Vis et boulons

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Présentation des vis et boulons

Les vis et boulons sont des fixations cylindriques habituellement fabriquées en acier inoxydable, avec une rainure hélicoïdale (appelée filetage externe) usinée dans la tige centrale. Normalement, les boulons sont conçus pour être vissés dans un écrou dont le filetage interne s'adapte exactement au filetage externe du boulon. Le vissage nécessite une clé, une clé à molette ou une clé Allen.

Les vis ont normalement une forme conique avec un filetage externe usiné sur la tige centrale. Pendant le vissage avec un tournevis, ce filetage découpe un filetage interne dans le matériau (la distance entre les rainures du filetage hélicoïdale est constante et désignée par le terme « pas »). Les vis servent à fixer des objets (par exemple des étagères sur des murs) alors que les boulons servent à assembler fermement des objets ensemble (par exemple des éléments de mobilier).

Les vis comme les boulons ont une tête d'un diamètre plus large que la tige. La tête des vis porte une rainure conçue pour recevoir avec précision la pointe d'un tournevis. Sur les vis les plus courantes, la tête porte soit une rainure simple (droite qui traverse tout son diamètre), une rainure en croix centrée (dite cruciforme ou Phillips) ou une rainure Pozidriv (ou Supadriv), et bien d'autres types.

Des têtes de boulon portent des rainures similaires et peuvent donc être serrées avec un tournevis. Les boulons sont très fréquemment surmontés d'une tête hexagonale qui permet de les serrer avec une clé. Il existe aussi des boulons dont la tête à six pans creux permet de les serrer avec une clé Allen insérée dans cet emplacement. Généralement, la tête a pour rôle d'éviter que la vis ou boulon puisse être vissée à une profondeur supérieure à la longueur de sa tige.

Bien que les vis en acier inoxydable et les boulons en acier inoxydable aient une tête plus large que le diamètre de la tige centrale filetée, il existe des exceptions. Par exemple, la tête lisse des boulons à tête bombée (tire-fonds - boulons) n'est pas conçue pour être maintenue avec un instrument (un collier carré en acier est situé directement sous la tête et évite sa rotation pendant le serrage qui s'effectue en serrant l'écrou à l'autre extrémité). De même, les goujons d'ancrage ou en « J » ne sont pas vissés mais plongés dans le béton, leur tête en forme de J assurant l'ancrage.

La vaste majorité des vis et boulons ont des filetages à droite, ce qui signifie que leur serrage s'effectue par rotation dans le sens horaire. Certains ont un filetage à gauche et sont donc serrés par rotation dans le sens antihoraire. Ils sont utilisés lorsqu'ils peuvent être exposés à un couple dans le sens antihoraire (par exemple, la pédale gauche d'un vélo) dont l'utilisation normale dévisserait un filetage à droite.

 

Historique

L'homme considéré comme le père de la mécanique est Archytas of Tarente (428 - 350 av. J-C), et à qui on attribue l'invention de la vis filetée vers 400 av. J-C. Son invention a été utilisée à l'époque pour exprimer le jus des grappes, l'huile des olives, avec des presses opérées par un mécanisme à vis.

On attribue à Archimède (287 – 212 av. J-C) le développement du concept de la vis à eau (aussi appelée vis d'Archimède, ou escargot), permettant de transférer de l'eau entre deux niveaux, et que les Romains ont plus tard adapté pour assécher des mines. Au 1er siècle av. J-C, certains documents portent une description de la vis, rédigée par Héron d'Alexandrie.

Les techniques de production des vis ont largement progressé au cours du dix-huitième siècle. Le premier tour autorisant un mouvement semi-automatique du porte-outil a été inventé en 1750 par Antoine Thout, qui a utilisé une transmission à vis pour piloter le mouvement longitudinal. Les tours servaient alors à fabriquer des vis et des boulons, permettant de produire des filetages hélicoïdaux d'une précision et d'une régularité sans précédent. Leur utilisation a été largement généralisée par l'inventeur britannique Henry Maudslay, qui a mis au point des tours à découper les vis à la fin du dix-huitième siècle.

Vers 1760, les vis étaient produites en masse dans des usines, mais sans aucune normalisation réelle. Cette absence causait d'énormes difficultés. En 1841, ce problème a été résolu par Joseph Whitworth, qui a échantillonné une importante variété de vis dans des ateliers britanniques. Il a ainsi pu proposer deux critères de base : le nombre de filets par pouce doit être identique pour différents diamètres et les filetages doivent toujours être inclinés à 55 degrés. En 1864, l'Américain William Sellers a proposé un angle de filetage à 60 degrés qui est devenu la norme américaine, et l'angle de filetage métrique international actuel.

La première vis à carré conducteur précède de trente ans la vis cruciforme (ou Phillips dont la conception est similaire), inventée par l'ingénieur canadien P. L. Robertson en 1908. Au début des années 1930, Henry Phillips a adapté le concept et la première vis cruciforme était née.

 

Aspects techniques

L'acier est le matériau le plus couramment utilisé pour fabriquer des vis et des boulons. Des fixations qui doivent résister à des intempéries atmosphériques importantes ou si la corrosion est un risque (par exemple des vis et des boulons chirurgicaux destinés à être implantés dans le corps humain) peuvent être fabriquées dans des matériaux résistants, tels que l'inox, le titane, le bronze au silicium, le laiton ou le monel. Lorsque la fixation ne nécessite pas la robustesse des vis en métal, certaines formes de plastique (par exemple le PTFE et le nylon) peuvent être filetées, et offrent un niveau exceptionnel de résistance à la corrosion.

Un numéro est estampé sur la tête de certains boulons (le plus couramment 5.8, 8.8 et 10.9). Ces numéros référencent l'indice ISO de la résistance du boulon, où le numéro devant le point décimal représente le seuil de résistance au-delà duquel le boulon cassera (charge limite de rupture). Le numéro après la décimale est plus complexe. Il représente le rapport entre la limite d'élasticité (le point auquel le matériau sera déformé de manière permanente par élongation) et la charge limite de rupture, multipliée par 10. Les boulons à haute résistance ont un indice égal ou supérieur à 8.8.

La norme métrique ISO pour le filetage des vis a maintenant largement remplacé les normes précédentes dans la plupart des pays.

 

Différences entre vis et boulons

Une définition universelle faisant la distinction indiscutable entre les vis et les boulons n'existe pas encore. Cependant, il est communément accepté qu'une vis se fixe en découpant son filetage interne pendant son vissage dans un matériau moins résistant qu'elle. Par contre, un boulon se fixe en traversant un orifice prédécoupé, puis vissé et serré dans un écrou femelle (habituellement avec une clé, clé à molette ou clé Allen, au lieu d'un tournevis) dont le filetage interne a exactement les mêmes dimensions que le filetage externe du boulon male.