Assemblages - Boulons et goujons

Boulons et goujons

Généralités :

On appelle boulon l’ensemble formé par une tige filetée et un écrou. La tige filetée traverse librement les pièces à assembler et doit être fixe en rotation ; seul l’écrou tourne.

Dans un boulon, on distinguera donc :

• La tête, de forme variable, permettant l'arrêt en rotation et en translation ;
• Le corps, fileté à son extrémité ;
• L'écrou, accompagné ou non d'une rondelle ;
• L'épaisseur totale des pièces à assembler porte le nom de serrage.

Normalisation :

Les diverses catégories de boulons employés, se différencient par la forme de leur tête, qui doit répondre aux besoins particuliers de constructions variées. 

Les types d’usage courant ont été normalisés par le C.N.M (Comité de Normalisation de la Mécanique) et constituent les boulons normaux d'assemblage. 

Les diamètres des parties lisses et filetées sont en général les mêmes (sauf pour les boulons ajustés) et pris dans la série normale des diamètres S.I (Système International).

Boulons normaux d'assemblage :

Boulons à serrage sur métaux :

• Tête hexagonale : NF E 27-311. Symbole H (de 1,6 à 80 mm). Un seul chanfrein à 120°, identique à ceux des écrous, sur la partie supérieure ;

• Tête carrée : NF E 27-311. Symbole Q (de 1,6 à 80 mm). Pas de chanfrein ;

• Tête cylindrique : NF E 27-312. Symbole C (de 6 à 80 mm) ;

• Tête ronde : NF E 27-313. Symbole R (de 4 à 60 mm) ;

• Tête fraisée : NF E 27-314. Symbole F/90 (de 4 à 60 mm) ;

• Tête fraisée bombée : NF E 27-314. Symbole FB/90 (de 4 à 60 mm).

L’écrou normal à employer est l’écrou H.

Boulons à serrage sur bois :

La largeur des têtes est plus grande que précédemment, afin de répartir l'effort de serrage sur une plus grande surface et ainsi éviter la détérioration du bois.

• Tête carrée : NF E 27-341. Symbole QL (de 12 à 3 mm) ;

• Tête bombée à collet carré (Japy) : NF E 27-351. Symbole (de 5 à 30 mm) ;

• Tête fraisée : NF E 27-342. Symbole F/120 (de 5 à 30 mm) ;

• Tête fraisée bombée : NF E 27-342. Symboles FB/120 (de 5 à 30 mm) ;

• Tête fraisée à 30° (boulon de roues) : NF E 27-352. Symbole F/30 (de 6 à 16 mm) ;

• Tête fraisée à 75° et à 90° (pour socs de charrues) : NF E 27-353. Symbole S/75 et S/90 (de 8 à 16 mm).

Ces deux derniers boulons peuvent être filetés à droite ou à gauche. 

Tous ces organes sont bruts de forge. L’écrou QL et l’écrou normal.

Immobilisation de la tige en rotation :

Cette immobilisation, indispensable pour réaliser un serrage énergique, peut s'établir de façon de plusieurs façons :

• En tenant la tête avec une clé ;

• Bossage brut de fonderie, pour boulons H et Q ;

• Trou carré, brut de fonderie, pour boulon Q ;

• Rainure en T, pour boulon Q ;

• Ergot brut de forge, à faire venir sur les têtes brutes de forge. Symbole E. Pour les boulots C, R, F/90, F/120, FB/90, FB/120 ;

• Ergot tourné (Symbole ET et EU), cylindre rapporté dans un trou percé dans la tête. S'emploie pour les têtes usinées C, R, F/90, FB/90 ;

• Collet carré (symbole X), brut de forge, réservé aux boulons à bois : F/120, FB/120, J, F/30 ;

• Ergot spécial E, brut de forge, pour boulons pour socs de charrues.

Longueur des boulons :

La longueur normale d'un boulon est prise sous la tête, sauf si elle est fraisée. Elle est égale au serrage, augmenté de la hauteur de l'écrou et éventuellement du contre-écrou. Si la tige est goupillée, l’axe de la goupille doit être au moins e= 1,5 k, de l'extrémité, pour éviter le cisaillement longitudinale du bout du boulon.

La longueur du boulon est choisie dans la série normalisée (NF E 27-025) en prenant la longueur, immédiatement supérieure à celle calculée.

• De 3 à 10, l varie de 1 en 1 ;

• De 10 à 12, l varie de 2 en 2 ;

• De 12 à 28, l varie irrégulièrement par bond de 2 ou 3 ;

• De 30 à 80, l varie de 5 en 5=i ;

• De 80 à 200, l varie de 10 en 10=i ;
  
  
• Au-dessus de 200, l varie de 20 en 20=i.

La longueur de filetage est approximativement égale à la hauteur de l'écrou haut, et du contre-écrou normal, augmentée de l'intervalle «i», séparant ce boulon, de celui qui le précède dans la série normale :

X = d + 0,8d + i.

Exemple pour un boulon de 20.80 avec écrous H et Hh :

X = 20 + 16 + 5 = 41.

La norme E 27-025 donne directement la valeur de X minimum pour un boulon ou une vis de diamètre et de longueurs donnés. Pour les petites longueurs, très souvent la longueur du filetage est égale à celle du boulon.

Fabrication des boulons :

Le but de la normalisation et d'éviter, à l'usager, de fabriquer ses boulons au fur et à mesure de leur emploi, ce qui serait long et coûteux. Elle permet au contraire à des usines spécialisées de produire ceux-ci en série à très bas prix et de constituer des stocks. Deux cas sont à considérer:

• Boulons de petite dimension : d < 14. Ils sont décolletés (symbole D) dans des barres profilées, dont la section a la forme de la tête ;

• Boulons de grande dimension d > 14. Ils peuvent être : forgés à chaud et rester bruts (sauf le filetage), forgés à froid sur presse automatique et pris dans du rond calibré (symbole N) ; forgés à chaud et avoir le corps tourné (symbole T), dans ce cas sous la tête, petit rayon de raccordement r = d/20 environ ; forgés à chaud et être usinés partout (symbole U). Les tolérances de fabrication sur les diamètres et sur les sur-plats sans h13. Les trous de passage N sont bruts de fonderie, ceux T et U sont percés (NF E 27-040).

Enfin, parmi les boulons usinés partout, on trouve encore (NF E 27-357) :

• Les boulons ajustables (symbole A), corps lisse à parachever par l'usager ;
• Les boulons ajustés pressés (symbole AA) : le diamètre du corps est plus grand que le diamètre de filetage : d1 = d + 1 à 2 mm. Tolérances H8 u7.

Notations abrégées :

Sur les dessins d'ensemble, il est inutile de coter et même parfois de dessiner les boulons, leur axe peut suffire. Les dessins de détails s'avèrent aussi inutiles, puisque, au lieu de fabriquer les boulons, on doit les prendre dans les stocks que normalement toute usine doit posséder. Il suffit donc de mentionner leurs caractéristiques dans les nomenclatures. Pour cela, une notation abrégé et conventionnelle s'impose (NF 27-001).

Règles générales. – Énoncer toujours les symboles dans l'ordre suivant :

• Désignation de la pièce : Boulon ;

• Symbole de forme ou de genre F/90 ;

• Symbole d'accessoires : B, E ;

• Symbole de dimensions relatives : AA ;

• Autres précisions non comprises dans le code (borgne) ;

• Dimensions en mm : diamètre ; longueur normale (ou non normale, souligner) ; longueur de filetage si elle n'est pas normalisée ; longueur d'implantation j= , pour les goujons ;

• Symbole de finition : T ;

• Matière et numéro de la norme.

Exemples : Boulon FB/90 E AA M 18-100. Ecrou à embase, 18 U. Rondelle W 18.

Boulon H M 20-107/60 U. Écrou H K L 20 U. Goupille V5.55. Rondelle M 20 U.

En cas de risque de confusion avec un autre filetage faire procéder le diamètre de M et au besoin indiquer le pas.

Rondelles :

Pour améliorer le contact pièce écrou, et pour protéger la pièce lors de la rotation de l'écrou, il est recommandé d'utiliser une pièce intermédiaire : la rondelle. La cote nominale est le diamètre de la tige filetée.

• Rondelles plates NF E 27-611. Étroites Z, moyennes M, large L, très large LL. Elles se font brutes (N) par perçage, découpage, poinçonnage (jeu de l’alésage 0,5 à 4 mm), ou précises (U) avec chanfrein intérieur et extérieur (jeu de l'alésage 0,2 à 2 mm) ;
  
  

• Rondelles élastiques Grower. Série normale W (NF E 27-612), réduite WZ (NF E 27-613), renforcée WL (NF E 50-001) ;

• Rondelles cuvettes (NF E 27-619) embouties ou usinées ;

• Rondelles de sécurité à crans (NF E 27-618). A denture extérieure (II), à denture intérieure (III), pour écrou réduit ou surface bombée, à denture concave (I) pour vis fraisées ;

• Des rondelles spéciales sont utilisées pour répondre à des fonctions plus particulières. Rondelles fondue, pivotante, à embase, frein d'écrou à encoche, etc.

 

Boulon spéciaux :

Boulons de scellement :

Ils servent à fixer des organes ou des machines à des massifs en maçonnerie. Ils comportent une partie filetée qui reste en dehors du massif, un corps très long, brut, de diamètre légèrement supérieur à celui du filetage (la longueur peut atteindre jusqu'à 25 d). Le corps est noyé dans un trou, et présente, au lieu d'une tête, des saillies de formes diverses. Le scellement est obtenu en coulant dans le trou un enduit qui durcit en séchant. On emploie: le plâtre (peu résistant à l'humidité), le ciment (très solide si le trou a été bien mouillé), le plomb (résiste bien aux trépidations surtout s’il est maté après refroidissement), le soufre (remplace le plomb est a moins de retrait que lui).

Boulons d'ancrage :

Ils permettent des scellements très importants tout en restant libres, accessibles et démontables.

Ils traversent la maçonnerie et prennent appui sur elle par l'intermédiaire d'une plaque de fondation ou d'une boîte d'ancrage qui répartit les efforts et retient la tête du boulon après rotation de 90° de celle-ci. Si la plaque et facilement accessible, une autre disposition consiste à entailler la tête cylindrique du boulon et à y loger une clavette qui, au serrage, sert d'arrêt en translation à ce dernier.

Boulons divers :

En principe, on a intérêt à employer des boulons normalisés dont le prix de revient est très bas. Parfois, cependant, les conditions d’encombrement ou de fonctionnement obligent à modifier les têtes et à les adapter au cas considéré. On rencontrera ces derniers surtout dans les montages d'usinage et dans les cas de fixation sur tables de machines-outils.

Goujons, NF E 27-241 :

Le goujon et une cylindrique filetée à ses deux extrémités. L'une d'elles se loge dans un trou, borgne ou non, taraudé dans une pièce massive. Elle est terminée normalement par un chanfrein à 120°. La longueur d'implantation, j = 1,5d  pour les métaux durs, doit être de 3d, ou à la rigueur de 2d  pour les métaux tendres.

Cet assemblage, rarement démonté, se fait à frottement dur, ou en enduisant les filets de céruse : la pièce et le goujon constituent alors un boulon à tête massive.

L'autre extrémité est identique à celle d'un boulon. Cependant, pour la distinguer de la partie implantée, elle est terminée par une calotte sphérique de rayon d. La longueur normale du goujon ne comporte pas la partie implantée, tout comme celle d'un boulon, qui ne comprend pas la hauteur de la tête.

Les deux parties filetées sont séparées par un espace cylindrique lisse de longueur minimum 5 pas. Le vissage sur la pièce massive se fait en utilisant un écrou et un contre-écrou bloqués. Ce montage peut être facilité en faisant venir sur la partie lisse un collet carré (X). Parfois, pour assurer la perpendicularité du goujon sur la pièce, celui-ci porte une embase cylindrique.

Désignation :

• Goujon 10.25/20, pour goujon de diamètre 10, de longueur libre 25, de longueur filetée 20, état brut ;
• Goujon 8.22/18 T.j=20 (on ajoute la valeur de j pour les métaux tendres) ;
• Goujon X 12.45/30 T, pour un goujon à corps carré, tige tournée.

Matériaux employés :

La visserie peut s'exécuter :

• En acier non alliés, pour organes non traités: ADx, A 42 3c, A56 3e r, pour organes traités en XC 32 f,  XC 38 f, XC 48 f ; 

• En acier non alliés traités 18 CD 4 f, 25 CD 4 f, 35 CD 4 f, 38 C4 ; 

• En aciers inoxydables Z8 CN 18 08, Z12 CD 7, Z 30 C 13 ;

• En alliages cuivre U-Z 36, U-Z 39, Pb 1, U E7 P ; 

• En alliages d'aluminium A-U4 Pb, A-G5, A-Z6 G ; 

• Les goupilles I s'exécutent en aciers non alliés A 33 1 C, A 37 1 C, A 56 1 C ; 

• Les goupilles V en ADX, A 42 ; 

• Les rondelles s'exécutent en ADX ou Z 8 CN 18 08 ;

• Les rondelles grower en XC 65 f trempé et revenu, 48 58 e trempé et revenu.