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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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The growth of interference fitting as a direct assembly method relates to its versatility. It can be carried out through either high or low temperature as well as with a press. It can provide from small to very large assemblies made of identical or dissimilar materials, with a variety of geometries, and intended for either static or dynamic applications. It is constantly adapting to new expectations and improving itself by usefully incorporating new techniques, such as induction heating. This article, like the review of a technology, aims, by describing its various practices and their respective interests, to clearly and succinctly convey its essence.
Auteur(s)
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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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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
assembly | interference fit | optimisation | mechanical engineering
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5. Réalisation d’assemblages frettés
Une fois effectués les calculs permettant de déterminer la valeur du serrage nécessaire pour que l’assemblage puisse assurer les fonctions qui lui ont été réservées, et fixées les valeurs de paramètres tels que, en fonction des applications, les vitesses critiques, les efforts de calage ou les couples transmissibles, il convient de définir les conditions de réalisation pratique de l’assemblage.
Il ne peut être question de prétendre à l’exhaustivité dans le cadre d’un article ; sont décrites dans cette section les conditions rencontrées le plus souvent dans les réalisations modernes.
5.1 Modes d’assemblage
Particulièrement utilisée dans les domaines du ferroviaire, de l’aéronautique, du nucléaire et de l’automobile, la technique du frettage s’y distingue souvent, tout en évoluant en fonction des avantages ou des inconvénients observés, par le procédé initialement choisi pour réaliser le serrage ; le calage à la presse a ainsi longtemps été le mode privilégié pour l’assemblage des roues de wagon ou de tramway, les bandages étant toutefois montés à chaud, tandis que l’assemblage des rotors de turbine a aussitôt recouru à la température et que les manetons de vilebrequin des Citroën 2CV étaient contractés à l’azote liquide.
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Le calage à la presse effectué en enfonçant à force l’axe dans la bague nécessite de calculer l’effort défini par la relation (14) (§ 2.3.2). Dans la pratique, cet effort dépend non seulement de la valeur du serrage et des dimensions des pièces, mais tout particulièrement de l’état de surface des pièces et du lubrifiant utilisé, ces derniers pouvant affecter la...
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Réalisation d’assemblages frettés
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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