La plupart des défaillances d'assemblage remontent à la mauvaise fixation, au mauvais grade ou au mauvais couple — pas à un mauvais design. Ce guide couvre ce que vous utilisez réellement sur les pièces usinées CNC : vis à tête cylindrique à six pans creux, vis sans tête, goupilles de positionnement, inserts de filetage, ainsi que les grades et couples de serrage qui comptent.
Arrêtez-vous ici. Faites correspondre votre application au bon type de fixation avant de vous soucier des grades ou du couple.
| Application | Utiliser ceci | Pourquoi |
|---|---|---|
| Serrage général, deux pièces boulonnées ensemble | Vis à tête cylindrique à six pans creux (CHC) | Géométrie de tête la plus résistante par taille. Se loge dans des trous fraisés. Fixation CNC la plus courante. |
| Faible dégagement de tête, surface esthétique | Vis à tête bombée | Tête bombée à profil bas, sans arêtes vives. 20–30 % moins résistante qu'une CHC de même taille. |
| Surface affleurante exigée (sans saillie) | Vis à tête fraisée | Tête plate 90 degrés affleurante. Nécessite un trou fraisé. Type de tête le plus faible — à éviter en forte charge. |
| Fixer un composant sur un arbre | Vis sans tête (vis pointeau) | Sans tête, se visse dans un arbre via le filetage. Le type de pointe compte — voir ci-dessous. |
| Grand assemblage structurel, accès à la clé | Boulon hexagonal | Tête hexagonale externe, entraînée par clé. Le moins cher pour M10+. Standard pour la charpente en acier. |
| Point de pivot, charnière, assemblage coulissant | Vis épaulée | L'épaulement rectifié sert de surface de roulement. Coûteuse mais évite une goupille séparée. |
| Positionnement de précision entre deux pièces | Goupille de positionnement | Sans filetage. Le serrage positionne les pièces à ±0,01 mm. Voir la section goupilles ci-dessous. |
| Filets arrachés, matériau tendre, démontage fréquent | Helicoil / insert de filetage | Crée un filetage en acier résistant dans l'aluminium, le plastique ou les trous endommagés. Voir la section inserts ci-dessous. |
| Arrêt axial sur un arbre | Goupille fendue | Économique, usage unique. Fonctionne avec un écrou à créneaux ou un trou traversant dans l'arbre. |
| Retenir un roulement ou une bague sur un arbre | Anneaux élastiques (anneau de serrage) | Se loge dans une gorge. Arrêt axial uniquement. Économique et rapide à installer. |
| Stud porteur de charge (écrou des deux côtés) | Tige filetée (stud) | Filetée aux deux extrémités ou sur toute la longueur. Utilisée lorsqu'un côté n'a pas d'accès à la clé (par ex. bloc-moteur). |
| Type | Entraînement | Style de tête | Type de charge | Coût relatif | Tailles courantes |
|---|---|---|---|---|---|
| CHC | Six pans creux (Allen) | Cylindre à sommet plat | Traction + cisaillement | 1.0× | M2–M30 |
| Tête bombée | Six pans creux | Dôme bas | Traction + cisaillement | 1.1× | M3–M16 |
| Tête fraisée | Six pans creux / Phillips | Plate 90° | Traction uniquement | 0.8× | M3–M12 |
| Boulon hexagonal | Hexagonal externe (clé) | Tête hexagonale | Traction + cisaillement | 0.6× | M5–M42 |
| Vis sans tête | Six pans creux | Sans tête | Arrêt axial | 0.7× | M2–M12 |
| Vis épaulée | Six pans creux | Tête hexagonale + épaulement | Cisaillement + pivot | 3.0–5.0× | M5–M16 |
| Goupille de positionnement | N/A (serrage) | Aucune | Cisaillement (positionnement) | 0.5× | 3–20 mm diam. |
| Goupille fendue | N/A (branche fendue) | Aucune | Arrêt axial | 0.2× | 1–12 mm diam. |
| Anneau élastique | Pince (anneau de serrage) | Aucune | Arrêt axial | 0.3× | 3–200 mm diam. |
La pièce maîtresse des assemblages CNC. ISO 4762 (métrique) / ASME B18.3 (pouce). La géométrie de tête résistante permet d'utiliser une CHC plus petite qu'un boulon hexagonal pour la même charge de serrage. L'entraînement à six pans creux garde la tête compacte — se loge dans des fraisures où une clé ne peut atteindre.
| Classe | Traction (MPa) | Élastique (MPa) | Dureté | Quand l'utiliser |
|---|---|---|---|---|
| 8.8 | 800 | 640 | 22–32 HRC | Non critique, sensible au coût. Assemblages à faible contrainte. |
| 10.9 | 1000 | 900 | 32–39 HRC | Défaut pour les assemblages CNC. Bonne résistance, non fragile. Couvre 90 % des cas. |
| 12.9 | 1200 | 1080 | 39–44 HRC | Haute contrainte, encombrement réduit. Supports moteur, brides de moule. Plus fragile — à éviter sous choc/vibration. |
La fraisure pour une CHC doit être suffisamment profonde pour que la tête soit entièrement sous la surface, plus un petit dégagement. Pour l'entraînement à six pans creux, vous avez besoin d'assez de profondeur pour que la clé Allen s'engage — typiquement la clé pénètre au moins 70 % de la profondeur de la douille.
| Taille | Diam. de tête (mm) | Hauteur de tête (mm) | Taille de douille (mm) | Profondeur de fraisure min. (mm) |
|---|---|---|---|---|
| M3 | 5.5 | 3.0 | 2.5 | 3.5 |
| M4 | 7.0 | 4.0 | 3.0 | 4.5 |
| M5 | 8.5 | 5.0 | 4.0 | 5.5 |
| M6 | 10.0 | 6.0 | 5.0 | 6.5 |
| M8 | 13.0 | 8.0 | 6.0 | 8.5 |
| M10 | 16.0 | 10.0 | 8.0 | 10.5 |
| M12 | 18.0 | 12.0 | 10.0 | 12.5 |
Vis sans tête vissées à travers un moyeu pour buter contre un arbre. Elles transmettent le couple par friction ou par la pointe s'enfonçant dans l'arbre. ISO 4026 (pointe plate) / ISO 4027 (pointe conique) / ISO 4028 (pointe tenon) / ISO 4029 (pointe cuvette).
| Type de pointe | Norme | Comment ça marche | Quand l'utiliser | Inconvénient |
|---|---|---|---|---|
| Pointe plate | ISO 4026 | Extrémité plate bute contre la surface de l'arbre | Démontage fréquent. N'endommage pas l'arbre. À utiliser avec un méplat sur l'arbre pour un positionnement positif. | Puissance de maintien la plus faible. Repose uniquement sur la friction. |
| Pointe conique | ISO 4027 | Extrémité pointue s'incruste dans l'arbre | Assemblage permanent ou semi-permanent. Puissance de maintien axial la plus élevée. | Endommage l'arbre. Pas pour des pièces à démonter. |
| Pointe tenon | ISO 4028 | Extrémité plate prolongée se loge dans un trou foré dans l'arbre | Engagement positif sans dommage à l'arbre. Idéal pour un positionnement axial précis. | Nécessite un trou correspondant dans l'arbre. Ajoute une opération de perçage. |
| Pointe cuvette | ISO 4029 | Extrémité en creux s'enfonce légèrement dans l'arbre | Type de pointe le plus courant. Bon équilibre entre adhérence et réutilisabilité. | Laisse une petite marque sur l'arbre. Peut se desserrer sous vibration. |
Cylindres rectifiés de précision serrés dans des trous pour positionner deux pièces l'une par rapport à l'autre. Elles ne serrent pas — elles positionnent. À utiliser conjointement avec des fixations (qui fournissent la force de serrage).
| Type | Norme | Tolérance | Matériau | Cas d'usage |
|---|---|---|---|---|
| Goupille cylindrique | ISO 2338 / DIN 6325 | m6 | Acier durci (60 HRC min) | La plus courante. Serrage pour un positionnement de précision. |
| Goupille extractible | DIN 7979 | m6 | Acier durci | Extrémité filetée pour un retrait facile avec une vis. Indispensable pour les trous aveugles. |
| Goupille conique | ISO 2339 / DIN 1 | Conicité autobloquante | Acier | Charges de cisaillement. L'ajustement conique élimine le besoin de presse. Réutilisable. |
L'ajustement standard pour les goupilles de positionnement est trou H7 / goupille m6. C'est un léger ajustement serré (techniquement un ajustement de transition, mais se comporte comme un ajustement serré aux petits diamètres). Le trou doit être alésé, pas foré, pour atteindre la tolérance H7.
| Diam. goupille (mm) | Plage trou (H7) (mm) | Plage goupille (m6) (mm) | Serrage (approx.) |
|---|---|---|---|
| 3 | 3.000–3.010 | 3.004–3.012 | 0.004–0.012 mm de serrage |
| 5 | 5.000–5.012 | 5.008–5.018 | 0.008–0.018 mm de serrage |
| 6 | 6.000–6.012 | 6.008–6.019 | 0.008–0.019 mm de serrage |
| 8 | 8.000–8.015 | 8.010–8.023 | 0.010–0.023 mm de serrage |
| 10 | 10.000–10.015 | 10.012–10.027 | 0.012–0.027 mm de serrage |
Une bobine hélicoïdale de fil en acier inoxydable à section losange installée dans un trou taraudé. L'insert devient lui-même la surface filetée. Le matériau parent ne voit que les filets extérieurs de l'insert, qui répartissent la charge sur une surface bien plus grande.
| Situation | Raison | Sans insert |
|---|---|---|
| Pièces en aluminium / magnésium | Le matériau tendre s'arrache sous charge répétée | Le filetage se desserre après quelques cycles d'assemblage |
| Assemblage / démontage fréquent | L'insert en acier résiste mieux que les filets en aluminium | Les filets grippent et se desserrent après 5–10 cycles |
| Réparation de filets arrachés | Restaure un trou endommagé à la taille de filetage d'origine | La pièce est rebutée ou nécessite une fixation surdimensionnée |
| Pièces en plastique | Le plastique n'a aucune résistance de filetage significative | La fixation s'arrache au premier couple |
| Forte vibration | Insert + frein-filetage (Loctite) est plus fiable que les filets dans un matériau tendre | Les fixations se desserrent avec le temps |
1. Forez le trou à la taille de foret de taraudage Helicoil (plus grande que le foret de taraudage standard pour ce filetage).
2. Taraudez avec le taraud spécial STI (Screw Thread Insert) — PAS un taraud standard. Le taraud STI est surdimensionné car l'insert occupera de l'espace dans le trou.
3. Installez l'insert avec l'outil d'installation Helicoil. L'outil entraîne la bobine dans le trou taraudé. L'insert a une patte à l'extrémité — cassez-la après installation avec un poinçon ou un outil de coupe de patte.
Le grade (classe ISO ou grade SAE) vous indique la résistance de la fixation. Grade plus élevé = plus résistant mais plus fragile. Le marquage sur la tête de fixation identifie le grade.
| Classe ISO | Grade SAE | Traction (MPa) | Élastique (MPa) | Matériau | Marquage de tête | Quand l'utiliser |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 4.8 | Grade 2 | 400 | 320 | Acier à bas carbone | Aucun | Non critique, décoratif, faible charge |
| 8.8 | Grade 5 | 800 | 640 | Acier à moyen carbone, trempé & revenu | 8.8 | Usage général, sensible au coût |
| 10.9 | Grade 8 | 1000 | 900 | Acier allié, trempé & revenu | 10.9 | Défaut pour la CNC. Assemblages structurels. |
| 12.9 | — | 1200 | 1080 | Acier allié, trempé & revenu (carbone plus élevé) | 12.9 | Haute contrainte, encombrement limité. À éviter sous choc. |
| A2-70 | — | 700 | 450 | Inox 304 | A2-70 | Résistance à la corrosion nécessaire. 70 % de la résistance du 8.8. |
| A4-80 | — | 800 | 600 | Inox 316 | A4-80 | Marin / chimique. 80 % de la résistance du 8.8. |
Le couple correct est critique. Un sous-couple signifie que l'assemblage se desserre. Un sur-couple arrache les filets ou casse la fixation. Ces valeurs s'appliquent aux fixations en acier brut, zingué ou à sec. Réduisez d'environ 25 % pour les fixations lubrifiées (avec huile, anti-grippant ou frein-filetage Loctite).
| Taille | Pas de filetage | Classe 8.8 | Classe 10.9 | Classe 12.9 | A2-70 inox |
|---|---|---|---|---|---|
| M3 | 0.5 | 1.1 | 1.5 | 1.8 | 0.9 |
| M4 | 0.7 | 2.5 | 3.5 | 4.1 | 2.1 |
| M5 | 0.8 | 5.0 | 7.0 | 8.3 | 4.1 |
| M6 | 1.0 | 8.5 | 12.0 | 14.0 | 7.0 |
| M8 | 1.25 | 21.0 | 29.0 | 34.0 | 17.0 |
| M10 | 1.5 | 41.0 | 58.0 | 68.0 | 33.0 |
| M12 | 1.75 | 71.0 | 100.0 | 118.0 | 58.0 |
| M14 | 2.0 | 110.0 | 155.0 | 182.0 | 90.0 |
| M16 | 2.0 | 175.0 | 245.0 | 288.0 | 143.0 |
| Taille | Filets/pouce | Grade 5 | Grade 8 |
|---|---|---|---|
| #10 | 24/32 | 2.5–3.0 | 4.0–4.5 |
| 1/4" | 20 | 6–7 | 9–10 |
| 5/16" | 18 | 12–13 | 18–19 |
| 3/8" | 16 | 20–22 | 30–33 |
| 1/2" | 13 | 45–50 | 65–75 |
| 5/8" | 11 | 85–95 | 125–140 |
| 3/4" | 10 | 140–155 | 200–225 |
Pour les assemblages à plusieurs fixations (brides, couvercles, plaques), la séquence de serrage compte. Serrez toujours en croix ou en motif alterné, en procédant du centre vers l'extérieur. Cela assure une pression de serrage uniforme et empêche la déformation.
| Motif | Quand l'utiliser | Exemple |
|---|---|---|
| Motif en étoile | Bride circulaire (4+ boulons) | Brides de tuyauterie, flasques de moteur |
| Croix (X) | Couvercle rectangulaire (4 boulons) | Couvercles de boîte de vitesses, bouchons de collecteur |
| Spirale vers l'extérieur | Grande plaque (8+ boulons) | Bâis de machines, grandes brides |
| Du centre vers l'extérieur | Implantations de boulons concentriques | Culasses, brides multi-boulons |
Les fixations se desserrent sous vibration, cyclage thermique et charges dynamiques. La bonne méthode de freinage dépend de l'environnement, de l'exigence de réutilisabilité et du coût.
| Méthode | Comment ça marche | Idéale pour | Réutilisable ? | Coût relatif | Limitations |
|---|---|---|---|---|---|
| Frein-filetage Loctite | Adhésif anaérobie remplit les jeux de filetage, polymérise en solide | Vibration générale. Méthode la plus courante. | Moyen (242/262) ou permanent (271) | 0,05–0,15 $/boulon | La surface doit être propre. Limites de température (150°C pour bleu, 200°C pour rouge). |
| Rondelle élastique fendue | La rondelle ressort mord les surfaces sous tension | Vibration faible à moyenne. Rapide, économique. | Oui (remplacer la rondelle) | 0,02–0,08 $ | Méthode la moins efficace sous vibration sévère. Peut endommager les surfaces tendres. |
| Écrou Nylstop | Insert en nylon agrippe les filets du boulon | Vibration moyenne. Réutilisable 5–10×. | Oui (jusqu'à la limite de température) | 0,10–0,50 $ | Le nylon se dégrade au-dessus de 120°C. Pas pour usage haute température. |
| Écrou à créneaux + goupille fendue | Goupille fendue à travers l'écrou et le boulon empêche la rotation | Assemblages critiques de sécurité. Roulements de roue, direction. | Oui (remplacer la goupille fendue) | 0,15–0,40 $ | Nécessite un trou foré dans le boulon. Pas pour les espaces confinés. |
| Rondelles cales Nord-Lock | Paire de rondelles à cale — tension, pas friction | Vibration sévère. Machines lourdes. | Oui | 0,30–1,00 $ | Plus cher. Nécessite l'accès aux deux côtés. |
| Double écrou | Deux écrous bloqués l'un contre l'autre (écrou frein) | Tension réglable, aucune pièce spéciale nécessaire. | Oui | 2× le coût de l'écrou | Encombrant. Nécessite un accès à la clé pour les deux écrous. |
| Erreur | Ce qui arrive | Approche correcte |
|---|---|---|
| Utiliser le grade 12.9 partout « pour la sécurité » | Plus fragile — casse sous choc ou fatigue. Risque de fragilisation par hydrogène avec le revêtement. | Utilisez 10.9 par défaut. 12.9 uniquement lorsque le calcul de contrainte confirme qu'il est nécessaire. |
| Sur-serrage avec une visseuse à chocs | Filets arrachés, fixations cassées, pièces déformées. Particulièrement courant sur M5 et plus petit. | Utilisez une clé dynamométrique. Les visseuses à chocs sont pour la construction, pas pour les assemblages de précision. |
| Pas d'engagement de filetage dans le trou taraudé | La fixation s'arrache en charge. Le minimum est 1× le diamètre dans l'acier, 1,5× dans l'aluminium, 2× dans le plastique. | Concevez la profondeur de trou pour un engagement adéquat. Utilisez des inserts dans les matériaux tendres. |
| Utiliser une vis sans tête à pointe cuvette sur un arbre durci | La pointe ne peut pas s'enfoncer. La vis glisse en charge. | Utilisez une pointe plate avec méplat sur l'arbre, ou une pointe tenon avec un trou foré. Envisagez une rainure de clavette. |
| Tarauder le trou Helicoil avec un taraud standard | L'insert ne rentre pas. Le trou est trop petit. | Utilisez toujours le taraud STI spécifié par le fabricant de l'insert. |
| Goupille de positionnement unique pour le positionnement | Les pièces tournent autour de la goupille. Aucune contrainte angulaire. | Utilisez toujours deux goupilles à écartement maximal. Jamais trois (hyperstatique). |
| Utiliser des fixations en inox avec des plaques en acier carbone | Corrosion galvanique à l'interface. L'inox est cathodique — la plaque en acier corrode plus vite. | Utilisez la même famille de matériaux partout, ou ajoutez une rondelle isolante. |
| Ne pas tenir compte du Loctite sur le couple | Sur-serrage. Le Loctite agit comme un lubrifiant pendant l'installation, puis freine une fois polymérisé. | Réduisez le couple de 25 % lors de l'utilisation de Loctite. Suivez l'abaque de couple Loctite. |
| Ignorer le pas de filetage | Pas grossier (défaut) vs pas fin spécifié sur le plan mais pas grossier fourni. | Spécifiez toujours le pas : M8x1.25 (grossier) vs M8x1.0 (fin). Ne comptez pas sur le « standard ». |
| Réutiliser des écrous à couple resistant | La capacité de freinage se dégrade à chaque utilisation. L'écrou finit par tourner librement. | Remplacez les écrous Nylstop après 5–10 cycles. Inspectez les écrous à couple resistant à chaque utilisation. |