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Longueur d’engagement du filetage : faire céder la vis, pas le trou
En bref : l’objectif de conception n’est pas « le plus possible ». C’est que la vis cède avant le filetage femelle : une vis rompue est visible, prévisible et remplaçable, alors qu’un filetage arraché condamne généralement la pièce support. Le chiffre 1×D que l’on cite vient de l’acier dans l’acier ; un matériau plus tendre en demande davantage. Et aux petites dimensions s’ajoute un second effet souvent oublié : le pas ne suit pas le diamètre, si bien que le même 1×D donne moins de filets complets en prise que plus haut dans la gamme.
L’objectif de conception : placer le maillon faible sur la vis
Quand on arrache un assemblage fileté, il n’y a que deux issues : la vis rompt, ou le filetage femelle s’arrache. Elles ne coûtent pas la même chose :
| Défaillance | Est-elle visible | Remise en état |
|---|---|---|
| La vis rompt | Rupture évidente ; constatée au démontage | En monter une autre |
| Le filetage s’arrache | Souvent un simple « ça ne serre pas » | Retarauder, poser un insert ou mettre la pièce au rebut |
D’où viennent ces multiples eux-mêmes, et pourquoi un seul fil de forum peut en produire huit, est traité à part dans pourquoi chaque source donne un minimum différent.
On dimensionne donc l’engagement jusqu’à ce que la vis soit la première à céder. Ce n’est pas de la prudence excessive : c’est placer la défaillance du côté bon marché et visible.
Lorsque la pièce antagoniste est un écrou et non un trou taraudé, la norme nomme explicitement le mode de défaillance voulu : l’écrou n’a qu’un seul nombre.
Donc un diamètre d’engagement, et ce n’est pas le diamètre qui le fixe
Ce que le filetage femelle peut porter, c’est la surface de filet cisaillée multipliée par la résistance au cisaillement du matériau support. Ce que la vis peut porter découle de sa section et de son propre matériau. Pour que la vis perde, le produit côté femelle doit être assez grand, et plus le matériau support est tendre, plus il faut de longueur pour compenser la surface.
- Acier dans acier : on cite généralement environ 1×D
- Aluminium, fonte et matériaux similaires : en général nettement plus
- Plastiques : pratique propre à chaque résine ; les valeurs pour les métaux ne se transposent pas
⚠️ Ce sont des règles empiriques, pas des valeurs de calcul tirées d’une norme. Elles supposent une résistance du support, une forme de filet et un niveau de qualité de fabrication. Le chiffre que vous retenez doit être établi sur le matériau réel avec la vis réelle, ce qui est la même mesure que pour le couple de vissage et le couple d’arrachement du filet.
La profondeur du trou n’est pas l’engagement
Plusieurs parties d’une profondeur de trou mesurée ne portent rien :
- Le chanfrein à l’entrée n’a pas de filet complet
- Les filets incomplets au début du taraudage
- Le dégagement au fond d’un trou borgne, pour les copeaux et la tolérance
- Les filets incomplets et la sortie de filet sur la vis elle-même
Prendre la profondeur du trou pour l’engagement surestime les filets en charge. Aux grandes dimensions l’erreur se dilue ; aux petites, elle peut en représenter plus de la moitié.
Le piège des petites dimensions : 1×D donne moins de filets complets, pas moins de surface
Le pas ne diminue pas en proportion du diamètre. La même expression, un diamètre d’engagement, décrit des quantités de filet assez différentes :
| Dimension | Pas gros | 1×D ≈ filets |
|---|---|---|
| M1.0 | 0,25 | 4,0 |
| M1.4 | 0,3 | 4,7 |
| M1.6 | 0,35 | 4,6 |
| M2.0 | 0,4 | 5,0 |
| M3.0 | 0,5 | 6,0 |
| M5.0 | 0,8 | 6,3 |
« Un diamètre suffit », transposé depuis M3 et au-delà, représente environ 4,7 filets en M1.4. La règle a gardé son nom et perdu un cinquième de ses filets complets, ce qui compte pour une autre raison que celle qu’on avance d’habitude.
Moins de filets ne veut pas dire moins de surface cisaillée. La section précédente a donné la grandeur qui compte sans développer ce point : ce que porte le filetage femelle, c’est la surface cisaillée multipliée par la résistance au cisaillement du support, et cette surface vaut 0,875 π·d·Le, le pas s’éliminant parce que des filets plus nombreux portent chacun une largeur proportionnellement plus faible. À 1×D, le rapport de cette surface à la section résistante de la vis vaut 5,97 en M1 contre 4,85 en M5. Sur cette géométrie, un diamètre est plutôt plus prudent aux petites dimensions, pour un même couple de matériaux. Ce qui décide de l’arrachement, c’est cette surface multipliée par la résistance au cisaillement du support, face à la section résistante de la vis multipliée par sa résistance à la traction ; cela montre donc que M1 n’est pas pire que M5, et non qu’un diamètre suffit dans un support tendre. La section précédente a déjà dit que ce n’est pas le cas.
Ce que mesure réellement la colonne des filets, c’est ce que vaut un filet complet. Un filet d’entrée incomplet, un chanfrein qui mange un tour ou un seul filet abîmé coûtent un quart de l’engagement en M1 et un sixième en M5. Voilà le piège des petites dimensions, avec le revêtement et les défauts de forme, qui ne diminuent pas non plus avec la taille ; ce n’est pas une perte de surface cisaillée que la géométrie dément.
Trois modifications qui consomment l’engagement sans bruit
- Raccourcir la vis. Le réflexe classique face à un problème de chaîne de cotes, et il retire directement des filets
- Passer à une tête fraisée. La tête s’enfonce dans le trou, si bien qu’à longueur totale égale il reste moins de tige disponible (et l’angle doit lui aussi être apparié)
- Ajouter une rondelle ou épaissir les pièces serrées. Une longueur serrée plus grande laisse moins de filet dans le matériau support
Prises une à une, les trois paraissent anodines. Ensemble, elles sont une source fréquente du lot qui « ne serre pas ». Recalculer l’engagement après une modification coûte moins cher que de courir ensuite après les défaillances.
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.
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La longueur d’engagement fait partie de la décision sur le filetage, et le filetage est la deuxième étape sur six. Ce qui précède décide quel type de filetage peut exister, et ce qui suit en dépend ; l’ordre des décisions (en anglais) retrace tout le parcours pour qui spécifie une vis pour la première fois.
Ce que la longueur d’engagement n’apporte pas, c’est une répartition égale entre les filets : le filet d’entrée prend toujours le plus, et dans une proportion qui n’est pas constante.
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