Un assemblage par simple encliquetage produit un petit clic satisfaisant, gage de qualité et de professionnalisme. À l'inverse, un assemblage lâche et bruyant inspire la méfiance, signe que les pièces ont été forcées et non conçues pour un ajustement parfait.
N'utilisez pas les assemblages à enclenchement comme une solution de facilité, mais comme une alternative plus performante. Concevez-les pour leur robustesse, leur force de maintien optimale et pour que les contraintes restent inférieures à la limite admissible du matériau. Vous bénéficierez ainsi d'une fiabilité et d'une satisfaction utilisateur optimales pendant de nombreuses années.
Qu'est-ce qu'un joint à enclenchement rapide ?
Un système d'encliquetage est un système d'assemblage mécanique qui exploite l'élasticité naturelle d'un matériau pour connecter des composants.
Ce système comporte une partie saillante d'un de ses composants, également appelée partie mâle. Les éléments mâles sont généralement des perles, des crochets et des nervures.
Lors de l'assemblage, la partie mâle de la pièce est légèrement déviée pour s'emboîter dans un second composant doté d'une partie femelle.
Les systèmes à enclenchement rapide tirent parti des principes de conception pour l'assemblage, éliminant ainsi le besoin de vis et d'adhésifs.
C'est un système de fermeture élégant, mais intrinsèquement plus risqué. Si la conception est erronée, l'ajustement est définitivement compromis.
Caractéristiques principales des clips et leur fonctionnement
Poutre (Bras)
La poutre est le bras flexible du matériau. Elle assure l'effet de ressort lors de la déformation.
Lorsque le crochet heurte la rampe, la poutre s'éloigne de sa position et revient en place une fois que le crochet a franchi le rebord.
Lorsque la poutre est de nouveau droite, elle bloque le crochet derrière le rebord, assurant ainsi la fixation des pièces ensemble.
Le crochet
Il s'agit de la partie mâle du composant, qui assure la préhension. Des crochets plus larges permettent généralement d'obtenir des articulations supportant une charge plus importante.
Lors du montage, la partie inclinée à l'avant du crochet, appelée rampe d'entrée, déplace la poutre.
Le crochet est conçu pour permettre à la poutre de reprendre sa forme droite après son passage au-dessus du rebord de verrouillage du composant femelle.
Lorsque la poutre revient à sa position initiale, l'angle de rétention du crochet se bloque derrière le rebord, assurant ainsi une fixation solide des deux éléments.
Le Undercut
Le rebord de verrouillage présente une surface en retrait appelée gorge. Celle-ci est conçue pour retenir le crochet et assurer la solidité de l'emboîtement des deux composants.
Lors de l'assemblage, la rampe du crochet atteint le bord de la gorge. La gorge contraint la poutre à se courber vers l'arrière, et une fois que le crochet touche le rebord de l'assemblage, il s'enclenche.
Le filet de racine
Le congé de raccordement est le point de jonction entre la poutre et la partie principale. Il s'agit d'une transition arrondie qui permet de dissiper les contraintes exercées sur la poutre.
Lors de la déformation de la poutre, les contraintes se concentrent à sa base. Le congé de raccordement empêche la rupture de la poutre en répartissant ces contraintes sur une plus grande surface de la pièce.
Le dispositif d'arrêt/stabilisateur
Les pièces utilisant des joints à enclenchement rapide comportent généralement des butées ou des stabilisateurs, qui sont essentiellement des bosses qui régulent la course de l'assemblage.
Les stabilisateurs empêchent les composants de glisser trop loin. Ils fonctionnent de concert avec le crochet et la poutre (qui empêchent les composants de se séparer) pour éliminer les vibrations.
Joints à enclenchement permanents vs. joints à enclenchement amovibles
Les assemblages à enclenchement permanent sont conçus pour garantir la solidité de l'assemblage. Les composants s'emboîtent définitivement, ce qui les rend indispensables pour les pièces structurelles internes.
La face de retenue du crochet est taillée à un angle aigu de 90 degrés. Ceci empêche le crochet de se relever une fois le mécanisme de verrouillage activé.
Les fermetures à pression amovibles sont conçues pour assurer à la fois la sécurité et la facilité d'entretien.
Une fois une pièce verrouillée, elle peut être rouverte ultérieurement, comme dans le cas des boîtiers électriques ou des composants de batterie des télécommandes.
L'angle de retour des clips amovibles peut être compris entre 30 et 45 degrés.
En raison de la faible inclinaison de cet angle de retour, le crochet peut se déplacer du rebord lorsqu'un mécanisme de déclenchement est activé.
Types courants d'assemblages à enclenchement rapide
1. Fixations à enclenchement en porte-à-faux
Si vous voyez un assemblage à enclenchement rapide avec une poutre et un crochet à l'extrémité, il s'agit d'un assemblage à enclenchement rapide en porte-à-faux.
C'est le mécanisme d'enclenchement le plus prisé du secteur car son fonctionnement est prévisible et il est facile à mouler.
Comme nous l'avons vu précédemment, la poutre se courbe lors de l'assemblage et le crochet s'enclenche dans une gorge. Voilà comment ça fonctionne.
Choisissez ce système d'assemblage si vous recherchez simplicité et rapidité pour le montage des boîtiers de produits.
Il offre aux utilisateurs un retour tactile confirmant le verrouillage.
Mais sans un congé de raccordement correctement conçu, l'assemblage à enclenchement en porte-à-faux casse presque toujours après seulement une ou deux utilisations.
2. Fermetures annulaires à enclenchement
Les pièces circulaires comme les bouchons de bouteille utilisent des ajustements annulaires par encliquetage, où, au lieu d'une poutre de flexion, une arête à 360 degrés est utilisée sur la circonférence de la pièce.
Lors de l'assemblage, la nervure se dilate ou se contracte pour s'emboîter dans une rainure correspondante. Choisissez ce type d'assemblage pour les pièces qui doivent résister à des forces s'exerçant dans toutes les directions.
Les joints annulaires à enclenchement rapide peuvent être conçus pour assurer une étanchéité parfaite aux fuites et aux gaz.
Cependant, ils nécessitent des matériaux capables de résister à un étirement radial important sans se rompre (par exemple, le polypropylène (PP) ou le polyéthylène (PE) ).
3. Fermetures à pression par torsion
Les couvercles fréquemment ouverts nécessitent un système de fermeture plus pratique, comme le système à enclenchement par torsion. Ce système fonctionne comme un loquet. Une barre (au lieu d'une poutre) est fixée à un pivot et pivote autour de celui-ci pour ouvrir ou fermer le couvercle.
Choisissez des fermetures à torsion pour vos pièces si vous souhaitez offrir une sensation tactile durable à votre produit.
Les fixations par encliquetage à torsion répartissent la contrainte de la charge sur toute la longueur de la barre, offrant une durabilité maximale. Cependant, leur conception complexe les rend particulièrement difficiles à mouler.
4. Fermetures à pression en forme de U et de L
Imaginez une poutre en porte-à-faux pliée en forme de U ou de L. Cette conception permet un gain de place et autorise l'allongement de la poutre sans contraintes structurelles.
On entend souvent dire que les assemblages à enclenchement en forme de U et de L sont des solutions miracles pour les matériaux fragiles. C'est vrai. La longueur supplémentaire de la poutre répartit la contrainte sur une plus grande longueur, réduisant ainsi la déformation du matériau.
Pour les pièces en acrylique (PMMA) , privilégiez les assemblages à enclenchement en forme de U ou de L. Vous obtiendrez ainsi moins de risques de fractures et une meilleure durabilité.
Avantages et inconvénients des systèmes à enclenchement
Avantages
Élimination des coûts
Les systèmes d'emboîtement éliminent le besoin de vis, d'inserts et d'adhésifs. Cependant, le choix de conceptions complexes comporte toujours un risque de coûts d'outillage plus élevés. Leur rentabilité n'est réellement atteinte qu'avec l'augmentation des volumes de production.
Vitesse d'assemblage
La promesse d'un montage instantané de ce type d'assemblage promet une plus grande facilité d'utilisation pour l'utilisateur final et des économies de main-d'œuvre pour le fabricant. Mais cette facilité n'est effective que si les tolérances sont toujours précises.
Esthétique
Grâce à leur système de fixation sans vis, les clipsage mettent en valeur l'esthétique de vos pièces. Les mécanismes de verrouillage sont invisibles. De plus, une conception appropriée permet d'éviter les marques et retassures typiques des clipsage.
Les limites
Faible capacité de charge
Les assemblages par encliquetage sont intrinsèquement plus fragiles que les vis et les boulons. Il est déconseillé d'utiliser des assemblages par encliquetage standard pour des pièces soumises à de fortes contraintes mécaniques. Cependant, lorsqu'ils sont conçus avec une géométrie appropriée, des congés robustes et des polymères haute performance, ils fonctionnent parfaitement.
Complexité des moisissures
Grâce à la réduction du nombre de pièces, les assemblages par encliquetage sont réputés simplifier la production. Cependant, cela se fait souvent au détriment de la conception des moules. Ces derniers doivent être équipés de coulisseaux et d'éjecteurs, dont la mise en œuvre n'est pas toujours aisée.
Considérations de conception et meilleures pratiques d'ingénierie pour les systèmes à enclenchement rapide
1. Contraintes liées au choix des matériaux
Le choix du matériau est important, mais le réduire à la seule flexibilité serait une simplification excessive. Les plastiques souples offrent une plus grande flexibilité, mais ils manquent généralement de résistance pour reprendre leur forme initiale. On obtient alors un ajustement mou.
Choisissez des matériaux qui ne se déforment pas. Ils doivent se plier fortement tout en reprenant leur forme initiale. Les matériaux choisis doivent présenter une résistance élevée à la fatigue, notamment pour les systèmes de clipsage.
- Utilisez des matériaux acétal et chargés de fibres de verre pour une résistance à la fatigue optimale dans les assemblages à enclenchement.
- Pour réduire les coûts, le polypropylène et l'ABS offrent la rigidité nécessaire.
- Mais si vous choisissez de travailler avec PC ou en acrylique, vous devez utiliser des poutres plus longues afin de réduire les fractures liées aux contraintes.
- Choisissez des matériaux qui offrent une élasticité et une résilience optimales sur de multiples cycles de montage et de démontage.
2. Analyse de la déflexion, des contraintes et des déformations
Si une poutre ne se brise pas au premier clic, ce n'est généralement pas une raison de se réjouir. Du moins pas encore, en raison de sa sensibilité à la vitesse de déformation.
Les systèmes d'enclenchement peuvent bien se comporter lors de la première pression lente, mais se casser lors des enclenchements rapides ou violents suivants.
Les concepteurs doivent déterminer la déformation admissible de la résine afin que la poutre puisse fonctionner juste en dessous de sa limite d'élasticité pendant toute la durée de vie du produit. Il s'agit d'une analyse de déformation.
De même, ils doivent déterminer la distance que le crochet doit parcourir pour franchir le rebord.
Le crochet doit se déformer juste assez pour bloquer le rebord, tout en restant dans les limites du matériau. Il s'agit d'une analyse de déformation.
Il est également important de comprendre la répartition des contraintes :
- L'épaisseur est un gage de solidité, mais les poutres plus épaisses exercent une pression plus importante à leurs racines – elles peuvent se rompre à tout moment.
- L'amincissement du faisceau (qui le rend 30 à 50 % plus fin à son extrémité) améliore la répartition des contraintes.
- Maintenir la contrainte d'assemblage entre 70 et 90 % de la limite d'élasticité du matériau afin de compenser les variations de fabrication.
3. Facteurs de tolérance et de jeu
On est souvent tenté de croire qu'un jeu nul garantit des assemblages fiables. C'est faux. Une tolérance nulle augmente la force d'assemblage, ce qui double la contrainte exercée sur les pièces. Cela nuit à leur durée de vie.
La conception axée sur le jeu est la meilleure approche, car elle prévoit un espace de dégagement intentionnel qui tient compte des variables liées à l'atelier de fabrication, comme le retrait du moule.
Pour obtenir le « clic » tactile de qualité supérieure de l'ajustement, utilisez des nervures de compression ou des bosses stratégiques qui minimisent également le cliquetis sans solliciter excessivement le crochet de verrouillage avec des tolérances nulles.
Modes de défaillance courants et comment les prévenir
1. Détente et relaxation
Un assemblage est considéré comme suffisamment sûr s'il ne se rompt pas lors du montage. Cependant, cela ne garantit pas sa sécurité permanente, en raison du fluage et des contraintes.
Le fluage et la relaxation des contraintes constituent des risques liés au temps dans les assemblages à encliquetage en plastique. Contrairement aux métaux, les plastiques n'y sont pas immunisés.
Après plusieurs mois ou années d'utilisation, la tension de la charge finit par affecter le matériau, et un assemblage autrefois bien ajusté commence à vibrer. Le crochet perd alors son adhérence.
La solution pour le fluage et la relaxation des contraintes est simple : concevoir pour un état de contrainte nulle.
Cela signifie que la poutre doit être totalement détendue et ne subir aucune tension au moment où le crochet est enclenché.
Utilisez également des matériaux à haute résistance et tenez compte de la façon dont les fluctuations de température dans l'environnement d'application peuvent accélérer les contraintes et le fluage.
2. Fatigue et charges répétitives
Un système de fermeture à pression amovible est conçu pour être ouvert et fermé indéfiniment, mais certainement pas éternellement, en raison de l'usure.
Chaque cycle d'ouverture et de fermeture soumet la pièce à des contraintes et provoque des microfissures à la base de la poutre. Ce phénomène de fatigue finit par entraîner une rupture.
La solution consiste à utiliser le nombre d'or (0.6) pour le rayon du congé de raccordement. Rayon = 0.6 fois l'épaisseur de la poutre (R = 0.6t).
Un angle droit prononcé est source de contraintes. De plus, si le rayon est inférieur à R/t = 0.25, les molécules du matériau ne s'écoulent pas efficacement autour du point de contrainte.
Utilisez une conception de poutre conique et assurez-vous que le dégagement réduit la déflexion au minimum afin d'éviter toute contrainte excessive.
Utilisez une finition de surface lisse dans la zone de la racine du moule, en veillant à éviter les rayures, car celles-ci pourraient éventuellement amorcer des fissures.
Méthodes de fabrication pour les systèmes à enclenchement
Moulage par injection à enclenchement
Optez pour le moulage par injection pour obtenir des résultats de fabrication à grand volume et de haute précision avec des systèmes d'emboîtement.
Cependant, veillez à prendre en compte (dans vos estimations de coûts) le temps et l'argent supplémentaires consacrés à la construction de moules complexes avec des curseurs et des élévateurs.
L'une des meilleures stratégies de réduction des coûts consiste à utiliser des slots de transit. Ceux-ci permettent de créer des hooks sans actions annexes.
L'utilisation de matériaux hydrophobes contribue également à minimiser le risque de défaillance.
Impression 3D à enclenchement
Cette célèbre méthode de prototypage peut en réalité s'avérer très utile dans la production d'assemblages à emboîtement, permettant d'obtenir des géométries uniques que les moules conventionnels ne peuvent pas réaliser.
Bien qu'il existe toujours un risque de fragilité des assemblages par encliquetage en raison d'une mauvaise orientation d'impression, les poutres peuvent être imprimées horizontalement. De cette manière, ce sont les brins de plastique continus qui supportent la charge de flexion, et non les liaisons intercouches fragiles.
Mais la modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) n'est pas la seule méthode disponible pour l'impression 3D de pièces à emboîtement. Le frittage laser sélectif permet d'obtenir des pièces isotropes présentant une résistance et des propriétés uniformes dans toutes les directions, tout comme le moulage par injection.
Usinage CNC à enclenchement
L'usinage CNC est la méthode de fabrication par encliquetage la plus coûteuse et la moins courante, mais aussi la plus précise.
Il est important de noter que l'usinage CNC ne permet pas de reproduire fidèlement le design utilisé pour le moulage par injection . Les outils CNC ne peuvent pas réaliser d'angles vifs et nécessitent donc des rayons de courbure surdimensionnés pour éviter toute défaillance de la machine.
L'utilisation de matériaux chargés de fibres de verre ou renforcés peut vous donner un avantage dans l'usinage CNC par encliquetage.
Les résines gommeuses comme le polypropylène ont tendance à se déformer sous l'effet de la chaleur du foret. Cela entraîne une perte de tolérance.
Considérations relatives au montage et au démontage
Vitesse de déformation
Le point de déviation maximale, où le crochet repose juste sur l'extrémité de la surface d'accouplement, est le moment d'assemblage le plus critique.
Dans ce cas précis, la poutre a atteint sa contrainte maximale et le matériau est plus vulnérable à la rupture.
Ici, tout repose sur la vitesse d'assemblage. Si la vitesse de déformation est élevée (due à un assemblage trop rapide des pièces à enclenchement), le matériau se rompra.
Pour réduire ce risque, la géométrie de l'enclenchement doit être conçue pour une déformation progressive et pour éloigner les contraintes de la base. Plus d'informations ci-dessous.
Angles géométriques
Les forces nécessaires pour emboîter ou désemboîter un élément sont déterminées par les angles d'attaque et de retour des clips. Une mesure précise de ces angles est essentielle pour une utilisation optimale.
Vous pouvez réduire l'effort d'assemblage et la vitesse de déformation en utilisant des angles d'attaque progressifs, généralement compris entre 15 et 30 degrés.
De plus, l'angle de retour détermine si l'assemblage par encliquetage est amovible ou permanent. Un angle de retour de 90 degrés convient aux assemblages permanents, tandis qu'un angle de 45 degrés convient aux assemblages amovibles.
Dégagement dynamique
Lors de la conception, il est essentiel de cartographier précisément le volume balayé par la poutre. Tout obstacle sur son passage lors du déplacement de l'enclenchement pendant l'assemblage peut entraîner une défaillance. La poutre butera contre le sol avant d'atteindre sa flèche maximale et ne pourra donc pas dégager la zone de dégagement.
Le jeu dynamique est encore plus critique lors du démontage, car la poutre a besoin de plus d'espace pour fléchir (qu'au montage) en raison de l'angle de traction. Si le jeu est insuffisant, la poutre bute contre une butée.
Répartition des forces de cisaillement
La force nécessaire au démontage est supérieure à celle requise pour le montage. L'angle de retour contraint la poutre à dévier dans la direction opposée lors du démontage.
Au cours de ce processus, une importante contrainte de cisaillement est transmise au col du crochet. Cependant, si son profil est trop fin à la base, il risque de se rompre complètement avant que la poutre ne se plie et ne se relâche.
Lors de la conception, la géométrie de la poutre doit être alignée non seulement sur la résistance au cisaillement du matériau, mais aussi sur son module de flexion.
Si l'espace le permet, une poutre plus longue est toujours préférable pour réduire le risque de cisaillement.
EzraMade
Concevez vos joints à enclenchement pour qu'ils durent longtemps.
Principales applications des joints à enclenchement rapide
Electronique
- Coques en plastique pour hubs USB
- coques de manettes de jeu
- Couvercles de batterie sur appareils électroniques portables
Automobile
- Éléments du tableau de bord et garnitures de porte
- Persiennes et anneaux autour des aérations et des cadres
- Porte-gobelets et bacs de rangement
Médical
- Assemblages de seringues
- boîtiers de glucomètres
- Inhalateurs et stylos à insuline
- Boîtiers pour kits de diagnostic portables
FAQ
La meilleure solution pour réduire les contraintes à l'encastrement consiste à concevoir une poutre à épaisseur variable. L'épaisseur diminue progressivement de l'encastrement à l'extrémité afin de limiter les fortes concentrations de contraintes. Chez EzraMade, nous vous accompagnons également dans le choix des matériaux les plus adaptés pour une résistance optimale à la fatigue.
Les pièces à enclenchement nécessitent des angles de dépouille importants pour un démoulage aisé. Il est conseillé d'utiliser un angle de dépouille de 1 à 3 degrés de chaque côté des bras de fixation.
Un bras de levier plus long réduit la force d'assemblage nécessaire et, par conséquent, diminue les contraintes sur le matériau. La règle d'ingénierie standard pour la longueur des bras de levier est de la maintenir à environ 12 fois l'épaisseur de la base.
Conclusion
Lorsqu'un système d'encliquetage est bien conçu et fabriqué, il s'agit de la méthode de fixation la plus efficace pour les applications courantes. Pour obtenir un assemblage fiable sous pression, il est essentiel d'optimiser sa conception, de choisir les polymères appropriés et de le fabriquer en tenant compte de l'application finale. Lorsque le crochet se dégage du rebord et s'enclenche clairement et distinctement, vous saurez que votre assemblage est réussi.
