Vous êtes-vous déjà demandé ce qui assure la cohésion de notre monde, des gratte-ciel aux gadgets de tous les jours ? Cet article de blog vous fera découvrir le monde fascinant des fixations, en explorant leurs types, leurs utilisations et leurs caractéristiques essentielles. Préparez-vous à découvrir comment ces petits composants jouent un rôle important dans l'ingénierie et la vie de tous les jours !
Les fixations sont des composants courants que tout le monde devrait connaître.
Dans cet article, nous présenterons les fixations sous quatre angles : la classification des fixations, l'identification et l'inspection des filets, les exigences en matière de matériaux, les exigences en matière de traitement thermique et les exigences en matière de performances mécaniques pour les boulons, les vis et les goujons, ainsi que les types et la structure des boulons de structure en acier.
Les fixations sont des composants mécaniques essentiels conçus pour relier solidement deux ou plusieurs pièces ou assemblages en une unité cohésive. Ces éléments essentiels jouent un rôle vital dans diverses industries, notamment l'aérospatiale, l'automobile, la construction et l'industrie manufacturière en général. Les fixations englobent une large gamme de pièces normalisées, notamment les boulons, les vis, les écrous, les rondelles, les rivets et les goupilles, chacune d'entre elles étant conçue pour répondre à des exigences de charge et à des conditions environnementales spécifiques.
Dans les secteurs de la fabrication métallique et de l'industrie manufacturière, les fixations sont souvent appelées pièces standard en raison de leur utilisation répandue et de leur conformité aux normes internationales telles que ISO, ANSI et DIN. Cette normalisation garantit l'interchangeabilité, la fiabilité et la constance des performances dans différentes applications. Les fixations modernes sont fabriquées à l'aide de matériaux et de processus avancés afin d'améliorer leur solidité, leur résistance à la corrosion et leur longévité, avec des options allant des variantes d'acier courantes aux alliages spécialisés pour les environnements extrêmes.
La sélection des fixations appropriées est cruciale dans la conception et l'ingénierie, car elle a un impact direct sur l'intégrité structurelle, la sécurité et la longévité du produit fini. Des facteurs tels que la répartition des charges, la résistance aux vibrations, la dilatation thermique et la facilité de montage ou de démontage doivent être soigneusement pris en compte lors du choix des fixations pour une application particulière.
Les fixations comprennent généralement les douze types de pièces suivants : Boulons, goujons, vis, écrous, vis autotaraudeuses, vis à bois, rondelles, anneaux de retenue, goupilles, rivets, assemblages complets et paires d'assemblage, ainsi que les clous à souder.
(1) Boulons :
Les boulons sont un type de fixation composé d'une tête et d'une vis (cylindre avec un filetage extérieur) qui nécessite un écrou pour fixer deux pièces avec des trous de passage. Ce type d'assemblage est connu sous le nom de raccord de boulon et il s'agit d'une connexion amovible car les deux parties peuvent être séparées si l'écrou est dévissé du boulon.
Comme indiqué ci-dessous :
Fig. 2-1-1 filetage complet du boulon à tête hexagonale extérieure
Fig. 2-1-2 demi-dent d'un boulon à six pans creux à tête cylindrique
(2) Étalon :
Un goujon est un élément de fixation dont les deux extrémités sont filetées et qui n'a pas de tête. Lors de l'assemblage, une extrémité est vissée dans une pièce dotée d'un trou fileté interne, tandis que l'autre extrémité passe à travers une pièce dotée d'un trou traversant, puis est fixée par un écrou. On obtient ainsi un ensemble solidement raccordé.
Ce type d'assemblage est appelé assemblage par goujon et, comme l'assemblage par boulon, il s'agit d'un assemblage amovible. Les goujons sont principalement utilisés lorsque l'une des pièces connectées est épaisse, qu'elle nécessite une structure compacte ou qu'un démontage fréquent rend l'assemblage par boulons inadapté.
Comme indiqué ci-dessous :
Fig. 2-2-3 goujon à double tête
Fig. 2-2-4 goujon à filetage complet
(3) Vis :
Une vis est un élément de fixation composé d'une tête et d'une vis. Elle peut être divisée en trois catégories en fonction de son utilisation : vis de charpente métallique, vis de fixation et vis à usage spécifique.
Les vis à métaux sont principalement utilisées pour fixer une pièce avec un trou fileté fixe à une pièce avec un trou traversant sans avoir recours à un écrou (ce type d'assemblage est connu sous le nom d'assemblage par vis et est également un assemblage amovible). Les vis à métaux peuvent également être utilisées avec des écrous pour fixer deux pièces avec des trous de passage.
Les vis de réglage sont principalement utilisées pour fixer la position relative entre deux pièces.
Les vis à usage spécial, telles que les boulons à œil, sont utilisées pour le levage des composants.
Comme indiqué ci-dessous :
Fig. 2-3-5 vis à tête cylindrique
Fig. 2-3-6 vis à six pans creux
Fig. 2-3-7 boulon à œil
(4) Écrou :
Un écrou est un composant qui possède un trou fileté interne et qui a généralement la forme d'une colonne hexagonale plate, d'une colonne carrée plate ou d'une forme cylindrique plate.
Les écrous sont utilisés pour fixer et relier deux pièces en une seule unité à l'aide de boulons, de goujons ou de vis de structure en acier.
Comme indiqué ci-dessous :
Fig. 2-4-8 écrou hexagonal
(5) Vis autotaraudeuse :
Une vis autotaraudeuse est similaire à une vis mais possède un filetage spécial conçu pour les vis autotaraudeuses.
Il est utilisé pour fixer et relier deux éléments métalliques fins en une seule unité. De petits trous doivent être percés au préalable dans les composants. La vis ayant un niveau de dureté élevé, elle peut être directement vissée dans le trou du composant pour former des filets internes correspondants dans le composant.
Ce type de connexion est également une connexion amovible.
Comme indiqué ci-dessous :
Fig. 2-5-9 vis autotaraudeuse
(6) Vis à bois :
Une vis à bois est similaire à une vis, mais elle est dotée d'un filetage spécial conçu pour être utilisé dans le bois. Elle peut être directement vissée dans un élément ou une pièce en bois pour relier solidement une pièce métallique (ou non métallique) dotée d'un trou de passage à l'élément en bois.
Ce type de connexion est également une connexion amovible.
Comme indiqué ci-dessous :
Fig. 2-7-10 vis à bois à tête hexagonale
(7) Rondelle :
Une rondelle est un type de fixation de forme circulaire et plate.
Elle est placée entre la surface d'appui des boulons, des vis ou des écrous et la surface des pièces connectées afin d'augmenter la surface de contact, de réduire la pression par unité de surface et de protéger la surface des pièces connectées contre les dommages. Un autre type de rondelle élastique peut également empêcher l'écrou de se desserrer.
Comme indiqué ci-dessous :
Fig. 2-7-11 rondelle plate
2-7-12 rondelle élastique
(8) Anneau de retenue :
Un anneau de retenue est installé dans la rainure de l'arbre ou du trou des structures et équipements en acier pour empêcher le mouvement des pièces sur l'arbre ou le trou de gauche à droite.
Comme indiqué ci-dessous :
Fig. 2-8-13 anneau de retenue
(9) Broche :
Les goupilles sont principalement utilisées pour positionner des pièces et certaines peuvent également être utilisées pour connecter, fixer, transmettre de la puissance ou bloquer d'autres attaches.
Comme indiqué ci-dessous :
Fig. 2-9-14 goupille
(10) Rivets :
Les rivets sont des attaches composées d'une tête et d'une tige de clouage et sont utilisés pour relier solidement deux pièces ou composants avec des trous traversants en une seule unité. Ce type d'assemblage est appelé connexion par rivet et est également connu sous le nom de "rivetage".
Les rivets forment une connexion inamovible, car ils doivent être détruits pour séparer les deux parties connectées.
Comme indiqué ci-dessous :
Fig. 2-10-15 rivet à tête demi-ronde
(11) Assemblage et paire de connexion :
Un assemblage fait référence à une fixation fournie en tant que combinaison, telle qu'une vis mécanique (ou boulon, vis autotaraudeuse) et une rondelle plate (ou rondelle de sécurité). rondelle élastiqueet rondelle de blocage).
Une paire d'assemblage est une fixation composée d'un boulon, d'un écrou et d'une rondelle spéciaux, comme par exemple une paire d'assemblage de boulons hexagonaux à haute résistance pour les structures en acier.
Comme indiqué ci-dessous :
Fig. 2-11-16 assemblage des vis de machine
Fig. 2-11-17 assemblage de boulons de cisaillement par torsion d'une structure en acier
(12) L'amure :
Une agrafe est une fixation unique composée d'une tige polie et d'une tête de clou (ou sans tête de clou) qui est reliée de manière fixe à une pièce ou à un composant par soudage, afin de l'assembler à d'autres pièces.
Comme indiqué ci-dessous :
Fig. 2-12-18 clou de soudure
Les filetages sont couramment utilisés dans toute une série d'applications, notamment dans les avions, les voitures, les conduites d'eau et l'utilisation quotidienne du gaz.
Dans la plupart des cas, les filets servent de liens de fixation et facilitent le transfert de force et de mouvement.
Bien qu'il existe plusieurs types de fils destinés à des usages particuliers, leur nombre est limité.
La durabilité et la simplicité des filetages, combinées à leurs performances fiables, à leur facilité de démontage et de fabrication, en font un composant essentiel dans tous les types de produits électromécaniques.
Pour qu'un fil fonctionne efficacement, il doit posséder deux qualités essentielles :
a. Les fils peuvent être classés en quatre catégories en fonction de leurs caractéristiques structurelles et de leur utilisation :
b. Les fils peuvent également être divisés en fonction de la région (pays) en filets métriquesLes fils de l'Union européenne, les fils britanniques et les fils américains.
Les filetages britanniques et américains sont collectivement appelés filetages britanniques et ont un angle de profil de dent de 60° et 55°. Ils utilisent des tailles en pouces pour leur diamètre, leur pas et d'autres paramètres pertinents.
Dans notre pays, l'angle du profil de la dent est normalisé à 60° et les séries de diamètre et de pas sont mesurées en millimètres. Ce type de filetage est appelé filetage ordinaire.
Un fil est une formation continue le long d'une surface cylindrique ou conique donnée.
Marquage des filets métriques :
En règle générale, une désignation complète de filetage métrique doit comprendre les trois aspects suivants :
A représente le code du type de fil, indiquant les caractéristiques du fil ;
B fait référence à la taille du filet, qui comprend généralement le diamètre et le pas. Pour les filetages à plusieurs filets, il doit également inclure le pas et le nombre de filets ;
C fait référence à la précision du filetage, qui est déterminée par la zone de tolérance de chaque diamètre (y compris la position et la taille de la zone de tolérance) et la longueur de vissage.
Marquage des filets en pouces :
Pour les filetages standard généraux, on utilise des jauges à anneau de filetage ou des jauges à bouchon pour effectuer les mesures.
Comme il existe de nombreux paramètres de filetage, il n'est pas pratique de mesurer chacun d'entre eux individuellement. En règle générale, des jauges de filetage (jauges de bague de filetage et jauges de bouchon de filetage) sont utilisées pour procéder à une évaluation complète du filetage.
Cette méthode d'inspection, connue sous le nom d'acceptation simulée de l'assemblage, est non seulement pratique et fiable, mais elle répond également aux exigences de précision des filetages typiques.
En conséquence, elle est devenue la méthode d'acceptation la plus largement utilisée dans la production réelle.
Dans les raccords filetés, le diamètre primitif est le seul facteur qui détermine l'ajustement du filetage, d'où l'importance d'évaluer correctement les qualifications du diamètre primitif.
Pour garantir les performances de base du filetage, la norme doit spécifier le principe de qualification du diamètre primitif : "Le diamètre primitif réel du filetage ne peut pas dépasser le diamètre primitif du profil de la dent solide maximale. Le diamètre primitif unique de n'importe quelle partie du filetage réel ne doit pas dépasser le diamètre primitif du profil solide minimum".
Actuellement, il existe deux méthodes pratiques pour mesurer le diamètre de pas simple : l'utilisation d'un micromètre de diamètre de pas de vis ou l'utilisation de la méthode des trois aiguilles (adoptée par notre société).
L'ajustement du filetage fait référence au degré de serrage ou de relâchement entre les filets de la vis.
La classe d'ajustement, quant à elle, fait référence à la combinaison spécifiée de tolérance et d'écart pour les filetages intérieurs et extérieurs.
(1) Pour les filetages en pouces unifiés :
Les filetages extérieurs ont trois classes : Classe 1A, Classe 2A et Classe 3A.
Les filetages intérieurs ont également trois classes : Classe 1B, Classe 2B et Classe 3B, qui sont toutes des ajustements de jeu.
Plus le numéro de classe est élevé, plus l'ajustement est serré.
Dans les filets anglais, seules les classes 1A et 2A ont des écarts spécifiés. La classe 3A a un écart nul, et les classes 1A et 2A ont un écart égal.
Plus le numéro de classe est élevé, plus la tolérance est faible, comme le montre la figure.
La tolérance pour la classe 1A est supérieure de 50% à celle de la classe 2A et de 75% à celle de la classe 3A. Pour les filetages intérieurs, la tolérance pour la classe 2B est supérieure de 30% à celle de la classe 2A.
La tolérance pour la classe 1B est supérieure de 50% à celle de la classe 2B et de 75% à celle de la classe 3B.
(2) Les qualités de filetage courantes pour les filets métriques extérieurs sont 4H, 6E, 6G et 6H, tandis que les qualités de filetage courantes pour les filets intérieurs sont 6G, 6H et 7H.
Le degré de précision des filets standard japonais est divisé en trois catégories : I, II et III, le grade II étant le plus couramment utilisé.
Dans les fils métriques, l'écart de base de H et h est nul, tandis que l'écart de base de G est positif et que l'écart de base de e, f et g est négatif, comme le montre la figure.
Qualité de précision moyenne du filetage ordinaire
Écrou : 6H
Boulon : 6g
Filets de précision moyenne avec revêtement épais
Écrou : 6G
Boulon : 6e
Grade de haute précision
Écrou : 4H
Boulon : 4h, 6h
| M6-P1. 0 | Diamètre extérieur | Diamètre effectif |
| 6e | 5.76-5.94 | 5.178-5.29 |
| 8g | 5.694-5.974 | 5.144-5.324 |
| 6g | 5.794-5.974 | 5.212-5.324 |
| 6h | 5.82-6.00 | 5.238-5.350 |
| 4h | 5.868-6.00 | 5.275-5.350 |
1). Filet autotaraudeur : il s'agit d'un type de filetage large avec une grande avance.
GB/T5280 JIS B1007
| Spécifications | Hauteur de la dent |
| ST 1.5 | 0.5 |
| ST 1.9 | 0.6 |
| ST 2.2 | 0.8 |
| ST 2.6 | 0.9 |
| ST 2.9 | 11 |
| ST 3.3 | 1.3 |
| ST 3.5 | 1.3 |
| ST 3.9 | 1.3 |
| ST 4.2 | 14 |
| ST 4.8 | 1.6 |
| ST 5.5 | 1.8 |
| ST 6.3 | 1.8 |
| ST 8 | 2.1 |
| ST 9.5 | 2.1 |
| Spécifications | 2 | 2.5 | 3 | 35 | 4 | 45 | 5 | 6 | 8 |
| Nombre de dents | Dents AB | 40 | 28 | 24 | 20 | 18 | 16 | 14 | 12 |
| Les dents | 24 | 18 | 16 | 14 | 12 | 10 | 9 |
| Spécifications | Nombre de dents | |
| Dents AB | Les dents | |
| 2 | 40 | |
| 2.5 | 28 | |
| 3 | 24 | 24 |
| 35 | 20 | 18 |
| 4 | 18 | 16 |
| 45 | 16 | 14 |
| 5 | 12 | |
| 6 | 14 | 10 |
| 8 | 12 | 9 |
2) Filet de blocage autotaraudeur (filet triangulaire)
GB6559
3.) Filet de clouage pour panneau mural (Filet rapide)
GB/T14210
4) Filet de bois :
Voir Fig. 1-1-32 pour le profil du filetage et la taille de la vis à bois (CB / T922-1986).
Fig. 1-1-32 profil de filetage pour vis à bois
Exigences matérielles pour les boulons, les vis et les goujons
| Niveau de performance | Matériaux et traitement thermique | Composition chimique /% | Température de trempe ℃ min | ||||
| C | Pmax | Smax | Bmax | ||||
| min | max | ||||||
| 4.6 | Acier au carbone ou acier au carbone avec éléments ajoutés | - | 0.55 | 0.05 | 0.06 | rien | - |
| 4.8 | |||||||
| 5.6 | 0.13 | 0.55 | 0.05 | 0.06 | - | ||
| 5.8 | - | 0.55 | 0.05 | 0.06 | |||
| 6.8 | 0.15 | 0.55 | 0.05 | 0.06 | |||
| 8.8 | Le cuivre allié au carbone (par exemple, le cuivre, le manganèse ou le chrome) avec des éléments ajoutés est trempé et revenu | 0.15 | 0.40 | 0.025 | 0.025 | 0.003 | 425 |
| Acier à moyenne teneur en carbone, trempé et revenu | 0.25 | 0.55 | 0.025 | 0.025 | |||
| Acier allié taux et trempe | 0.20 | 0.55 | 0.025 | 0.025 | |||
| Niveau de performance | Matériaux et traitement thermique | Composition chimique/% | Température de trempe ℃ min | ||||
| C | Pmax | Smax | Bmax | ||||
| min | max | ||||||
| 9.8 | Les aciers alliés au carbone avec des éléments ajoutés (tels que le bore, le manganèse ou le chrome) sont enflammés et trempés. | 0.15 | 0.40 | 0.025 | 0.025 | 0.003 | 425 |
| Acier à moyenne teneur en carbone, trempé et revenu | 0.25 | 0.55 | 0.025 | 0.025 | |||
| Acier allié trempé et revenu | 0.20 | 0.55 | 0.025 | 0.025 | |||
| 10.9 | Acier allié au carbone avec des éléments ajoutés (tels que le bore, le manganèse ou le chrome), trempé et revenu | 0.20 | 0.55 | 0.025 | 0.025 | 0.003 | 425 (340 annulés) |
| Acier à moyenne teneur en carbone, trempé et revenu | 0.25 | 0.55 | 0.025 | 0.025 | |||
| Acier allié trempé et revenu | 0.20 | 0.55 | 0.025 | 0.025 | |||
| 12.9 | Acier allié, taux d'allumage et de trempe | 0.30 | 0.50 | 0.025 | 0.025 | 0.003 | 425 |
| 12.9 | Les aciers alliés au carbone auxquels ont été ajoutés des éléments (tels que le bore, le manganèse, le chrome ou le molybdène) sont trempés et revenus. | 0.28 | 0.50 | 0.025 | 0.025 | 0.003 | 380 |
Propriétés mécaniques et physiques des boulons, vis et goujons
| Sous-poste | Propriétés mécaniques et physiques | 4.6 | 4.8 | 5.6 | 5.8 | 6.8 | 8.8 | 9.8 | 10.9 | 12.9/12.9 | ||
| d≤M6 | d≥M16 | |||||||||||
| 1 | Résistance nominale à la traction rmpA | nominal | 400 | 500 | 600 | 800 | 900 | 1000 | 1200 | |||
| min | 400 | 420 | 500 | 520 | 600 | 800 | 830 | 900 | 1040 | 1220 | ||
| 2 | Plus bas limite d'élasticité rmpA | nominal | 240 | 300 | ||||||||
| min | 240 | 300 | ||||||||||
| 3 | La contrainte de 0,2% d'allongement non proportionnel est spécifiée pour l'éprouvette usinée.RP0.2 Mpa | nominal | 640 | 640 | 720 | 900 | 1080 | |||||
| min | 640 | 660 | 720 | 940 | 1100 | |||||||
| 4 | La contrainte d'allongement non proportionnelle spécifiée pour la fixation est de 0,0048d.RXY Mpa. | nominal | 320 | 400 | 480 | |||||||
| min | 340 | 420 | 480 | |||||||||
| 5 | Contrainte garantie MPa | 225 | 310 | 280 | 380 | 440 | 580 | 600 | 650 | 830 | 970 | |
| Rapport de contrainte certifié | 0.94 | 0.91 | 0.93 | 0.90 | 0.92 | 0.91 | 0.91 | 0.90 | 0.88 | 0.88 | ||
| Sous-poste | Propriétés mécaniques et physiques | 4.6 | 4.8 | 5.6 | 5.8 | 6.8 | 8.8 | 9.8 | 10.9 | 12.9/12.9 | ||||
| d≤M6 | d≥M16 | |||||||||||||
| 6 | Allongement après rupture de l'éprouvette usinée Af% | 22 | 20 | 12 | 12 | 10 | 9 | 8 | ||||||
| 7 | Réduction de la surface de l'éprouvette usinée Z% min | 52 | 48 | 48 | 44 | |||||||||
| 8 | Allongement après rupture de l'élément de fixation A1% min | un | 0.24 | un | 0.22 | 0.2 | ||||||||
| 9 | Fermeté de la tête | Nouvelle fissure terminale | ||||||||||||
| 10 | Dureté Vickers HVF ≥ 98N | min | 120 | 130 | 155 | 160 | 190 | 250 | 255 | 290 | 320 | 385 | ||
| 220 | 250 | 320 | 335 | 360 | 380 | 435 | ||||||||
| 11 | Dureté Brinell HRB F=30D2 | min | 114 | 124 | 147 | 152 | 181 | 238 | 242 | 276 | 304 | 366 | ||
| max | 209 | 238 | 304 | 318 | 342 | 361 | 414 | |||||||
| 12 | Dureté RockwellHRB | min | 67 | 71 | 79 | 82 | 89 | |||||||
| max | 95.0 | 99.5 | ||||||||||||
| Dureté Rockwell | min | 22 | 23 | 28 | 32 | 39 | ||||||||
L'assemblage par boulons pour les structures en acier est une méthode d'assemblage de deux ou plusieurs parties ou composants de structures en acier en une seule unité à l'aide de boulons. Ce type d'assemblage est la méthode la plus simple pour pré-assembler les composants et installer les structures.
Assemblage par boulons pleins des joints poutre-colonne
L'assemblage par boulons a été utilisé pour la première fois dans l'installation de structures métalliques. Toutefois, à la fin des années 1930, elle a été progressivement remplacée par des rivets et n'a plus été utilisée que comme méthode de fixation temporaire lors de l'assemblage des composants.
La méthode d'assemblage par boulons à haute résistance est apparue dans les années 1950. Ces boulons sont fabriqués en acier à moyenne teneur en carbone ou en acier allié à moyenne teneur en carbone et ont une résistance 2 à 3 fois supérieure à celle des boulons ordinaires.
L'assemblage par boulons à haute résistance présente l'avantage d'être facile à construire, sûr et fiable. Il est utilisé dans la fabrication et l'installation de structures en acier dans les usines métallurgiques depuis les années 1960.
Assemblage de la poutre par boulons pleins
Les spécifications courantes des boulons utilisés dans les structures en acier sont M12, M16, M20, M24 et M30. La lettre "M" représente le symbole du boulon et le chiffre correspond au diamètre nominal.
Les boulons sont divisés en 10 catégories en fonction de leurs performances : 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9 et 12.9. Les boulons de qualité supérieure à 8,8 sont fabriqués en acier allié à faible teneur en carbone ou en acier à teneur moyenne en carbone et subissent un traitement thermique (trempe et revenu). Il s'agit de boulons à haute résistance. Les boulons de qualité inférieure à 8.8 (sauf 8.8) sont appelés boulons ordinaires.
Le tableau ci-dessous indique la classe de performance et les propriétés mécaniques des boulons.
| propriétés mécaniques | Niveau de performance | |||||||||||||||||||
| 3.6 | 4.6 | 4.8 | 5.6 | 5.8 | 6.8 | 88 | 9.8 | 10.9 | 12.9 | |||||||||||
| ≤M16 | ≥M16 | |||||||||||||||||||
| Résistance à la traction, MPa | Valeur nominale | 300 | 400 | 500 | 600 | 800 | 800 | 900 | 1000 | 1200 | ||||||||||
| Petite valeur | 330 | 400 | 420 | 500 | 520 | 830 | ||||||||||||||
| Dureté Rockwell | HRB | HRC | ||||||||||||||||||
| valeur minimale | 52 | 67 | 70 | 80 | 83 | 89 | 22 | 25 | 28 | 34 | 39 | |||||||||
| Maximum | 95 | 99 | 32 | 35 | 37 | 41 | 44 | |||||||||||||
| Limite d'élasticité, MPa | Valeur nominale | 180 | 240 | 320 | 300 | 400 | 480 | |||||||||||||
| valeur minimale | 190 | 340 | 420 | |||||||||||||||||
| limite d'élasticité, MPa | Valeur nominale | 640 | 640 | 720 | 900 | 1080 | ||||||||||||||
| Contrainte minimale | 660 | 940 | 1000 | |||||||||||||||||
| Contrainte de garantieSp.Mpa | 180 | 230 | 310 | 280 | 380 | 440 | 580 | 600 | 660 | 830 | 970 | |||||||||
L'indice de performance du boulon est composé de deux parties de chiffres, qui représentent respectivement la résistance nominale à la traction du boulon et la limite d'élasticité du matériau.
Par exemple, la signification des boulons avec un grade de performance de 4.6 est la suivante : le nombre dans la première partie (4 dans 4.6) est 1 / 100 de la résistance nominale à la traction (n / mm).2) de matériau du boulonc'est-à-dire fu ≥ 400N / mm2;
Le nombre dans la deuxième partie (6 dans 4.6) est 10 fois le taux de rendement de matériau du boulonsoit fy / fu = 0,6 ;
Produit de deux nombres (4) × 6 = "24") est 1 / 10 de la limite d'élasticité nominale (ou limite d'élasticité) (n / mm2) du matériau du boulon, ce qui signifie que fy ≥ 240n / mm2.
Selon leur niveau de précision de fabrication, les boulons ordinaires utilisés dans les structures en acier peuvent être classés en trois catégories : A, B et C.
Les boulons de classe B sont considérés comme raffinés et sont généralement utilisés dans les produits mécaniques, tandis que les boulons de classe C sont considérés comme bruts.
Sauf indication contraire, les boulons ordinaires utilisés dans les structures en acier sont généralement des boulons à gros grains de classe C avec une classe de performance de 4.6 ou 4.8.
La valeur de calcul de la résistance des assemblages boulonnés doit être tirée du tableau 3.4.1-4 du code GB50017-2003 pour la conception des structures en acier.
Tableau 3.4.1-4 Valeur de calcul de la résistance de connexion boulonnée (n / mm2)
| Classe de performance du boulon, classe du boulon d'ancrage et de l'acier du composant | Boulon commun | Suppositoire au radium | Raccord à pression boulon à haute résistance | ||||||||
| Boulon de grade C | Boulons de grade A et B | ||||||||||
| Tensile | Résistance au cisaillement | Palier de pression | traction | Résistance au cisaillement | Palier de pression | traction | traction | Résistance au cisaillement | Palier de pression | ||
| Boulon commun | Niveaux 4.6 et 4.8 | 170 | 140 | ||||||||
| Niveau 5.6 | 210 | 190 | |||||||||
| Niveau 8.8 | 400 | 320 | |||||||||
| Boulon d'ancrage | Acier Q235 | un | 140 | ||||||||
| Acier Q345 | 180 | ||||||||||
| Boulon papillon à haute résistance pour les raccordements sous pression | Niveau 8.8 | 400 | 250 | ||||||||
| Niveau 10.9 | 500 | 310 | |||||||||
| composante | Acier Q235 | un | 305 | 405 | 470 | ||||||
| Acier Q345 | 385 | 510 | 590 | ||||||||
| Acier Q390 | 400 | 530 | 615 | ||||||||
| Acier Q420 | 425 | 560 | 615 | ||||||||
Tableau 3.4.1-5 Valeur de calcul de la résistance de connexion par rivet (n / mm2)
| Nuance d'acier du clou Willow et nuance d'acier du composant | Retirer le clou | Résistance au cisaillement | Palier de pression | |||
| Trou de type I | Trou de classe II | Trou de type I | Trou de classe II | |||
| rivet | BL2 ou BL3 | 120 | 185 | 155 | ||
| composante | Acier Q235 | 450 | 365 | |||
| Acier Q345 | 565 | 460 | ||||
Les boulons sont connus sous différentes appellations telles que vis, clous à boulons, pièces standard, attaches, etc.
D'une manière générale, les boulons peuvent englober toute une série d'éléments de fixation, notamment les boulons ordinaires, les boulons à haute résistance, les boulons d'ancrage, les boulons d'expansion, les ancrages chimiques, les vis, les goujons, et bien d'autres encore.
Si l'on considère les boulons de manière plus spécifique, on peut les diviser en deux catégories : les boulons ordinaires et les boulons à haute résistance.
(1) Raccordement par boulon commun
Les boulons ordinaires peuvent être divisés en boulons bruts et raffinés en fonction de leur précision de fabrication.
En outre, les boulons ordinaires peuvent également être classés en différents types, tels que les boulons à tête hexagonale, les boulons à goujon, les boulons à tête fraisée et autres.
L'image ci-dessus montre des boulons à tête fraisée.
Boulon brut
Les boulons de classe C sont généralement des boulons bruts en acier de construction au carbone.
Pour assurer une bonne pénétration des boulons dans les trous de vis, le diamètre du trou doit être supérieur de 1,0 à 2,0 mm au diamètre nominal (d) des boulons, ce qui donne un trou de classe II.
L'espacement des trous de boulons doit être conçu de manière à faciliter le serrage à l'aide d'une clé.
Lorsque des boulons bruts sont utilisés pour relier les composants des colonnes, des poutres et des fermes de toit, il convient d'adopter une structure de connexion avec des plaques de support.
Dans ce scénario, le boulon est sous tension et son effort de cisaillement est supporté par la plaque d'appui (comme illustré dans le diagramme ci-joint).
La faible résistance des matériaux utilisés dans les boulons bruts limite leur utilisation dans les connexions structurelles. Cependant, les boulons bruts sont encore couramment utilisés dans la connexion des poutres secondaires pour les plates-formes de travail, les poutres de peau de mur, les poutres de toit, les supports et les supports articulés avec une faible force de cisaillement.
La figure ci-dessus représente des boulons ordinaires.
Les boulons bruts sont également fréquemment utilisés pour le pré-assemblage de structures en acier dans les ateliers, la préfixation de composants rivetés avant le rivetage, l'assemblage avant le boulonnage à haute résistance et la fixation temporaire avant le soudage de nœuds.
Lorsque des boulons bruts sont utilisés comme boulons de fixation permanente, ils doivent être serrés après un alignement correct et des mesures doivent être prises pour éviter qu'ils ne se desserrent.
La figure ci-dessus illustre la méthode de verrouillage à double écrou pour le boulon de la base de la colonne.
Boulon affiné
Les boulons de classe A et B sont considérés comme des boulons raffinés et nécessitent généralement des trous de classe I. Le diamètre du trou doit être de 0,3 à 0,5 mm plus grand que le diamètre nominal (d). Le diamètre du trou doit être supérieur de 0,3 à 0,5 mm au diamètre nominal (d) du boulon.
Les assemblages par boulons affinés sont utilisés dans certains assemblages structurels qui sont souvent démontés et remontés.
Les boulons affinés sont principalement utilisés dans les produits mécaniques et ne sont pas couramment utilisés dans la construction de structures en acier.
(2) Raccordement par boulons à haute résistance
Les boulons fabriqués en acier à haute résistance ou nécessitant une précharge élevée sont appelés boulons à haute résistance.
Ces boulons génèrent une tension et transmettent les forces externes par friction.
En revanche, un assemblage traditionnel par boulons transmet l'effort de cisaillement par la résistance au cisaillement du boulon et la pression d'appui de la paroi du trou.
Lors du serrage de l'écrou, la tension est minime et peut être négligée.
Outre sa grande résistance matérielle, un boulon à haute résistance applique également une tension importante, ce qui entraîne une pression d'extrusion entre les composants de connexion, fournissant une forte friction perpendiculaire à la direction de la vis.
En outre, des facteurs tels que la tension, le coefficient antidérapant et le type d'acier ont un impact direct sur la capacité de charge d'un boulon à haute résistance.
Principe de fonctionnement du boulon à haute résistance
Les boulons à haute résistance sont principalement classés en deux catégories en fonction de leurs conditions de contrainte : le type à friction et le type à pression.
En termes de processus de construction, les boulons à haute résistance sont divisés en deux types : les boulons à haute résistance au cisaillement par torsion et les grands boulons hexagonaux à haute résistance.
Boulon à haute résistance de type cisaillement de torsion et boulon à haute résistance à grand hexagone
L'assemblage à boulons à haute résistance par friction transfère la force externe par la friction générée sur la surface de contact des boulons à haute résistance et de l'assemblage à boulons à haute résistance. tôle d'acier après que la couche de plaque de connexion a été fermement collée par la pression de serrage du boulon. La surface du composant est sablée pour créer un effet rouge. surface rouilléeCe type de boulon offre un coefficient de frottement élevé et réduit le nombre de boulons d'assemblage nécessaires. Le diamètre du trou d'un boulon à haute résistance à friction doit être supérieur de 1,5 à 2,0 mm au diamètre nominal (d) du boulon.
En revanche, l'assemblage par boulon à haute résistance avec appui sous pression transfère la contrainte par la combinaison du frottement entre les composants, de la force de cisaillement de l'axe central du boulon et de la pression d'appui du composant. Le diamètre du trou pour ce type de boulon doit être supérieur de 1,0 à 1,5 mm au diamètre nominal (d) du boulon. Les trous sont percés à l'aide d'une machine à commande numérique forage et le gabarit de forage.
Essentiellement, les boulons à haute résistance de type à friction et de type à pression sont les mêmes boulons, la différence résidant dans la prise en compte du glissement lors de la conception. La surface de friction du boulon à haute résistance de type friction ne peut pas glisser et la vis ne supporte pas le cisaillement. Si la surface de frottement glisse, on considère qu'elle a atteint l'état de défaillance prévu, ce qui constitue une technologie relativement bien établie et fiable. D'autre part, la surface de frottement du boulon à haute résistance à pression peut glisser et la vis supporte également le cisaillement, la défaillance finale étant similaire à celle d'un boulon ordinaire (rupture par cisaillement du boulon ou rupture par compression de la plaque d'acier).
Le gros boulon hexagonal à haute résistance est composé d'un boulon à haute résistance, d'un écrou et de deux rondelles, formant une paire de boulons à haute résistance. Pendant la construction, la structure est temporairement fixée avec des boulons bruts, puis les boulons à haute résistance sont installés un par un à partir du milieu du groupe de boulons, en commençant par un serrage initial, suivi d'un resserrage et enfin d'un serrage final.
La figure ci-dessus représente de grandes paires de boulons à tête hexagonale à haute résistance de différentes longueurs.
Lors de l'installation de la paire de boulons à haute résistance à tête hexagonale, une rondelle doit être placée des deux côtés du boulon. Le couple de serrage initial doit être égal à 50% du couple de serrage final, tandis que le couple de resserrage doit être égal au couple de serrage final.
La formule pour calculer la valeur finale du couple de serrage est la suivante :
TC = k * Pc * d
Où
Une clé dynamométrique doit être utilisée pour le serrage et doit être calibrée avant chaque utilisation.
La paire de boulons à haute résistance de type cisaillement torsionnel est composée d'un boulon à haute résistance, d'un écrou et d'une rondelle.
Type de cisaillement en torsion boulon à haute résistance
Clé électrique à cisaillement de torsion
Principe d'installation du boulon à haute résistance au cisaillement par torsion
Lors de l'installation de la paire de boulons à haute résistance de type cisaillement de torsion, une seule rondelle doit être placée d'un côté de l'écrou.
La formule pour calculer la valeur du couple de serrage initial est la suivante :
Tc = 0,065 * Pc * d
Où
Enfin, une clé spéciale doit être utilisée pour dévisser la tête de la fleur de prunier jusqu'à ce qu'elle se brise.
L'inspection de la qualité doit se concentrer sur la supervision et l'inspection du processus de construction.
(3) Boulon d'ancrage
Un boulon d'ancrage, également connu sous le nom de vis d'ancrage ou de fil d'ancrage, est utilisé pour relier la base d'un poteau d'une structure en acier à une fondation en béton. Les aciers ronds Q235 et Q345 sont couramment utilisés à cette fin.
Il existe différents types de boulons d'ancrage, et si le diamètre est supérieur à 24 mm, une plaque d'ancrage doit être utilisée.
Lors de l'installation, le groupe de boulons d'ancrage doit être fixé par le cadre en acier et installé avec la cage d'armature avant de couler le béton. La tête du boulon doit être exposée à la surface du béton sur une longueur déterminée.
Une fois que le béton a atteint un certain niveau de résistance, la base de la colonne en acier doit être installée, et un coulis secondaire doit être réalisé à la base de la colonne.
Groupe de boulons d'ancrage fixes sur cadre en acier
Schéma de principe du boulon d'ancrage
L'image montre la base d'un poteau d'une structure en acier avant l'injection secondaire, avec un manchon en caoutchouc utilisé pour protéger le haut du boulon d'ancrage du filetage.
(4) Boulon d'ancrage pour produits chimiques
Le boulon d'ancrage chimique est un nouveau type de matériel de fixation composé d'un agent chimique et d'une tige métallique. Il est utilisé pour installer des connecteurs d'autres structures sur des structures en béton existantes.
Il peut être utilisé pour l'installation de pièces post-encastrées dans diverses constructions en acier, telles que les murs-rideaux et l'accrochage à sec du marbre. En outre, il peut être utilisé pour l'installation d'équipements, l'installation de glissières de sécurité sur les autoroutes et les ponts, le renforcement et la transformation de bâtiments, et d'autres applications.
Vis et agent de boulon d'ancrage chimique
Le boulon d'ancrage chimique est un nouveau type de boulon d'ancrage qui fait suite au boulon d'ancrage à expansion. Il s'agit d'un composant composite qui est fixé dans le substrat de béton foré au moyen d'un adhésif chimique spécial et d'une vis, ce qui permet de réaliser l'ancrage des parties fixes.
Le boulon d'ancrage chimique possède une grande capacité d'arrachement et peut remplacer la barre d'ancrage encastrée. Il est souvent utilisé pour résoudre le problème de l'oubli de l'installation des parties encastrées d'une structure en acier sur le site de construction après que le béton a été coulé. Le boulon d'ancrage chimique peut être utilisé pour remédier à cette situation.
Les étapes de construction d'un boulon d'ancrage chimique sont les suivantes :
(La durée de rotation ne doit pas dépasser 30 secondes, la vitesse de rotation doit être comprise entre 300 et 750 tours/minute, la vitesse de propulsion du boulon doit être d'environ 2 cm/s et les méthodes d'impact ne sont pas autorisées).
(5) Boulon d'expansion
La fonction d'un boulon à expansion est similaire à celle d'un boulon d'ancrage chimique, et il est utilisé pour des applications d'ancrage avec moins de contraintes.
Boulons d'expansion de différentes spécifications
Les boulons à expansion ne doivent pas être utilisés sur des pièces présentant des fissures ou sur des pièces susceptibles de se fissurer dans des structures en béton.
Lors de la conception de structures porteuses principales, de pipelines importants, d'opérations à grande vitesse, de charges d'impact et de vibrations importantes, les boulons d'expansion doivent être sélectionnés en fonction de la force de traction et de la force de cisaillement calculées.
La disposition des boulons peut être divisée en deux catégories : parallèle et en quinconce.
Disposition parallèle - cette disposition est simple, soignée et compacte. La taille de la plaque de connexion utilisée est petite, mais elle entraîne un affaiblissement significatif de la section de l'élément.
Disposition en quinconce - cette disposition n'est pas aussi compacte, mais la taille de la plaque d'assemblage utilisée est plus grande, ce qui entraîne un affaiblissement moindre de la section de l'élément.
Exigences en matière de stress
Direction des contraintes verticales : Pour éviter la concentration des contraintes dans les boulons et l'affaiblissement excessif de la section, ainsi que pour réduire la capacité portante, la distance au bord et la distance à l'extrémité des boulons ne doivent pas être trop faibles.
Direction de l'action de la force : Pour éviter que la plaque ne se casse ou ne se cisaille, la distance finale ne doit pas être trop faible.
Pour les éléments de compression : Pour éviter le flambage des plaques de connexion, la distance médiane ne doit pas être trop grande.
Exigences en matière de construction :
Conformément à ces exigences, l'espacement admissible des boulons et les valeurs de conception correspondantes sont spécifiés dans le code GB50017-2017 pour la conception des structures en acier.
Tableau 8.3.4 distances maximales et minimales admissibles des boulons ou des rivets
| nom | Position et direction | Distance maximale autorisée (la plus petite) | Distance minimale autorisée | ||||
| Espacement central | Rangée extérieure (verticale ou le long de la direction de la force interne) | 8d ou 12t | 34d | ||||
| Ligne du milieu | Direction de la force interne verticale | 16j ou 24t | |||||
| Le long de la direction de la force interne | Membre sous pression | 12d ou 18t | |||||
| Tension des membres | 16d ou 24d。 | ||||||
| Dans le sens de la diagonale | |||||||
| Distance entre le centre et le bord du composant | Le long de la direction de la force interne | 4d ou 8t | 2d | ||||
| Direction de la force interne verticale | Tranchant ou manuel coupe au gaz bord | 1.5d | |||||
| Bord de roulement, coupe automatique au gaz ou bord de sciage | Boulon à haute résistance | ||||||
| Autres boulons ou clous | 1.2d | ||||||
Remarque :
1. d0 est le diamètre du trou du boulon ou du clou, et t est l'épaisseur de la tôle extérieure.
2. La distance maximale entre le bord de la plaque d'acier et le boulon ou le rivet relié à l'élément rigide (tel que l'acier d'angle, l'acier de canal, etc.) peut être adoptée en fonction de la valeur de la rangée du milieu.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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