Boulons hexagonaux à filetage complet ou à filetage partiel : comprendre la différence structurelle

La différence structurelle entre les boulons hexagonaux à filetage complet et à filetage partiel n'est pas une question de préférence - il détermine la manière dont la charge est transférée à travers le joint . Les boulons à filetage complet (également appelés boulons entièrement filetés) supportent une charge de traction sur toute la tige et conviennent mieux au serrage de deux éléments filetés ou à une utilisation avec des écrous sur toute la longueur de la poignée. Les boulons à filetage partiel ont une section de tige lisse et non filetée qui se trouve dans l'interface du joint, offrant résistance supérieure au cisaillement et meilleur alignement dans les connexions structurelles. Choisir le mauvais type est une erreur de spécification courante qui peut entraîner un glissement des joints, une rupture par fatigue ou une force de serrage inadéquate.

Comment sont définis les boulons hexagonaux à filetage complet et à filetage partiel

La distinction entre les deux types se résume à l'endroit où le filetage commence et se termine par rapport à la tige du boulon.

Boulons hexagonaux à filetage complet

Un plein boulon hexagonal fileté est fileté directement sous la tête jusqu'à l'extrémité du boulon. Il n'y a pas de tige non filetée. Selon les normes ISO 4017 et ASME B18.2.1, les boulons d'une longueur nominale allant jusqu'à une limite définie sont fabriqués par défaut entièrement filetés - par exemple, un Boulon M12 jusqu'à 40 mm de longueur est généralement fourni avec un filetage complet selon les spécifications ISO. La partie filetée s'engage dans l'écrou ou le trou taraudé sur toute la longueur de la poignée.

Boulons hexagonaux à filetage partiel

Un boulon hexagonal à filetage partiel – également appelé vis à tête hexagonale ou boulon hexagonal avec tige – possède une section cylindrique lisse (la tige ou la poignée) entre la tête et la partie filetée. La longueur de la tige non filetée varie selon la taille et la norme du boulon. Pour un Boulon M16 × 80 mm selon ISO 4014 , la longueur filetée est d'environ 44mm , laissant environ 36 mm de tige non filetée. Cette tige est fabriquée selon une tolérance de diamètre plus stricte que celle du fond de filetage, ce qui lui permet de s'adapter précisément aux trous percés.

La mécanique structurelle : pourquoi la tige change tout

Pour comprendre pourquoi cette distinction est structurellement importante, il est nécessaire d'examiner comment chaque type de boulon répond aux deux forces principales dans un assemblage boulonné : charge de traction (le long de l'axe du boulon) et charge de cisaillement (perpendiculaire à l'axe du boulon).

Résistance à la traction : le fil complet a une zone de contrainte plus petite

La section transversale la plus faible de toute fixation filetée se situe à la racine du filetage – la vallée entre les crêtes du filetage – où la surface portante effective est réduite. Ceci est quantifié comme le zone de contrainte de traction (As) . Pour un boulon M16, la zone de contrainte de traction est d'environ 157 mm² , par rapport à la section transversale complète de la tige de 201 mm² . Dans un boulon à filetage complet, cette zone réduite existe sur toute la longueur. Dans un boulon à filetage partiel, seule la section filetée porte cette section réduite ; la section de tige a le diamètre nominal complet disponible pour le transfert de charge dans des conditions de charge spécifiques.

Résistance au cisaillement : la tige non filetée est essentielle

La résistance au cisaillement est le point où la différence devient la plus significative dans la pratique. Lorsqu'un boulon est chargé en cisaillement - comme dans un assemblage à recouvrement, un assemblage de poutre ou une application d'axe de chape - le plan de cisaillement passe idéalement par le tige non filetée sur tout le diamètre , pas via la racine du thread. Un fond de filetage dans le plan de cisaillement réduit la surface de cisaillement efficace d'environ 20 à 30 % par rapport à la section transversale complète de la tige. Placer un boulon entièrement fileté dans un joint de cisaillement où la racine du filetage traverse le plan de cisaillement est une erreur de spécification structurelle. Des normes telles que AISC360 et EN 1993-1-8 tous deux font la distinction entre les plans de cisaillement passant par la tige (capacité supérieure) et les plans de cisaillement passant par le filetage (capacité inférieure) dans leurs tableaux de capacité des boulons.

Ajustement et alignement dans le joint

La tige lisse d'un boulon à filetage partiel est fabriquée selon une tolérance qui lui permet de s'adapter parfaitement à un trou alésé ou percé avec précision, offrant ainsi un alignement précis entre les éléments connectés. Les boulons à filetage complet, avec leur géométrie hélicoïdale sur toute la longueur, ne peuvent pas fournir la même précision de positionnement et ne conviennent pas aux applications de boulons à tolérance étroite ou ajustés où le mouvement latéral doit être contrôlé.

Normes de longueur filetée : ce que les spécifications spécifient réellement

La longueur filetée des boulons à filetage partiel est calculée par des formules standard, non sélectionnées arbitrairement. Comprendre ces formules aide les ingénieurs à vérifier que la section filetée s'engage complètement dans l'écrou tandis que la tige occupe l'interface du joint.

Un exemple pratique : un Boulon M20 × 100 mm selon ISO 4014 a une longueur filetée de 2(20) 6 = 46mm , laissant une tige non filetée de 54 mm. Si la longueur de serrage du joint est de 50 mm et qu'une hauteur d'écrou M20 standard de 16 mm est utilisée, l'engagement du filetage est de 46 − (100 − 50 − 16) = suffisant — mais le calcul doit toujours être vérifié par configuration de joint pour garantir que la tige, et non le filetage, se trouve dans le plan de cisaillement.

Comparaison côte à côte : fil complet et fil partiel

Applications du monde réel : quel type appartient à où

Le choix entre filetage complet et filetage partiel devient simple une fois que la charge du joint est comprise. Les exemples suivants illustrent où chaque type est correctement appliqué.

Utilisez des boulons hexagonaux à filetage complet lorsque :

• Seule la force de serrage est requise : Les connexions à bride, les plaques de montage d'équipement et les joints sans cisaillement où le boulon est chargé uniquement en tension bénéficient d'un filetage complet, car l'écrou peut être positionné n'importe où le long de la tige pour s'adapter à différentes épaisseurs de matériau.
• Enfilage dans un trou taraudé : Lorsque le boulon se visse directement dans un trou borgne taraudé ou un insert fileté, le filetage complet maximise la longueur d'engagement et la résistance à l'arrachement.
• Boulons courts de moins de 40 mm : Sur de courtes longueurs, la partie filetée dérivée de la formule occuperait de toute façon presque toute la tige, ce qui ferait d'un boulon à filetage complet l'option de fourniture standard et un choix pratique.

Utilisez des boulons hexagonaux à filetage partiel lorsque :

• Connexions structurelles en acier : Les assemblages poutre-colonne, les goussets et les joints de cadre de moment sous conception AISC ou Eurocode sont spécifiés avec des boulons à filetage partiel - généralement ASTM A325 ou A490 (impérial) ou ISO 8.8 ou 10.9 (métrique) — où la tige se trouve dans le plan de cisaillement entre les plaques connectées.
• Machines avec charges de cisaillement dynamiques : Les carters de boîte de vitesses, les supports de moteur et les équipements rotatifs où des forces latérales cycliques agissent sur l'articulation nécessitent que la section transversale complète de la tige résiste au cisaillement provoqué par la fatigue.
• Applications d'alignement de précision : Les bancs de machines-outils CNC, les plaques de gabarit et de fixation et les supports d'équipement optique utilisent des trous alésés avec des boulons filetés partiels à tolérance étroite pour maintenir la précision de position sous charge.
• Ponts et infrastructures civiles : Les boulons structurels à haute résistance dans les assemblages de poutres de pont sont toujours à filetage partiel, avec un engagement de tige dans les plaques d'épissure spécifié explicitement dans les dessins de conception d'assemblage.

L'erreur de spécification la plus courante – et comment l'éviter

L'erreur la plus fréquente dans la sélection des boulons est spécification d'un boulon à filetage partiel avec une longueur de tige insuffisante de sorte que le fond du filet finisse par traverser le plan de cisaillement du joint. Cela se produit lorsque le boulon est trop court pour la longueur de serrage, ou lorsque des rondelles ou des plis supplémentaires sont ajoutés à un joint existant sans réévaluer la longueur du boulon.

La règle de vérification est simple : la longueur de la tige non filetée doit être égale ou supérieure à la longueur totale du manche (somme de tous les plis serrés, plus toute épaisseur de rondelle). La partie filetée doit s'étendre suffisamment au-delà de la face de l'écrou pour obtenir un engagement complet du filetage - un minimum de un pas de filetage La saillie du filetage au-delà de l'écrou constitue le contrôle d'assemblage standard.

Par exemple, dans un joint de cisaillement à double recouvrement avec deux Plaques d'acier de 12 mm et one Rondelle de 3 mm sous l'écrou, la longueur minimale de tige requise est de 12 12 3 = 27mm . Un boulon dont la longueur filetée commence à 20 mm de l'extrémité placerait la racine du filetage à l'intérieur de l'interface de joint – une spécification incorrecte qui doit être corrigée en sélectionnant un boulon plus long ou un boulon avec une tige plus longue.

Les niveaux de résistance s'appliquent aux deux types, mais interagissent différemment

Les boulons hexagonaux à filetage complet et à filetage partiel sont disponibles dans toute la gamme de qualités de résistance standard. Le marquage de qualité sur la tête du boulon s'applique quelle que soit la configuration du filetage.

Une interaction importante : dans un boulon à filetage partiel, l'augmentation de la qualité augmente la capacité de traction et de cisaillement au niveau de la section filetée, mais le la capacité de cisaillement de la tige est régie par la section transversale de la tige et la résistance au cisaillement du matériau - pas uniquement par la notation des notes. Un boulon à filetage partiel de qualité inférieure de plus grand diamètre peut surpasser un boulon de qualité supérieure plus petit dans les joints dominés par le cisaillement. Calculez toujours la capacité de cisaillement à partir des premiers principes pour les connexions critiques plutôt que de vous fier uniquement à la qualité.

Résumé : Choisir entre un thread complet et un thread partiel

Le cadre décisionnel est simple lorsqu’il est appliqué de manière cohérente :

• Si le joint est chargé principalement en tension et grip length may vary — use full thread.
• Si l'articulation porte charge de cisaillement à travers l’interface du boulon – utilisez un filetage partiel et vérifiez que la longueur de la tige couvre toute la poignée.
• Si précision de position entre les membres est nécessaire – utilisez un filetage partiel dans un trou alésé à tolérance étroite.
• Si the bolt is court (généralement inférieur à 40 mm pour M12 et inférieur) — le filetage complet est la fourniture standard et convient à la plupart des utilisations sans cisaillement.
• Ne présumez jamais que les deux types sont interchangeables applications de charges structurelles ou dynamiques sans vérifier quel plan de cisaillement occupe la racine du filetage.

La différence structurelle entre les boulons hexagonaux à filetage complet et à filetage partiel n'est pas visible à l'œil nu une fois le joint assemblé, mais ses conséquences sous charge sont mesurables et, dans les applications critiques, la différence entre une connexion qui fonctionne comme prévu et une autre qui ne le fait pas.