Choisir les bons types d'attaches pour tôle : Un guide complet

Introduction

Dans le domaine de la fabrication, l'assemblage de pièces en tôle est un processus crucial utilisé dans diverses industries telles que l'automobile, l'aérospatiale et bien d'autres. Mais qu'est-ce qui définit la solidité et la stabilité de ces assemblages ? Les fixations. Le choix de la bonne fixation ne se limite pas à l'assemblage des composants, il détermine également la fiabilité, les performances, le coût, le temps et la facilité d'assemblage du produit.

Un mauvais choix de fixation peut entraîner des défaillances coûteuses, des pertes de temps et même des produits dangereux. En revanche, le choix d'une fixation qui convient le mieux, lorsqu'elle est correctement appliquée, permet d'obtenir un joint parfait, durable et économique.

Ce guide présente les fixations les plus courantes pour la fabrication de tôles, examine les critères de sélection essentiels, présente les utilisations typiques, introduit des solutions de fixation professionnelles, explique comment installer correctement les fixations et prépare les professionnels à faire les bons choix en matière de fixation.

Qu'est-ce qu'un tôlefixation?

Une fixation de tôle est une fixation utilisée pour assembler deux ou plusieurs tôles minces dont l'épaisseur est comprise entre 0,5 et 6 mm. Contrairement aux fixations conçues pour des sections épaisses ou des matériaux massifs différents, les fixations de tôle doivent surmonter les difficultés liées aux matériaux minces. Il s'agit de la déformation du matériau sous charge, de l'engagement limité du fil dans les sections minces et de l'arrachement ou du dénudage en cas d'application d'une force excessive. C'est pourquoi les fixations de tôle présentent certaines caractéristiques de conception qui permettent de répartir la charge, de fournir des points d'ancrage dans le matériau de faible épaisseur ou de permettre une installation où l'accès peut être limité à un seul côté. Leur rôle est de fournir une connexion solide et permanente, capable de résister aux charges qui lui sont appliquées, tout en étant facilement réparable en cas de besoin.

Principaux types d'attaches de tôle

La variété des applications de tôlerie nécessite diverses solutions de fixation. Il est essentiel de comprendre les principales catégories pour pouvoir choisir celle qui convient le mieux.

Attaches auto-agrippantes

Les fixations auto-agrippantes sont un type de fixations destinées à s'intégrer au type de pièce de tôle dans laquelle elles sont utilisées. Les écrous, les goujons et les entretoises auto-agrippants comptent parmi les plus populaires. L'installation consiste à enfoncer la fixation dans un trou de la bonne taille à l'aide d'une presse à action parallèle. Au cours de ce processus, l'anneau de serrage moleté ou une tête spécialement profilée de la fixation écarte le matériau de la tôle hôte et le fait couler à froid dans un renfoncement annulaire ou une contre-dépouille dans la tige ou le pilote de la fixation. Ce matériau déplacé immobilise efficacement la fixation et offre une résistance élevée aux forces d'arrachement et de torsion.

Parmi les avantages, on peut citer la possibilité de produire des points de fixation ou d'attache solides et permanents dans des épaisseurs fines, ce qui est bon pour les applications qui exigent une grande résistance dans le joint, et la possibilité d'installer sur un seul côté. L'une des principales conditions est de pouvoir accéder aux deux côtés de la feuille pendant l'installation et de disposer de l'équipement de presse approprié pour appliquer la force d'appui et le parallélisme adéquats. Ils sont couramment utilisés dans les boîtiers électroniques, les pièces automobiles et les industries aérospatiales.

Rivets

Le rivetage est l'un des moyens les plus anciens et les plus efficaces d'assembler deux ou plusieurs pièces de tôle en raison de sa facilité d'utilisation. Un rivet est simplement une tige cylindrique munie d'une tête à l'une de ses extrémités. L'installation consiste à faire passer la tige du rivet à travers les trous des pièces à assembler, puis à élargir la queue du rivet pour former une deuxième tête, la "tête d'atelier" ou "queue de bouclier", à l'aide de moyens mécaniques. Cela permet de fixer solidement les feuilles l'une contre l'autre.

• Rivets massifs : Ils offrent la plus grande résistance au cisaillement mais ne peuvent être installés que des deux côtés de la tôle, un côté pour la tête de fabrication et l'autre pour la tête d'atelier, à l'aide d'un marteau et d'une barre de flambage ou d'une machine à riveter, car l'arbre solide fournit un support supplémentaire pendant l'installation.
• Rivets semi-tubulaires : Ces rivets sont semblables à des rivets pleins, mais ils ont un petit trou dans la partie arrière, ce qui permet de réduire la force utilisée pour former la tête de l'atelier.
• Rivets aveugles (rivets pop) : Ils sont utilisés dans les cas où l'accès à la zone à assembler est limité à un seul côté. Un rivet aveugle est composé d'une tige de rivet et d'un mandrin. Dans ce processus, le mandrin est tiré et le corps du rivet du côté aveugle se dilate pour former la deuxième tête, puis le mandrin est retiré.

Les rivets ont une charge de cisaillement élevée et sont idéaux pour résister aux vibrations. Ils servent à former des joints permanents et sont largement utilisés dans les structures aéronautiques, la construction de ponts et le travail général de la tôle.

Vis à tôle

Les vis à tôle sont des vis destinées à créer leur propre filetage dans la tôle lorsqu'elles sont insérées dans des trous pré-percés ou perforés.

• Vis autotaraudeuses : Elles ont des filets plus aigus et peuvent nécessiter le perçage d'un avant-trou avant l'insertion de la vis. Elles forment des filets par le processus de déplacement de la matière.
• Vis autoperceuses : Ils sont dotés d'une pointe de forage au niveau de la tête qui permet de percer un trou et de créer des filets en même temps, ce qui permet de gagner du temps lors de l'assemblage.

Les vis à tôle se déclinent en différents types de tête (pan, hexagonale, plate) et d'entraînement (Phillips, fente, Torx). Leurs principaux avantages sont qu'elles sont faciles et rapides à installer, en utilisant uniquement des outils d'enfoncement et qu'aucune opération de taraudage n'est nécessaire. Leur pouvoir de maintien est cependant comparativement plus faible que celui des fixations auto-agrippantes et elles sont plus susceptibles de se dénuder si elles sont trop serrées, en particulier lorsqu'elles sont utilisées sur des matériaux très minces. Elles sont largement utilisées dans les conduits de chauffage, de ventilation et de climatisation, les intérieurs d'automobiles, les réfrigérateurs et autres appareils électroménagers, ainsi que dans les constructions de faible épaisseur.

Fixations à souder

Les fixations par soudage sont des écrous ou des goujons destinés à être fixés de manière permanente à une pièce de tôle par un alignement précis et des techniques de soudage telles que le soudage par résistance, le soudage par projection, le soudage à l'arc ou le soudage par décharge de condensateur (CD). Elles présentent des saillies ou des brides spécifiques qui permettent de concentrer l'énergie de manière à produire une bonne soudure.

Le premier avantage est une fixation très solide et permanente pour les charges élevées ou pour les applications où les différents matériaux ont d'autres parties qui doivent être vissées. Les fixations par soudure ne nécessitent pas la création de trous pour la fixation elle-même (bien qu'il puisse y avoir des éléments de positionnement), ce qui maintient la résistance de la tôle.

Parmi les inconvénients, citons la nécessité de disposer d'un équipement de soudage spécialisé et d'opérateurs expérimentés, le fait que la chaleur affecte ou marque la surface de la tôle, et la nécessité que la fixation soit compatible avec la pièce à usiner. Elle est largement utilisée dans les châssis et carrosseries d'automobiles, les véhicules et équipements lourds et les machines industrielles.

Boulons et écrous

Bien qu'ils soient souvent associés à des matériaux plus épais, les boulons et les écrous sont également utilisés dans les applications de tôlerie, en particulier lorsqu'une force de serrage élevée ou la possibilité de démonter l'assemblage est nécessaire. Cette méthode consiste généralement à percer des trous dans la tôle, puis à fixer les composants ensemble en serrant l'écrou sur le boulon. Des rondelles sont souvent utilisées pour répartir la charge et éviter d'endommager la surface de la tôle. Différents types de boulons (par exemple, boulons de carrosserie, boulons hexagonaux) et d'écrous (par exemple, écrous standard, écrous de blocage) sont disponibles en fonction des exigences spécifiques de l'application.

Inserts filetés

Les inserts filetés sont utilisés pour créer des filetages solides, durables et réutilisables sur des matériaux qui ne peuvent pas être filetés directement en raison de leur finesse ou de leur souplesse, comme la tôle.

• Ecrous de rivets (Nutserts) : Ils sont posés d'un seul côté, comme les rivets aveugles. Un outil tire sur un mandrin fileté, ce qui entraîne la compression et l'expansion du corps de l'insert contre la face aveugle de la tôle pour former un ancrage fileté.
• Inserts à enfoncer : Il s'agit d'attaches similaires à celles qui sont pressées dans les trous et qui peuvent utiliser des profils spécifiques pour s'engager dans le matériau de base.

Les inserts filetés sont très utiles lorsqu'il est nécessaire d'avoir des filets solides et réutilisables dans des panneaux minces où l'accès n'est possible que d'un seul côté (pour les écrous rivetés). Ils sont utilisés dans l'industrie automobile, l'industrie aérospatiale et dans l'assemblage de pièces à des boîtiers.

Écrous à cage et écrous à clipser

Les écrous à cage sont constitués d'un écrou à tête carrée et d'une cage en acier à ressort dotée de deux ailes ou clips. Ces ailes permettent de visser l'ensemble de l'écrou à cage dans une ouverture carrée ou rectangulaire d'un panneau de tôle, généralement un rail de rack ou une enceinte. Les écrous à clipser (ou écrous en U) fonctionnent de la même manière, en étant clipsés sur le bord d'un panneau ou dans un trou rectangulaire pour créer un trou fileté.

Le principal avantage des deux est qu'ils offrent une certaine marge de manœuvre, de sorte que les trous du panneau ne doivent pas nécessairement s'aligner parfaitement avec l'élément à fixer. Ils sont également faciles à entretenir, car ils peuvent être facilement démontés et remplacés s'ils sont endommagés. Ils sont couramment utilisés dans les baies d'équipement informatique, les armoires électriques et certaines applications automobiles où les dispositifs sont montés sur des panneaux.

Note : Les valeurs de performance sont des estimations typiques pour des fixations en acier à teneur moyenne en carbone de 1,0 à 2,0 mm. tôle. Les performances réelles peuvent varier en fonction du matériau, de la qualité de l'installation et des spécificités de la conception.

Facteurs critiques pour la sélection des fixations

Le choix de la fixation optimale nécessite l'évaluation de multiples facteurs spécifiques à l'application.

Matériau et épaisseur de la tôle

Le type et l'épaisseur de la tôle sont les deux facteurs les plus importants qui déterminent le choix de l'outil. Il est important d'éviter que des métaux dissemblables soient en contact les uns avec les autres, car cela entraînerait une corrosion galvanique, en particulier en présence d'un électrolyte. Le matériau des fixations doit être du même type que celui de la tôle ou, au moins, être galvaniquement compatible avec la tôle. Les tôles les plus courantes sont l'aluminium, l'acier, l'acier inoxydable, l'acier galvanisé, le cuivre et le laiton. Ils présentent également des caractéristiques mécaniques et de résistance à la corrosion différentes qui déterminent le type de fixation à utiliser.

L'épaisseur définit l'aspect pratique. Par exemple, les fixations auto-agrippantes sont soumises à des exigences d'épaisseur minimale pour le matériau de la feuille. L'étendue de la prise du rivet doit être égale à l'épaisseur totale des matériaux à assembler.

Exigences en matière de charge

La nature et la quantité des charges que l'articulation doit supporter sont très importantes. Il s'agit des forces de traction, de cisaillement, de couple et de vibration. Les données de performance indiquées dans les fiches techniques des fixations sont généralement obtenues dans certaines conditions d'essai. La fixation choisie doit présenter des marges de résistance suffisantes par rapport aux charges de service prévues pour la structure.

Accessibilité pour l'installation

Déterminer si les deux parties ont accès au joint ou seulement l'une d'entre elles (accès aveugle). Cela réduit considérablement le nombre de fixations disponibles. Les rivets aveugles et certains inserts filetés sont utilisés pour les applications aveugles, tandis que les fixations auto-agrippantes et les rivets pleins nécessitent un accès des deux côtés. Le type d'outillage requis et donc les types de fixations possibles peuvent également être influencés par l'espace disponible autour de l'emplacement du joint.

Considérations sur les coûts

Évaluez le coût total, et pas seulement le prix unitaire de la fixation. Cela comprend le coût de la fixation elle-même, l'outillage spécialisé nécessaire à l'installation, le temps de travail par installation et les coûts potentiels associés à la reprise ou à la défaillance. Les vis autoperceuses peuvent avoir un coût unitaire plus élevé mais peuvent réduire considérablement le temps de travail. Les fixations auto-agrippantes peuvent nécessiter un investissement dans un équipement de presse, mais offrent une grande fiabilité.

Facteurs environnementaux

L'environnement de travail et les conditions environnementales influencent le choix des matériaux et des finitions. Il faut tenir compte de l'exposition à l'humidité, au brouillard salin, aux produits chimiques, aux températures extrêmes et aux rayons UV. Pour les environnements corrosifs, il peut être nécessaire d'utiliser des fixations en acier inoxydable ou avec des revêtements protecteurs appropriés (par exemple, zingage, passivation). La température peut affecter la résistance et la compatibilité des matériaux.

Durée de vie souhaitée et entretien

Décidez si l'assemblage doit être permanent ou s'il doit être conçu pour être démonté à des fins d'entretien ou de remplacement. Les rivets et les attaches à souder sont utilisés pour former des attaches permanentes. Les vis, les écrous à cage et les inserts filetés facilitent le démontage et le remontage, mais les filets créés par les vis à tôle peuvent s'affaiblir avec le temps.

Exigences esthétiques

Dans certains cas, l'esthétique est une préoccupation (comme dans l'électronique grand public, les panneaux architecturaux), le choix de la fixation et du type de vis est important. Parmi les facteurs à prendre en compte, on peut citer le fait que la tête de la fixation doit être visible ou cachée, la nécessité d'une surface affleurante d'un côté ou des deux côtés, le type de tête et la couleur/finition de la tête. Certaines fixations, telles que les fixations auto-agrippantes ou les rivets/vis à tête fraisée, offrent des configurations de tête minimales ou même affleurantes.

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Bonnes pratiques pour les Attache Installation

Quel que soit le type de fixation, il est essentiel de respecter les meilleures pratiques lors de l'installation afin d'obtenir les performances souhaitées et d'éviter les défaillances prématurées.

Préparation de la pièce

Les trous de montage doivent être de la bonne taille et de la bonne forme, et placés dans la bonne position, conformément aux recommandations du fabricant de la fixation. Les tolérances des trous sont souvent critiques. Il ne doit pas y avoir de bavures importantes susceptibles d'entraver la bonne mise en place des trous. La zone environnante du trou doit être exempte de contaminants tels que l'huile, la saleté et les dépôts excessifs qui pourraient affecter le joint ou les étapes de finition suivantes. La pièce doit être correctement soutenue pendant l'installation afin d'éviter toute déformation de la pièce.

Choisir les bons outils

Dans la plupart des cas, il est recommandé d'utiliser les outils d'installation préconisés ou recommandés par le fabricant des fixations. Il s'agit notamment de presses d'un tonnage adéquat et à mouvement parallèle pour les fixations auto-agrippantes, d'un nez et d'une force de traction appropriés pour les rivets aveugles, d'un équipement de soudage et de réglages appropriés pour les fixations à souder et de clés dynamométriques ou de tournevis calibrés pour les fixations à visser. Un autre facteur à l'origine des problèmes d'installation est l'utilisation d'un outillage inadapté ou endommagé.

Techniques d'installation appropriées

Il est important que le processus d'installation soit effectué en suivant à la lettre les instructions du fabricant. Pour les fixations à sertir (auto-agrippantes, insérées), appliquer la force dans la direction axiale et l'appliquer en douceur jusqu'à ce que la fixation soit complètement insérée. Ne pas "marteler" les fixations à sertir. Dans le cas des rivets, il est important d'obtenir la bonne condition de refoulement. Pour les vis, tournez-les dans un mouvement droit et n'appliquez pas une vitesse élevée qui pourrait provoquer un échauffement ou un décollement des filets.

Contrôle du couple

Dans le cas des fixations filetées (vis, boulons, inserts filetés), il est essentiel d'appliquer le bon couple de serrage. Un serrage insuffisant entraîne un desserrement des assemblages et une rupture sous l'effet des vibrations ou de la charge. Un serrage excessif peut endommager le filetage, casser la fixation ou même endommager la tôle. Utilisez des instruments de mesure de couple calibrés et assurez-vous que le couple est conforme aux valeurs recommandées.

Inspection et contrôle de la qualité

Après l'installation, inspecter visuellement la fixation pour s'assurer qu'elle est correctement posée, qu'elle est affleurante (si nécessaire) et qu'il n'y a pas de signes de dommages à la fixation ou au matériau environnant (fissures, déformations). Pour les applications critiques, procéder à des essais par échantillonnage (par exemple, essais de poussée ou de couple pour les fixations à sertir, contrôles de couple pour les fixations filetées) afin de vérifier l'intégrité de l'installation par rapport aux exigences spécifiées.

Les erreurs courantes à éviter

• Taille du trou ou tolérance incorrecte (un trou trop grand entraîne une mauvaise rétention ; un trou trop petit peut endommager la fixation ou la tôle).
• Utilisation d'une fixation non adaptée au type ou à la dureté du matériau de la feuille.
• Dépassement de l'épaisseur minimale de la tôle ou de la plage d'adhérence spécifiée pour la fixation.
• Appliquer une force d'installation non axiale (peut endommager la fixation ou le trou).
• Utilisation d'une force d'installation excessive ou d'une force/temps d'arrêt insuffisants.
• Mauvais support de la pièce à usiner entraînant une déformation.
• Tenter d'installer des attaches en acier inoxydable dans des tôles en acier inoxydable sans vérifier la compatibilité de la dureté (l'attache doit être plus dure).
• Sur-emboutissage ou sous-emboutissage des vis.

Conclusion

La sélection et l'installation efficaces des fixations de tôle sont essentielles à la qualité des produits, car elles intègrent l'ingénierie de conception à la précision de fabrication. Il est essentiel de comprendre les types de fixations, les facteurs de sélection et les meilleures pratiques d'installation.

Toutefois, les connaissances théoriques doivent être complétées par une exécution méticuleuse au cours des étapes de fabrication et d'assemblage. Le respect des meilleures pratiques, un outillage correct et un contrôle de qualité rigoureux sont obligatoires. En examinant attentivement les exigences de l'application et en faisant appel à des partenaires experts en fabrication le cas échéant, les ingénieurs et les fabricants peuvent s'assurer que les assemblages de tôle répondent aux objectifs de performance, de coût et de longévité. Une fixation correcte n'est pas simplement une étape de l'assemblage ; c'est la pierre angulaire de la qualité du produit.