Principes de bases des vis et types de vis

Bien que largement utilisées, les vis figurent souvent parmi les composants les moins pris en compte en électronique. Pourtant, ce n'est pas pour rien que DigiKey propose plus de 13 000 types de vis différents. Les vis sont utilisées pour maintenir des circuits imprimés, fixer des panneaux de recouvrement et monter des connecteurs. Contrairement aux composants électroniques, les vis ne sont pas marquées. Il faut donc apprendre à les identifier.

Au collège, alors que j'apprenais le code de couleur des résistances, mon père, machiniste de profession, m'enseignait ce qu'était une vis mécanique n°6-32. Ce talent s'est révélé très utile. Si vous avez oublié ce que vous avez appris ou si vous ne connaissez rien aux vis, cet article vous donnera des notions de base.

Notions de base sur les vis

La vis est un élément de fixation qui présente une rainure hélicoïdale, appelée filet, à l'extérieur d'une tige cylindrique. Elle se couple à une rainure hélicoïdale inverse à l'intérieur d'un trou cylindrique, soit dans un corps solide, soit dans un petit objet appelé écrou. Le fait de tourner la vis dans le trou fileté correspondant permet de faire avancer la vis dans la surface de couplage. Si la vis est d'abord insérée dans un objet, le fait de tourner la vis jusqu'à joindre l'objet et la surface de montage permet de monter l'objet sur la surface (Figure 1).

Figure 1 : Dessin d'une vis mécanique typique à tête ronde montrant ses principales spécifications. (Source de l'image : Art Pini)

Les spécifications clés d'une vis sont son diamètre principal, son pas de vis (ou son nombre inverse de filets par unité de longueur) et sa longueur. Le diamètre principal est le diamètre mesuré à l'extérieur des filets de la vis. Le pas de vis est la distance sur laquelle la vis avance en un tour ou la distance entre les pics de deux filets adjacents. L'inverse du pas de vis est le nombre de filets par unité de longueur. Aux États-Unis et au Canada, l'unité de longueur est le pouce (po). Dans les pays utilisant des spécifications métriques, l'unité de longueur est le millimètre (mm). La longueur de la vis est la distance entre le bas de la vis et le plan de référence. Le plan de référence est l'endroit où la vis entre en contact avec la surface de couplage. Pour les vis à tête ronde et les vis similaires, il se trouve à la base de la tête de la vis, comme indiqué sur l'illustration. Pour les vis à tête plate, qui s'enfoncent dans des trous fraisés, il se situe en haut de la tête de la vis.

Normes de filetage

La norme de filetage la plus couramment utilisée en Amérique du Nord est la norme de filetage unifié (Unified Thread Standard, UTS). Les vis UTS sont spécifiées par leur diamètre nominal et leur nombre de filets. Par exemple, une vis de ¼-20 a un diamètre de ¼ de pouce et 20 filets/po. Les vis dont le diamètre est inférieur à ¼ de pouce sont spécifiées par un nombre entier compris entre 0 et 16. Les vis dont le diamètre est inférieur à 0 sont décrites par les nombres 00, 000 et 0000. À titre d'exemple, les vis utilisées dans les lunettes sont généralement des vis 00-72.

La norme UTS prévoit plusieurs nombres de filets pour chaque diamètre de vis. Les nombres de filets les plus faibles ou aux pas les plus gros sont désignés par le terme UNC (Unified Coarse Thread). Les vis avec un pas plus fin sont désignées par le terme UNF (Unified Fine Thread) (Tableau 1).

Tableau 1 : Dimensions des vis selon la norme UTS. (Source du tableau : Art Pini)

Le Tableau 1 montre que pour chaque diamètre de vis, il existe deux nombres de filets possibles. Une vis n°10 est ainsi disponible avec 24 ou 32 filets/po.

Le diamètre absolu des vis utilisant un nombre entier pour le calibre peut être calculé en multipliant le calibre par 0,013 et en ajoutant le résultat à 0,060 po. Ainsi, une vis n°6 a un diamètre de (6 x 0,013) + 0,060 = 0,138 po.

Il existe également une norme métrique pour les vis. Les vis concernées sont désignées par la lettre M, suivie du diamètre principal de la vis en mm, puis du pas de vis, également en mm (Tableau 2).

Tableau 2 : Diamètres et pas de vis métriques pour les vis à gros pas et à pas fins. (Source du tableau : Art Pini)

Le filetage à pas fin offre davantage de choix de diamètres de vis que le filetage à gros pas, mais seuls les diamètres qui se chevauchent sont présentés dans le Tableau 2. Comme pour les vis de la norme UTS, les vis de la norme métrique sont disponibles en deux pas de vis pour chaque diamètre. Rappelez-vous : le pas de vis est l'inverse du nombre de filets par mm.

Forme des têtes de vis et types d'empreinte

Les vis sont fabriquées avec différentes formes de tête. Chaque forme présente des avantages qui lui sont propres. Par exemple, une vis à tête plate est généralement fraisée de manière à ce que la tête soit complètement sous la surface dans laquelle la vis est enfoncée. Cela permet d'éviter toute saillie au niveau de la surface. Les types de tête de vis les plus couramment utilisés dans l'assemblage électronique sont illustrés ci-dessous à la Figure 2.

Figure 2 : Quelques exemples de types de têtes de vis typiques. Le type de tête de vis utilisé dépend généralement de l'application. (Source de l'image : Art Pini)

En plus de la forme de la tête de vis, les vis sont désignées par le type d'empreinte. Le type d'empreinte détermine la nature de l'outil utilisé pour tourner la vis (Figure 3).

Figure 3 : Le type d'empreinte de la vis détermine le couple maximum qui peut être appliqué à la tête de la vis. Il détermine également le type d'outil utilisé pour tourner la vis. Certains des types d'empreinte les plus fréquemment utilisés sont présentés ici. (Source de l'image : Art Pini)

Tous les types d'empreinte présentés, à l'exception de la tête hexagonale, nécessitent un tournevis approprié. Les vis à tête hexagonale requièrent l'utilisation d'une clé ou d'un tournevis à douille. C'est l'application qui détermine le choix du type d'empreinte.

La plupart des vis s'enfoncent lorsqu'elles sont tournées dans le sens des aiguilles d'une montre. C'est ce qu'on appelle un filetage à droite. Il existe également le filetage à gauche, moins courant, où la vis s'enfonce lorsqu'elle est tournée dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.

Types de vis rencontrées en électronique

Étant donné le grand nombre de sous-assemblages utilisés en électronique, de nombreux types de vis sont évidemment nécessaires pour les maintenir ensemble (Figure 4).

Figure 4 : Types de vis fréquemment utilisés dans les assemblages électroniques. (Sources de l'image : B&F Fastener Supply, RAF electronic-hardware et Pomona Electronics)

La vis mécanique : comme son nom l'indique, ce type de vis sert à fixer mécaniquement des composants dans des machines, des véhicules, des dispositifs électroniques et des appareils électroménagers. Elle peut par exemple servir à fixer une carte à circuit imprimé sur une entretoise filetée. La vis PMS-632-0075-PH de B&F Fastener Supply illustrée à la Figure 4 (à gauche) est une vis mécanique à tête cylindrique large, à empreinte cruciforme, n°6-32 de ¾ po de long.

La vis à tôle autotaraudeuse, la deuxième en partant de la gauche, est une vis 6X1/2 HHSMS de B&F Fastener Supply. Il s'agit d'une vis à tête hexagonale n°6 d'une longueur de ½ po. Les vis à tôle sont utilisées pour assembler des composants en tôle comme des châssis ou des boîtiers. Elles s'insèrent dans des éléments en tôle à l'aide de petits avant-trous seulement. Les vis découpent leurs propres filets internes à mesure qu'elles sont vissées.

La vis à panneau, la troisième en partant de la gauche, permet de maintenir un panneau amovible en place. Il s'agit d'une forme de vis à épaulement. La partie supérieure de la vis, appelée tige, n'est pas filetée, car elle est destinée à passer dans un trou dans le panneau et à tourner librement pendant que la partie filetée fixe le panneau au trou de montage fileté. La vis illustrée est la vis à panneau 0100-SS n°4-40 de RAF Electronic Hardware, d'une longueur de 21/32 po.

Le dernier exemple est une vis de pression. Les vis de pression permettent de fixer des composants rotatifs comme des boutons, des engrenages et des cames sur un arbre. Ce sont des vis sans tête qui nécessitent généralement des tournevis plats ou des clés Allen. La vis de pression à tête fendue n°8-32 4914 de Pomona Electronics, la plus à droite, est un bon exemple.

Conclusion

Il ne s'agit là que de quelques-uns des types de vis disponibles. J'espère que ce guide d'identification des vis vous sera utile pour choisir la bonne vis lors de votre prochain projet de conception.