Que sont les goupilles filetées ? Exploration des différents types et usinage sur mesure

Sans goupilles, l'alignement et l'assemblage des pièces mécaniques seraient complexes. Celles-ci positionnent précisément les composants selon la configuration souhaitée. Certaines goupilles nécessitent une installation et un retrait délicats. Les goupilles filetées éliminent cette difficulté : il suffit de les visser dans l'orifice correspondant. La maintenance et le remplacement sont ainsi facilités. La fonction de fixation renforce la stabilité de l'assemblage. Examinons ce sujet plus en détail.

Que sont les goupilles filetées ?

Les goupilles sont fréquemment utilisées dans les assemblages mécaniques et structurels pour maintenir les composants ensemble. Une goupille filetée possède filetage interne ou externe Ces fixations cylindriques permettent une meilleure rétention des composants. Elles servent à la fixation sécurisée, à l'alignement et au positionnement. Le filetage des goupilles offre une résistance aux vibrations, empêchant ainsi le desserrage des composants.

Fonctions des goupilles filetées

Les goupilles filetées remplissent plusieurs fonctions importantes. La principale est l'alignement des composants. L'insertion d'une goupille filetée pour l'assemblage de composants garantit un positionnement précis. L'absence de défaut d'alignement réduit l'usure, les vibrations et les erreurs de fonctionnement.

Une autre fonction est la fixation des composants. Une fixation solide des composants assure la stabilité de l'assemblage. Une liaison robuste par goupilles filetées permet une répartition uniforme des forces mécaniques entre les pièces assemblées. Grâce à cette répartition homogène de la charge, les contraintes ne se concentrent pas en certains points. Les goupilles filetées garantissent ainsi l'intégrité structurelle. Le montage et le démontage des composants sont facilités par le retrait des goupilles filetées, ce qui simplifie la maintenance et les réparations.

Goupilles filetées vs goupilles non filetées

Les goupilles filetées et les goupilles non filetées constituent deux catégories distinctes. Leur fonction principale est le positionnement et l'alignement précis. Elles diffèrent par leur conception et leur installation. Comme leur nom l'indique, la différence réside dans la présence ou l'absence de filetage.

Caractéristiques physiques

Une caractéristique essentielle d'une goupille filetée est son filetage hélicoïdal. Ces goupilles peuvent être entièrement filetées ou partiellement filetées. Les goupilles non filetées, quant à elles, ne possèdent aucun filetage. Les mécanismes d'engagement mécanique des deux types diffèrent. Le filetage des goupilles leur permet de maintenir leur position. En revanche, les goupilles non filetées peuvent nécessiter d'autres mécanismes, tels que des clips de retenue. D'autres caractéristiques de conception, comme une tête, un mécanisme à ressort ou des billes rétractables, peuvent être présentes sur ces goupilles.

Les fonctions

Les deux types de goupilles facilitent le positionnement et l'alignement. Les goupilles filetées offrent une fonctionnalité supplémentaire : leur filetage permet de fixer les composants et résiste au desserrage dû aux vibrations, aux charges dynamiques et aux mouvements de rotation. Les goupilles non filetées sont principalement utilisées comme éléments de pivotement ou de support en cisaillement. La facilité de montage et de démontage influe également sur la fonctionnalité de ces deux types de goupilles.

Méthode d'assemblage

Les goupilles filetées s'installent soit en les vissant dans un trou taraudé, soit en serrant des écrous. L'utilisation de clés et de tournevis est possible. Les goupilles non filetées, quant à elles, s'installent par emmanchement à force, par martelage ou par glissement dans des trous. La dilatation thermique peut être utilisée pour les ajustements serrés. Des clips de retenue ou la tension d'un ressort peuvent assurer un maintien ferme.

Applications typiques

Les goupilles filetées permettent l'alignement et la fixation. Elles sont particulièrement adaptées aux applications impliquant des charges dynamiques, des rotations et des vibrations.

• Les goupilles filetées sont utilisées dans les moteurs automobiles, les assemblages aérospatiaux, l'outillage industriel, la robotique et les équipements lourds.
• Les goupilles non filetées sont privilégiées pour leur simplicité. Leur entretien est aisé. On les retrouve fréquemment dans les dispositifs d'alignement, les systèmes de charnières, les engrenages, les liaisons hydrauliques et les articulations de machines.

Types de goupilles filetées

Les goupilles filetées se déclinent en plusieurs modèles. Chaque modèle est adapté à une application spécifique et remplit des fonctions différentes. Le filetage peut être interne ou externe. Les goupilles à filetage interne nécessitent des tiges filetées pour l'engagement mécanique. Les goupilles à filetage externe peuvent être installées directement dans des trous taraudés. Il est important de noter que le type de filetage influence le fonctionnement des goupilles. Quelques types courants de goupilles filetées, avec leurs différentes fonctions, sont présentés ici.

Goupilles entièrement filetées

Les goupilles entièrement filetées possèdent un filetage sur toute leur longueur. Ce filetage assure un engagement maximal et une fixation robuste. Il offre une grande résistance au desserrage. Ces goupilles peuvent être serrées au degré requis, permettant ainsi un réglage précis. Elles sont principalement utilisées dans les applications exigeant une résistance aux vibrations et aux charges dynamiques.

Goupilles partiellement filetées

Les goupilles partiellement filetées comportent une partie lisse et une extrémité filetée. La partie lisse permet un rectification précise en fonction de la pièce à assembler, facilitant ainsi l'alignement et le positionnement. L'extrémité filetée assure une fixation solide de la goupille à la pièce. Comparée à l'emmanchement à force, la fixation par filetage simplifie l'installation.

Goupilles filetées

Les goujons filetés sont des goujons cylindriques sans tête, munis d'un filetage. Ils se serrent à l'aide d'outils comme des tournevis. Ils peuvent être entièrement ou partiellement filetés. Comme indiqué précédemment, le goujon fileté possède une extrémité lisse, idéale pour l'alignement et le positionnement. Les goujons entièrement filetés offrent un excellent engagement mécanique.

Goupilles d'épaulement filetées

Les goupilles à épaulement fileté comportent une partie d'épaulement et une extrémité filetée. La partie d'épaulement assure un espacement contrôlé. Elle permet un mouvement de rotation et un positionnement précis. L'épaulement supporte les composants rotatifs tels que les roulements. L'extrémité filetée garantit la rétention et la stabilité.

Goupilles de chape filetées

Les axes de chape filetés sont principalement utilisés pour les pivots et les liaisons. Leur section lisse facilite l'alignement et assure un espacement précis. Les chapes standard utilisent principalement des goupilles fendues. En revanche, l'extrémité filetée des axes de chape filetés offre une liaison plus robuste. Ces axes sont couramment utilisés dans les engins agricoles et les machines lourdes.

Goupilles coniques filetées

Les goupilles coniques filetées possèdent un corps à conicité progressive. Cette conicité facilite leur installation et leur retrait. Elle assure un ajustement serré. Comme de nombreux autres types de goupilles, les goupilles coniques filetées offrent un bon alignement et une forte résistance au maintien. Elles sont principalement utilisées dans les engrenages, les accouplements et les machines-outils.

Goupilles d'attelage filetées

Ce sont des goupilles de verrouillage robustes. Le système d'attelage leur confère un excellent mécanisme de verrouillage, empêchant tout désengagement accidentel. L'extrémité filetée assure une meilleure rétention et une résistance accrue aux vibrations.

Comparaison des goupilles filetées

Les goupilles filetées sont souvent comparées aux goujons et aux boulons. Bien que leurs fonctions recoupent certaines fonctions des goujons et des boulons, elles appartiennent à une catégorie différente. Les goujons servent principalement à l'alignement, tandis que les boulons servent à la fixation. Les goupilles filetées, quant à elles, sont principalement utilisées pour l'alignement, mais permettent également une fixation légère. Leur installation est beaucoup plus simple que celle des goujons. Les tableaux ci-dessous comparent les goupilles filetées, les goujons et les boulons.

Goupilles filetées vs goupilles de centrage

Goupilles filetées ou boulons

Matériaux des goupilles filetées

De nombreux matériaux sont disponibles pour la fabrication des goupilles filetées. Le choix du matériau dépend de la conception, des conditions de fonctionnement, des capacités de production et du budget. Voici quelques exemples :

Acier au carbone

Les goupilles filetées en acier au carbone ordinaire sont les plus économiques. Elles sont utilisées dans les applications où la corrosion n'est pas un problème majeur. L'acier au carbone offre une solution abordable. La finition de surface améliore l'aspect esthétique et assure une protection contre la corrosion. Les nuances SAE 1018 et SAE 1045 sont couramment utilisées. La norme SAE 1018 offre une résistance modérée et une bonne formabilité. Au contraire, l'acier SAE 1045 présente une résistance élevée après traitement thermique. Son utilisation dépend des applications.

Acier allié

Les aciers alliés offrent un bon compromis entre résistance et ténacité. L'acier SAE 4140 est une nuance couramment utilisée pour les goupilles filetées. Il présente une ténacité et une résistance à l'usure élevées. La résistance à la corrosion des aciers alliés est nettement supérieure à celle de l'acier au carbone.  

Acier Inoxydable

L'acier inoxydable est un matériau d'excellente résistance à la corrosion. Les nuances courantes, comme le 304, sont inertes à de nombreux produits chimiques et à l'humidité. La nuance 316 est parfaitement adaptée aux environnements marins. Outre sa résistance à la corrosion, l'acier inoxydable offre une surface propre et hygiénique. Il est également esthétiquement plaisant.

Titane

Les broches filetées en titane sont principalement utilisées dans les secteurs aérospatial et médical. Elles sont légères, robustes, résistantes à la corrosion et biocompatibles. L'alliage de titane de grade 5 est le plus couramment utilisé pour les broches filetées.

Laiton

Le laiton présente un faible coefficient de frottement, une bonne conductivité et une bonne usinabilité. Les goupilles filetées en laiton sont fréquemment utilisées en électricité et en instrumentation. Le laiton C36000, de qualité facile à usiner, est privilégié pour la fabrication de goupilles filetées par usinage CNC.

Plastique

Les goupilles filetées en plastique PEEK ou en nylon sont électriquement isolantes. Elles sont souvent utilisées dans des applications où l'isolation et la légèreté sont des critères essentiels.

Comment fabriquer des goupilles filetées

Les goupilles filetées sont fabriquées par usinage. À cet égard, les machines à commande numérique (CNC) offrent une solution fiable et reproductible. L'usinage CNC garantit une grande précision dimensionnelle et des tolérances serrées, avec une intervention humaine minimale.

Techniques CNC pour les goupilles filetées

Se tourner pour trouver des formes

Le tournage CNC permet de créer la forme cylindrique de base d'une goupille filetée. Il assure une concentricité élevée aux goupilles filetées. Ce procédé permet de réaliser des épaulements et des gradins, ainsi que des surfaces coniques.

Fraisage CNC pour des formes complexes

Le fraisage CNC est utilisé pour usiner des formes non cylindriques. On peut citer comme exemples les méplats, les interfaces d'entraînement, les logements hexagonaux, les trous transversaux et les verrous.

Meulage pour une surface impeccable

Le meulage remplit deux fonctions dans la fabrication des goupilles filetées :

1. Elle permet d'obtenir des dimensions dans une plage de tolérance très serrée.
2. Elle crée une surface lisse et élimine les marques d'usinage, les irrégularités topographiques et les bavures.

Usinage CNC et rectification pour une haute précision

Pour obtenir une haute précision ou des tolérances strictes, le tournage CNC est souvent suivi d'une rectification cylindrique. Tuofa est spécialisé dans l'usinage de goupilles filetées nécessitant une tolérance d'usinage serrée.

Avantages de l'usinage CNC pour les goupilles filetées

Fonctionnalités du filetage de contrôle

Les filetages conçus par CAO sont reproduits avec précision sur les goupilles usinées. L'usinage CNC garantit une qualité constante. Filetages extérieurs et intérieurs, filetages partiels, filetages coniques et filetages à pas fin peuvent être réalisés avec une grande régularité.

Améliorer la précision

L'usinage CNC offre une précision inégalée. Chaque goupille filetée présente la même précision dimensionnelle. Par conséquent, les goupilles filetées garantissent un alignement précis sans risque de desserrage.

Usiner facilement les matériaux durs

Les machines CNC peuvent usiner des matériaux durs comme l'acier allié 4140, le titane et la fonte. Seule la configuration doit être parfaite.

Réaliser des géométries complexes

Il est possible de réaliser des géométries complexes avec la même précision de manière répétée. Voici quelques exemples :

1. extrémités chanfreinées pour une insertion plus facile
2. Épaules étagées pour le contrôle de la charge
3. disques hexagonaux internes pour le retrait
4. pointes effilées pour un auto-alignement

Traitement de surface pour goupilles filetées

Certains matériaux, comme le laiton et certains aciers inoxydables, ne nécessitent aucun traitement de surface. En revanche, de nombreux autres matériaux, notamment les aciers au carbone ordinaires, requièrent un traitement de surface. Ce traitement vise principalement à améliorer la résistance à la corrosion et à l'usure, ainsi que l'aspect esthétique.

Oxyde noir

Un traitement de surface à l'oxyde noir est appliqué sur les goupilles filetées en carbone. Il leur confère un aspect mat. L'oxyde noir assure une résistance modérée à la corrosion et à l'usure. Il prévient également le grippage entre la goupille filetée et les composants adjacents.

Revêtement en zinc

Le zingage offre une protection anticorrosion sacrificielle aux goupilles filetées en acier au carbone. Plus le revêtement de zinc est épais, plus la résistance à la corrosion est durable. Les goupilles zinguées constituent une solution économique : leur prix est bien inférieur à celui des goupilles filetées en acier inoxydable. Elles présentent une couleur gris argenté.

Passivation

La passivation améliore la résistance à la corrosion. Elle est couramment utilisée sur les goupilles en acier inoxydable. Ce procédé affine la surface en épaississant la couche d'oxyde. Il élimine le fer libre et autres contaminants. De ce fait, les goupilles filetées deviennent plus durables.

Conception des goupilles filetées : considérations détaillées

Une conception optimale tient compte de facteurs tels que les efforts de cisaillement, les efforts de traction, l'état de surface, les conditions de fonctionnement et les tolérances. Chaque application présente ses propres limites et contraintes.

Profondeur d'engagement du filetage

La profondeur d'engagement du filetage est un paramètre critique. Elle influe sur la capacité de charge et la résistance de la fixation. Une longueur de filetage suffisante permet de résister aux forces de cisaillement et de traction. Une longueur de filetage inadéquate peut entraîner un arrachement, un desserrage, voire une rupture mécanique.

Classe et ajustement du fil

Les goupilles filetées se déclinent en deux principaux types :

• Ajustement serré : Utilisé pour un positionnement précis, un maintien optimal et une résistance aux vibrations. Il est donc privilégié dans les applications critiques.
• Ajustement lâche : Idéal pour une installation rapide et un entretien fréquent. Il compense les tolérances de fabrication, la dilatation thermique et les légers défauts d’alignement.

Chanfrein et entrée

A Un chanfrein est fondamentalement un bord biseauté Au début du filetage, un chanfrein guide la goupille dans son logement lors du montage. Ce chanfrein réduit le risque de filetage croisé et facilite l'engagement.

Personnalisation des goupilles filetées pour des applications spécifiques

Les goupilles filetées standard répondent aux exigences de performance de nombreuses applications. Cependant, de nombreuses applications critiques nécessitent une personnalisation. Celle-ci englobe non seulement les variations de conception, mais aussi le choix des matériaux et le traitement de surface.

Raisons du recours à des goupilles filetées sur mesure

Des goupilles filetées sur mesure sont nécessaires lorsque les goupilles standard ne répondent pas aux exigences de performance. L'espace limité, les assemblages spécialisés et les conditions de fonctionnement particulières justifient le recours à la personnalisation. Le choix des matériaux et le traitement de surface constituent d'autres motivations. Parmi les caractéristiques utilisées dans les conceptions sur mesure, on peut citer les dimensions de filetage non standard, les filetages à pas fin, les goupilles extra-longues et les sections de positionnement.

Applications typiques des goupilles filetées personnalisées

Les goupilles filetées sur mesure sont couramment utilisées dans des applications critiques telles que le médical, l'aérospatiale et la robotique. Ces applications présentent des exigences de performance spécifiques auxquelles les goupilles filetées standard ne peuvent répondre. Voici quelques exemples d'applications notables :

• appareils chirurgicaux
• instruments de diagnostic
• systèmes implantables
• systèmes de transmission
• ensembles de moteurs
• composants de suspension
• bras robotiques
• Fixations CNC
• systèmes hydrauliques

Service de filetage et de fraisage Tuofa pour votre projet

Tuofa propose un tournage CNC rapide Nous proposons des services d'usinage pour la fabrication de goupilles filetées. Notre atelier CNC, parfaitement équipé, est géré par une équipe dédiée. Forts d'une solide expérience, nous dépassons systématiquement les attentes de nos clients. N'hésitez pas à nous envoyer votre fichier CAO accompagné des détails de conception nécessaires. Nos spécialistes donneront vie à vos idées.

Conclusion

Les goupilles filetées sont largement utilisées pour l'alignement et la fixation légère. Plus faciles à installer que les goupilles non filetées, elles assurent un engagement mécanique stable et sûr. Différents types de goupilles filetées sont disponibles, adaptés à leurs applications spécifiques. Le choix des matériaux et des procédés de finition dépend des exigences de conception. Les machines à commande numérique (CNC) jouent un rôle essentiel dans la fabrication de haute qualité des goupilles filetées.

QFP

Quels sont les deux types de broches ?

Les deux principaux types sont les filetages et les non-filetages.

Comment retirer une goupille filetée ?

Ils peuvent être retirés à l'aide d'un extracteur à vis ou d'un extracteur fileté.

Quelle est la goupille de centrage la plus résistante ?

Cela dépend des matériaux. Les goujons en acier allié trempé 4140 sont parmi les plus résistants.