Vis : histoire, matériaux, design, fabrication et normes de qualité

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Contexte

Les vis appartiennent à la famille des fixations filetées qui comprend aussi les boulons, goujons et types spécialisés comme les vis à bois de charpentier et les vis à tête cylindrique automobiles. Elles se déclinent en deux variétés principales : les vis mécaniques, à diamètre constant et généralement utilisées avec des écrous, et les vis à bois, qui s'effilent pour mordre dans le bois. Les filets peuvent être à droite ou à gauche, coniques, droits ou parallèles.

Histoire

Bien que le concept de vis remonte à environ 200 av. J.-C., la vis métallique familière aujourd'hui a émergé pendant la Renaissance. Les premières vis étaient limées à la main, rendant la production de masse impossible. La percée est venue en 1586 lorsque Jacques Besson a introduit la première machine à fileter, ouvrant la voie aux futures innovations.

En 1760, les frères anglais Job et William Wyatt ont breveté un dispositif automatique de filetage capable de produire 10 vis par minute, une étape clé vers la production industrielle. Le début du 19e siècle a vu Henry Maudslay en Angleterre et David Wilkinson aux États-Unis développer les premiers tours à fileter motorisés. Les avancées subséquentes incluaient le tour à tourelle de Stephen Finch (1845) et le tour entièrement automatique de Christopher Walker après la guerre civile.

La première usine de vis, Abom & Jackson, a ouvert à Rhode Island en 1810. En 1895, les fabricants de vis américains ont organisé des syndicats exigeant un salaire minimum de 1,75 $ pour une journée de dix heures pour les membres et 1,25 $ pour les apprentis. Les innovations continuaient, comme la méthode de filetage angulaire de John E. Sweet, qui coupait un filet entier d'un seul côté.

En 1836, William Keane a développé le roulage de filet, un procédé qui, après des défis initiaux, est devenu la méthode de fabrication dominante car il produit des filets sans enlever de matière, préservant ainsi la résistance et améliorant la précision.

Matières premières

Les vis sont généralement forgées à partir de fil d'acier à faible ou moyen carbone, mais l'acier inoxydable, le laiton, les alliages de nickel et d'aluminium sont aussi utilisés quand une résistance ou une résistance à la corrosion supérieures sont requises. La qualité du métal est critique pour prévenir la fissuration. Une machine à estampage à froid coupe une longueur de fil, puis forme la tête avec un ou deux poinçons. Ensuite, une machine à rainurer la tête façonne les ébauches de vis. Les finitions de surface doivent être compatibles avec le métal ; les revêtements courants incluent le zingage, cadmiage, nickelage et chromage pour une protection accrue.

Design

Pour une vis à filet unique, le pas équivaut au pas. Dans une vis à double filet, le pas est le double du pas ; pour les vis à triple filet, il est triple. Le pas — la distance entre deux filets adjacents — s'exprime aussi en nombre de filets par pouce ou par centimètre. Le pas mesure de combien la vis avance par tour.

Processus de fabrication

L'usinage est réservé aux vis uniques ou miniatures. La grande majorité sont produites par roulage de filet, qui est plus rapide, moins gourmand en matière et plus économique.

Estampage à froid

• Le fil est alimenté depuis une bobine par une machine de pré-redressage, puis automatiquement coupé à longueur et découpé en tête par matrice. La machine utilise soit une matrice ouverte, soit fermée ; la matrice fermée offre une précision supérieure. L'estampage à froid produit typiquement 100–550 ébauches de vis par minute.

Roulage de filet

• Les ébauches estampées à froid sont automatiquement alimentées depuis une trémie vibrante vers les matrices de roulage.
• L'ébauche est façonnée selon l'une de trois méthodes :
  • Matrice alternative : une matrice fixe et une matrice mobile roulent l'ébauche.
  • Matrice cylindrique sans centre : l'ébauche roule entre deux ou trois matrices rondes.
  • Matrice rotative planétaire : l'ébauche reste fixe tandis que plusieurs matrices tournent autour d'elle.
• Le roulage de filet empreint le filet dans l'ébauche au lieu de le couper, préservant la résistance du matériau et atteignant une précision dimensionnelle plus élevée. La matrice rotative planétaire est la plus productive, atteignant 60–2 000 pièces par minute.

Contrôle qualité

En 1928, la Commission nationale des filets de vis a établi des normes d'interchangeabilité. La Déclaration internationale d'accord de 1948 a adopté le système de filets unifiés. L'ISO a introduit une norme mondiale en 1966, définissant les gammes de tailles métriques et pouces avec pas gros et fins. Ces normes assurent une qualité cohérente dans le monde entier.