Comprendre et choisir les vis adaptées à la résistance requise pour un projet

Points clés :

Limite d'élasticité & Limite de rupture : La différence entre la limite d'élasticité (la vis se déforme mais reprend sa forme) et la limite de rupture (la vis casse).
Classes de résistance : Le marquage sur la tête des vis (ex: 8.8) indique leur résistance. Le premier chiffre (8) représente la résistance à la rupture en traction en dizaines de kg/mm ², le deuxième (8) la limite élastique en pourcentage de cette résistance.
Calcul de la résistance : Comment calculer la force maximale qu'une vis peut supporter avant de se déformer ou de casser, en tenant compte de son diamètre et de sa classe de résistance.
Importance du choix : Importance de choisir la bonne qualité et le bon diamètre de vis en fonction de l'application, car une vis inadéquate peut casser et causer des dommages importants. Toujours vérifier le Couple de serrage.

Notion de résistance des matériaux

Lorsqu'on tire sur une barre de métal, et bien elle s'allonge. Si on cesse de tirer elle reprend sa forme initiale. Mais si on tire très fort, passé une certaine limite elle ne reprend plus sa forme elle reste déformée (essayez avec un ressort !). Cette limite est appelée limite d'élasticité. Si on tire encore plus fort la barre se casse. On à atteint la limite de rupture. Ces limites dépendent du matériau utilisé et de la section de la barre en mm². Certains matériaux cassent avant d'atteindre la limite élastique, on dit qu'ils sont "FRAGILES" c'est le cas des céramiques, du verre. Les matériaux qui cassent après avoir dépassé la limite élastique sont dits "DUCTILES", c'est le cas de tous les métaux.

Calcul de la résistance à l'effort

Certains d'entre vous ont peut-être remarqué que sur la tête des vis est gravé 2 chiffres séparés par un point. Par exemple 8.8. Le premier chiffre indique la résistance à la rupture en traction exprimé en dizaine de Kg/mm², Le deuxième est la limite élastique en dizaines de % par rapport à la limite de rupture. 

8.8 c'est donc une résistance à la rupture de 80 kg/mm2 EN TRACTION, et une déformation élastique limite à 80 x 80% = 64 kg/mm2, toujours en traction. Le problème est qu'en construction mécanique, un boulon travaille rarement en traction, mais presque toujours en cisaillement. En cisaillement la résistance à la rupture est égale à 70% de celle en traction.

Exemple de calcul pour une vis de diamètre 6 mm de qualité 8.8

Le filetage ne participant pas à la résistance de la vis il faut utiliser le diamètre utile égal à 6-1 (filetage)=5mm (voir plus haut). La section de la vis (s=pi x rayon²) est donc de 3.14159 x 2.5 x 2.5 = 19.63 mm²

Si la vis est marqué 8.8 sa limite d'élasticité avant qu'elle ne se déforme étant de 64 kg/mm2 l'effort maximum sera de 19.63 x 64 =1256 Kg

Cette vis cassera à 19.63 x 80 = 1570Kg en traction et cassera à 19.63 x 80 x 70% = 1099 Kg en cisaillement

Exemple de qualité de matériaux

• acier extra dur HR pour Haute Résistance : 12.9 120Kg/mm²
• acier dur : 8.8 80Kg/mm²
• acier inoxydable : marqué 70 Kg/mm²
• alliage d'aluminium : 5.7 50Kg/mm² 

Comparaison avec la résistance d'une brasure

• brasure à l'argent : 50Kg/mm²
• brasure au laiton enrobé : 45Kg/mm²
• brasure à l'étain (électronique) : 5Kg/mm²

Il convient de bien choisir la qualité du matériau, et le diamètre de la vis en prenant un bon coefficient de sécurité. Un petit calcul peut éviter un gros désastre. Ne jamais utiliser de vis non marquées pour les efforts importants sous peine d'accident. Si un système tient par 2 vis, il ne faut pas que la rupture de l'une entraine la rupture de l'autre. 

Couple de serrage

Paramètres de calcul :

• Contrainte limitée aux 3/4 de la limite élastique.
• Coefficient de frottement : 0.12 (vis graissée, en acier, de fabrication soignée).
• Boulons montés sur rondelles plates (Grower & éventail exclus).