Filetage de vis

Un filetage de vis est une structure hélicoïdale utilisée pour convertir un mouvement ou une force rotatif en mouvement linéaire. Un filetage de vis est une crête enroulée autour d'un cylindre ou d'un cône sous la forme d'une hélice, le premier étant appelé filetage droit et le second filetage conique . Un filetage de vis est la caractéristique essentielle de la vis en tant que machine simple et également en tant qu'élément de fixation fileté .

L' avantage mécanique d'un filetage dépend de son pas , qui est la distance linéaire parcourue par la vis en un tour. Dans la plupart des applications, le pas d'un filetage est choisi de manière à ce que le frottement soit suffisant pour empêcher la conversion du mouvement linéaire en mouvement rotatif, c'est-à-dire que la vis ne glisse pas même lorsqu'une force linéaire est appliquée, tant qu'aucune force de rotation externe n'est présente. Cette caractéristique est essentielle pour la grande majorité de ses utilisations. Le serrage du filetage d'une vis de fixation est comparable à l'enfoncement d'une cale dans un interstice jusqu'à ce qu'elle s'y colle par frottement et légère déformation élastique .

Les filetages ont plusieurs applications :

• Fixation :
  • Éléments de fixation tels que vis à bois , vis en plastique, vis mécaniques , écrous et boulons .
  • Raccordement de tuyaux filetés et de flexibles entre eux et aux capuchons et aux accessoires.
• Réduction de vitesse par vis sans fin
• Déplacer des objets de manière linéaire en convertissant le mouvement rotatif en mouvement linéaire, comme dans la vis mère d'un vérin .
• Mesure en corrélant le mouvement linéaire au mouvement rotatif (et en l'amplifiant simultanément), comme dans un micromètre .
• Les deux objets en mouvement mesurent linéairement et simultanément le mouvement, combinant les deux fonctions susmentionnées, comme dans une vis mère d'un tour .

Dans toutes ces applications, le filetage a deux fonctions principales :

• Il convertit le mouvement rotatif en mouvement linéaire.
• Il empêche le mouvement linéaire sans la rotation correspondante.

Chaque paire de filetages appariés, externe et interne , peut être décrite comme mâle et femelle . En règle générale, les filetages sur une surface externe sont considérés comme mâles, tandis que ceux sur une surface interne sont considérés comme femelles. Par exemple, une vis a des filetages mâles, tandis que son trou correspondant (qu'il soit dans l'écrou ou le substrat) a des filetages femelles. Cette propriété est appelée genre . L'assemblage d'une fixation à filetage mâle à une fixation à filetage femelle est appelé accouplement .

L'hélice d'un fil peut tourner dans deux directions possibles, ce que l'on appelle le sens de rotation . La plupart des fils sont orientés de telle sorte que l'élément fileté, vu d'un point de vue sur l'axe passant par le centre de l'hélice, s'éloigne de l'observateur lorsqu'il est tourné dans le sens des aiguilles d' une montre , et se rapproche de l'observateur lorsqu'il est tourné dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. On parle alors de filetage à droite ( RH ), car il suit la règle de la prise à droite . Les filetages orientés dans la direction opposée sont appelés à gauche ( LH ).

Par convention, le pas à droite est le pas par défaut pour les filetages de vis. Par conséquent, la plupart des pièces filetées et des fixations ont des filetages à droite. Les applications de filetage à gauche comprennent :

• Lorsque la rotation d'un arbre provoquerait le desserrage d'un écrou droit conventionnel plutôt que son serrage en raison du couple appliqué ou de la précession induite par le frottement . En voici quelques exemples :
  • La pédale gauche d'un vélo
  • La meule gauche sur une meuleuse d'établi
  • Les écrous d'essieu, ou moins communément, les écrous de roue sur le côté gauche de certaines automobiles
  • L'écrou de fixation sur certaines lames de scie circulaire – le couple important au démarrage devrait avoir tendance à serrer l'écrou
  • La broche sur les têtes de débroussailleuse et de coupe-bordures , de sorte que le couple tend à serrer plutôt qu'à desserrer la connexion
  • L'écrou serré à la main qui maintient la pale du ventilateur sur l'axe du moteur dans de nombreux modèles de ventilateurs de table oscillants et de ventilateurs sur pied
• En combinaison avec des filetages à droite dans les tendeurs et les goujons de serrage
• Dans certains raccordements d'alimentation en gaz, pour éviter des erreurs de raccordement dangereuses, par exemple :
  • Dans le soudage au gaz, l'alimentation en gaz inflammable utilise des filetages à gauche, tandis que l'alimentation en oxygène, s'il y en a une, a un filetage conventionnel.
  • La vanne POL pour les bouteilles de GPL
• Dans une situation où aucune des extrémités filetées du tube ne peut être tournée pour serrer ou desserrer le joint (par exemple dans le cas de tuyaux de chauffage traditionnels traversant plusieurs pièces d'un bâtiment), le raccord aura alors un filetage à droite et un filetage à gauche.
• Dans certains cas, par exemple les premiers stylos à bille , pour fournir une méthode de démontage « secrète »
• Dans les projectiles d'artillerie, tout ce qui se visse dans le projectile doit être pris en compte quant à ce qui se passera lorsque le projectile sera tiré, par exemple, tout ce qui se visse dans la base à partir du bas du projectile doit être fileté à gauche.
• Dans les mécanismes pour donner une action plus intuitive comme :
  • La vis mère du chariot transversal d'un tour provoque l'éloignement du chariot transversal de l'opérateur lorsque la vis mère est tournée dans le sens des aiguilles d'une montre
  • La vis de profondeur de coupe d'un rabot métallique de type « Bailey » (ou « Stanley-Bailey ») (outil) pour que la lame se déplace dans la direction d'un doigt de réglage de la main droite
• Certaines lampes et appliques à culot Edison (comme celles autrefois utilisées dans le métro de New York ou le matériel roulant Sprague-Thomson d'avant la Première Guerre mondiale du métro parisien ) ont un filetage à gauche pour dissuader le vol, car elles ne peuvent pas être utilisées dans d'autres luminaires.

La forme transversale d'un filetage est souvent appelée forme ou forme de filetage (également orthographié forme de filetage ). Il peut être carré , triangulaire , trapézoïdal ou d'autres formes. Les termes forme et forme de filetage font parfois référence à tous les aspects de conception pris ensemble (forme transversale, pas et diamètres), mais font généralement référence à la géométrie standardisée utilisée par la vis. Les principales catégories de filetages comprennent les filetages mécaniques, les filetages de matériaux et les filetages de puissance.

La plupart des filetages triangulaires sont basés sur un triangle isocèle . On les appelle généralement filetages en V ou filetages en V en raison de la forme de la lettre V. Pour les filetages en V à 60°, le triangle isocèle est, plus précisément, équilatéral . Pour les filetages en contrefort , le triangle est scalène.

Le triangle théorique est généralement tronqué à des degrés divers (c'est-à-dire que la pointe du triangle est coupée court). Un filetage en V dans lequel il n'y a pas de troncature (ou une quantité minuscule considérée comme négligeable) est appelé un filetage en V pointu . La troncature se produit (et est codifiée dans les normes) pour des raisons pratiques : l'outil de filetage ou de formage de filetage ne peut pratiquement pas avoir une pointe parfaitement pointue, et la troncature est de toute façon souhaitable, car sinon :

• Le bord de l’outil de coupe ou de formage se cassera trop facilement ;
• Les crêtes des filets de la pièce ou de la fixation présenteront des bavures lors de la coupe et seront trop sensibles aux bavures futures supplémentaires résultant de bosses (entailles) ;
• Les racines et les crêtes des filetages mâles et femelles correspondants doivent être espacées pour garantir que les côtés inclinés du V se rencontrent correctement malgré les erreurs de diamètre de pas et les bavures dues à la saleté et aux entailles.
• La pointe du filetage ajoute peu de résistance au filetage.

Dans les vis à billes , les paires mâle-femelle sont dotées de billes de roulement. Les vis à rouleaux utilisent des formes de filetage conventionnelles et des rouleaux filetés au lieu de billes.

L'angle inclus caractéristique de la forme de la section transversale est souvent appelé angle de filetage . Pour la plupart des filetages en V, cet angle est normalisé à 60 degrés , mais n'importe quel angle peut être utilisé. La section transversale permettant de mesurer cet angle se trouve sur un plan qui comprend l'axe du cylindre ou du cône sur lequel le filetage est réalisé.

Le pas ( / ˈ l iː d / ) et le pas sont des concepts étroitement liés. Ils peuvent être confondus car ils sont identiques pour la plupart des vis. Le pas est la distance le long de l'axe de la vis qui est parcourue par une rotation complète du filetage (360°). Le pas est la distance entre la crête d'un filetage et le suivant au même point.

Étant donné que la grande majorité des formes de filetage de vis sont des formes de filetage à un seul pas , leur pas et leur pas sont les mêmes. Un pas simple signifie qu'il n'y a qu'une seule « arête » enroulée autour du cylindre du corps de la vis. Chaque fois que le corps de la vis tourne d'un tour (360°), il a avancé axialement de la largeur d'une arête. « Double pas » signifie qu'il y a deux « arêtes » enroulées autour du cylindre du corps de la vis. Chaque fois que le corps de la vis tourne d'un tour (360°), il a avancé axialement de la largeur de deux arêtes. Une autre façon d'exprimer cela est que le pas et le pas sont liés de manière paramétrique, et le paramètre qui les relie, le nombre de pas, a très souvent une valeur de 1, auquel cas leur relation devient égale. En général, le pas est égal au pas multiplié par le nombre de pas.

Alors que les filetages métriques sont généralement définis par leur pas, c'est-à-dire la distance par filetage, les normes basées sur les pouces utilisent généralement la logique inverse, c'est-à-dire le nombre de filetages sur une distance donnée. Ainsi, les filetages basés sur les pouces sont définis en termes de filets par pouce (TPI). Le pas et le TPI décrivent la même propriété physique sous-jacente, simplement en des termes différents. Lorsque le pouce est utilisé comme unité de mesure du pas, le TPI est l'inverse du pas et vice versa. Par exemple, un filetage 1 ⁄ 4 -20 a 20 TPI, ce qui signifie que son pas est de 1 ⁄ 20 pouce (0,050 po ou 1,27 mm).

La hauteur tonale peut être comparée à la longueur d' onde d'une onde , comme la distance entre la crête d'un fil et la suivante . Une autre analogie avec les ondes est que la hauteur tonale et le TPI sont inverses l'un de l'autre, de la même manière que la période et la fréquence sont inverses l'une de l'autre.

Les filetages grossiers sont ceux qui ont un pas plus grand (moins de filetages par distance axiale) et les filetages fins sont ceux qui ont un pas plus petit (plus de filetages par distance axiale). Les filetages grossiers ont une forme de filetage plus grande par rapport au diamètre de la vis, tandis que les filetages fins ont une forme de filetage plus petite par rapport au diamètre de la vis. Cette distinction est analogue à celle entre les dents grossières et les dents fines sur une scie ou une lime , ou entre le grain grossier et le grain fin sur du papier de verre .

Les normes courantes de filetage en V ( ISO 261 et Unified Thread Standard ) incluent un pas grossier et un pas fin pour chaque diamètre principal. Par exemple, 1 ⁄ 2 -13 appartient à la série UNC (Unified National Coarse) et 1 ⁄ 2 -20 appartient à la série UNF (Unified National Fine). De même, M10 (diamètre extérieur nominal de 10 mm) selon ISO 261 a une version à filetage grossier à un pas de 1,5 mm et une version à filetage fin à un pas de 1,25 mm.

Le terme grossier ne signifie pas ici une qualité inférieure, et le terme fin n'implique pas une qualité supérieure. Ces termes, lorsqu'ils sont utilisés en référence au pas de filetage de vis, n'ont rien à voir avec les tolérances utilisées (degré de précision) ou le niveau de savoir-faire, la qualité ou le coût. Ils font simplement référence à la taille des filetages par rapport au diamètre de la vis.

Les filetages grossiers sont plus résistants au dénudage et au filetage transversal car ils ont un plus grand engagement des flancs. Les filetages grossiers s'installent beaucoup plus rapidement car ils nécessitent moins de tours par unité de longueur. Les filetages plus fins sont plus résistants car ils ont une plus grande zone de contrainte pour le même diamètre de filetage. Les filetages fins sont moins susceptibles de se desserrer par vibration car ils ont un angle d'hélice plus petit et permettent un réglage plus fin. Les filetages plus fins développent une plus grande précharge avec un couple de serrage plus faible.

Il existe trois diamètres caractéristiques ( ⌀ ) de filetages : le diamètre principal , le diamètre secondaire et le diamètre primitif . Les normes industrielles spécifient des limites minimales (min.) et maximales (max.) pour chacun de ces diamètres, pour toutes les tailles de filetage reconnues. Les limites minimales pour les tailles de filetage externe (ou boulon , dans la terminologie ISO) et les limites maximales pour les tailles de filetage interne ( écrou ) sont là pour garantir que les filetages ne se dénudent pas aux limites de résistance à la traction du matériau de base. Les limites minimales pour les filetages internes et les limites maximales pour les filetages externes sont là pour garantir que les filetages s'emboîtent.

Le diamètre majeur des filetages est le plus grand des deux diamètres extrêmes délimitant la hauteur du profil du filetage, vu en coupe transversale dans un plan contenant l'axe des filetages. Pour une vis, il s'agit de son diamètre extérieur (OD). Le diamètre majeur d'un écrou ne peut pas être mesuré directement (car il est obstrué par les filetages eux-mêmes), mais il peut être testé avec des jauges passe/ne passe pas.

Le diamètre principal des filetages extérieurs est normalement inférieur au diamètre principal des filetages intérieurs, si les filetages sont conçus pour s'emboîter. Mais cette exigence à elle seule ne garantit pas qu'un boulon et un écrou de même pas s'emboîtent : la même exigence doit être établie séparément pour les diamètres secondaires et primitifs des filetages. Outre le fait de prévoir un jeu entre la crête des filetages du boulon et la racine des filetages de l'écrou, il faut également s'assurer que les jeux ne sont pas excessifs au point de provoquer la défaillance des fixations.

Le diamètre mineur est le diamètre extrême inférieur du filetage. Le diamètre majeur moins le diamètre mineur, divisé par deux, est égal à la hauteur du filetage. Le diamètre mineur d'un écrou est son diamètre intérieur. Le diamètre mineur d'un boulon peut être mesuré à l'aide de jauges passe/ne passe pas ou, directement, à l'aide d'un comparateur optique .

Comme le montre la figure de droite, des filetages de pas et d'angle égaux ayant des diamètres mineurs correspondants, avec des diamètres majeurs et de pas différents, peuvent sembler s'ajuster parfaitement, mais ne le font que radialement ; les filetages ayant uniquement des diamètres majeurs correspondants (non représentés) peuvent également être visualisés comme ne permettant pas de mouvement radial. L' état de matériau réduit , dû aux espaces inutilisés entre les filetages, doit être minimisé afin de ne pas affaiblir excessivement les fixations.

Pour adapter un filetage mâle au filetage femelle correspondant, les diamètres majeur et mineur femelles doivent être légèrement supérieurs aux diamètres majeur et mineur mâles. Cependant, cet excès n'apparaît généralement pas dans les tableaux de tailles. Les pieds à coulisse mesurent le diamètre mineur femelle (diamètre intérieur, ID), qui est inférieur à la mesure du diamètre majeur mâle (diamètre extérieur, DE) par le pied à coulisse. Par exemple, les tableaux de mesures par pied à coulisse indiquent un diamètre intérieur femelle de 0,69 et un diamètre extérieur mâle de 0,75 pour les normes de filetage « 3/4 SAE J512 » et « 3/4-14 UNF JIS SAE-J514 ISO 8434-2 ». Notez que les filetages femelles sont identifiés par le diamètre majeur mâle correspondant (3/4 pouce), et non par la mesure réelle des filetages femelles.

Le diamètre primitif (PD, ou _D2 ) d'un filetage particulier, interne ou externe, est le diamètre d'une surface cylindrique, concentrique axialement au filetage, qui coupe les flancs du filetage en des points équidistants. Lorsqu'il est observé dans un plan transversal contenant l'axe du filetage, la distance entre ces points est exactement la moitié de la distance du pas. De manière équivalente, une ligne parallèle à l'axe et à une distance _D2 de celui-ci, la « ligne PD », coupe la forme en V aigu du filetage, dont les flancs coïncident avec les flancs du filetage testé, à exactement 50 % de sa hauteur. Nous avons supposé que les flancs ont la forme, l'angle et le pas appropriés pour la norme de filetage spécifiée. Il n'est généralement pas lié aux diamètres majeur ( D ) et mineur ( D1 ), en particulier _si les troncatures de crête et de racine de la forme en V aigu à ces diamètres sont inconnues. Toutes les autres conditions étant idéales, D ₂ , D et D ₁ , ensemble, décriraient parfaitement la forme du filetage. La connaissance de PD détermine la position de la forme du filetage en V aigu, dont les côtés coïncident avec les côtés droits des flancs du filetage : par exemple, la crête du filetage extérieur tronquerait ces côtés d'un déplacement radial D − D ₂ par rapport à la position de la ligne PD.

A condition que les jeux entre la racine et la crête des filets opposés soient modérés et que tout le reste soit idéal, si les diamètres primitifs d'une vis et d'un écrou correspondent exactement, il ne devrait y avoir aucun jeu entre les deux une fois assemblés, même en présence de jeux positifs entre la racine et la crête. C'est le cas lorsque les flancs des filets entrent en contact intime les uns avec les autres, avant que les racines et les crêtes ne le fassent, voire pas du tout.

Cependant, cette condition idéale ne serait en pratique qu'approximative et nécessiterait généralement un assemblage assisté par clé, ce qui pourrait provoquer le grippage des filetages. Pour cette raison, une certaine tolérance , ou différence minimale, entre les PD des filetages internes et externes doit généralement être prévue, afin d'éliminer la possibilité que des écarts par rapport à la forme de filetage idéale provoquent une interférence et d'accélérer l'assemblage manuel jusqu'à la longueur d'engagement. De telles tolérances, ou écarts fondamentaux , comme les appellent les normes ISO, sont prévues à divers degrés dans des classes d'ajustement correspondantes pour des plages de tailles de filetage. À un extrême, aucune tolérance n'est prévue par une classe, mais le PD maximal du filetage externe est spécifié comme étant le même que le PD minimal du filetage interne, dans les tolérances spécifiées, garantissant que les deux peuvent être assemblés, avec un certain jeu d'ajustement toujours possible en raison de la marge de tolérance. Une classe appelée ajustement avec serrage peut même prévoir des tolérances négatives, où le PD de la vis est supérieur au PD de l'écrou d'au moins la valeur de la tolérance.

Le diamètre primitif des filetages extérieurs est mesuré par différentes méthodes :

• Un type de micromètre dédié , appelé micromètre à filetage ou micromètre à pas, qui possède une enclume en V et une pointe de broche conique, entre en contact avec les flancs du filetage pour une lecture directe.
• Un micromètre à usage général (enclume plate et broche) est utilisé sur un ensemble de trois fils qui reposent sur les flancs du filetage, et une constante connue est soustraite de la lecture. (Les fils sont de véritables broches de jauge, étant rectifiées à une taille précise, bien que « fils » soit leur nom commun.) Cette méthode est appelée la méthode à 3 fils. Parfois, de la graisse est utilisée pour maintenir les fils en place, aidant l'utilisateur à jongler avec la pièce, le micro et les fils en position.
• Un comparateur optique peut également être utilisé pour déterminer la PD graphiquement.

La manière dont les filetages mâles et femelles s'ajustent, y compris le jeu et le frottement, est classée (catégorisée) dans les normes de filetage. Pour obtenir une certaine classe d'ajustement, il faut pouvoir travailler dans les limites de tolérance des dimensions (taille) et de la finition de surface . La définition et l'obtention de classes d'ajustement sont importantes pour l'interchangeabilité . Les classes comprennent 1, 2, 3 (desserré à serré) ; A (externe) et B (interne) ; et divers systèmes tels que les limites H et D.

La limite de filetage ou la limite de diamètre de pas est une norme utilisée pour classer la tolérance du diamètre de pas de filetage pour les tarauds . Pour le système impérial, les limites H ou L sont utilisées pour désigner le nombre d'unités de 0,0005 pouce au-dessus ou au-dessous de la valeur de base du diamètre de pas, respectivement. Ainsi, un taraud désigné avec une limite H de 3, noté H3 , aurait un diamètre de pas de 0,0005 × 3 = 0,0015 pouce plus grand que le diamètre de pas de base et entraînerait ainsi la coupe d'un filetage interne avec un ajustement plus lâche que, par exemple, un taraud H2. Le système métrique utilise des limites D ou DU qui sont le même système que le système impérial, mais utilise des désignateurs D ou DU pour les dimensions supérieures et inférieures respectivement, et fonctionne par unités de 0,013 mm (0,51 mils). En général, les tarauds sont compris entre H1 et H5 et rarement L1.

Le diamètre de pas d'un filetage est mesuré lorsque la section transversale radiale d'un seul filetage est égale à la moitié du pas, par exemple : filetage à pas de 16 = 1 ⁄ 16 po = 0,0625 po. Le diamètre de pas réel du filetage est mesuré lorsque la section transversale radiale mesure 0,03125 po.

Pour obtenir un accouplement prévisible et réussi des filetages mâles et femelles et une interchangeabilité assurée entre les filetages mâles et femelles, des normes de forme, de taille et de finition doivent exister et être respectées. La normalisation des filetages est abordée ci-dessous.

Les filetages des vis ne sont presque jamais parfaitement tranchants (pas de troncature au sommet ou à la racine), mais sont plutôt tronqués, ce qui donne une profondeur de filetage finale qui peut être exprimée sous la forme d'une fraction de la valeur du pas. Les normes UTS et ISO codifient le degré de troncature, y compris les plages de tolérance.

Un filetage en V de 60° parfaitement tranchant aura une profondeur de filetage (« hauteur » de la racine à la crête) égale à 0,866 du pas. Ce fait est intrinsèque à la géométrie d'un triangle équilatéral — un résultat direct des fonctions trigonométriques de base . Il est indépendant des unités de mesure (pouce ou mm). Cependant, les filetages UTS et ISO ne sont pas des filetages tranchants. Les diamètres majeur et mineur délimitent les troncatures de chaque côté du V tranchant.

Le diamètre nominal des filetages métriques (par exemple M8) et unifiés (par exemple 5 ⁄ 16 po) est le diamètre majeur théorique du filetage mâle, qui est tronqué (diamétralement) de 0,866 ⁄ 4 du pas par rapport à la dimension sur les pointes des triangles « fondamentaux » (à angles vifs). Les méplats résultants sur les crêtes du filetage mâle ont théoriquement une largeur d'un huitième du pas (exprimée avec la notation 1 ⁄ 8 p ou 0,125 p ), bien que la définition géométrique réelle comporte plus de variables que cela. Un filetage UTS ou ISO complet (100 %) a une hauteur d'environ 0,65 p .

Les filetages peuvent être (et sont souvent) tronqués un peu plus, ce qui donne des profondeurs de filetage de 60 à 75 % de la valeur p de 0,65 . Par exemple, un filetage à 75 % ne sacrifie qu'une petite quantité de résistance en échange d'une réduction significative de la force requise pour couper le filetage. Le résultat est que l' usure du taraud et de la matrice est réduite, le risque de rupture est diminué et des vitesses de coupe plus élevées peuvent souvent être utilisées.

Cette troncature supplémentaire est obtenue en utilisant un foret à tarauder légèrement plus grand dans le cas de filetages femelles, ou en réduisant légèrement le diamètre de la zone filetée de la pièce dans le cas de filetages mâles, ce dernier réduisant effectivement le diamètre principal du filetage. Dans le cas de filetages femelles, les tableaux de forets à tarauder spécifient généralement des tailles qui produiront un filetage d'environ 75 %. Un filetage de 60 % peut être approprié dans les cas où une charge de traction élevée n'est pas attendue. Dans les deux cas, le diamètre primitif n'est pas affecté. L'équilibre entre troncature et résistance du filetage est similaire à de nombreuses décisions d'ingénierie impliquant la résistance, le poids et le coût du matériau, ainsi que le coût de son usinage.

Les filetages coniques sont utilisés sur les fixations et les tuyaux. Un exemple courant de fixation avec un filetage conique est une vis à bois .

Les tuyaux filetés utilisés dans certaines installations de plomberie pour la distribution de fluides sous pression ont une section filetée légèrement conique . Les séries NPT et BSP en sont des exemples . L'étanchéité fournie par un raccord de tuyau fileté est créée lorsqu'une extrémité conique filetée à l'extérieur est serrée dans une extrémité à filetage interne. Pour la plupart des raccords de tuyaux, une bonne étanchéité nécessite l'application d'un produit d'étanchéité séparé dans le raccord, tel qu'un ruban d'étanchéité pour filetage ou un produit d'étanchéité liquide ou en pâte pour tuyaux tel que du mastic pour tuyaux .

Le concept de filetage semble avoir été inventé par Archimède , qui a brièvement écrit sur les spirales et conçu plusieurs dispositifs simples appliquant le principe de la vis. Léonard de Vinci comprenait le principe de la vis et a laissé des dessins montrant comment les filetages pouvaient être coupés à la machine. Dans les années 1500, les vis sont apparues dans les montres allemandes et ont été utilisées pour fixer les armures. En 1569, Besson a inventé le tour à visser , mais la méthode n'a pas gagné en popularité et les vis ont continué à être fabriquées en grande partie à la main pendant encore 150 ans. Dans les années 1800, la fabrication de vis a commencé en Angleterre pendant la révolution industrielle . À cette époque, il n'y avait pas de standardisation. Les boulons fabriqués par un fabricant ne s'adaptaient pas aux écrous d'un autre.

La normalisation des filetages de vis a évolué depuis le début du XIXe siècle pour faciliter la compatibilité entre les différents fabricants et utilisateurs. Le processus de normalisation est toujours en cours ; en particulier, il existe encore des normes de filetage métriques et en pouces concurrentes (par ailleurs identiques) largement utilisées. Les filetages standard sont généralement identifiés par des codes de lettres courtes (M, UNC, etc.) qui forment également le préfixe des désignations normalisées des filetages individuels.

Des normes de produits supplémentaires identifient les tailles de filetage préférées pour les vis et les écrous, ainsi que les tailles de tête de boulon et d'écrou correspondantes, pour faciliter la compatibilité entre les clés et les autres outils.

Les filetages les plus couramment utilisés sont les filetages métriques ISO (M) pour la plupart des usages et les filetages BSP (R, G) pour les tuyaux.

Ces filetages ont été normalisés par l' Organisation internationale de normalisation (ISO) en 1947. Bien que les filetages métriques aient été pour la plupart unifiés en 1898 par le Congrès international pour la normalisation des filetages de vis, des normes de filetage métrique distinctes ont été utilisées en France, en Allemagne et au Japon, et les Suisses disposaient d'un ensemble de filetages pour les montres.

Dans certaines applications et certaines régions, des filetages autres que les filetages métriques ISO restent couramment utilisés, parfois en raison d'exigences d'application particulières, mais surtout pour des raisons de compatibilité ascendante :

• La norme Unified Thread Standard (UTS) est la norme de filetage dominante utilisée aux États-Unis et au Canada. Elle est définie dans la norme ANSI/ASME B1.1 Unified Inch Screw Threads (forme de filetage UN et UNR). Dans certains cas, les produits sont toujours fabriqués selon l'ancienne série de normes nationales américaines , qui a des spécifications légèrement différentes et est techniquement obsolète depuis 1949. L'ancienne norme nationale est compatible avec la nouvelle norme unifiée, mais elle est depuis longtemps obsolète. Cette norme unifiée comprend :
  • Unified Coarse (UNC), le successeur du filetage obsolète National Coarse (NC).
  • Unified Fine (UNF), le successeur du filetage obsolète National Fine (NF).
  • Amende extra-unifiée (UNEF)
  • Unité spéciale unifiée (UNS)
• Filetage de tuyau national , utilisé en Amérique du Nord à plusieurs fins.
  • Conicité nationale des tuyaux (NPT)
  • National Pipe Taper Fuel (NPTF), également connu sous le nom de Dryseal, une version à meilleure étanchéité du NPT.
  • Raccords de garde-corps National Pipe Taper (NPTR)
  • Raccord droit pour tuyau national (NPSC)
  • Mécanique nationale des tuyaux droits (NPSM)
  • Contre-écrou droit National Pipe (NPSL)
  • Raccord de tuyau droit National Pipe (NPSH)
• British Standard Whitworth (BSW) et pour d'autres filetages Whitworth, notamment :
  • Norme britannique fine (BSF)
  • Cycle Engineers' Institute (CEI) ou British Standard Cycle (BSC)
• Filetage de tuyau standard britannique (BSP) qui existe dans une variante conique et non conique ; utilisé également à d'autres fins
  • Conique de tuyau standard britannique (BSPT)
• Filetages de l'Association britannique (BA), principalement électroniques/électriques, compteurs à bobine mobile et pour monter des lentilles optiques
• Filetages de contreforts conformes à la norme britannique (BS 1657:1950)
• Norme britannique pour les bougies d'allumage BS 45:1972
• Filetage à pas fixe 26 TPI en laiton standard britannique
• Filetage du Glass Packaging Institute (GPI), principalement destiné aux bouteilles et flacons en verre
• Filetage de vis de puissance
  • Forme de filetage Acme
  • Filetage carré
  • Filetage de contrefort
• Le filetage de la Royal Microscopical Society (RMS), également connu sous le nom de filetage de la société , est une forme de filetage Whitworth spéciale de 0,8 pouce de diamètre × 36 fils par pouce (TPI) utilisée pour les lentilles d'objectif de microscope .
• Pieds de micro :
  • Filetage spécial unifié de 5 ⁄ 8 pouces, 27 fils par pouce (TPI) (UNS, États-Unis et reste du monde)
  • 1 ⁄ 4 pouce BSW (pas courant aux États-Unis, mais utilisé dans le reste du monde)
  • 3 ⁄ 8 pouces BSW (pas courant aux États-Unis, mais utilisé dans le reste du monde)
• Boulons de suspension d'éclairage de scène (dans certains pays seulement ; certains sont passés entièrement au système métrique, d'autres comme l'Australie sont revenus aux filetages BSW, ou n'ont jamais été entièrement convertis) :
  • BSW 3 ⁄ 8 pouces pour luminaires plus légers
  • 1 ⁄ 2 pouce BSW pour les luminaires plus lourds
• Filetage de vis autotaraudeuses (ST) – ISO 1478
• Filetages aérospatiaux en pouces (UNJ) – ISO 3161, rayon de racine contrôlé sur les filetages mâles pour une meilleure résistance à la fatigue avec un diamètre mineur plus grand sur les filetages femelles pour dégager le rayon.
• Filetages métriques aéronautiques (MJ) – ISO 5855
• Filetage de valve de pneu (V) – ISO 4570
• Vis à os métalliques (HA, HB) – ISO 5835
• Panzergewinde (Pg) (allemand) est un ancien filetage allemand à 80° (DIN 40430) qui est resté utilisé jusqu'en 2000 dans certains accessoires d'installation électrique en Allemagne.
• Fahrradgewinde (Fg) (Anglais : filetage de vélo) est une norme allemande de filetage de vélo (selon DIN 79012 et DIN 13.1), qui englobe de nombreux filetages CEI et BSC utilisés sur les cycles et les cyclomoteurs partout dans le monde (http://www.fahrradmonteur.de/fahrradgewinde.php)
• Filetage de la douille d'une ampoule à incandescence à culot Edison
• Raccord de tuyau d'incendie ( norme NFPA 194)
• Filetages de raccords de tuyaux (ANSI/ASME B1.20.7-1991 [R2003]) pour tuyaux d'arrosage et accessoires
• Filetage Löwenherz , un filetage métrique allemand utilisé pour les instruments de mesure
• Fil pour machine à coudre

La première normalisation intra-entreprise historiquement importante des filetages de vis a commencé avec Henry Maudslay vers 1800, lorsque le tour à vis moderne a fait des vis à métaux à filetage en V interchangeables un produit pratique. Au cours des 40 années suivantes, la normalisation a continué à se produire au niveau intra- et inter-entreprises. Il ne fait aucun doute que de nombreux mécaniciens de l'époque ont participé à cet esprit du temps ; Joseph Clement était l'un de ceux que l'histoire a noté.

En 1841, Joseph Whitworth créa un modèle qui, grâce à son adoption par de nombreuses compagnies de chemin de fer britanniques, devint une norme pour le Royaume-Uni et l'Empire britannique, appelé British Standard Whitworth . Au cours des années 1840 à 1860, cette norme fut également souvent utilisée aux États-Unis, en plus d'une myriade de normes intra et inter-entreprises. En avril 1864, William Sellers présenta un article au Franklin Institute de Philadelphie , proposant une nouvelle norme pour remplacer la pratique américaine mal standardisée du filetage des vis. Sellers simplifia la conception Whitworth en adoptant un profil de filetage de 60° et une pointe aplatie (contrairement à l'angle de 55° et à la pointe arrondie de Whitworth). L'angle de 60° était déjà couramment utilisé en Amérique, mais le système de Sellers promettait de le rendre cohérent, ainsi que tous les autres détails de la forme du filetage.

Le filetage Sellers, plus facile à produire, est devenu une norme importante aux États-Unis à la fin des années 1860 et au début des années 1870, lorsqu'il a été choisi comme norme pour les travaux effectués dans le cadre de contrats gouvernementaux américains, et il a également été adopté comme norme par des sociétés ferroviaires très influentes telles que Baldwin Locomotive Works et Pennsylvania Railroad . D'autres entreprises l'ont adopté et il est rapidement devenu une norme nationale pour les États-Unis, devenant plus tard généralement connu sous le nom de filetage standard des États-Unis (filetage USS). Au cours des 30 années suivantes, la norme a été davantage définie et étendue et a évolué vers un ensemble de normes comprenant National Coarse (NC), National Fine (NF) et National Pipe Taper (NPT).

Pendant ce temps, en Grande-Bretagne, les filetages de la British Association ont également été développés et perfectionnés pour les petits instruments et les équipements électriques. Ils étaient basés sur le filetage métrique Thury , mais comme Whitworth, etc., ils étaient définis en utilisant des unités impériales .

À cette époque, en Europe continentale, les filetages britanniques et américains étaient bien connus, mais diverses normes de filetage métriques étaient également en cours d'élaboration, qui utilisaient généralement des profils à 60°. Certaines d'entre elles ont évolué vers des normes nationales ou quasi nationales. Elles ont été pour la plupart unifiées en 1898 par le Congrès international pour la normalisation des filetages à Zurich , qui a défini les nouvelles normes internationales de filetage métrique comme ayant le même profil que le filetage Sellers, mais avec des dimensions métriques. Des efforts ont été faits au début du XXe siècle pour convaincre les gouvernements des États-Unis, du Royaume-Uni et du Canada d'adopter ces normes internationales de filetage et le système métrique en général, mais ils ont été repoussés par des arguments selon lesquels le coût en capital du réoutillage nécessaire ferait passer certaines entreprises du profit à la perte et entraverait l'économie.

Entre 1912 et 1916, la Society of Automobile Engineers (SAE) a créé une « série SAE » de tailles de filetage de vis reflétant la filiation des normes antérieures de l'USS et de l'American Society of Mechanical Engineers (ASME).

À la fin du XIXe et au début du XXe siècle, les ingénieurs ont découvert que garantir l'interchangeabilité fiable des filetages de vis était une tâche complexe et complexe qui ne se résumait pas à la simple normalisation du diamètre principal et du pas d'un filetage donné. C'est à cette époque que des analyses plus complexes ont mis en évidence l'importance de variables telles que le diamètre primitif et la finition de surface.

Un travail d'ingénierie considérable a été réalisé tout au long de la Première Guerre mondiale et de l' entre-deux-guerres pour parvenir à une interchangeabilité fiable. Les classes d'ajustement ont été normalisées et de nouvelles méthodes de génération et d'inspection des filetages ont été développées (comme les rectifieuses de filetage de production et les comparateurs optiques ). Par conséquent, en théorie, on pourrait s'attendre à ce qu'au début de la Seconde Guerre mondiale, le problème de l'interchangeabilité des filetages soit déjà complètement résolu. Malheureusement, cela s'est avéré faux. L'interchangeabilité intranationale était répandue, mais l'interchangeabilité internationale l'était moins. Les problèmes de manque d'interchangeabilité entre les pièces américaines, canadiennes et britanniques pendant la Seconde Guerre mondiale ont conduit à un effort d'unification des normes en pouces entre ces nations étroitement alliées, et la norme de filetage unifiée a été adoptée par les comités de normalisation des filetages du Canada, du Royaume-Uni et des États-Unis le 18 novembre 1949, à Washington, DC , dans l'espoir qu'elle serait adoptée universellement. (La norme UTS originale est disponible dans la publication ASA (maintenant ANSI), Vol. 1, 1949.) L'UTS comprend les normes Unified Coarse (UNC), Unified Fine (UNF), Unified Extra Fine (UNEF) et Unified Special (UNS). La norme a été largement adoptée au Royaume-Uni, bien qu'un petit nombre d'entreprises aient continué à utiliser les normes britanniques propres au Royaume-Uni pour les microvis Whitworth (BSW), British Standard Fine (BSF) et British Association (BA).

Cependant, à l'échelle internationale, le système métrique a éclipsé les unités de mesure en pouces . En 1947, l'ISO a été fondée et en 1960, le Système international d'unités basé sur le système métrique (abréviation SI du Système international français ) a été créé. Alors que l'Europe continentale et une grande partie du reste du monde se tournaient vers le SI et le filetage métrique ISO, le Royaume-Uni a progressivement penché dans la même direction. Le filetage métrique ISO est désormais la norme adoptée dans le monde entier et remplace lentement toutes les anciennes normes, y compris le filetage métrique ISO. Aux États-Unis, où le filetage métrique ISO est toujours répandu, plus de 40 % des produits contiennent au moins quelques filetages métriques ISO. Le Royaume-Uni a complètement abandonné son engagement envers le filetage métrique ISO au profit du filetage métrique ISO, et le Canada se situe entre les deux. La mondialisation des industries produit une pression du marché en faveur de l'élimination progressive des normes minoritaires. L' industrie automobile en est un bon exemple ; Les usines américaines de pièces détachées automobiles ont depuis longtemps développé la capacité de se conformer aux normes ISO, et aujourd'hui, très peu de pièces pour les voitures neuves conservent des tailles en pouces, qu'elles soient fabriquées aux États-Unis ou non.

Même aujourd'hui, plus d'un demi-siècle après que l'UTS a remplacé les séries USS et SAE, les entreprises vendent toujours du matériel avec des désignations telles que « USS » et « SAE » pour indiquer qu'il s'agit de dimensions en pouces et non métriques. La plupart de ce matériel est en fait fabriqué selon l'UTS, mais la terminologie d'étiquetage et de catalogage n'est pas toujours précise.

Dans les dessins techniques américains , la norme ANSI Y14.6 définit des normes pour l'indication des pièces filetées. Les pièces sont indiquées par leur diamètre nominal (le diamètre nominal majeur des filetages), leur pas (nombre de filets par pouce) et la classe d'ajustement du filetage. Par exemple, « .750-10 UNC-2A » est un filetage mâle (A) avec un diamètre nominal majeur de 0,750 pouce, 10 filets par pouce et un ajustement de classe 2 ; « .500-20 UNF-1B » serait un filetage femelle (B) avec un diamètre nominal majeur de 0,500 pouce, 20 filets par pouce et un ajustement de classe 1. Une flèche pointe de cette désignation vers la surface en question.

Il existe de nombreuses façons de générer un filetage de vis, y compris les types soustractifs traditionnels (par exemple, divers types de coupe [à point unique, tarauds et matrices, têtes de filière, fraisage] ; moulage ; moulage sous pression [moulage sous pression, moulage au sable] ; formage et laminage ; meulage ; et occasionnellement le rodage pour suivre les autres processus) ; les nouvelles techniques additives ; et leurs combinaisons.

Un autre point d'inspection courant est la rectitude d'un boulon ou d'une vis. Ce sujet revient souvent lorsqu'il y a des problèmes d'assemblage avec des trous pré-percés, car le premier point de dépannage consiste à déterminer si la fixation ou le trou est défectueux. La norme ASME B18.2.9 « Calibre de rectitude et calibrage pour boulons et vis » a été développée pour résoudre ce problème. Conformément au champ d'application de la norme, elle décrit le calibre et la procédure de vérification de la rectitude des boulons et des vis dans des conditions de matériau maximales (MMC) et fournit des limites par défaut lorsqu'elles ne sont pas indiquées dans la norme de produit applicable.