Fil à rouler

Ce guide contient tout ce que vous devez savoir sur les produits de filetage et de décolletage.

Vous découvrirez des sujets tels que :

• Qu’est-ce que le filage ?

• Processus de roulage de fil

• Avantages et inconvénients du roulage du fil

• Défauts courants

• Types de machines à rouler les filets

• Et bien plus encore…

Chapitre 1 : Qu'est-ce que le Thread Rolling ?

Le laminage de fil est un processus de filetage qui déforme une matière métallique en la faisant rouler entre des matrices, créant ainsi des filetages externes sur la surface. Cette méthode peut également former des filetages internes grâce à un processus appelé formation de filetage. Contrairement à d'autres techniques de filetage courantes telles que le filetage, le roulage du filetage n'est pas soustractif, ce qui signifie qu'il n'implique pas de retirer du métal du matériau. Les avantages des fixations filetées roulées incluent des filetages plus solides, des dimensions finales précises, une finition de surface supérieure et un coefficient de frottement inférieur.

Les produits de machines à visser sont des éléments de machine filetés tels que des boulons, des écrous et des vis. Les éléments de machine filetés peuvent être regroupés selon leur fonction. Les boulons, écrous et vis sont des composants structurels appelés attaches. Des fixations filetées peuvent également être intégrées à la pièce réalisant des raccords filetés.

Les attaches filetées sont utilisées pour créer des joints non permanents, permettant le desserrage ou le démontage mécanique de composants. En revanche, les vis électriques et les vis mères fonctionnent comme des mécanismes ou des entraînements mécaniques. Ces éléments contrôlent le mouvement et transmettent la puissance à d’autres parties d’une machine, jouant un rôle crucial dans les systèmes mécaniques.

Formes de filetage

Les filetages de vis peuvent être classés en fonction de leur forme.

• Filetage en V : Il s'agit de filetages triangulaires dont les flancs forment généralement un angle de 60 ° les uns avec les autres. Les crêtes et les racines sont pointues, mais dans certains cas, sous la forme d'une petite partie plate en raison de limitations de fabrication.

• American National Thread : anciennement connu sous le nom de filetage de vis standard des États-Unis, l'American National Thread est une version plus standardisée du filetage en V qui a des dimensions spécifiques pour la planéité des crêtes et des racines des filetages. Cette forme a remplacé le filetage en V pour un usage général.

• British Whitworth Thread : C'était l'équivalent britannique de l'American National Thread.

• Fil unifié : cette forme de fil a remplacé le fil national américain ainsi que les normes de fil du Canada et de la Grande-Bretagne. Ceci a été développé pour permettre l’interchangeabilité des pièces. Les filetages unifiés ont toujours le profil en forme de V mais avec des crêtes et des racines arrondies ou plates. Le Unified Thread Standard (UTS) se compose de séries, à savoir Unified Fine (UNF), Unified Coarse (UNC), Unified Extra Fine (UNEF) et Unified Special (UNS).

• Filetage métrique : Cette forme de filetage a été développée pour passer de la mesure impériale au système métrique. Cela a été apporté par l'ISO, remplaçant la forme de fil UTS.

• Filetage carré : les filetages carrés sont des filetages spéciaux utilisés pour la transmission de puissance. Théoriquement, ils constituent le filetage idéal pour les mécanismes et les applications d'entraînement en raison de la perpendiculaire des faces ou flancs porteurs avec l'axe. Cependant, cette forme n'est pas pratique en raison de limitations de fabrication.

• Acme Thread : Cette forme de fil est une modification du fil carré. Le fil acmé se caractérise par une forme trapézoïdale avec une racine plus étroite que sa crête. Les fils Acme sont plus solides et plus faciles à usiner que les fils carrés.

• Filetage de contrefort : Dans cette forme de filetage, un flanc est perpendiculaire ou avec un léger angle avec l'axe tandis que l'autre a un angle de 45°. Cette forme de filetage est conçue pour transmettre des charges élevées dans une direction.

• Fil d'articulation : Les fils d'articulation ont des crêtes et des racines très arrondies avec un angle de flanc de 30°. Le profil arrondi permet de déplacer les débris pour ne pas gêner l'engrènement des fils.

Chapitre 2 : Qu'est-ce qu'un aperçu des processus de threading ?

Les processus de génération de fil sont généralement classés en trois méthodes : soustractive, déformative et additive, chacune différant par la façon dont le fil est façonné ou formé. Les procédés soustractifs, souvent appelés procédés de découpe, font partie de ces méthodes. Voici un résumé de ces processus :

Taraudage : Le taraudage est un processus d'usinage de filetage permettant de produire des filetages internes. Cela se fait à l'aide d'un taraud qui est un outil de coupe cylindrique ou conique. Le taraud possède plusieurs arêtes de coupe semblables à un filetage extérieur. Le filetage interne est généré en faisant tourner le taraud tout en le déplaçant axialement plus profondément dans l'alésage de la matière métallique.

Filetage de matrice : ce processus est utilisé pour produire des filetages externes. Sa méthode d’application de la force et d’action de coupe est similaire au taraudage. Une matrice est utilisée pour couper le métal avec plusieurs points de coupe semblables à un filetage interne. Il existe différentes conceptions de matrices qui peuvent être solides ou à ouverture automatique.

Coupe en un seul point : La coupe en un seul point est effectuée dans un tour où le stock de métal est maintenu et tourné. L'outil de coupe est monté sur un chariot alimenté linéairement par un vis mère. Ce processus peut produire des threads internes et externes. Ce processus est plus lent que le taraudage ou la découpe. Son avantage est qu’un seul outil de coupe est nécessaire pour réaliser différents filetages.

Chasse : Ce processus utilise un outil appelé chasseur de fil qui est composé de plusieurs outils de coupe à un seul point assemblés. Le chenillard est généralement monté sur le chariot d'un tour qui est indexé progressivement pour couper le filetage.

Fraisage : Dans ce processus, un ou plusieurs outils de coupe rotatifs sont utilisés pour fileter le matériau. En plus de faire tourner l'outil de coupe et de l'indexer axialement comme on le voit dans le taraudage et le filetage, l'outil de coupe tourne également le long de la circonférence de la surface filetée. Le fraisage de filetage peut générer des filetages internes et externes.

Meulage : Au lieu de couper le matériau, ce processus utilise des outils abrasifs pour enlever le métal. Cela se fait généralement en conjonction avec d’autres processus de thread. La rectification des filetages est effectuée pour produire des filetages de précision et des filetages avec une bonne finition.

Les processus de déformation génèrent des fils en travaillant le métal pour lui donner sa forme. Cette classification comprend le laminage et le moulage :

Roulage : Comme mentionné précédemment, le roulage de filetage est un processus de filetage externe qui façonne le matériau en le faisant passer à travers des matrices à rouleaux. Les filières à rouleaux sont dotées de rouleaux filetés externes qui entrent en contact avec la surface du matériau et la déforment. Le roulage du fil est généralement plus rapide que le filetage puisque le processus de mise en forme ne nécessite que quelques passes.

Coulée : ce processus consiste à verser ou à injecter le métal en fusion dans une matrice ou un moule. La matrice contient la forme négative de la partie filetée. Ce processus nécessite des processus d'usinage secondaires pour produire des filetages précis. Ce procédé n'est pas adapté à la réalisation de fils fins.

Enfin, les procédés additifs sont des méthodes de production de fils par ajout ou dépôt progressif de matières. Ceux-ci sont largement utilisés pour produire des pièces en plastique. Les progrès technologiques étendent encore le processus de production d’éléments de machines métalliques. Pour produire des fils de qualité, il est utilisé conjointement avec des processus secondaires tels que le meulage et le rodage.

Certains des processus additifs sont la stéréolithographie, le frittage sélectif au laser et la fabrication de filaments fondus :

• Stéréolithographie : C'est l'un des procédés d'impression 3D les plus utilisés pour produire des pièces en plastique. Ce processus implique un bain de résine plastique qui est durci par un faisceau de lumière focalisé.

• Frittage sélectif au laser : ce processus utilise un faisceau laser pour fritter un matériau en poudre. Le plastique est un matériau couramment utilisé pour le processus, mais la technologie gagne désormais du terrain dans la production de pièces métalliques.

• Fabrication de filaments fondus : dans ce processus, un filament continu de matériau est fondu et extrudé pour former la forme souhaitée de la pièce.

Chapitre 3 : Quels sont les avantages et les inconvénients du roulage de filetage ?

L’utilisation d’un produit de machine à vis laminée présente à la fois des avantages et des inconvénients. Le principal avantage du laminage de filets est qu’il produit des surfaces plus solides et offre une grande précision dimensionnelle. Cependant, comme ce procédé repose sur la déformation du métal, il est généralement limité aux métaux mous et implique des coûts d'outillage plus élevés.

Vous trouverez ci-dessous les avantages de l'utilisation de vis et de boulons roulés :

Haute résistance du fil : le roulage du filetage s'effectue généralement à des températures relativement basses, ce qui en fait un processus de travail à froid. Le travail à froid est connu pour produire des pièces avec des résistances plus élevées sans nécessiter de traitement thermique secondaire. Cela rend le laminage adapté au filetage de matériaux qui ne répondent pas au traitement thermique. Les fils roulés sont 10 à 20 pour cent plus résistants que les fils coupés ou meulés.

Bonnes finitions de surface : le roulage de filetage confère intrinsèquement des filetages lisses et brunis sans nécessiter de processus de polissage secondaire. Les forces de compression élevées qui déforment le métal éliminent toute irrégularité à la surface du filetage. Les surfaces laminées ont une rugosité de surface d'environ 8 à 24 micropouces Ra, tandis que les fils coupés ont généralement une rugosité de 64 à 125 micropouces Ra. Les fils roulés sont également exempts de déchirures, de marques de broutage, de marques de coupe et de bavures.

Filetage de précision : étant donné que les matrices utilisées dans le laminage de filets sont des images miroir des filetages à générer et qu'aucun matériau n'est retiré du stock, le processus peut produire des pièces avec une précision et une exactitude élevées sur de longues séries. Cela est vrai à condition que les matrices soient précises et fabriquées avec une dureté suffisante.

Coefficient de frottement inférieur : Une bonne finition de surface entraîne un coefficient de frottement inférieur. Un coefficient de friction plus faible permet un serrage plus uniforme et cohérent des écrous et des boulons ou une meilleure transmission de puissance pour les vis mères.

Délais de production réduits : le roulage du filetage est généralement plus rapide que le filetage. Les vitesses de laminage dépendent du type de matériau, du profil du filetage, de la taille et de la capacité de la machine, ainsi que de la méthode d'alimentation du métal. Pour les filières alternatives, le laminage de filets peut produire 30 à 40 pièces par minute avec des diamètres de stock allant de 5/8 à 1 1/8. Pour les filières cylindriques, 10 à 30 parties par minute pour des tailles allant de 1 à 1 ½ pouce.

Coût réduit grâce à l'utilisation efficace du matériau : étant donné que le laminage de filetage est un processus déformant, aucune quantité de matériau n'est retirée tout au long du processus. Cela conduit à une meilleure utilisation de l’énergie puisqu’il n’est pas nécessaire de collecter et de recycler les matériaux gaspillés.

Vous trouverez ci-dessous les inconvénients du roulage de fil. On constate que celles-ci affectent davantage le fabricant que l’utilisateur final. En fin de compte, ceux-ci contribuent au coût du produit, rendant les produits filetés laminés, dans certains cas, plus chers que les produits fabriqués à partir d'autres processus.

Pas pratique pour les matériaux durs : le roulage des filets se fait principalement sur des métaux malléables. Même si cela est possible, le roulage de filets n'est pas effectué pour les métaux supérieurs à 40 Rockwell C. Au-delà de ce niveau de dureté, le roulage de filets est plus pratique. Le laminage de matériaux durs réduit considérablement la durée de vie de l'outil.

• Outillage plus coûteux : Les matrices utilisées pour le laminage doivent être dures et précises. Toute déformation de la matrice entraînera une mauvaise précision dimensionnelle des filetages. En raison de la dureté requise, la fabrication précise des matrices est difficile.

• Le diamètre du stock doit être précis : il doit y avoir la bonne quantité de matériau qui s'écoulera pour être déplacé et soulevé au-dessus de la surface d'origine. Le diamètre de la matière doit être calculé et vérifié par essai, en particulier lors de la production de filetages précis. Pour obtenir le bon diamètre, la crosse peut nécessiter un processus de tournage préalable.

Chapitre 4 : Quels facteurs doivent être pris en compte lors du roulage de filetage ?

Comme pour tout processus d’usinage, plusieurs facteurs doivent être pris en compte pour garantir des conditions de fonctionnement et une qualité de produit optimales. Vous trouverez ci-dessous quelques-unes des variables clés qui ont un impact sur le déroulement des threads.

Exigences matérielles : Un inconvénient connu du roulage de filetage est son incompatibilité avec les matériaux durs. Les matériaux à laminer doivent avoir une dureté ne dépassant pas HRC 40. Les matériaux pouvant être laminés sont les aciers à faible teneur en carbone, les aciers doux, les aciers inoxydables, les alliages de cuivre et souvent l'aluminium. De plus, le matériau doit avoir le bon degré de ductilité. La plage recommandée est de 12 à 20 % de facteur d'allongement.

Diamètre de la crosse : Le diamètre de la crosse correct est presque le même que le diamètre primitif de la vis ou des boulons. Habituellement, l'espace ou la cavité entre les filetages et en dessous de la ligne de pas est le même que le volume du filetage au-dessus de la ligne de pas. Certains ajustements des tolérances peuvent être nécessaires pour obtenir la formation de crête souhaitée, en particulier si des processus secondaires tels qu'un revêtement ou un placage doivent être effectués.

Angle de chanfrein : le chanfrein est la surface conique effilée au début d'un filetage. Avant le laminage, le bord à une extrémité de la pièce doit être usiné pour avoir un chanfrein. Un angle de chanfrein correct doit être réglé pour façonner correctement le filetage à l'extrémité. L'angle de chanfrein recommandé est de 30° dans la plupart des cas.

Alimentation : Il existe trois techniques de base pour alimenter la matière première dans les matrices : l'alimentation radiale, l'alimentation tangentielle et l'alimentation traversante. En alimentation radiale, les matrices se déplacent radialement vers l'axe de la matière. Pour l'alimentation tangentielle, le pas de la matière s'approche des rouleaux par son côté, créant un contact tangentiel carré. Enfin, l'alimentation directe implique une matrice cylindrique qui s'accouple contre la matière, la faisant se déplacer axialement.

• Vitesses de laminage des filets : les vitesses de laminage des filets dépendent des limitations mécaniques et de puissance de la machine, du diamètre du filetage, ainsi que du matériau et de la dureté du matériau métallique. Les vitesses de roulement peuvent varier de 30 à 100 m/min. De faibles vitesses de laminage sont requises pour les matériaux durs, tandis que des vitesses élevées sont nécessaires pour les matériaux mous et ductiles.

• Liquide de refroidissement et lubrifiant : Les liquides de refroidissement ou les liquides de coupe sont largement utilisés dans le filetage, mais ils sont également nécessaires au roulage des filetages. La déformation du métal génère également de la chaleur qui peut compromettre à la fois les matrices et le stock. De plus, les liquides de refroidissement peuvent également agir comme lubrifiants pour réduire la friction entre les matrices et la matière première.

Chapitre 5 : Quels sont les défauts courants du roulage des filetages ?

Bien que le processus de laminage de filetage offre une plus grande précision par rapport aux autres méthodes, des défauts peuvent toujours survenir en raison de perturbations et d'irrégularités dans l'opération. Les problèmes courants incluent des dimensions de stock hors tolérance, des rouleaux usés ou mal alignés et une alimentation inappropriée du stock. Voici les défauts les plus fréquents observés lors du roulage des filets.

Crête de fil tronquée : Ce défaut est décrit par une crête de fil non entièrement formée ou une crête excessivement tronquée. Une des raisons pourrait être un stock sous-dimensionné où il n'y a pas suffisamment de matériau pour s'écouler et créer les crêtes. Ceci est corrigé en augmentant progressivement la taille du stock. Si le diamètre primitif est surdimensionné, la cause fondamentale la plus probable est une tête de filetage desserrée qui est résolue par le dimensionnement. Dans le cas contraire, le défaut est probablement dû à une dureté excessive du matériau. Il faut donc alors se transformer en un matériau plus souple.

Écaillage : L'écaillage ou les éclats provoquent une rugosité inhabituelle à la surface des fils. Ceci est généralement dû à l’incompatibilité du matériau à rouler. Les causes profondes peuvent être une teneur excessive en plomb et en soufre, une structure de grain incohérente et parfois un travail à froid avant le laminage. Si le matériau utilisé présente déjà une bonne aptitude au laminage, d'autres causes possibles peuvent être des rouleaux ou des matrices mal adaptés, une surface rugueuse des rouleaux, un remplissage excessif ou des vitesses de laminage lentes.

Fils ivres : ce défaut se manifeste par des crêtes de fil ondulées ou inégales. Ceci est dû à des matrices mal adaptées, à une alimentation mal alignée du stock ou à une mauvaise construction des matrices. La meilleure solution est de vérifier l’état des rouleaux et de leurs bagues.

Ligne à pas incurvé : Ceci est considéré comme la diminution des filetages vers les extrémités des segments filetés du boulon ou de la vis. La courbure peut être concave ou convexe. Ses causes profondes sont un diamètre de matériau incohérent, un matériau mal aligné par rapport au rouleau, une usure des rouleaux ou une déformation trop importante du matériau provoquant son écoulement vers l'extrémité du matériau.

Angle d'hélice hors tolérance : cela peut être le résultat de diverses causes telles que des rouleaux non synchronisés, des rouleaux imparfaits, une alimentation incorrecte du matériau ou un vérin à vis. Ce problème peut être résolu en synchronisant et en alignant correctement les rouleaux, en alimentant correctement le matériau et en optimisant la vitesse de roulement.

Mauvaise finition : une mauvaise finition est le résultat de facteurs tels que des matrices usées, une dureté élevée du matériau, un diamètre de pièce surdimensionné ou la présence de contaminants dans l'alimentation en liquide de refroidissement.

Extrémité en coupe : une extrémité en coupe apparaît comme une extrémité concave provoquée par le fait de forcer le métal à s'écouler sur un chanfrein insuffisant. Ceci est plus évident sur les métaux plus mous. Le défaut est résolu en chanfreinant correctement la matière, généralement à environ 30°.

Chapitre 6 : Quels sont les types de machines à rouler les filets ?

Le laminage de filetage est un processus simple qui commence par couper une barre métallique à longueur et la forger pour créer le boulon ou la tête de vis. Ensuite, la barre est usinée pour obtenir le diamètre correct et un chanfrein à une extrémité. Le matériau préparé est ensuite introduit dans la machine à fileter, où il passe à travers des filières pour façonner le fil. Une fois le fil roulé, le matériau subit des processus secondaires tels que le placage, l'anodisation et le revêtement.

Ce résumé du processus s’applique à tous les types de threads roulants. Cependant, les machines à rouler les filets diffèrent en fonction du type de matrice utilisé. Ils peuvent être classés en types de matrices plates, planétaires ou cylindriques.

Type à matrice plate : Ce type de machine à rouler les filets se compose de deux matrices rectangulaires dont l'une est fixe tandis que l'autre est alternative. La matrice alternative se déplace parallèlement à la matrice stationnaire. La surface des filières contient des stries représentant le profil du fil à réaliser. Ces arêtes sont inclinées d'un angle égal à l'angle d'hélice du filetage. La distance entre les sommets des filières est égale au petit diamètre du filetage.

Les fils sont formés typiquement en un seul passage. La longueur de la matrice permet au stock d'être roulé six à huit fois. Le stock est inséré à une extrémité, soit manuellement, soit automatiquement. Les matrices font rouler la matière tangentiellement, ce qui la transporte jusqu'à l'extrémité opposée par friction.

Type segment ou planétaire : Un type planétaire fonctionne en faisant rouler le matériel sur une surface fixe et une surface mobile. Cependant, cette machine utilise un mouvement de rotation au lieu d’une translation. Ce type implique des matrices incurvées fixes et une matrice rotative centrale. Une ou plusieurs matrices fixes peuvent être associées à une seule matrice rotative. Une filière stationnaire roule un stock à la fois.

Semblable au type à filière plate, la machine planétaire possède une surface de roulement finie qui forme le fil à travers un passage. La crosse est insérée à une extrémité de la matrice incurvée. La matrice rotative fait ensuite tourner un arc complet de la matrice incurvée faisant tourner la matière jusqu'à ce qu'elle soit éjectée à l'extrémité opposée.

Type de matrice cylindrique : Les matrices ou rouleaux cylindriques sont considérés comme des matrices avec des surfaces de travail infinies. Ces machines fonctionnent généralement grâce à la combinaison d’une alimentation radiale et traversante. Contrairement aux types à matrice plate et planétaire, le type à matrice cylindrique déforme le métal en plusieurs passes lors de son roulage. Les machines à matrice cylindrique peuvent être divisées en deux grandes catégories : les machines à deux et trois matrices.

• 1. Deux matrices : ce type de machine à fileter comporte deux rouleaux parallèles dont l'un ou les deux peuvent se déplacer radialement pour accepter et pénétrer dans le matériau. La crosse est positionnée avec un léger décalage par rapport au plan de la ligne médiane des matrices pour l'empêcher de sortir. Un support de rouleau lisse ou une barre de repos est situé au milieu pour maintenir le stock pendant son enfilage.

  2. Trois filières : Cette machine est dotée de trois rouleaux positionnés à 120° les uns des autres. Généralement, tous les rouleaux peuvent se déplacer radialement, la position de la matière étant maintenue au centre pendant la pénétration. Par rapport aux machines à deux matrices, les types à trois matrices ont un meilleur équilibre des forces mais sont plus difficiles et complexes à régler.

Conclusion

• Le laminage de filetage est un type de processus de filetage qui consiste à déformer une matière métallique en la faisant passer à travers des matrices pour former des filetages externes le long de sa surface. Les filetages internes peuvent être formés en utilisant le même principe, spécifiquement appelé filetage.

• Les processus de génération de threads sont généralement classés en trois méthodes : soustractive, déformative et additive. Ceux-ci diffèrent selon la façon dont le fil est façonné ou formé.

• Le principal avantage du roulage de filetage est la plus grande précision de surface et dimensionnelle du produit. Cependant, le procédé est limité aux métaux mous et nécessite un outillage plus coûteux.

• Il existe différents types de machines à rouler les filets qui varient selon le type de filière utilisé. Les machines à rouler les filets peuvent être de type à matrice plate, planétaire ou cylindrique.