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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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Exemples d’utilisation d’assemblages frettés
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3. Pièces de révolution non cylindriques ou de longueurs différentes
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Les relations indiquées au paragraphe 2 ne sont valables d’une façon rigoureuse que si l’axe et la bague sont cylindriques et de même longueur. Dans le cas où une bague est calée sur un axe plus long qu’elle, les contraintes ne restent pas uniformes le long des génératrices.
Ainsi que le montre la figure 9 a , dans le cas d’un axe long, il y a dans la zone d’interface des deux pièces des majorations de contraintes radiales σ r au voisinage des extrémités de la bague. Le diamètre de l’axe n’étant réduit qu’au niveau du frettage, il conserve en effet en dehors de celui-ci sa valeur initiale ; la présence d’une zone de raccordement, illustrée de façon augmentée par la figure 9 b explique ces majorations de contraintes.
De même, en toute rigueur, toutes les formules précédemment données ne peuvent pas être utilisées pour le calcul de l’assemblage d’une roue ou d’un pignon ayant un moyeu, un voile et une couronne (figure 10). Quand l’épaisseur du voile est suffisamment mince et que la distance entre le voile et la couronne est assez grande, des calculs et des mesures expérimentales, notamment par extensométrie, montrent au demeurant que le frettage peut, en première approximation, être calculé comme si la couronne et une partie du voile n’existaient pas ; il suffit à ce titre de considérer un diamètre extérieur D qui soit de l’ordre de grandeur de celui du moyeu, ainsi qu’illustré sur la figure 10.
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Il est évident que, dans de nombreuses applications, ce type de calcul ne peut toutefois être considéré comme satisfaisant et qu’une étude plus précise est nécessaire en utilisant les méthodes de calcul numérique sur ordinateur ...
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Pièces de révolution non cylindriques ou de longueurs différentes
BIBLIOGRAPHIE
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(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
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Transmissions mécaniques – Assemblages frettés sur portée conique – Fonction, réalisation, calcul. - NF E 22-622 - décembre 1988
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Assemblages frettés – Montage et démontage par pression d'huile. - PR FD E 22-623 -
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Assemblages frettés – Partie 1 : Bases de calculs et règles de construction pour assemblages frettés cylindriques autobloquants. - DIN 7190-1 - février 2017
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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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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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