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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2.1 Rappel des formules d’élasticité en symétrie axiale de révolution
Le frettage d’une bague sur un axe peut être traité, dans la mesure où la déformation est libre suivant la direction axialez, à l’aide des formules d’élasticité à deux dimensions en coordonnées polaires (r, θ) utilisant les notions suivantes :
les contraintes σr, σθ et τrθ sont définies comme rappelé par la figure 3. Ce sont les composantes des contraintes qui s’appliquent sur les facettes appelées respectivement radiale, de normale suivant le rayon vecteur (axe 1 de la figure 3a ) et orthoradiale de normale tangente au cercle de centre O passant par le point considéré (axe 2 de la figure 3b ) ;
les déformations εr, εθ et γrθ sont définies par rapport aux mêmes axes que les contraintes (figure 4) ;
le déplacement de tout point M dû aux sollicitations peut se décomposer dans le repère constitué par les axes 1 et 2 de la figure 4 en fonction des termes radial U et circonférentiel V :
d’où :
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Transmissions mécaniques – Assemblages frettés sur portée cylindrique – Fonction, réalisation, calcul.
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NF E 22-621
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décembre 2015
Transmissions mécaniques – Assemblages frettés sur portée conique – Fonction, réalisation, calcul.
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NF E 22-622
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décembre 1988
Assemblages frettés – Montage et démontage par pression d'huile.
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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.
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DIN 7190-1
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février 2017
Assemblages frettés – Partie 2 : Bases de calculs et règles de construction pour assemblages frettés coniques autobloquants.
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DIN 7190-2
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février 2017
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Bibliographie & annexes
Quiz & test
Pièces de révolution non cylindriques ou de longueurs différentes
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