Le Congrès leur a donné six mois pour normaliser le filetage

Le document est le Progress Report of the National Screw Thread Commission, approuvé le 19 juin 1920 et publié le 4 janvier 1921 comme Miscellaneous Publications No. 42 du Bureau of Standards. C’est une publication du gouvernement des États-Unis ; elle est donc dans le domaine public, et une numérisation complète se trouve sur l’Internet Archive. Toutes les citations de cette page en proviennent.

La commission comptait neuf membres. Le directeur du Bureau of Standards la présidait. Deux venaient de l’armée de terre, deux de la marine, et quatre étaient nommés par le secrétaire au Commerce, dont deux sur proposition de l’American Society of Mechanical Engineers et deux de la Society of Automotive Engineers. Avant la fin des six premiers mois, il est apparu qu’il serait impossible d’achever de manière satisfaisante le travail prévu, et le Congrès a modifié la loi pour prolonger la commission.

Pourquoi 1918

L’annexe 1 donne la raison sans fioritures. Le besoin avait grandi avec les machines-outils, les automobiles, le matériel agricole, les machines à écrire et les machines à coudre, puis les difficultés rencontrées dans le programme d’approvisionnement en munitions pendant la récente guerre ont démontré la nécessité vitale de filetages normalisés. Les sociétés d’ingénieurs, le Bureau of Standards et les fabricants ont adressé des pétitions au Congrès, et la loi a suivi.

La même annexe s’ouvre en nommant ses prédécesseurs : Joseph Whitworth en 1841, et William Sellers en 1864, qui a diffusé par l’intermédiaire du Franklin Institute le filetage devenu la série United States Standard. C’est le texte que ce site a déjà lu, dans soixante degrés étaient plus faciles à calibrer. Le rapport de 1921 en est la suite, rédigée par une commission fédérale avec une échéance plutôt que par un fabricant muni d’un calibre.

Le prédécesseur anglais qu’il nomme a été lu lui aussi : Whitworth a retenu 55 degrés comme moyenne mesurée de ce que les ateliers anglais taillaient déjà, ce qui fait trois documents fondateurs qui choisissent une géométrie en sondant le métier.

Ce qui a été achevé

Le rapport définit une terminologie et un ensemble de symboles, fixe une forme de filet et établit des séries de filetage, dont une série nationale à pas gros et une série nationale à pas fin, ainsi que des filetages de tubes et de raccords de tuyaux. Ces deux noms apparaissent dans ce document en 1921. Cette page ne les suit pas jusqu’aux révisions Unified ultérieures, que nous n’avons pas lues.

Il établit aussi quatre classes distinctes d’ajustement de filetage, avec des subdivisions, et prend soin de préciser leur usage. Les exemples donnés pour chaque classe ne sont qu’illustratifs, et la commission n’entend pas affecter arbitrairement une catégorie ou un type de travail à une classe d’ajustement précise. Chaque fabricant et utilisateur reste libre de choisir la classe la mieux adaptée à ses besoins.

La classe qui a reçu un nom et aucun chiffre

La classe IV mérite qu’on s’y arrête, parce qu’elle existe à peine. Elle couvre les pièces filetées d’un quart de pouce de diamètre ou plus destinées à être posées ou montées de façon permanente à la clé. Autrement dit, des goujons. Comme le matériau compte tant dans le comportement d’un tel assemblage, elle a été divisée en deux subdivisions qui diffèrent par la valeur de l’écart, que le rapport désigne comme une interférence : la subdivision A pour les sections légères à contraintes modérées, comme les moteurs d’avion et d’automobile, la subdivision B pour les sections lourdes à fortes contraintes, comme les machines à vapeur et l’hydraulique lourde.

La tolérance de l’écrou va en plus à partir de la cote de base, celle de la vis va en moins à partir de la vis maximale, et la vis se situe au-dessus de la cote de base de la valeur de l’interférence. Tout est en place. Vient alors le sixième paragraphe de la clause, sous son propre intitulé :

Une classe d’ajustement, définie, nommée, divisée en deux subdivisions, dotée du sens de chaque tolérance, puis remise au lecteur sans aucun chiffre. C’est une rédaction d’une honnêteté peu commune. Elle n’a pas non plus disparu des éditions suivantes : dans la révision de 1928, elle a ses chiffres, comme classe 5, en annexe, toujours marquée provisoire.

Les tolérances ont été calibrées sur les tarauds qui existaient déjà

Un intitulé de la clause sur les tolérances dit tout à lui seul : Les tolérances des classes I et II permettent l’emploi de tarauds du commerce (traduction). Les tolérances fixées pour l’ajustement lâche et l’ajustement moyen permettent l’emploi des tarauds du commerce actuellement disponibles auprès de divers fabricants. Pour l’ajustement serré, où l’on veut un trou proche de la cote de base, le rapport recommande un taraud sélectionné.

Lisez cela à côté de 1864. Sellers avait fixé l’angle du filet à 60 degrés parce que 60 était plus facile à obtenir que 55 et plus proche de la pratique américaine, et il avait apporté un calibre à la réunion. 56 ans plus tard, une commission fédérale a fixé les intervalles de tolérance de sorte que les tarauds déjà en rayon produisent des pièces à l’intérieur. Les deux documents choisissent une géométrie en demandant ce que les ateliers savaient déjà fabriquer. Les chiffres d’un plan moderne en héritent, que ceux qui les prescrivent le sachent ou non.

La règle du calibre ENTRE, écrite en 1920

C’est aussi dans ce rapport que le principe du calibrage est énoncé clairement. Les limites de tolérance établies représentent en réalité les dimensions des calibres étalons ENTRE et N’ENTRE PAS. Les erreurs de pas et d’angle présentes sur la pièce peuvent être compensées par une modification appropriée du diamètre sur flancs. Si le calibre ENTRE passe sur la pièce, l’interchangeabilité est assurée, et le profil peut différer du calibre en diamètre sur flancs, en pas ou en angle. Le calibre N’ENTRE PAS ne contrôle que le diamètre sur flancs et garantit que l’ajustement ne sera pas trop lâche.

Deux règles plus modestes de la même clause méritent d’être retenues. La tolérance du diamètre sur flancs d’une vis est la même que celle de l’écrou de la même classe. Et la tolérance du diamètre extérieur d’une vis est le double de la tolérance du diamètre sur flancs de sa classe.

La clause sur les spécifications, quelques pages plus tôt, contient la phrase qu’un acheteur reconnaîtra : les qualités doivent être énoncées en termes précis de références mesurables connues, définies par les limites de tolérance les plus larges compatibles avec un fonctionnement satisfaisant, et toute spécification doit être assez concise pour qu’aucun litige sur les limites d’acceptation ne puisse surgir. C’est le même problème que ce site rencontre sans cesse par l’autre bout, dans des normes qui nomment un état sans essai d’arbitrage pour le vérifier.

La délégation, et le dernier paragraphe

La section VIII porte sur ce qui est resté inachevé, et c’est la partie qui se lit autrement un siècle plus tard. En juillet 1919, la commission a envoyé une délégation en Europe pour se concerter avec les organismes de normalisation britanniques et français. Le rapport consigne le résultat en une proposition : aucun accord définitif n’a été conclu sur la normalisation internationale des filetages, bien que les ingénieurs et les fabricants des deux pays aient été désireux de coopérer.

La commission pensait encore que c’était possible, et sa dernière recommandation avant la signature du président dit comment. Une norme internationale devrait être établie en tenant compte des dimensions et normes prédominantes en usage, et des possibilités de fournir un moyen de produire ce filetage international au moyen du système de mesure anglais ou du système métrique. Signé par le directeur du Bureau of Standards en qualité de président, Washington, 26 juin 1920.

La liste des travaux inachevés de la même section mérite aussi d’être lue comme une liste. Filetages restant à normaliser : filetages de tubes en laiton, filetages d’instruments, profils Acme, carrés et en dents de scie. Éléments connexes utiles aux fabricants américains : tarauds, filières, dimensions de barres pour filets taillés et pour filets roulés séparément, les dimensions des têtes de vis et des écrous, les calibres de tôles et de fils, et les diamètres de forets de taraudage. Deux d’entre eux sont des pages de ce site, cent ans plus tard : ce qui détermine la taille de clé et ce que mesure réellement un numéro de calibre de tôle.

Ce qu’un lecteur peut en retenir

• Une classe d’ajustement est une décision commerciale autant que géométrique. Deux des quatre ont été calibrées pour que les tarauds déjà en vente conviennent
• Le calibre ENTRE absorbe les erreurs de pas et d’angle depuis 1920. Un filet qui passe le calibre ENTRE peut différer du calibre par son profil, et c’était l’intention déclarée, non une faille
• Une norme peut définir quelque chose et admettre qu’elle n’a pas de chiffres pour cela. La classe IV a été publiée ainsi, avec la lacune signalée dans son propre intitulé
• La question métrique était ouverte, et la réponse était de construire pour les deux. La recommandation finale de la commission était un filetage réalisable dans l’un ou l’autre système, et c’est précisément cette recommandation qui ne s’est pas concrétisée

La préface fournit la phrase de conclusion. Le Congrès a prolongé la commission de deux ans, reconnaissant l’impossibilité de publier un rapport de cette nature qui soit, dans sa première édition, entièrement exempt d’erreurs ou d’incohérences. Les critiques devaient être adressées à la commission, au Bureau of Standards. Un document normatif qui commence par dire qu’il est probablement faux quelque part est un objet plus rare qu’un ajustement à la clé.

Cet article traite de l’étape 2 : filetage. L’ordre complet est support, filetage, tête, empreinte, finition et documentation. L’article anglais Specifying a screw explique pourquoi le modifier entraîne une reprise.

Questions fréquentes

Qu’était la National Screw Thread Commission ?

Un organe de neuf personnes créé par une loi du Congrès adoptée le 18 juillet 1918 pour déterminer et établir des normes de filetage pour l’armée de terre, la marine et le public. Il était présidé par le directeur du Bureau of Standards, avec deux membres de l’armée de terre, deux de la marine et quatre nommés par le secrétaire au Commerce sur proposition de l’American Society of Mechanical Engineers et de la Society of Automotive Engineers.

Combien de temps la commission devait-elle durer ?

Six mois. La section 6 de la loi de 1918 prévoit que la commission cesse d’exister six mois après la date de sa nomination. Avant l’échéance, il est apparu que le travail ne pourrait pas être achevé de manière satisfaisante, et le Congrès a modifié la loi pour la prolonger. La préface du rapport de 1921 mentionne une prolongation supplémentaire de deux ans.

Pourquoi a-t-elle été créée en 1918 ?

Le rapport indique que le besoin avait grandi avec les machines-outils, les automobiles, le matériel agricole, les machines à écrire et les machines à coudre, et que les difficultés rencontrées dans le programme d’approvisionnement en munitions pendant la récente guerre avaient démontré la nécessité vitale de filetages normalisés. Les sociétés d’ingénieurs, le Bureau of Standards et les fabricants ont adressé des pétitions au Congrès, et la loi a suivi.

Qu’était un ajustement à la clé de classe IV ?

Une classe d’ajustement de filetage pour des pièces d’un quart de pouce de diamètre ou plus, destinées à être posées ou montées de façon permanente à la clé, avec un écart négatif que le rapport appelle interférence. Elle comportait deux subdivisions : A pour les sections légères à contraintes modérées, comme les moteurs d’avion et d’automobile, et B pour les sections lourdes à fortes contraintes, comme les machines à vapeur et l’hydraulique lourde. Le rapport indique que la commission ne disposait pas d’informations ou de données suffisantes pour inclure des valeurs de tolérances et d’écarts pour les ajustements à la clé ; la classe a donc été publiée sans chiffres.

Pourquoi les tolérances de filetage de 1920 ont-elles été choisies ainsi ?

Pour les classes I et II, afin que l’outillage existant convienne. Le rapport comporte un intitulé selon lequel les tolérances des classes I et II permettent l’emploi des tarauds du commerce actuellement disponibles auprès de divers fabricants. Pour la classe III, l’ajustement serré, où l’on veut un trou proche de la cote de base, il recommande plutôt un taraud sélectionné.

La commission a-t-elle tenté de s’accorder sur un filetage international ?

Elle a envoyé une délégation en Europe en juillet 1919 pour se concerter avec les organismes de normalisation britanniques et français, et le rapport indique qu’aucun accord définitif n’a été conclu sur la normalisation internationale des filetages. Sa recommandation finale était que toute norme internationale puisse être réalisée avec le système de mesure anglais ou avec le système métrique.

Que contrôle réellement le calibre ENTRE ?

Selon le raisonnement de ce rapport, l’ajustement dans son ensemble. Il indique que les limites de tolérance représentent les dimensions des calibres étalons ENTRE et N’ENTRE PAS, que les erreurs de pas et d’angle sur la pièce peuvent être compensées par une modification appropriée du diamètre sur flancs, et que si le calibre ENTRE passe sur la pièce, l’interchangeabilité est assurée même si le profil diffère du calibre en diamètre sur flancs, en pas ou en angle. Le calibre N’ENTRE PAS ne contrôle que le diamètre sur flancs.

Références

• Progress Report of the National Screw Thread Commission, authorized by Congress 18 July 1918, as approved 19 June 1920; issued 4 January 1921 as Miscellaneous Publications of the Bureau of Standards No. 42. Full scan and text on the Internet Archive
• Sellers, 1864, lu dans le Journal of the Franklin Institute, le texte que ce rapport désigne comme son prédécesseur américain

Le rapport est une publication du gouvernement des États-Unis et se trouve dans le domaine public. Il a été lu à partir du texte numérisé de l’exemplaire de l’Internet Archive portant l’identifiant progressreportof42nati, qui n’est soumis à aucune restriction d’accès. Les citations sont transcrites telles qu’imprimées, y compris la coquille de la section 6 de la loi. Aucune valeur des tableaux de tolérances n’est citée sur cette page. Les pages de tableaux de cette numérisation sont gravement altérées par la reconnaissance optique de caractères, alors que le texte courant est propre ; seul le texte courant a donc été utilisé, et les règles de tolérance sont décrites par leur sens et leur structure plutôt que par des chiffres. Des éditions ultérieures du rapport existent, de 1925, 1929 et 1933, et aucune n’a été lue ; rien ici ne décrit ce qu’elles ont changé. L’accord Unified de 1948 sur les filetages est entièrement hors du champ de cette page. Les noms série nationale à pas gros et série nationale à pas fin apparaissent dans ce document de 1921, et cette page ne les suit pas jusqu’aux révisions Unified ultérieures, ce qui exigerait de lire celles-ci. Le délai de six mois est rapporté comme ce que disait la loi ; le rapport n’attribue à ce délai aucune qualité de son propre contenu, et cette page non plus.