Assembler des composants de manière sûre, fiable et tirant parti des propriétés des matériaux est l’un des principaux domaines d’innovation dans les industries manufacturières. L’une de ces techniques est appelée press fit – une méthode qui repose sur le frottement et ne nécessite aucune soudure, soudure ou usinage des pièces.

Comme vous le verrez plus loin, les emboîtements sont parmi les exemples les plus précis de fixation de deux pièces ensemble. Bien qu’ils fabriquent des pièces très solides, cette méthode ne convient pas exactement à tous les scénarios. Lisez la suite alors que nous couvrons les bases des ajustements par pression et définissons la tolérance d’ajustement par pression.

Qu’est-ce que le press fit?

Un ajustement par pression, parfois appelé ajustement par interférence, est une méthode d’assemblage de deux pièces serrées qui reposent sur le frottement. C’est l’une des méthodes de fixation les plus préférées pour les applications nécessitant une liaison durable et un alignement parfait. Le processus ne nécessite généralement pas d’exposition des pièces à des températures extrêmes, ne nécessite aucune soudure et est compatible avec les systèmes automatisés.

Dans toute application d’ajustement par pression, il y a deux parties d’accouplement qui se rejoignent de manière très serrée. Ces deux parties d’accouplement peuvent prendre des formes différentes. L’exemple le plus courant serait un arbre et un trou, mais des ajustements par pression sont également utilisés pour des composants plus petits tels que les bornes électriques d’une carte de circuit imprimé (PCB). Les ajustements par pression sont idéaux pour les joints impliquant des composants électriques, car l’ajustement serré des pièces garantit un contact conducteur fiable.

En raison des forces de frottement importantes impliquées, le pressage des deux pièces d’accouplement est généralement effectué par un piston hydraulique ou pneumatique. Il s’agit d’un processus lent et délibéré qui est davantage axé sur l’alignement que sur l’impact.

La technologie Press fit est devenue largement utilisée en raison de sa fiabilité et de sa relative simplicité. Bien que cela demande des mesures très rigoureuses sur les pièces d’accouplement, l’exécution réelle des composants d’accouplement ensemble peut être effectuée même sans un niveau de compétence exceptionnel.

Fonctionnement d’un ajustement par pression

Pour comprendre le fonctionnement de l’ajustement par pression, nous devons d’abord décrire les caractéristiques physiques des deux pièces d’accouplement. Pour l’exemple de base d’un arbre et d’un trou, il est essentiel de réaliser que le trou est légèrement plus petit que l’arbre.

Lorsque l’arbre est enfoncé dans le trou, le matériau de l’arbre subit une légère compression. Cela induit que l’arbre exerce une force normale sur la surface interne de la cale. En même temps, le trou appuie vers l’intérieur, car il subit également une légère dilatation en raison de l’insertion de l’arbre. Cette force normale contribue à la génération d’une force de frottement importante qui maintient les deux composants ensemble.

L’amplitude réelle de la force normale exercée par les composants du trou et de l’arbre dépend du matériau à partir duquel ils sont fabriqués. Les métaux durs, tels que l’acier, sont plus résistants à la déformation et exerceront une force normale plus importante. D’autre part, les plastiques et le caoutchouc souple généreront des forces normales plus faibles en raison de leur propension à la déformation.

La tolérance d’ajustement par pression, dont nous discuterons plus en détail plus loin, est une mesure de la « taille excessive » de l’arbre par rapport au trou. Cela mesure la quantité de compression ou d’expansion que le matériau doit supporter et la force normale qu’il exerce.

Les meilleures pratiques dans la conception des ajustements de presse

Comme pour n’importe quel processus ou technique industriel, un ajustement de presse n’est pas une solution complète pour tous les besoins de fixation. Si vous envisagez d’utiliser des ajustements par pression, voici quelques règles à garder à l’esprit:

Sélection et compatibilité du matériau

La capacité de fixation d’un ajustement par pression repose sur la capacité du matériau à maintenir une force normale constante en réaction à sa déformation. Cependant, il existe des matériaux qui se déforment naturellement lorsqu’ils sont soumis à une force constante ou « coulent » dans une nouvelle orientation. Lorsque ces types de matériaux sont utilisés dans un ajustement serré, ils ont tendance à perdre la friction au fil du temps, desserrant ainsi l’adhérence des pièces fixées.

Les plastiques souples, tels que le nylon, le polyuréthane et le polycarbonate sont de bons exemples de matériaux impropres à l’ajustement par pression. C’est également la raison pour laquelle la plupart des pièces en plastique ont plutôt une connexion « encliquetable » qui repose sur un mécanisme de verrouillage plutôt que sur une tension soutenue.

Anticiper les variations de température

Presque tous les matériaux réagissent de manière similaire aux changements de température – les objets se dilatent lorsqu’ils sont chauffés et se contractent lorsqu’ils sont refroidis. Cependant, le degré avec lequel ces phénomènes se produisent dépendra du matériau en question. Par exemple, un morceau d’aluminium se dilate d’une marge plus grande lorsqu’il est exposé à des températures élevées par rapport à un morceau de caoutchouc équivalent.

Cette disparité dans le comportement de dilatation thermique et de compression aura de l’importance si nous avons un assemblage à emboîtement en deux matériaux différents. Pour illustrer notre exemple précédent, un assemblage constitué d’un arbre en caoutchouc à l’intérieur d’un trou en aluminium peut finir par perdre son adhérence lorsqu’il est soumis à une chaleur extrême.

Pour être clair, il est parfaitement acceptable de réunir deux matériaux différents tant qu’ils n’ont pas besoin d’être exposés à des températures extrêmes ou qu’ils ont des coefficients de dilatation thermique similaires.

L’alignement des pièces est essentiel

L’alignement des pièces jointes à l’aide d’ajustements par pression a une tolérance très faible. Un ensemble parfaitement aligné doit avoir des forces internes réparties uniformément, garantissant que les pièces resteront maintenues ensemble même lorsqu’elles sont soumises à de fortes vibrations.

Pour cette raison, les fabricants ont mis au point de nombreux moyens pour obtenir un alignement parfait. Un outillage et une fixation appropriés sont des facteurs critiques à cette étape. La plupart des fabricants concevraient les pièces d’accouplement pour avoir des molettes ou des paires correspondantes de saillies et d’indentations. Cela garantit que les pièces s’accoupleront parfaitement avec peu de place pour l’erreur.

Bien que les presses hydrauliques ou pneumatiques utilisées pour combiner des pièces pour des ajustements de presse nécessitent beaucoup de puissance, elles fonctionnent généralement très lentement. Cela permet de réaligner les pièces au fur et à mesure qu’elles sont pressées ensemble. Idéalement, l’intervention de l’opérateur ne sera pas nécessaire mais peut être effectuée si la situation l’exige.

Pensez à effiler la pièce d’accouplement

Une stratégie courante lors de la conception de pièces pour des ajustements à la presse consiste à effiler l’extrémité de l’arbre. C’est ce qu’on appelle un chanfrein et aide à la fois à l’alignement des pièces et à la répartition uniforme de la force autour de la circonférence du trou. Le pressage des pièces ensemble est également rendu plus facile et plus lisse par l’ajout d’un chanfrein, car les forces de compression ont tendance à s’accumuler plus progressivement.

Déterminer la tolérance d’ajustement à la pression appropriée

L’ampleur de la force normale dépendra également de la quantité de matériau qui se comprime ou se dilate une fois qu’il est fixé. Rappelons que l’arbre est généralement un peu plus grand que le trou. Cette différence de dimensions est ce que l’on appelle généralement la « tolérance d’ajustement par pression ». »C’est un très petit nombre, généralement inférieur à 1/1000 de pouce.

Les chiffres appropriés pour la tolérance de serrage tiennent compte des dimensions et du matériau de l’arbre et du trou. Par exemple, les pièces en caoutchouc nécessiteront une tolérance plus élevée car elles ont une plus grande propension à la déformation. La tolérance augmente également avec la taille croissante de la pièce, bien que cette relation ne soit pas nécessairement linéaire.

Malheureusement, les calculs pour déterminer la tolérance appropriée pour un assemblage à emboîtement serré sont loin d’être simples. Outre les dimensions de l’arbre et du trou, l’inclusion de chanfreins de chaque côté de l’arbre entraînera également un décalage des valeurs. La température de fonctionnement prévue pour la pièce à assembler doit également être prise en compte.

Si une pièce contient plus d’une broche, la tolérance peut également être ajustée en tenant compte de la force de compression maximale de la presse hydraulique ou pneumatique qui sera utilisée.

La difficulté de calculer la tolérance d’ajustement correcte est le plus grand défi d’inclure une telle technologie dans une chaîne de montage automatisée. S’il n’est pas détecté, un ajustement de presse mal aligné ou avec une tolérance trop grande peut endommager la pièce à assembler ou la presse pneumatique. Avec l’ampleur des forces impliquées, un tel accident pourrait être assez catastrophique.

Ajustement rétractable – une alternative à l’ajustement par pression

Malgré les nombreux avantages des ajustements par pression, le fait qu’il n’ait pas remplacé toutes les connexions mécaniques est une preuve suffisante qu’il n’est pas parfait. L’une des alternatives les plus populaires à un ajustement serré est un ajustement rétractable. Avec ce procédé, les dimensions de l’une ou l’autre des deux pièces à assembler sont modifiées par chauffage ou refroidissement.

L’idée derrière la méthode est d’utiliser la dilatation thermique pour relier plus facilement les deux parties, après quoi elles sont ramenées à température ambiante. La tolérance est toujours essentielle dans cette technique, mais elle est beaucoup plus indulgente. Elle diminue également la force qu’une presse hydraulique ou pneumatique doit exercer pour rapprocher les deux parties.

L’inconvénient de cette technique est qu’elle prend plus de temps en raison de la nécessité de chauffer ou de refroidir les pièces à des températures extrêmes. Il y a aussi une tonne d’équipements spécialisés impliqués. Avant de procéder à un ajustement rétractable, les pièces métalliques sont chauffées à des températures allant jusqu’à 300 ° C ou refroidies à l’azote liquide. Il y a certainement un peu plus de compétences techniques nécessaires pour fixer les deux pièces ensemble d’une manière plus fiable qu’un ajustement par pression.

Pensées finales

En surface, un ajustement par pression semble être un moyen très simple de réunir deux composants pour créer une pièce singulière. Il est rapide, fiable et ne nécessite ni soudure ni usinage. Cependant, il y a tellement de choses qui peuvent mal tourner avec un assemblage à ajustement serré. Un ajustement serré correctement effectué n’est qu’une illustration d’un processus qui a été si minutieusement préparé et qui se déroule si bien qu’il semble facile.