Brevet FR2530708A1 — publié le 19840127

L'invention concerne le roulage d'un filetage sur un fer à empreintes, et elle a trait plus particulièrement à un procédé de production d'un filetage mâle sur un fer à empreintes de section sensiblement circulaire, dont la surface présente une ou plusieurs nervures ou autres déformations. Il existe de nombreuses applications dans lesquelles un tronçon de fer laminé à chaud ou à froid, présentant des déformations de surface et communément appelé sous le nom ibérique de "fer à empreintes", nécessite la formation d'ui filetage sur une certaine longueur. Le fer est du type portant communément des nervures disposées en chevron, forme sur sa surface et associées souvent à une ou plusieurs nervures longitudinales, et un tel fer est utilisé pour armer le béton et pour d'autres applications telles que la fabrication de boulons d'ancrage dans l'industrie minière et dans le génie civil. Les procédés actuels pour produire par roulage un tronçon fileté sur un fer à empreintes exigent l'élimination des empreintes avant le roulage (d'autres procédés de formation de filets, tels que des procédés de coupe, éliminent également les empreintes pour produire un filetage normal). Un procédé connu, normalement utilisé pour produire un tel fer fileté devant être utilisé comme boulons ancrés à la résine ou au ciment, sera à présent décrit. Un acier pour coffrage (par exemple un acier d'armature du béton, correspondant à la norme australienne AS1302/1977) est coupé à longueur et tourné au diamètre de roulage des filets (par exemple 21,7 mm pour un filet normal de 24 mm ; 14,4 mm pour un filet normal de 16 mm etc.) sur une longueur d'environ 160 mm, à une extrémité de l'acier. Un filet est ensuite formé par roulage sur le tronçon usiné afin de permettre sa mise en tension au moyen d'un écrou. Les empreintes restantes réalisent un blocage mécanique dans le massif d'ancrage lorsque le boulon est posé. Un autre procédé pour produire des boulons à ancrage à la résine ou au ciment sera à présent décrit. Un acier rond et plein est coupé à longueur et est fileté par roulage à une extrémité, sur environ 150 mm, afin de pouvoir être placé en tension au moyen d'un écrou. A l'autre extrémité, des empreintes, se présentant généralement sous la forme d'un filet qui s'étend jusque 900 mm sur la longueur du boulon, sont formées pour assurer un blocage mécanique dans la résine ou le ciment d'ancrage. En ce qui concerne les boulons produits par le premier procédé cité ci-dessus, en raison des dimensions des fers ou aciers à empreintes actuellement disponibles dans le commerce, il est nécessaire de réduire le diamètre de la tige à une valeur demandée pour qu'il soit possible d'y réaliser par roulage un filetage mâle se un filetage de dimension normale est exigé. Un inconvénient de ce procédé est qu'il est coûteux d'éliminer les empreintes et de dimensionner le fer avant le roulage, du fait du travail et des équipements demandés.Ce procédé de production présente un autre inconvénient concernant le coQt, car la résistance du boulon est ramenée à la résistance présentée par ce même boulon à son point de plus faible section (c'est-à-dire le diamètre de pied du tronçon fileté) et ce diamètre est notablement plus petit que le diamètre effectif du fer initial, de sorte qu'une grande partie de la matière du tronçon non usiné du fer à empreintes est ainsi gaspillée.Un autre inconvénient de ce procédé de production est que, lorsqu'on utilise comme boulon d'ancrage dans des applications minières ou de génie civil, un fer ou acier à empreintes existant, présentant une extrémité filetée, les formes d'empreintes actuellement disponibles n'assurent pas une rétention optimale de la résine ou du ciment dans la zone d'ancrage, car une rotation des nervures disposées en chevron peut faire apparaître des cavités remplies d'air qui réduisent la surface d'adhérence et la force de l'ancrage. En ce qui concerne les boulons produits par le second procédé décrit ci-dessus (c'est-à-dire formés à partir d'un acier rond et plein), les filets supplémentaires destinés au blocage ferme dans la-résine ou le ciment d'ancrage de la seconde extrémité du boulon sont-formés à un coût supérieur à celui que l'on atteint avec des boulons produits à partir d'un acier à empreintes et sur lesquels il suffit de réaliser un tronçon fileté. Etant donné que le tronçon du milieu de l'acier ne présente pas de filetage ou d'empreintes, la souplesse d'application est limitée car, s'il faut poser un boulon plus court, il est impossible de raccourcir le boulon sans réduire la longueur de la liaison d'ancrage.De même, s'il faut accroître la longueur de l'ancrage d'un boulon donné, une limite apparaît car, au-delà d'un certain point, l'augmentation de la quantité de résine ou de ciment d'ancrage n'entraîne pas un accroissement notable de la force de l'ancrage, car cette matière supplémentaire est en contact avec le tron çon non fileté du fer ou de l'acier. L'invention a donc pour objet un procédé de production de fers ou d'aciers à empreintes filetés, éliminant ou minimisant les inconvénients indiqués ci-dessus, d'une manière simple mais efficace, ou bien offrant au moins un choix utile. L'invention concerne donc un procédé de production d'un acier ou fer à empreintes fileté, qui consiste à réaliser par roulage un filet directement sur au moins un tronçon de l'acier à empreintes, sans opération intermédiaire. Le procédé consiste d'abord à choisir un fer ou un acier à empreintes de section convenable pour permettre le roulage d'un filet ayant la configuration souhaitée. Cette-section est de préférence telle que le volume de matière par unité de longueur de l'acier est sensiblement égal au volume de matière par unité de longueur demandé au tronçon fileté de l'acier. La sélection d'un acier à empreintes de section convenable consiste de préférence à choisir une configuration d'empreintes qui convient à une utilisation avec une matière d'ancrage pouvant durcir, par exemple un ancrage-constitué de mortier de ciment ou de resine dans le cas de la réalisation d'une armature ou d'un conforte ment de terrain par boulonnage. Le choix de la configuration des empreintes consiste avantageusement à sélectionner une configuration d'empreintes comprenant une ou plusieurs nervures hélicoi- les formées sur l'acier, et plus particulièrement à choisir une ou plusieurs nervures hélicoidales de pas opposé à celui du filetage. L'invention concerne également un fer ou acier à empreintes fileté, produit par le procédé décrit cidessus. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 est une vue partielle de côté du tronçon extrême fileté du fer ou de l'acier à empreintes selon l'invention ; et les figures 2A, 2B et 2C sont, respectivement, une vue de côté dans un premier plan, une vue de côté dans un autre plan perpendiculaire au premier plan, et une coupe suivant la ligne A-A de la figure 2A. Dans la forme préférée de réalisation de l'invention, un filetage est formé sur un fer ou acier à empreintes de la manière suivante : l'acier 1 à empreintes est choisi de manière à avoir une aire moyenne globale, en-sect:ion droite, sensiblement égale à celle que l'on souhäite pour le tronçon fileté de l'acier. Bien que la forme et la; con- figuration réelles des empreintes ne soient trop limitées, étant donné que de nombreuses formes possèdent une telle relation géométrique, on utilise de préférence un fer ou acier 1 à empreintes de conception particulière, -convenant particulièrement à une utilisation comme boulon d'ancrage dans des opérations de génie minier àu de génie civil, la configuration des empreintes étant particulièrement avantageuse pour le mélange et la rétention de résine de polyester ou de mortier de ciment liquide dans la zone d'ancrage et pour une liaison améliorée de l'ancrage après durci-ssement.Dans cette forme de réalisation de l'invention, les empreintes se présentent sous la forme de deux nervures hélicoldales 2 et 4 de pas à gauche. Les empreintes peuvent, en varianté, être cons tituées d'une seule nervure hélicoidale ou de trois nervures hélicoidales ou plus. Une ou plusieurs nervures longitudinales 5 peuvent être également utilisées et les nervures hélicoidales 2 et 4 peuvent présenter une discontinuité à leur jonction 6 avec les nervures 5, comme indiqué par le décalage des parties 2A et 2B de la nervure 2. Comme représenté sur la figure 2A, les nervures hélicoïdales peuvent être totalement décalées à l'emplacement d'une nervure longitudinale. Les nervures hélicoidales 2 et 4 sont choisies de manière à être de pas opposé à celui du file- tage demandé.L'acier 1 est ensuite passé dans une machine de filetage par roulage, sans autre traitement, et cette machine réalise par roulage, sur l'acier, un tronçon fileté 3 de pas à droite. Ni les empreintes 2 et 4, ni la nervure longitudinale 5 ne sont retirées par tournage, forgeage ou roulage avant la réalisation du tronçon fileté 3 et l'acier n'est pas amené à la dimension demandée par tour- nage, forgeage ou roulage avant l'exécution de l'opération de roulage des filets. Cette opération déplace, par déformation à froid, la matière des nervures initiales 2, 4 et 5, et elle donne à cette matière, ainsi qu'à la matière provenant d'une partie du corps de l'acier, la forme d'un filet. Le filetage ainsi produit permet le montage d'un organe taraudé d'accouplement, par exemple un écrou.Ce procédé de production d'un acier à empreintes fileté permet de former rapidement et à bon marché le tronçon fileté, avec un temps de fabrication minimal et sans aucune perte de matière première. La forme préférée de réalisation comporte des nervures héricoldales 2 et 4 de pas à gauche, et un filetage 3 de pas à droite. Cependant, si le filetage est de pas à gauche, il est souhaitable que les nervures aient un pas à droite. Les raisons pour lesquelles les pas des nervures et du filetage sont opposés sont que, tout d'abord, le filetage est plus aisé à former et, ensuite, lors de l'utilisation de boulons ancrés à la résine, il est courant de mélanger les différentes parties du contenu d'une cartouche de résine d'ancrage en faisant tourner le boulon dans le même sens que celui du serrage de l'écrou, de sorte que, si le filetage et les nervures hélicoidales avaient le même pas, la résine ou le ciment d'ancrage tendrait à être refoulé au-delà de l'extrémité du trou sous l'action de vissage.Dans la forme préférée de réalisation, toute action de vissage tend à retenir la résine ou le ciment d'ancrage dans le trou. Etant donné que les boulons connus, produits à partir d'un fer ou d'un acier à empreintes, comportent un tronçon fileté de diamètre sensiblement réduit, leur résistance globale est considérablement inférieure à celle de l'acier initial. Etant donné que le procédé de l'invention n'exige pas l'enlèvement de matière dans la zone à fileter, il permet d'obtenir un acier ou un boulon de plus grande résistance ou, en variante, il permet d'utiliser moins de-matière pour la fabrication de boulons d'une résistance donnée, ce qui entraîne une économie importante. Le procédé de l'invention permet également de fileter des fers ou aciers normaux d'armature du béton. Les tiges utilisées pour les fers d'armature du béton sont généralement produites en dimensions normalisées, par exemple conformément à la norme australienne AS1302/1977. Cependant, les filetages ainsi formés peuvent ne pas correspondre à des normes et il peut être alors nécessaire de produire des écrous spéciaux. Les boulons filetés produits par le procédé décrit ci-dessus présentent des caractéristiques qui diffèrent de celles des boulons connus, produits à partir d'un fer ou d'un acier à empreintes, après que les empreintes ont été retirées et après que ce fer ou cet acier a été dimensionné, ces caractéristiques étant les suivantes 1. Dans le cas de boulons connus, le diamètre moyen du tronçon fileté est inférieur à celui du tronçon à empreintes de l'acier ; ceci peut être simplement déterminé par comparaison des poids par unité de longueur de chaque tronçon. 2. Les mat-rices de roulage des filets ne sont pas normalement tout à fait "remplies" de matière pendant la formation des filets ; par conséquent, lorsque des filets sont réalisés par roulage direct d'un acier- à empreintes, un filet légèrement plus plein est formé au point de colncidence entre un évidement de la matrice de formage et une nervure de l'acier en cours de filetage. Bien qu'il n'en résulte aucune variation de la résistance du filet ainsi formé, la légère différence de hauteur présentée entre les filets est décelable. 3. Dans le cas de boulons connus, une partie du tronçon usiné est normalement visible entre le tronçon fileté et le tronçon à empreintes non usiné, cette partie correspondant à un espace compris entre les matrices de roulage et le tronçon a empreintes de l'acier. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Fer ou acier, comprenant des empreintes de surface, caractérisé en ce que les empreintes (2, 4) sont d'une configuration et d'un emplacement tels qu'un filet normal (3) peut être réalisé sur le fer sans avoir tout d'abord à éliminer lesdites empreintes. 2. Fer ou acier selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa section transversale est sensiblement la même que celle, correspondant au volume de matière par unité de longueur, nécessitée pour le fer après formation du filet (3) sur au moins une de ses extrémités. 3. Fer ou acier selon la revendication l ou 2, caractérisé en ce que les empreintes sont constituées par une ou plusieurs nervures hélicoïdales (2, 4) qui s'avancent en suivant l'axe longitudinal dudit fer. 4. Fer ou acier selon la revendication 3, caractérisé en ce que les nervures (2, 4) ont un pas opposé à celui du filet (3).