Guide complet des fixations : types, usages et applications

Dans l'industrie, les appareils de tous matériaux sont souvent assemblés par fixations pour obtenir des joints propres et solides. D'autres méthodes — soudure, brasage, collage — créent des liaisons permanentes. C'est pourquoi la plupart des fixations sont préférables : le joint peut être démonté sans endommager les composants, bien que certaines fixations comme les rivets soient permanentes (le rivet doit être détruit pour démonter).

Vous découvrirez ici la définition, applications, fonctions, matériaux et types de fixations mécaniques, ainsi que leurs avantages et inconvénients face aux assemblages permanents.

Qu'est-ce qu'une fixation ?

Une fixation est un dispositif qui assemble mécaniquement deux ou plusieurs objets. Normalement, les fixations peuvent être permanentes ou non, mais servent surtout à créer des liaisons démontables, permettant le démontage sans endommager les pièces. La soudure, elle, crée une liaison permanente.

Les fixations sont utilisées dans la métallurgie et le travail du bois. Leur emploi a simplifié bien des opérations. Les fixations métalliques doivent être résistantes et supporter des charges importantes. Elles sont souvent fabriquées par métallurgie des poudres ou moulage.

Les fixations filetées sont les plus courantes pour l'assemblage car elles s'installent et se retirent aisément. Les filets sont normalisés selon deux standards majeurs : ISO (métrique) et ANSI (unifié). Ils peuvent être à droite ou à gauche selon l'application, mais la majorité sont à filetage droit. Les fixations filetées se divisent en trois types principaux : boulons, vis et goujons.

Applications des fixations

Les applications sont omniprésentes car les fixations offrent plus d'avantages que les autres méthodes d'assemblage. Presque toutes les applications industrielles peuvent être conçues avec des fixations, sous réserve de considérer :

• Le filetage
• La charge appliquée sur la fixation
• La rigidité de la fixation
• Le nombre de fixations nécessaires

Lors du choix d'une fixation pour une application donnée, il faut aussi considérer :

• L'accessibilité
• Le processus d'installation
• L'environnement : température, éléments corrosifs, exposition à l'eau
• Les restrictions de poids
• Les matériaux à assembler

Applications courantes : chaises, tables, tabourets, portes, fenêtres, ustensiles de cuisine, appareils électriques, etc. Utilisation massive dans l'automobile, l'aéronautique, l'équipement agricole, le naval, etc. Partout où il y a de l'équipement, les fixations sont incontournables.

Matériaux des fixations

Comme mentionné, la métallurgie des poudres et le moulage sont les techniques courantes. L'acier est le matériau principal. Les aciers les plus utilisés en industrie : acier au carbone, acier inoxydable, acier allié. Les fixations inox existent en trois gammes : séries 200, 300 et 400.

D'autres matériaux comme le titane, l'aluminium et divers alliages sont aussi employés. Des revêtements ou placages spéciaux peuvent être appliqués pour améliorer les performances, notamment la résistance à la corrosion. Zinc, chrome, galvanisation à chaud sont les traitements de surface courants. Le fer reste un constituant majeur de la plupart des fixations.

Types de fixations

Voici les types courants de fixations et leurs descriptions.

Fixations filetées :

Une fixation filetée possède des filets internes et externes. Vis, écrous et boulons sont les types courants.

Boulons — tête à une extrémité (généralement hexagonale), filetage à l'autre. Utilisés généralement avec un écrou, parfois une rondelle pour le maintien.

Vis — similaires aux boulons (tête d'un côté, filet de l'autre). Vissent généralement dans un trou taraudé. Vis à tête creuse (cap screws), vis de machine (machine screws), vis à bois (woodscrews) sont les principaux types.

Goujons (Studs) — filetés aux deux extrémités, sans tête. Assemblent des composants à trous taraudés. Ici, deux pièces sont jointes.

Écrous

Les écrous s'utilisent avec un boulon pour serrer deux ou plusieurs pièces ensemble. Types courants :

Écrous hexagonaux (Hex nuts) — écrous hexagonaux simples à filetage interne. Le type le plus courant, utilisé dans d'innombrables applications.

Écrous frein (Locknuts) — pour bloquer l'écrou en place sans serrer sur un autre objet.

Écrous à insert nylon (Nylon insert nuts) — écrous hexagonaux avec insert nylon empêchant le desserrage par vibration.

Écrous de cisaillement (Shear nuts) — écrous coniques à prise hexagonale qui casse au couple maximal. Difficiles à retirer.

Écrous papillon (Wingnuts) — deux ailes externes pour serrage manuel. Applications où l'écrou est retiré régulièrement.

Rondelles

Rondelles placées entre la tête d'un boulon, d'une vis et d'un écrou pour serrer le matériau. Leur but principal : augmenter la surface d'appui de la tête et protéger le matériau sous-jacent des dommages. Types et usages :

Rondelles plates (Flat washers) — les plus courantes, répartissent uniformément la charge du boulon, de la vis et de l'écrou lors du serrage.

Rondelles en coupe (Cup washers) — forme de coupe logeant la tête de la fixation. Créent une finition affleurante avec la tête. Utilisées avec vis à bois.

Rondelles à ressort (Spring washers) — ou rondelles frein, empêchent le boulon, la vis ou l'écrou de se desserrer par vibration.

Rondelles de réparation (Repair washers) — aussi appelées rondelles penny ou rondelles à large embase (fender washers). Créent une plus grande surface d'appui et empêchent l'arrachement. Petit diamètre intérieur.

Rivets

Comme mentionné, les rivets sont des fixations permanentes : une fois retirés, ils ne sont pas réutilisables. Utilisés dans certaines industries et applications spéciales, couramment pour assembler tôles et plaques métalliques.

Rivets pop (Pop rivets) — tête et mandrin. Assemblent deux matériaux. Le mandrin est forcé dans le corps du rivet, l'expansant pour gripper le matériau. Le mandrin restant casse une fois grippé.

Rivets pop à large bride (Large flange pop rivets) — similaires aux rivets pop mais avec bride plus large.

Rivets multi-prise (Multi-grip rivets) — pour assembler des matériaux d'épaisseurs différentes. Normalement, plusieurs tailles de rivets seraient nécessaires. Les rivets multi-prise sont très polyvalents et économiques.

Avantages et inconvénients des fixations

Avantages :

• Réduction du poids du composant généralement obtenue
• Assemblage d'aciers haute résistance jusqu'à Rm = 1500 MPa
• Faible encombrement dans l'outillage
• Maintenance de l'outillage simple et aisée
• Assemblage d'une large gamme d'épaisseurs de tôle avec un seul type d'écrou (t = 0,5 à 5 mm)
• Tous les panneaux de tôle à revêtement de surface sont faisables
• Installation simple et aisée dans toutes les directions de travail

Inconvénients :

• Poids supplémentaire ajouté aux composants
• Lignes de collage visibles
• Nécessitent des trous qui affaiblissent les composants
• Concentrent toute la charge en points précis, contribuant à la fatigue
• Difficulté de resserrage
• Corrosion
• Précision de force requise

Conclusion

Normalement, les fixations peuvent être permanentes ou non, mais servent souvent à créer des liaisons non permanentes. Ce sont des dispositifs assemblant mécaniquement deux ou plusieurs objets. Cet article a couvert la définition, applications, fonctions, matériaux, types de fixations mécaniques, ainsi que leurs avantages et inconvénients.

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