccords à filetage intérieur comme interface de régulation: la géométrie de l'orifice et l'alésage fileté sont protégés contre les dommages liés à la manipulation ; les raccords filetés extérieurs s'engagent contre l'orifice pour assurer le serrage et l'étanchéité.
- À l'attention des équipes d'approvisionnement et de conception des équipementiers: lors de l'examen des plans comportant des trous taraudés dans des composants en aluminium, vérifiez que la longueur d'engagement spécifiée respecte le minimum de 1,5 à 2 fois avant de valider l'usinage. Un plan spécifiant un filetage M6 dans une paroi en aluminium de 8 mm d’épaisseur avec une longueur d’engagement de 6 mm produira des assemblages qui se détérioreront sous une charge modérée — un problème difficile et coûteux à corriger une fois les pièces usinées.
Questions fréquemment posées
Quelle est la différence entre un filetage intérieur et un filetage extérieur ?
Les filetages internes sont formés à l'intérieur d'un trou — dans les trous taraudés, les écrous, les inserts filetés ou les orifices de passage de fluide. Les filetages extérieurs sont formés à l’extérieur d’un arbre, d’un boulon, d’une vis ou d’un goujon. La différence mécanique réside dans la manière dont ils supportent la charge : les filetages extérieurs transmettent la force de traction par la section transversale solide de la fixation ; les filetages intérieurs transmettent la charge par la zone de cisaillement des flancs du filetage en contact avec le filetage extérieur. Dans tout assemblage où les filetages internes et externes sont constitués de matériaux différents, c’est le matériau le plus tendre (généralement le filetage interne du composant principal) qui limite la capacité de charge. Un boulon M8 de classe 8.8 s’engageant dans un filetage en aluminium endommage généralement l’aluminium avant que le boulon n’atteigne sa limite d’élasticité, à moins que l’engagement ne soit suffisant (généralement 12 à 16 mm minimum pour un M8 dans l’aluminium).
Pourquoi les filetages intérieurs s'abîment-ils et comment peut-on éviter cela ?
L'arrachement du filetage interne se produit lorsque le couple appliqué (ou la charge axiale sur l'assemblage) dépasse la résistance au cisaillement des flancs du filetage. Dans l'aluminium et le plastique, il s'agit du mode de défaillance le plus courant des éléments de fixation. Les trois causes les plus courantes sont : une longueur d'engagement du filetage insuffisante (la plus fréquente — des filetages spécifiés à 1× le diamètre dans l'aluminium alors qu'une longueur de 1,5 à 2× est requise), un couple de serrage excessif (l'opérateur serre trop fort sans clé dynamométrique) et un matériau de base tendre sans renfort. Prévention : augmenter la longueur d’engagement pour respecter les recommandations relatives au matériau, spécifier le couple de serrage et le respecter à l’aide de clés dynamométriques étalonnées, et ajouter des inserts filetés (Helicoil en acier inoxydable ou Keensert) dans les composants en aluminium soumis à des charges élevées ou à des cycles d’assemblage répétés.
Dans quels cas faut-il utiliser des inserts filetés plutôt que des trous taraudés directement ?
Les inserts filetés (inserts Helicoil, inserts Keensert ou inserts à emboîtement) doivent être prévus dans les cas suivants : lorsque le matériau de base est de l’aluminium, du magnésium ou du plastique et que l’assemblage est soumis à des charges importantes ou à des montages répétés ; le trou taraudé doit être monté et démonté plus d’environ 10 à 20 fois au cours de la durée de vie du composant ; la charge de serrage du boulon approche la limite de ce que les filets taraudés directement dans le matériau peuvent supporter en toute sécurité ; ou après qu’un arrachement du filetage a été observé en service ou lors d’essais sur prototype. L’insert transforme l’interface effective en une interface acier-acier, augmentant ainsi la résistance au cisaillement du filetage d’environ 2 à 3 fois par rapport à l’aluminium et de 5 à 10 fois par rapport aux plastiques techniques.
Pourquoi le taraudage présente-t-il plus de risques que l'usinage de filets extérieurs ?
Le taraudage présente davantage de risques car le taraud opère dans un espace confiné où l’évacuation des copeaux est limitée, avec un couple élevé par rapport à la section transversale de l’outil, et sans possibilité de voir ou de ressentir directement les conditions de coupe. Si les copeaux s’accumulent dans le trou, si le matériau présente une zone dure ou si le trou est légèrement désaligné, le taraud va se coincer et se rompre. Un taraud cassé dans un alésage critique constitue un problème grave : les tarauds en acier rapide (HSS) et en carbure sont nettement plus durs que le matériau de la pièce et ne peuvent pas être percés pour être extraits. Leur extraction nécessite un usinage par électroérosion (EDM), qui est coûteux et ne réussit pas toujours. Le filetage extérieur sur un tour CNC est une opération à ciel ouvert avec une évacuation des copeaux sans restriction et un outil robuste — la rupture d’outil est rare. Le fraisage de filets est une alternative privilégiée pour les filets intérieurs de petits diamètres (M5 et inférieurs) ou dans des matériaux difficiles.
Dans quelle mesure la longueur d'engagement du filetage influe-t-elle sur la résistance de l'assemblage ?
La longueur d’engagement du filetage détermine directement le nombre de pas de filetage qui se partagent la charge de cisaillement appliquée. La charge sur le filetage n’étant pas parfaitement uniforme sur tous les pas engagés (le premier pas engagé supportant la charge la plus élevée en raison des différences de compliance élastique), l’augmentation de l’engagement au-delà d’environ 1,5 fois le diamètre présente des rendements décroissants — mais les premiers 1,5 fois de l’engagement sont fortement non linéaires. Un assemblage en aluminium avec un engagement de 0,7 fois le diamètre supporte environ 45 à 551 TP17T de la capacité de charge du même filetage avec un engagement de 1,5 fois le diamètre. Règle pratique de conception : si l’épaisseur de paroi d’une pièce en aluminium limite l’engagement à moins de 1,5 fois le diamètre du filetage, il convient soit de passer à un pas de filetage plus petit (ce qui permet d’obtenir davantage de filets par millimètre d’engagement), soit d’ajouter un insert fileté, soit de revoir la géométrie afin d’obtenir une épaisseur de paroi suffisante.
Rédigé par l'équipe d'ingénieurs de CMS, forte de plus de 15 ans d'expérience dans l'usinage de précision CNC, spécialisée dans la réalisation de filetages internes et externes dans l'aluminium, l'acier inoxydable, le titane, les plastiques techniques et le magnésium pour des programmes de fabrication OEM dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale, des dispositifs médicaux et de l'industrie. Références techniques : Machinery’s Handbook (Filetages de vis), ASME B1.13M (Filetages métriques), ISO 965-1 (Tolérances des filetages métriques), VDI 2230 (Calcul systématique des assemblages boulonnés soumis à de fortes contraintes), Bickford J.H. — Introduction à la conception et au comportement des assemblages boulonnés.
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