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RÉSUMÉ
Le frettage constitue un mode d’assemblage direct dont l’essor tient à sa versatilité. Réalisable à chaud, à froid ou à la presse, sur de petits ou de très grands assemblages de matériaux identiques ou non et de géométries diverses, pour des applications statiques ou dynamiques, ce procédé ne cesse de s’adapter aux besoins émergents et d’évoluer lui-même en incorporant de façon utile de nouvelles techniques, le chauffage par induction lui ayant par exemple apporté rapidité et localisation. Cet article est en quelque sorte le précis d’une technologie ; en décrivant ses diverses pratiques et leur intérêt respectif, il vise à en restituer de façon claire et succincte l’essentiel.
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Patrick LANGLOIS : Chargé de Recherche au CNRS, - Ingénieur ENSAM et Docteur en métallurgie de l’université Pierre-et-Marie-Curie, - Université Sorbonne Paris Nord, LSPM – UPR CNRS n° 3407, Villetaneuse, France
INTRODUCTION
Si, en matière de charronnerie, l’invention de la roue à rayons a permis de réduire le poids des roues en bois, c’est le frettage (depuis le XIXe siècle), plus encore que l’embattage, déjà utilisé depuis la fin du Moyen Âge pour réduire l’usure des roues, qui mérite de retenir l'attention, car le cercle était alors posé sans effort, après dilatation thermique, mais surtout car la rigidité de la roue entière s’en trouvait considérablement renforcée. C’est cependant en matière d’artillerie que la technique du frettage aura été véritablement perfectionnée, une précision extrême étant requise pour conférer à un tube bibloc une tenue très supérieure à celle d’un tube monobloc de mêmes dimensions, sauf à autofretter ce dernier. Le frettage y est notoirement devenu synonyme de propriétés mécaniques accrues et, ainsi, de possible allégement d'une structure ou de quantité moindre de matière requise en fonction de sollicitations données, ce dernier aspect (préservation des ressources) étant pertinent au titre de la prise en compte du développement durable dans les projets.
Le mode d’assemblage par frettage s’est beaucoup répandu, permettant par exemple de très rapidement fretter et défretter des outils dans leur porte-outil par induction ou de transmettre des puissances élevées avec des pignons calés sur des axes, supplantant d’ailleurs pratiquement le mode d’assemblage qui consistait à rendre solidaires des pièces à l’aide d’une clavette dans une rainure. Pour des impératifs de vitesse et d’allégement essentiellement, les progrès de la mécanique, permettant de faire travailler les matériaux aussi près que possible de leurs limites, ont conduit à en développer l’étude aussi bien au niveau théorique que via des essais de fatigue notamment ou des simulations numériques.
Cet article détaille les divers types d’assemblages frettés solidarisant un axe et une bague, ou toute autre pièce de révolution se prêtant à une description complète (en matière de contraintes, de déformations et de déplacements) en coordonnées polaires. Il intègre de multiples considérations : matériaux éventuellement différents, axe creux ou plein, assemblage bibloc ou multibloc, pièce de révolution cylindrique ou non, bague et axe de longueurs éventuellement différentes, assemblage éventuellement soumis à la rotation. Il n’aborde en revanche que sommairement le cas, traité de façon plus approfondie dans l’article [R 730], des équipements sous pression qui font l’objet d’une réglementation spécifique et pour lesquels une description complète en coordonnées cylindriques est requise.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des notations et des symboles utilisés.
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Frettage de pièces cylindriques
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1. Assemblage par frettage
L’assemblage par frettage consiste typiquement à rendre solidaires une bague et un axe, le diamètre intérieur initial 2r 1 de la bague étant légèrement plus petit que le diamètre extérieur initial 2r 1 + s de l’axe. La différence s entre ces deux quantités correspond au serrage de la bague sur l’axe, le rapport s/2r 1 désignant quant à lui le serrage proportionnel, noté A. Suivant l’application du frettage, ce serrage proportionnel peut être compris entre un dix-millième et quelques millièmes.
Le terme générique bague sera retenu dans la suite pour désigner aussi bien une bague au sens propre qu’un pignon (figure 1), un moyeu ou toute autre pièce de révolution assemblée sur l’axe. Réciproquement, le terme générique axe peut tout aussi bien désigner un essieu-axe qu’un outil dans son porte-outil.
Pour assembler les deux pièces, trois procédés peuvent être employés séparément ou conjointement :
-
rentrer à force l’axe dans la bague au moyen d’une presse ;
-
dilater la bague par chauffage au four, dans un bain d’huile chaude ou par induction ;
-
rétracter l’axe par refroidissement à l’air liquide ou à l’azote liquide.
Les assemblages frettés sur portée cylindrique, soumis à la torsion, font l’objet de la norme NF E 22-621, dont la dernière révision a été publiée en décembre 2015. Cette norme introduit une méthode de calcul simplifiée s’appliquant aux dispositions les plus couramment rencontrées. Les assemblages frettés sur portée conique font quant à eux l’objet de la norme NF E 22-622. À la demande de certains industriels, une étude...
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Assemblage par frettage
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - REVILLON (A.), LELUAN (A.) - Recherche sur l’optimisation des essieux-axes à la SNCF. - Rev. Gén. Chemins de Fer (1975).
-
(2) - LAMÉ (G.), CLAPEYRON (B.P.E.) - Mémoire sur l’équilibre intérieur des corps solides homogènes. - J. Reine Angew. Math., vol. 7, p. 145-169 ; 237-252 ; 381-413, ISSN 0075-4102 (1831).
-
(3) - MISES (R.V.) - Mechanik der festen Körper im plastisch-deformablen Zustand. - Nachr. Ges. Wiss. Gött., Math.-Phys. Kl., p. 582-592, ISSN 0369-6650 (1913).
-
(4) - TRESCA (H.) - Mémoire sur l'écoulement des corps solides. - Mém. présent. divers savants Acad. sci. Inst. Fr., vol. 18, p. 733-799, ISSN 2017-5175 (1868).
-
(5) - MADEJ (J.), ŚLIWKA (M.) - Analysis of Interference-Fit Joints. - Appl. Sci., vol. 11 (23), n° 11428, DOI 10.3390/app112311428 (2021).
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Transmissions mécaniques – Assemblages frettés sur portée cylindrique – Fonction, réalisation, calcul. - NF E 22-621 - décembre 2015
-
Transmissions mécaniques – Assemblages frettés sur portée conique – Fonction, réalisation, calcul. - NF E 22-622 - décembre 1988
-
Assemblages frettés – Montage et démontage par pression d'huile. - PR FD E 22-623 -
-
Assemblages frettés – Partie 1 : Bases de calculs et règles de construction pour assemblages frettés cylindriques autobloquants. - DIN 7190-1 - février 2017
-
Assemblages frettés – Partie 2 : Bases de calculs et règles de construction pour assemblages frettés coniques autobloquants. - DIN 7190-2 - février 2017
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
CMD Gears (FR) – Transmissions à fort couple et basse vitesse
CETIM (FR) – Étude en cours sur la déconcentration des contraintes de frettage
ELCO (FR) – Bancs de frettage d’outils de coupe
FIVES (FR) – Formations, services et produits de chauffage par induction
https://www.fivesgroup.com/fr/
HAIMER (DE) – Frettage à induction pour porte-outils
RINGSPANN (DE) – Frettes d’assemblage
TAS Schäfer (DE) – Frettes de serrage
https://tas-schaefer.de/de_de/
ZOLLER (DE) – Frettage d’outils de coupe
https://www.zoller.info/fr/accueil
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2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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