Le problème avec le serrage avec contrôle de couple est dû à la fluctuation des coefficients de friction. Il faut distinguer essentiellement entre la friction de la tête et la friction du filetage. L'addition de ces effets de friction fluctuants.
Malgré ces inconvénients, la procédure de serrage avec contrôle de couple est de loin la procédure la plus couramment utilisée. Ceci est dû au fait qu'il s'agit d'une procédure technique relativement simple.
En tant que variable supplémentaire, il est possible d'associer la procédure de serrage avec contrôle de couple avec une procédure d'acquisition d'angle. Seuls quelques cas particuliers, comme par exemple le recours à des matériaux dont les propriétés sont susceptibles d'évoluer dans le temps, rendent nécessaire l'adoption d'autres précautions. Ici, le procédé d'assemblage à proprement parler est exécuté sans modification. Toutefois, on contrôle l'angle de post-tension qui se manifeste à partir d'un certain seuil. Pour que l'opération puisse se poursuivre, cet angle de post-tension doit se maintenir dans une certaine plage de valeurs. Un angle de post-tension trop petit peut ainsi être le témoin d'un joint manquant, tandis qu'un angle trop grand peut par exemple indiquer un durcissement insuffisant de la pièce à assembler. En général, la plage de valeurs dans laquelle l'angle de rotation est pris en compte se situe entre 20 % (lors de vissages en force) et 80 % (lors de vissages en douceur) du couple final.
Avec le processus dit de serrage avec contrôle d'angle, c'est à la fois l'angle de rotation et le couple qui sont utilisés comme critères de contrôle. Dans ce cas, c'est l'angle et non le couple qui est utilisé durant le processus final. Ceci signifie que la vis est serrée jusqu'à un seuil prédéterminé, puis serrée jusqu'à un angle de post-tension prédéterminé.
Le couple peut être surveillé en complément. Cette procédure est un cas d'application très rare, uniquement réservé aux assemblages de matières plastiques. Avec des vis en plastique, le couple de serrage demeure quasiment constant, de sorte qu'il est de peu d'utilité en tant que critère de contrôle.
Or, pour le serrage d'une vis en plastique, il est important d'observer des paramètres spécifiques. En outre, la vis ne peut être utilisée qu'une seule fois, car elle épouse la forme du matériau auquel elle est appliquée pendant le serrage.
Cette zone est appelée distorsion élastique, car après le relâchement de la charge (précontrainte/couple), la distorsion se relâche également. En atteignant la limite de tension de la vis, l'effet d'augmentation de la taille de la vis s'aplanit et l'on entre dans le domaine plastique de la déformation, qui ne s'estompe plus après relâchement de la charge. Après le dépassement de la charge maximale commence le déchirement de la vis, qui se solde par sa destruction en bout de diagramme.
En fonction de la conception de la vis, ce domaine plastique est très étroit ou au contraire plat et étendu. Il est facile de déduire que le serrage avec contrôle d'angle nécessite une vis avec un domaine plastique aussi large que possible. Avec ce processus particulier, il est possible d'éliminer en grande partie les effets des forces de friction et d'optimiser l'usage de capacité de charge de la vis.
Pour éviter cet inconvénient et surtout pour échapper aux importantes limitations imposées par la vis sans pour autant faire de nouveau face aux effets négatifs des forces de friction, le processus de serrage avec contrôle de valeur limite a été développé. Ici aussi, le couple et l'angle sont utilisés comme critères de contrôle. C'est ici la zone de baisse de croissance du diagramme de tension/élasticité à l'atteinte de la valeur limite qui sert de critère de verrouillage.
Lorsqu'on observe le diagramme tension/élasticité, on remarque que la croissance est initialement linéaire, puis qu'elle se nivelle avec le temps. La force axiale suit une évolution proportionnelle avec celle du couple, tandis que la tension est proportionnelle à l'angle de rotation. La croissance d'une courbe est mathématiquement définie comme la déviation de la fonction. Si la déviation du couple tombe à environ 50 % de la valeur de l'angle de rotation, la valeur limite est atteinte et le processus de serrage est coupé. Il est également possible d'appliquer des limites d'angle et de couple à des fins de sécurité.
Cette procédure permet d'éviter les inconvénients dus aux fluctuations des forces de friction ou aux limitations du type de vis utilisé. La taille des vis utilisées peut être réduite grâce à la sécurité additionnelle obtenuepar l'atteinte de la force de précontrainte requise.
Toutefois, cette approche n'est que marginalement utilisée dans la pratique, car elle implique un effort de mesure tributaire d'un investissement conséquent. Qui plus est, elle nécessite en fonctionnement continu des conditions extrêmement stables au niveau des pièces et impose diverses exigences au niveau des points de fixation. Elle n'est par conséquent appliquée qu'à des assemblages en acier de haute précision, qui sont les seuls où le diagramme de tension/élasticité trouve une validité. En outre, pour des questions de limitations de mesures ces processus ne sont pas adaptés à des couples plus petits.
D'une manière générale, la relation mathématique entre l'élasticité de la vis et la force de précontrainte générée est sensiblement plus précise que la relation entre le couple et la force de précontrainte. Une mesure directe de l'élasticité conduit ainsi à des valeurs de précontrainte plus précises. Ceci peut par exemple être obtenu par la mesure mécanique du perçage dans une vis, qui doit être plus profond que la longueur de tension de la vis utilisée. Toutefois, cette méthode ne trouve quasiment aucune application dans la pratique étant donné qu'elle ne concerne que des vis de très grande taille.
Mesure de longueur linéraire par ultrasons
Une autre méthode consiste à mesure l'élasticité de la vis à l'aide de la mesure de la durée de la longueur d'onde d'un signal ultrason. Pour ce faire, un signal ultrason est appliqué à la la tête de la vis. Le signal se propage à travers la vis jusqu'à parvenir à l'interface air/acier au bout de son arbre, puis revient à sa tête. Le temps écoulé entre le 1er et le 2ème écho du signal est utilisé pour mesure la longueur de la vis. Cette mesure peut s'effectuer à haute fréquence afin d'obtenir des données de haute précision.
Ceci nécessite néanmoins la prise en compte d'autres facteurs, tels que les propriétés de tension du matériau de la vis ainsi que sa température. Cette approche est déjà utilisée dans des unités de production en série, notamment pour les points de fixation à haute sécurité dans l'industrie automobile. Ceci n'enlève en rien le besoin de surveiller en parallèle le couple et l'angle de rotation.
Cette procédure requiert elle aussi des vis spéciales avec un capteur intégré. Par conséquent, chaque vis appliquée implique un coût non négligeable.
Cas particuliers
Presque tous les procédés décrits précédemment ne s'appliquent qu'aux assemblages métriques de pièces en acier. Or, dans la pratique, les cas d'assemblage sont bien plus variés, incluant par exemple des assemblages de plaques en tôle, l'usage de vis autoforeuses ou autoformantes, ainsi que la fixation de vis en métal dans des thermoplastiques ou des plastiques thermodurcissables. Ces cas d'assemblage ont des exigences spéciales.
D'une manière générale, il existe une relation entre le couple obtenu, les coeffictients de friction et la précontrainte d'assemblage générés. Cependant, du fait de la grande variabilité des caractéristiques des matériaux employés, les conditions de vissage ne peuvent pas être établies uniquement à partir des caractéristiques propres aux éléments de fixation. Qui plus est, en présence de vis autoforeuses ou autoformantes, des variables supplémentaires viennent s'ajouter, impliquant la prise en compte d'un couple d'insertion.
Ici, la conception appropriée du point de fixation est d'une grande importance. Le serrage de vis autoforeuses et autoformantes exige des valeurs de couple d'entraînement élevées. Ces valeurs se rencontrent à proximité de la valeur du couple de serrage. Les valeurs indiquées dans le diagramme de serrage avec contrôle de couple ne s'appliquent que lorsque le point de fixation est conçu de manière à garantir une traversée libre du matériau à perforer après la formation du filetage et avant l'arrivée en butée de la tête de vis.
Il est toutefois important que durant le serrage de la vis le blocage du couple soit ponté afin d'éviter un arrêt prématuré de la visseuse. Ce genre de cas particulier peut être pris en charge par notre extraordinaire visseuse SENSOMAT disponible à la fois en version portative et fixe.
Dans d'autres cas, comme par exemple la formation d'un filetage dans un trou aveugle, il est non seulement nécessaire d'atteindre un couple final, mais également de prendre en compte les coefficients de friction et surtout les coefficients de formation du filetage.. Dans tous les cas, du fait importantes fluctuations du couple d'entraînement, le degré d'incertitude résiduel quant à la valeur de précontrainte obtenue est bien plus important que dans les cas standards décrits précédemment. Pour les opérations de vissage dans des plastiques thermodurcissables, la vitesse de vissage est un critère fondamental.