Types de fixations automobiles : Tout ce qu'il faut savoir

L'ingénierie automobile est une affaire de détails et de précision, de nombreuses pièces automobiles fonctionnant ensemble pour garantir les performances, la sécurité et la fiabilité de la voiture. Les fixations automobiles ne font souvent pas l'objet d'une grande attention, mais elles sont pourtant des composants structurels très importants.

Il est important pour les ingénieurs, les fabricants et toutes les autres personnes impliquées dans l'industrie automobile de connaître les différents types de fixations automobiles, les matériaux et leurs utilisations. Le processus de conception automobile met l'accent sur la sélection du bon matériau et de la bonne fixation pour chaque application.

Que sont les fixations automobiles et pourquoi sont-elles importantes ?

Les fixations automobiles sont des dispositifs mécaniques qui relient ou fixent deux ou plusieurs petites pièces d'un véhicule. Leur fonction va bien au-delà de l'assemblage des composants du véhicule ; ils sont essentiels à la solidité structurelle du véhicule, à sa sécurité pendant son fonctionnement et à sa durabilité dans le temps. Chaque dispositif de fixation est choisi en fonction des conditions spécifiques auxquelles il sera soumis et de son objectif, en recherchant des solutions simples dans la mesure du possible.

Les fixations automobiles remplissent des fonctions critiques dans l'industrie de la fabrication de pièces automobiles qui ne peuvent être négligées. La défaillance d'une seule fixation, dans certaines situations, peut entraîner des désagréments tels que des bruits de cliquetis et un désalignement des composants, ou des problèmes graves pouvant conduire à des défaillances du système qui mettent en péril la sécurité du véhicule. Exposé à des vibrations, des températures et des forces corrosives constantes, l'environnement à l'intérieur d'un véhicule est incroyablement stressant. C'est pourquoi les différentes fixations, telles que les fixations automobiles en plastique et en métal, doivent être fiables et solides, et spécialement adaptées à leur usage. La conception et l'application des fixations font l'objet d'un examen approfondi dans le cadre de la fabrication et de l'entretien des automobiles. L'innovation continue dans les technologies automobiles, comme l'allègement des véhicules et l'augmentation des tendances d'adoption des véhicules électriques, donne une importance accrue à la science des matériaux et à la conception des fixations.

Types courants de fixations automobiles

L'assortiment de fixations utilisées dans l'industrie automobile est vaste, car chacune d'entre elles est conçue pour un besoin mécanique, un entretien, un processus d'assemblage et des conditions de service spécifiques. Voici quelques-unes des fixations automobiles les plus courantes.

Boulons

Dans tous les domaines de l'automobile, les boulons constituent l'une des fixations mécaniques les plus utilisées et les plus importantes. Un boulon se définit principalement par une tête à une extrémité et une tige filetée à l'extérieur. Il est conçu pour être inséré dans des trous non filetés de pièces assemblées et est généralement serré ou desserré en serrant un écrou correspondant ou un trou fileté dans l'un des composants.

De nombreuses variantes, telles que :

• Boulons à tête hexagonale : les plus courants, offrant une bonne application du couple.
• Boulons de carrosserie : avec une tête lisse et bombée et un col carré pour empêcher la rotation.
• Boulons à bride : une rondelle est incorporée au boulon directement sous la tête du boulon afin de répartir la charge. Les boulons à bride hexagonale sont une option très répandue.
• Boulons en U : ressemblent à la lettre U, avec des filets sur les deux bras, couramment utilisés pour maintenir ensemble des tuyaux ou des composants de la suspension.

Toutes sortes de boulons sont essentiels pour les assemblages de moteurs, les structures de soutien comme les châssis, les systèmes de suspension ainsi que les moyeux de roue comme les roulements d'essieu.

Vis

Les vis sont des éléments de fixation semblables à des boulons, avec des filets extérieurs, mais elles sont généralement destinées à être introduites dans un trou déjà fileté ou à mordre leur filetage intérieur dans un matériau plus mou (vis autotaraudeuses) lorsqu'elles tournent vers le bas. Contrairement aux boulons, les vis, y compris les vis à tête hexagonale et les vis mécaniques, sont généralement serrées sur la tête rotative sans l'utilisation directe d'un écrou de l'autre côté de l'assemblage. Les vis automobiles comprennent :

Les vis sont largement utilisées pour serrer les panneaux intérieurs et les modules électroniques des voitures, comme les garnitures de carrosserie et les tableaux de bord. La vis à tête cylindrique et la vis à tête fraisée en sont des exemples.

Noix

Les écrous, y compris les écrous automobiles, sont conçus pour être fixés avec le filetage extérieur d'un boulon et sont donc à filetage intérieur. Ils sont importants pour former des assemblages serrés car ils fournissent la pression de serrage nécessaire lors du vissage. La forme la plus courante des écrous est l'hexagone, car ils sont conçus pour être serrés à l'aide d'une clé. Les types les plus courants sont les suivants :

• Écrous hexagonaux : standard à usage général.
• Contre-écrous : contre-écrous à insert en nylon ou contre-écrous à filetage déformé, spécialement conçus pour empêcher le desserrage sous l'effet des vibrations.
• Les écrous borgnes : également connus sous le nom d'écrous à gland, sont utilisés pour couvrir l'extrémité du boulon et pour la protection avec un sommet bombé.
• Écrous à collerette : incorporant une rondelle attachée.
• Écrous borgnes : fentes permettant d'utiliser une goupille fendue pour empêcher le desserrage.

Les écrous sont omniprésents, utilisés en conjonction avec les boulons dans presque tous les systèmes de véhicules, formant une connexion sûre.

Rivets

Les rivets sont un type de fixation qui peut résister à de fortes contraintes. Avant son installation, un rivet est une tige cylindrique lisse avec une tête à une extrémité. Une fois le rivet placé dans le trou prévu à cet effet, l'extrémité est déformée pour créer une nouvelle tête et maintenir solidement les différentes pièces ensemble. Les rivets automobiles comprennent :

• Rivets pleins : Ils doivent être placés des deux côtés de la tôle.
• Rivets aveugles : Également connus sous le nom de rivets pop, ils peuvent être posés d'un seul côté et sont couramment utilisés pour les panneaux de carrosserie et les garnitures.
• Rivets tubulaires : Ils ont des extrémités creuses qui facilitent le serrage.

Ils sont réputés pour leur solidité, leur capacité à résister aux vibrations et leur aptitude à assembler différents matériaux. Les rivets sont souvent utilisés dans le châssis d'un véhicule, la structure de la carrosserie, ainsi que pour les plaques d'identification et autres pièces d'habillage.

Rondelles

Une rondelle est une plaque en forme de disque avec un trou central qui accompagne généralement les boulons, les écrous ou tout autre outil d'assemblage fileté. Elles ont pour fonction de répartir uniformément la charge causée par le dispositif de fixation, d'éviter tout dommage aux pièces assemblées en offrant une surface lisse et de servir, le cas échéant, d'entretoise, de ressort ou de mécanisme de verrouillage. Elles ont des fonctions distinctes : les rondelles ordinaires répartissent le poids, tandis que les rondelles élastiques ajoutent de la flexibilité pour lutter contre les pertes dues aux vibrations. En outre, les rondelles se présentent sous différentes formes et styles, ce qui témoigne de leur polyvalence. En raison de leur polyvalence, on trouve des rondelles dans pratiquement tous les assemblages boulonnés ou vissés d'un véhicule.

Clips

Les clips représentent un ensemble hétérogène d'éléments de fixation, principalement en plastique ou en métal, destinés à maintenir des pièces ensemble ou dans une position déterminée sans utiliser de filets. Comme il n'y a pas de filetage, ils utilisent les propriétés d'un ressort ou des caractéristiques qui se verrouillent en place afin d'éliminer les mouvements entre les composants. Les types de clips automobiles sont les suivants :

• Clips d'habillage : utilisés pour fixer les panneaux d'habillage intérieurs et extérieurs.
• Pinces pour faisceaux de câbles : destinées à maintenir les câbles électriques.
• Colliers de serrage : Les colliers de serrage sont souvent classés dans cette catégorie.
• Clips de panneaux : destinés aux pièces des panneaux de carrosserie.

Ils desservent les pièces qui nécessitent une maintenance ou un entretien fréquent, car ils peuvent être rapidement démontés et remontés autour du véhicule.

Pinces

Les pinces sont des outils spécialement conçus pour maintenir ou fixer fermement des éléments afin d'en limiter le mouvement ou la séparation par l'application d'une pression vers l'intérieur. Dans le contexte automobile, ils sont importants pour les systèmes de fluides et d'air. Les colliers les plus connus sont les colliers de serrage, qui scellent les extrémités des tuyaux aux raccords situés dans les systèmes de refroidissement, les systèmes de carburant et les systèmes d'admission d'air. Parmi les autres types courants, on trouve les colliers à vis sans fin, les colliers à ressort et les colliers à oreille, qui varient en fonction de la manière dont ils sont tendus, scellés et de leur conception générale.

Épingles

Il s'agit de goupilles qui sont des attaches, soit cylindriques, soit coniques, qui effectuent des tâches de localisation, d'alignement ou d'assemblage. Dans certains cas, une fonction de rotation ou de pivotement peut être autorisée, tandis que dans d'autres cas, la connexion peut être rigide et résistante aux forces de cisaillement. Dans l'industrie automobile, nous pouvons inclure :

• Goupilles : pour fixer deux pièces ensemble, comme les moitiés d'un bloc moteur.
• Goupilles fendues : goupilles fendues placées à l'intérieur d'un trou de boulon et fixées à l'aide d'un écrou à créneaux afin de conserver leur mouvement de rotation.
• Chape : Utilisées avec une goupille fendue pour soutenir les articulations des arbres.
• Goupilles à ressort : goupilles roulées ou enroulées qui s'insèrent dans un trou et exercent une force radiale vers l'extérieur.

Ils sont essentiels pour les tringleries, les transmissions et la fixation des composants rotatifs.

Crampons

Les goujons sont un type de fixation à filetage externe. Ils ressemblent aux boulons, mais peuvent également être considérés comme des tiges filetées. Un côté du goujon est conçu pour être inséré dans un composant en vue d'une installation permanente (par exemple, en étant vissé dans un trou taraudé, soudé ou enfoncé). L'autre extrémité est filetée pour permettre la fixation d'un écrou. Un bon exemple est celui des goujons de roue, qui sont enfoncés dans le moyeu de la roue et utilisés pour fixer les roues à l'aide d'écrous de roue. Un autre exemple important est celui des goujons de culasse, qui se vissent dans le bloc moteur et permettent de fixer la culasse à l'aide d'écrous. Contrairement à d'autres types d'attaches, comme les boulons, les goujons sont plus utiles en cas de montage et de démontage répétés, en raison de l'usure minimale des trous filetés.

Ressorts

Les ressorts en particulier ne sont pas perçus comme des éléments de fixation primaires comme le sont les boulons ou les vis, mais ils remplissent une fonction de fixation ou de maintien en exerçant une force constante. Par exemple, un ressort de soupape de moteur maintient les soupapes fermées et les ressorts utilisés dans d'autres dispositifs divers maintiennent la pression et maintiennent les composants en place. En outre, les ressorts hélicoïdaux et les ressorts à lames jouent un rôle crucial dans le système de suspension d'une voiture. Ils jouent un rôle fondamental dans les systèmes de suspension, en fixant efficacement l'ensemble de l'essieu au châssis du véhicule et en permettant le mouvement en même temps.

Fixations spéciales

Outre les types courants, il existe des types d'attaches spécialisées qui sont généralement créées pour des utilisations automobiles particulières ou pour répondre à certains besoins de production. Il s'agit notamment des types suivants

• Attaches rapides : pour les panneaux devant être retirés fréquemment.
• Fixations auto-agrippantes : Écrous, goujons et entretoises en PEM® qui adhèrent parfaitement aux pièces en tôle.
• En outre, les constructeurs automobiles conçoivent des modèles sur mesure, tels que des vis à filetage déformable pour des matériaux spécifiques.
• Ces dispositifs sont généralement inventés pour accélérer l'assemblage, réduire le poids total ou améliorer les performances pour des utilisations spécialisées.

Pour une consultation rapide, le tableau ci-dessous contient un résumé des types d'attaches mentionnés ci-dessus, classés en fonction de leur utilisation et de leurs avantages dans les applications automobiles :

Matériaux courants utilisés dans les fixations automobiles

La sélection du matériau d'une fixation automobile joue un rôle important et est influencée par plusieurs facteurs tels que la résistance, la surface, le domaine d'application, la résistance à la corrosion, la température de fonctionnement, le poids, la synergie avec les autres matériaux utilisés et le coût total, en particulier en ce qui concerne les pièces de moteur. Voici les matériaux les plus couramment utilisés dans les fixations automobiles :

Acier

L'acier, dans ses formes alliées, est le matériau le plus utilisé pour les fixations automobiles en raison de son rapport résistance/coût et de sa polyvalence à être travaillé et façonné. La protection contre la rouille est souvent assurée par des revêtements.

• Acier à faible teneur en carbone : Utilisé pour des applications moins importantes telles que certaines vis, clips, boulons légers et autres composants ne nécessitant pas de résistance.
• Acier à teneur moyenne en carbone : Soumis à une forme de traitement thermique (trempé et revenu) pour une plus grande résistance à la traction (par exemple, SAE Grades 5 et 8, ou ISO Classes 8.8, 10.9, 12.9). Ces fixations remplissent des fonctions structurelles majeures dans les moteurs, les chaînes cinématiques, les suspensions et les châssis.
• Aciers alliés : Des composants tels que le chrome, le molybdène et le nickel sont ajoutés pour améliorer certaines caractéristiques telles que le chrome, la ténacité et la résistance à haute température. Ils sont utilisés pour les boulons et les goujons à très haute résistance dans les applications exigeantes.

Les fixations en acier sont généralement revêtues (par exemple de zinc, de phosphate ou de revêtements exclusifs) afin d'améliorer leur résistance à la corrosion.

Aluminium

Les applications des fixations en aluminium se multiplient dans l'industrie automobile, en particulier dans des domaines tels que les panneaux de carrosserie et les pièces constitutives du moteur ainsi que les intérieurs, en raison de l'objectif de réduction du poids. L'aluminium offre une résistance adéquate à la corrosion dans une série d'environnements, tout en présentant un rapport résistance/poids favorable. Malgré ces avantages, l'aluminium éprouve des difficultés à concurrencer l'acier, car il possède une résistance moindre et un coefficient de dilatation thermique plus élevé. Une attention particulière doit être portée à la conception du diélectrique lorsque des fixations en aluminium sont utilisées avec d'autres métaux, en particulier l'acier, en raison de la corrosion galvanique.

Plastiques

Différents types de plastiques techniques, notamment le nylon, le polypropylène et l'acétal, sont utilisés pour diverses fixations en plastique, plus particulièrement pour les clips, les dispositifs de retenue et une gamme légère de fixations à emboîter et de vis. Par rapport aux métaux, les plastiques sont très légers, insensibles à la corrosion, isolants sur le plan électrique, bons amortisseurs et peuvent être façonnés dans différents moules pour un assemblage par encliquetage sans effort. Toutefois, la résistance des plastiques est nettement inférieure à celle des métaux, ce qui limite leur utilisation pour les garnitures et les composants intérieurs soumis à de faibles charges.

Titane

Les alliages de titane sont des matériaux exceptionnels pour les fixations, car ils offrent un rapport résistance/poids inégalé (ils sont plus résistants que plusieurs aciers tout en étant plus légers de 40%) et une résistance inégalée à la corrosion, même à des températures élevées.) Cependant, le titane coûte beaucoup plus cher que l'acier ou l'aluminium. Son application dans les véhicules de série est principalement limitée à des situations de haute performance, de course ou de réduction de poids extrême, telles que les systèmes d'échappement, les pièces de suspension et les composants de la commande des soupapes du moteur pour certaines voitures exotiques, où les considérations de coût sont secondaires.

Laiton

Le laiton, un alliage contenant du cuivre et du zinc, est utilisé pour les fixations automobiles dans des applications limitées où une bonne conductivité, une résistance à la corrosion (en particulier aux carburants et à certains produits chimiques) et des caractéristiques non magnétiques sont nécessaires. Bien qu'il soit plus faible que l'acier, il a sa raison d'être. Les vis, les écrous et les putains de bornes en laiton peuvent être utilisés dans les systèmes électriques et dans certains composants du système d'alimentation en carburant. Sa couleur vive peut être attrayante pour certains usages non fonctionnels, mais elle est peu courante dans la conception automobile moderne.

Conseils pour choisir la fixation automobile idéale

La sélection des fixations est essentielle pour garantir la sécurité, la fiabilité et la durabilité d'un assemblage automobile. Plusieurs facteurs doivent être pris en compte, notamment le coefficient de frottement et les exigences en matière de charge.

Exigences en matière de charge

Le type et l'ampleur des charges exercées sur l'élément de fixation sont les premiers éléments critiques à prendre en compte. Il s'agit de charges de traction (écartement), de cisaillement (glissement), de torsion et même de charges dynamiques dues aux chocs et aux vibrations. En outre, le matériau de la fixation, son diamètre et le niveau d'engagement du filetage doivent présenter une résistance suffisante pour supporter ces charges, avec des facteurs de sécurité appropriés.

Environnement de travail

Le choix plus rapide est fortement influencé par l'environnement opérationnel. Il s'agit notamment des éléments suivants

• Température : Des plages de températures supérieures (telles que celles que l'on trouve dans les systèmes d'échappement et les composants des moteurs) peuvent affaiblir la résistance d'une fixation et provoquer son desserrage en raison de la surchauffe et du refroidissement. Ces régions requièrent des matériaux présentant le bon niveau de stabilité thermique.
• Corrosion : Le sel de déneigement, les produits chimiques et les conditions d'humidité soumettent les fixations à la corrosion. Des matériaux résistants à la corrosion, tels que l'aluminium, l'acier inoxydable ou même le plastique, ainsi qu'un revêtement protecteur sur les fixations en acier sont nécessaires.
• Les vibrations : Les véhicules sont soumis à des vibrations constantes qui entraînent un desserrage lent des fixations. Des caractéristiques anti-desserrage spéciales ainsi que des conceptions particulières de la fixation sont essentielles.

Matériau des pièces assemblées et compatibilité des fixations

Les éléments à assembler sont tout aussi importants dans le choix de la fixation.

• Corrosion galvanique : En présence d'humidité, l'assemblage de métaux différents à l'aide d'une fixation peut entraîner une corrosion galvanique. Il est également recommandé que la fixation utilisée soit galvaniquement isolante ou compatible.
• Résistance du matériau : Avant que la charge de serrage appropriée ne soit atteinte, une fixation ne doit pas être trop faible au point de se rompre, ni trop forte au point d'endommager les matériaux assemblés plus souples lorsqu'elle est serrée.
• Dilatation thermique : Une attention particulière doit être accordée aux pièces qui subissent de grandes différences de température en raison de la présence de coefficients de dilatation différents par rapport à la fixation et aux pièces assemblées, en particulier dans les plages thermiques présentant des oscillations de température considérables.

Coût

Le coût sera toujours un élément de la production de masse, alors que la performance et la fiabilité restent essentielles. La fixation choisie doit répondre à toutes les attentes des ingénieurs, mais à un meilleur prix. Il s'agit généralement d'un équilibre entre le coût du matériau, la complexité de la fabrication de la fixation et son assemblage. L'utilisation de matériaux exotiques ou de conceptions hautement spécialisées est généralement réservée aux cas où les options standard sont insuffisantes.

Comment empêcher les fixations automobiles de se desserrer？

Dans l'ingénierie automobile, les vibrations, les cycles thermiques et d'autres charges dynamiques sont parmi les principales causes de desserrage des fixations, ce qui est très préoccupant en raison des coûts de réparation potentiels. Voici quelques stratégies pour éviter ce problème :

Application des dispositifs de verrouillage

Différents dispositifs de verrouillage mécanique peuvent être incorporés :

• Contre-écrous : Les contre-écrous à insert en nylon et les écrous à couple dominant entièrement métalliques (c'est-à-dire les écrous à filetage déformé ou à décalage elliptique) résistent à la rotation grâce au frottement qu'ils créent sur les filets du boulon.
• Rondelles de blocage : Les rondelles à ressort (hélicoïdales ou coniques/Belleville) exercent une charge sur l'articulation. Les rondelles d'arrêt dentées (rondelles étoilées) s'enfoncent dans les fixations et les surfaces de l'articulation.
• Adhésifs de blocage des filetages : Des adhésifs anaérobies sous forme liquide sont appliqués sur les filets rodés. Ils durcissent en l'absence d'air en bloquant les filets et en les protégeant de la corrosion.
• Boulons/écrous à collerette dentelée : les dentelures s'incrustent dans la surface adjacente pour empêcher le desserrage des boulons.

Sélection des matériaux et résistance aux vibrations

L'élasticité intrinsèque des matériaux de la fixation et de l'articulation peut aider à conserver la précharge. Le choix de matériaux présentant une résistance à la fatigue appropriée est également essentiel. Certaines conceptions de fixations sont plus résistantes que d'autres au desserrage par vibration. La rigidité totale de l'articulation, créée par les fixations et les composants serrés, est également un facteur.

Application correcte du couple et clés dynamométriques

Pour éviter le desserrage, la méthode la plus élémentaire consiste à obtenir une précharge correcte (force de serrage) avec le couple de serrage spécifié, qui représente la force de rotation appliquée.

• Spécifications de couple : Chaque joint a une valeur de couple spécifique fixée par les ingénieurs. Un serrage insuffisant entraînera un relâchement de la charge de serrage, tandis qu'un serrage excessif endommagera les filets ou cédera la fixation.
• Clés dynamométriques : Les clés à cliquet, à poutre et numériques sont des outils dynamométriques calibrés qui doivent être tenus tout en étant contrôlés mécaniquement pendant l'assemblage et la maintenance. Elles sont réglées pour appliquer le couple spécifique requis. Pour les assemblages critiques, le serrage par couple-angle permet d'obtenir une précision encore plus grande.

Programmes d'inspection et d'entretien réguliers

Pour certaines fixations critiques, en particulier dans les véhicules lourds ou à hautes performances, des contrôles réguliers et des vérifications de couple (si le fabricant le spécifie) font partie du programme d'entretien. L'inspection visuelle permet d'identifier les signes extérieurs de corrosion ou de fatigue susceptibles de provoquer un desserrage ou une défaillance.

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FAQS

Quels sont les trois types de fixations automobiles ?

Les boulons, les vis et les rivets sont trois fixations automobiles courantes utilisées pour assembler et fixer les composants automobiles.

Combien de pièces de fixation une voiture comporte-t-elle ?

La plupart des voitures contiennent entre 3 000 et 5 000 pièces de fixation, en fonction de la complexité du véhicule.

Les fixations automobiles sont-elles réutilisables ?

Certaines fixations métalliques, comme les boulons et les écrous standard, peuvent être réutilisées si elles ne sont pas endommagées. Cependant, les boulons à couple de serrage, les écrous de blocage et de nombreux clips en plastique sont conçus pour un usage unique et doivent être remplacés pour garantir la sécurité et la fiabilité.