L'assemblage de pièces métalliques est une étape cruciale dans la fabrication de nombreux produits et dans la phase de montage de vos créations. Allant des structures architecturales aux équipements industriels en passant par les produits de consommation courants, la manière dont les éléments sont reliés influence directement la robustesse, la durabilité et l'esthétique finale de l'objet. Il existe de nombreux moyens de fixer rapidement et efficacement deux pièces ensembles, chacun de ses moyens ayant ses propres avantages et inconvénients. Choisir le système de fixation adéquat parmi la pléthore d'options disponibles - rivets, écrous à sertir, inserts filetés, vis, boulons - n'est pas toujours évident. C'est pourquoi nous passerons en revue les différentes options d'assemblage et de fixation qui se présentent à vous, en explorant les diverses techniques et les situations dans lesquelles elles sont les plus appropriées, tout en détaillant leurs avantages et leur utilisation.
Le Rivet : Un Pilier de la Fixation Mécanique
Les rivets, souvent appelés rivets pop ou rivets aveugles, figurent parmi les moyens de fixation les plus répandus pour assembler rapidement deux pièces de métal. Leur simplicité d'utilisation est un atout majeur, ne nécessitant généralement qu'une pince à riveter, qu'elle soit manuelle, électrique ou pneumatique. De plus, les rivets sont relativement peu coûteux et permettent de fixer des pièces métalliques de différentes épaisseurs, bien qu'ils soient particulièrement recommandés pour les tôles plus fines.
Historiquement, le rivetage est une technique ancestrale utilisée depuis des millénaires. Son origine remonte à l'époque où les métaux commençaient à être intensivement utilisés, évoluant des clous traditionnels. Autrefois, le rivetage à chaud était la norme : un rivet chauffé au rouge était inséré dans un trou traversant les pièces à assembler. La tête était ensuite martelée, et l'extrémité de la tige s'écrasait pour former une seconde tête, assurant ainsi une fixation solide. Cette méthode garantissait un assemblage particulièrement robuste. Le rivetage à froid existe également, mais il requiert un accès aux deux côtés des matériaux à assembler.
Il existe plusieurs grandes familles de rivets, distinguées par leur mode de pose et leur structure :
- Les rivets pleins (massifs) : Fabriqués d'un matériau très plastique, ils peuvent être posés à froid ou à chaud. Ils offrent la résistance mécanique maximale à diamètre équivalent car leur corps entièrement massif transmet les efforts sans point faible. C'est pourquoi ils sont encore utilisés dans les constructions métalliques lourdes, la charpente industrielle et certaines applications aéronautiques critiques.
- Les rivets doubles : Composés de deux pièces distinctes, l'une avec une tige creuse et l'autre avec une tige pleine, ils sont souvent en laiton ou en plastique et possèdent deux têtes. L'assemblage s'effectue par traction.
- Les rivets aveugles (ou rivets pop) : Ils représentent une évolution révolutionnaire, notamment du rivet double. Ces rivets, souvent constitués d'un corps creux et d'une tige centrale appelée mandrin, sont conçus pour être posés lorsque l'on n'a pas accès à l'arrière de l'assemblage, d'où leur nom "aveugle". Le terme "rivet borgne" est un synonyme courant dans le milieu professionnel. Le terme "rivet pop" est quant à lui un nom de marque devenu générique pour désigner ces rivets aveugles. L'utilisation d'une pince à riveter permet de tirer sur le mandrin, qui déforme l'extrémité du corps creux pour former une contre-tête. Le mandrin se rompt ensuite au niveau d'une gorge calibrée. Ces rivets s'utilisent par exemple lorsque les pièces à riveter ne sont accessibles que d'un seul côté.
- Les rivets semi-tubulaires : Leur corps présente un creux partiel qui facilite la déformation lors de la pose.
- Les rivets tubulaires : Le corps de ces rivets est entièrement creux sur une grande partie de sa longueur. Cette conception facilite la déformation (réduisant l'effort de pose de 30 à 50% par rapport à un rivet plein équivalent) et trouve des applications spécifiques, comme l'assemblage de textiles épais ou lorsque le passage d'un câble à travers le rivet est nécessaire après montage.
- Les rivets structurels : Ils combinent la pose aveugle avec une haute résistance mécanique, offrant un meilleur compromis que les rivets pop standard. Ils peuvent atteindre des résistances au cisaillement et à la traction 2 à 3 fois supérieures aux rivets pop classiques à diamètre équivalent, se rapprochant des performances du boulonnage, tout en conservant l'avantage de la pose unilatérale. Contrairement au rivet aveugle standard où le mandrin se rompt et peut tomber, le rivet structurel conserve généralement son mandrin en place, contribuant à la résistance globale de l'assemblage.
L'utilisation du Rivet Pop
La pose d'un rivet aveugle, le type le plus courant, se déroule en quatre étapes principales :
- Perçage du trou : Il faut réaliser un trou dont le diamètre est légèrement supérieur à celui du rivet, généralement environ 10% plus grand. La règle pour percer au bon diamètre est de faire un trou "10% plus grand que le diamètre du rivet et arrondir au 1/2 mm pour sélectionner le foret. Par exemple, pour un rivet de 4 mm, le trou devrait être d'environ 4,4 mm.
- Insertion du rivet : Le rivet est ensuite inséré dans le trou jusqu'à ce que sa tête soit en appui complet sur la pièce.
- Utilisation de la riveteuse : Le mandrin du rivet est engagé dans la riveteuse (manuelle, pneumatique ou électrique).
- Sertissage et rupture du mandrin : En actionnant la riveteuse, le mandrin est tiré. Il déforme l'extrémité du corps du rivet pour créer la contre-tête arrière, puis se rompt au niveau d'une gorge calibrée.
Il est important de noter que le rivetage est un procédé qui crée un assemblage normalement indémontable. Pour retirer un rivet aveugle, la méthode la plus courante consiste à percer sa tête avec un foret de diamètre légèrement supérieur à celui du mandrin, puis à chasser le corps du rivet. Pour un rivet plein, il faut généralement meuler ou fraiser la tête avant de chasser le corps.
Comment le rivet attche les objets
Le rivetage, loin d'avoir disparu, s'est transformé et spécialisé. Si les grandes structures métalliques privilégient désormais le boulonnage haute résistance pour sa rapidité et sa réversibilité, le rivetage reste omniprésent dans l'automobile (carrosserie, châssis), l'aéronautique (fuselages, structures), la tôlerie industrielle, l'électronique et le mobilier métallique. L'invention du rivet aveugle a particulièrement élargi ses champs d'application. La durée de vie d'un assemblage riveté dépend du choix du matériau du rivet et de son environnement d'utilisation. En milieu sec, des rivets en acier zingué ou en aluminium/acier peuvent durer plusieurs décennies. En milieu humide ou extérieur, les rivets en inox A2 offrent une durabilité de 15 à 25 ans, tandis que les rivets en inox A4 en environnement marin peuvent atteindre 25 à 30 ans, voire plus.
La conception du joint est essentielle pour obtenir des performances SPR (Self-Piercing Riveting) fiables. L'implication des spécialistes en assemblage dès la phase de développement garantit que les assemblages répondent aux attentes en matière de performances. Le rivetage auto-perçant (SPR) est une technologie d'assemblage qui permet de joindre plusieurs matériaux sans pré-perçage ni apport thermique. Pendant le processus SPR, le rivet est entraîné à travers plusieurs couches de matériau et dans une matrice. La filière permet à la queue du rivet de s'évaser dans la couche inférieure, formant ainsi un assemblage solide et imbriqué qui assure une étanchéité à l'air et à l'eau. Il est crucial de mesurer et de surveiller les variables clés pour maintenir l'intégrité des articulations au fil du temps. Un test peut révéler qu'un joint reste stable avec une légère variation, permettant d'ajuster les tolérances.
L'Insert Fileté : La Modularité au Service de l'Assemblage
Les inserts filetés, également connus sous le nom de douilles auto-taraudeuses, constituent une autre méthode efficace pour fixer rapidement deux pièces de métal. Bien que plus coûteux que les rivets, ils offrent l'avantage appréciable d'être réutilisables et ajustables. Pour mettre en œuvre un insert fileté, il est nécessaire de réaliser une perforation de la taille adéquate dans l'une des pièces métalliques à assembler. L'insert est ensuite inséré dans ce trou, permettant ensuite de visser un boulon pour maintenir les deux pièces ensemble.
Cette solution est particulièrement pertinente pour les assemblages qui nécessitent d'être démontés et remontés fréquemment, car les inserts filetés et les douilles auto-taraudeuses peuvent être réutilisés plusieurs fois sans risque de déformation. La règle pour l'insert fileté est que le diamètre du trou percé détermine le diamètre du fût de l'insert.
L'Écrou à Sertir : Renforcement et Fixation Fiable
L'écrou à sertir est un élément de fixation qui s'insère dans une perforation préalablement réalisée dans les pièces de métal à assembler. Il est ensuite "serti" à l'aide d'un outil spécifique, une sertisseuse (disponible en version manuelle, sur batterie ou pneumatique), qui vient déformer les bords de la perforation autour de l'écrou pour le maintenir fermement en place.
Les écrous à sertir permettent de renforcer les zones soumises à des charges importantes. Leur installation est simple et ils peuvent être utilisés pour des pièces de métal de différentes épaisseurs. Cependant, une fois installés, ils ne peuvent pas être retirés et ne sont pas ajustables. Pour les écrous à sertir filetés, la fixation des pièces se fait en insérant une vis dans le filetage. La règle pour l'écrou à sertir stipule que c'est le diamètre du trou percé qui détermine le diamètre du fût de l'insert.
Le Boulon et la Vis : Les Classiques Réversibles
Les boulons, tout comme les écrous à sertir, sont largement utilisés pour fixer deux pièces de métal. Pour leur mise en œuvre, il est nécessaire de percer des trous de la taille du boulon choisi dans les deux pièces à assembler. Le boulon est ensuite passé à travers ces trous, et les pièces sont serrées à l'aide d'une clé à douille ou d'une clé à pipe. Les boulons présentent l'avantage d'être réutilisables et ajustables, ce qui les rend particulièrement utiles pour les assemblages qui doivent être démontés et remontés fréquemment. Leur principal inconvénient réside dans la nécessité d'utiliser des outils spécifiques pour leur serrage et leur desserrage.
Les vis partagent de nombreuses similitudes avec les boulons, mais elles possèdent généralement un filetage sur toute la longueur de la tige, ce qui facilite leur vissage et dévissage. Pour utiliser une vis, il faut préalablement percer un trou de la taille de la vis dans les deux pièces de métal, puis passer la vis à travers les trous et la serrer à l'aide d'un tournevis. Comme les boulons, les vis sont réutilisables et ajustables, et sont donc idéales pour les assemblages nécessitant des démontages et remontages fréquents.
La règle générale pour la pose de boulons et d'écrous, dans le cas d'une fixation par filetage, est la suivante : « Le trou percé doit être plus petit que le diamètre extérieur de la vis afin que les filets puissent faire leur travail. » Par exemple, pour une vis M5, dont le diamètre est de 5 mm, le diamètre du trou doit être de 4,2 mm. Cette différence permet aux filets de la vis de mordre dans le matériau, assurant une fixation solide. En effet, la somme de 4,2 mm (diamètre du trou) et de 0,8 mm (profondeur de pénétration des filets) est égale à 5 mm (diamètre de la vis).
En résumé, le choix entre ces différentes méthodes d'assemblage dépendra des contraintes spécifiques de votre projet : la nécessité de démontage, la résistance requise, l'accès aux pièces, le coût et les outils disponibles. Chaque système offre une solution adaptée à des besoins variés, garantissant des assemblages fiables et durables.
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