Filetage UNJF : normes et applications

Dans la plupart des assemblages aéronautiques et spatiaux critiques, l’élément le plus discret reste souvent le plus stratégique : le filetage. Le profil UNJF, avec son rayon de racine contrôlé, s’est imposé comme un standard incontournable dès que la tenue en fatigue, la fiabilité et la traçabilité deviennent non négociables. Si vous concevez des fixations, des composants de moteurs ou des raccords hydrauliques pour l’aéronautique, la défense ou le spatial, la maîtrise des filetages UNJF conditionne directement la durée de vie de vos pièces et la sécurité des systèmes. Comprendre sa géométrie, ses normes et ses procédés d’usinage vous permet d’arbitrer efficacement entre coût de fabrication, performance mécanique et conformité réglementaire.

Norme UNJF : définition, origine aéronautique et positionnement face aux filetages UNF, UN, UNJ

Historique du filetage UNJF dans l’aéronautique américaine (NAS, MS, SAE AS)

Le filetage UNJF est né des besoins de l’aéronautique militaire américaine à partir des années 1950‑1960, dans le cadre des spécifications NAS (National Aerospace Standards) et MS (Military Standards). Les premiers programmes de chasseurs supersoniques et d’avions de transport lourd ont mis en évidence les limites des filetages UN/UNF classiques soumis à des cycles de charge élevés, à la vibration et à des températures extrêmes. Le rayon de racine des profils standards générait des concentrations de contraintes favorisant l’initiation de fissures de fatigue.

Les spécifications aéronautiques ont alors introduit le profil UNJ, dont la version à pas fin est le UNJF. L’objectif était d’obtenir une amélioration mesurable de la tenue en fatigue des fixations, tout en conservant la compatibilité fonctionnelle avec les séries unifiées existantes. Les séries de boulons NAS (par exemple NASM21250) ont adopté massivement ces filetages, puis les normes SAE AS et les grands donneurs d’ordres (Boeing, Lockheed, plus tard Airbus sur certains programmes américains) ont généralisé cette solution jugée plus sûre.

Le filetage UNJF n’est donc pas un simple « variant » du UNF : il résulte d’un besoin documenté de fiabilité en fatigue dans des environnements où la rupture d’une seule vis peut entraîner la perte de l’aéronef.

Différences normatives entre UNJF, UNJ, UNF et UNC selon ASME B1.1 et ISO 3161

Les filetages UN, UNC, UNF et UNEF sont définis dans l’ASME B1.1, qui fixe le profil de base à 60°, les diamètres, les pas (TPI) et les classes de tolérance 1A/1B, 2A/2B, 3A/3B. Le filetage UNJ (et donc UNJF, UNJC, UNJEF) est quant à lui défini dans MIL‑S‑8879 puis dans AS8879 et ISO 3161. Sa particularité majeure réside dans un rayon contrôlé à la racine du filet côté vis, ce qui implique un diamètre à fond de filet plus élevé que pour un profil UN/UNF classique.

La série UNC (pas gros) privilégie la rapidité d’assemblage et la tolérance aux salissures, tandis que UNF (pas fin) améliore la répartition des charges et le réglage précis de la précharge. La série UNJF va plus loin : pas fin + rayon augmenté à la racine. D’un point de vue normatif, ISO 3161 décrit le profil UNJ comme équivalent en pouces du filetage métrique MJ selon ISO 5855, très répandu en Europe sur les fixations aéronautiques modernes.

Domaine d’application privilégié du filetage UNJF : aéronautique, défense, spatial et mécanique de précision

Le domaine naturel du filetage UNJF reste l’aéronautique et le spatial, mais son emploi s’étend à toute mécanique de haute fiabilité. Dès que votre cahier des charges mentionne fatigue, cycles thermiques, chocs, environnement vibratoire sévère ou maintenance espacée, le choix d’un profil UNJF devient particulièrement pertinent. Les statistiques issues de retours d’expérience aéronautiques montrent des gains de durée de vie en fatigue de l’ordre de 20 à 40 % par rapport à un profil UNF de même diamètre lorsqu’il est correctement roulé à froid.

On retrouve ces filetages sur les structures primaires d’avions, les trains d’atterrissage, les moteurs, mais aussi sur des applications de défense (blindés, missiles, systèmes navals), dans les turbines industrielles, les compresseurs haute pression ou les machines d’essai de fatigue. Pour une machine de laboratoire soumise à 10⁷ cycles, l’usage d’un simple filetage UNF peut devenir un facteur de risque alors que le UNJF apporte une marge appréciable.

Terminologie normalisée : désignation UNJF, UNJEF, pas fin, classe 3A/3B, 2A/2B

La désignation d’un filetage UNJF suit une terminologie stricte. Un exemple typique : 0,2500‑28 UNJF‑3A. La valeur 0,2500 désigne le diamètre nominal en pouces avec quatre chiffres significatifs, 28 indique le nombre de filets par pouce (TPI), UNJF le profil unifié à pas fin avec rayon de racine contrôlé, et 3A la classe de tolérance (filetage extérieur). La série UNJEF indique un pas extra‑fin, par exemple 3/8‑32 UNJEF‑3A.

Les classes 2A/2B offrent un jeu fonctionnel plus important, adapté aux montages fréquents ou aux environnements légèrement pollués. Les classes 3A/3B, les plus utilisées en aéronautique, imposent des tolérances plus serrées, gage d’un meilleur contrôle de la précharge de serrage et d’une rigidité accrue de l’assemblage. Pour les filetages UNJ, seules les classes 3A (extérieur) et 3B (intérieur) sont généralement acceptées sur les pièces critiques.

Géométrie et caractéristiques techniques du profil de filetage UNJF

Profil de filet à rayon racine contrôlé : géométrie 60°, arrondi de fond de filet et réduction des concentrations de contraintes

Comme tous les filetages unifiés, le profil UNJF utilise un angle de flanc de 60°. La différence essentielle se situe au niveau de la racine du filet (fond de filet côté vis) : au lieu d’une arête vive ou d’un petit rayon non maîtrisé, la norme impose un rayon contrôlé. Ce rayon augmente le diamètre à fond de filet, limite la profondeur de l’entaille et diminue très fortement le facteur de concentration de contraintes Kt.

Sur un plan de conception, le profil est défini par les diamètres d (extérieur), d2 (diamètre primitif) et d3 (diamètre à fond de filet), ainsi que par le pas P. Par exemple pour un 3/8‑24 UNJF, le diamètre nominal est 9,525 mm, le pas environ 1,058 mm et le diamètre à fond de filet est significativement supérieur à celui d’un 3/8‑24 UNF. L’analogie la plus parlante consiste à comparer une entaille vive dans un verre et une entaille polie : la seconde résiste beaucoup mieux à la rupture.

Jeu fonctionnel et tolérances : classes de tolérance 3A/3B pour assemblages haute résistance

Les classes 3A/3B sur filetage UNJF imposent un jeu fonctionnel minimal entre vis et écrou. Cette précision de guidage permet d’atteindre des serrages maîtrisés, avec une plage de dispersion du couple‑tension plus faible. Dans des applications structurales aéronautiques, cette réduction de dispersion peut atteindre 15 à 20 % par rapport à un couple vis/écrou 2A/2B, ce qui simplifie les marges de dimensionnement.

En contrepartie, la propreté de l’assemblage et la qualité des surfaces filetées deviennent critiques. Un dépôt de revêtement trop épais ou mal contrôlé peut entraîner un refus de jauge GO. Pour sécuriser vos process, un contrôle systématique par jauges filetées GO/NOGO est indispensable, complété par une vérification 3D sur les pièces prototypes ou les séries pilotes.

Comparaison dimensionnelle UNJF vs UNF : diamètres à flanc, diamètres primitifs, profondeur de filet

Comparé à un filetage UNF de même diamètre et même TPI, le filetage UNJF présente :

• un diamètre à fond de filet d3 plus élevé (racine moins profonde) ;
• une légère modification des tolérances sur le diamètre primitif d2 ;
• une zone de profil spécifiquement réservée au rayon contrôlé.

Le tableau ci‑dessous illustre quelques valeurs typiques tirées des tableaux standardisés pour la série UNJF pas fin :

Sur ces exemples, la section efficace au fond de filet augmente nettement par rapport à un UNF, ce qui influe directement sur la capacité de charge et la durée de vie en fatigue. Pour vos calculs de résistance, cette section réelle du noyau doit être utilisée plutôt que la simple section nominale.

Impact du rayon de racine sur la tenue en fatigue et la résistance aux fissurations en service

L’impact du rayon de racine du filetage UNJF sur la fatigue est double. D’une part, la réduction du Kt limite l’initiation des microfissures. D’autre part, l’augmentation de la section minimale retarde la propagation des fissures qui se seraient tout de même formées. Des essais de fatigue sur fixations aéronautiques montrent jusqu’à 2 à 3 fois plus de cycles à rupture pour un boulon UNJF roulé à froid par rapport à un boulon UNF usiné, à géométrie extérieure identique.

Dans les environnements vibratoires sévères (raccourcis moteurs, emplantures d’ailes, structures de lanceurs), ce rayon contrôlé contribue à réduire les fissurations sous charge alternée et sous surcharge accidentelle. Pour un bureau d’études, le passage de UNF à UNJF permet soit de diminuer le diamètre des fixations tout en conservant la même durée de vie, soit d’augmenter la marge de sécurité à diamètre constant.

Normes et référentiels applicables au filetage UNJF (AS, NAS, MS, EN, ISO)

Références ASME et SAE : AS8879, SAE AS7129, AS8879A pour filetages UNJ/UNJF

Le socle normatif des filetages UNJF repose d’abord sur l’ASME B1.1 pour les filetages unifiés, complété par la norme AS8879 (anciennement MIL‑S‑8879) qui définit précisément le profil UNJ/UNJF : géométrie de base, rayon de racine, classes de tolérance 3A/3B, vérification par jauges, etc. Les documents SAE comme SAE AS7129 viennent préciser les exigences pour les fournisseurs aéronautiques en termes de process d’usinage et de contrôle.

Pour vous, ingénieur ou responsable qualité, une bonne connaissance de ces textes est déterminante pour rédiger des plans conformes, préparer les FAI (First Article Inspection) et négocier avec les sous‑traitants. La moindre ambiguïté de désignation peut entraîner des mélanges de filetages UN et UNJ, avec des risques d’assemblage partiel ou de surcharge locale sur les premiers filets.

Spécifications militaires et aéronautiques : NASM33537, NASM21042, MS21250, MS21251

Les spécifications NASM33537 et NASM21042 définissent une large gamme de fixations aéronautiques (boulons, vis, écrous) utilisant explicitement le profil de filetage UNJF ou UNJEF, avec des classes 3A/3B, des exigences de matériaux et de traitements de surface. Les standards MS21250 (boulons à haute résistance) et MS21251 (écrous correspondants) restent des références dans de nombreux programmes militaires et civils.

Une étude menée sur un panel de fixations issues de ces normes montre que plus de 80 % des références structurales critiques utilisent un profil UNJF ou UNJEF, ce qui reflète la confiance de l’industrie dans cette technologie de filetage. Pour vos propres spécifications internes, s’aligner sur ces références facilite la qualification de fournisseurs déjà certifiés sur ces familles de produits.

Interopérabilité avec les normes européennes : EN 2603, EN 2997, ISO 965‑3 pour filetages métriques comparables

En Europe, de nombreux composants aéronautiques utilisent des filetages métriques MJ (profil équivalent au UNJ mais en millimètres) normalisés par ISO 5855 et par des normes comme EN 2603 (boulons) ou EN 2997 (raccords). Pour les bureaux d’études qui travaillent à la fois sur des programmes américains et européens, l’enjeu consiste à gérer l’interopérabilité : UNJF côté composants d’origine US, MJ côté composants métriques, tout en garantissant une chaîne de calcul cohérente.

La norme ISO 965‑3 apporte des éléments complémentaires sur les tolérances des filetages métriques spéciaux, notamment dans le cas d’applications à pas fin et extra‑fin comparables aux séries UNJF et UNJEF. Pour un même diamètre fonctionnel, le choix entre UNJF et MJ dépendra surtout du référentiel du programme, de la base de fournisseurs et des historiques de qualification.

Utilisation des tableaux normalisés : diamètres nominaux (n°10‑32 UNJF, 1/4‑28 UNJF, 3/8‑24 UNJF, etc.)

Les tableaux de dimensions UNJF constituent l’outil de base pour la conception de vis, goujons, écrous et jauges. On y retrouve les désignations par numéro (No. 0, 1, 2, 10‑32 UNJF, etc.) pour les petits diamètres, puis par fraction de pouce au‑delà de 1/4″. Chaque ligne fournit les valeurs de d, P, d2, D1, d3 et la section minimale correspondante.

En conception, ces valeurs permettent de vérifier la résistance en traction (basée sur la section mini), de définir les diamètres de perçage et d’anticiper la compatibilité avec les jauges GO/NOGO. Pour un 1/4‑28 UNJF, par exemple, la section efficace d’environ 26,7 mm² donne une bonne base pour dimensionner la précharge admissible en fonction de la classe de matériau de la vis (souvent 1 000 à 1 400 MPa en aéronautique).

Applications industrielles du filetage UNJF : aéronautique, spatial et mécanique critique

Fixations structurales aéronautiques : boulons NAS, vis MS, rivets filetés et inserts pour airbus et boeing

Les fixations structurales d’aéronefs utilisent massivement le profil UNJF : boulons NAS, vis MS à haute résistance, inserts filetés et rivets filetés pour panneaux structuraux. Sur les programmes de gros porteurs, plusieurs centaines de milliers de fixations UNJF peuvent être montées par avion, notamment au niveau de l’aile, du fuselage central et du train d’atterrissage.

Pour vous, concepteur ou acheteur, l’usage de références standardisées NAS/MS avec filetage UNJF permet de bénéficier de chaînes d’approvisionnement matures, de gammes de contrôles déjà qualifiées et de retours d’expérience accumulés sur des millions d’heures de vol. Dans un contexte où les cadences augmentent (plus de 60 appareils/mois sur certains programmes), cette standardisation est un facteur clé de robustesse industrielle.

Raccords hydrauliques et carburant : raccords AN, raccords MS, connecteurs UNJF haute pression

Les circuits hydrauliques et carburant exigent des raccords filetés capables de supporter des pressions de 3 000 à 5 000 psi, parfois plus sur les systèmes modernes. Les raccords AN (Army Navy) et MS utilisent des filetages UNJF pour garantir une bonne tenue en fatigue malgré des sollicitations de pression pulsée. Le pas fin et la précision du profil permettent d’obtenir un serrage reproductible, essentiel pour l’étanchéité.

Dans ces applications, un simple arrachement de filet sous surcharge peut engendrer des fuites critiques. Le rayon contrôlé du filetage UNJF contribue à sécuriser la zone la plus sollicitée, à savoir les premiers filets en entrée de raccord. Une analogie utile : dans un flexible haute pression, la qualité du sertissage fait toute la différence ; pour un raccord fileté UNJF, la géométrie de racine joue ce rôle structurant.

Composants moteurs et turbines : goujons, vis de bride, attaches de carter chez safran, Rolls‑Royce, general electric

Les motoristes (Safran, Rolls‑Royce, General Electric, Pratt & Whitney) déploient les filetages UNJF sur les goujons de carter, les vis de bride de compresseurs, les attaches de carter d’échappement ou de modules internes. Ces composants subissent des températures élevées, des gradients thermiques rapides et des niveaux vibratoires intenses.

Des analyses de retour en service montrent que les ruptures de fixations moteur surviennent très souvent au niveau de la racine de filet côté zone d’encastrement. Le fait d’utiliser un profil UNJF roulé à froid dans des matériaux comme l’Inconel 718 ou l’A286 diminue considérablement ce taux de rupture. Pour un bureau d’études moteur, la combinaison UNJF + roulage est devenue un standard sur les attaches vitales.

Applications dans le spatial et les lanceurs : assemblages critiques ArianeGroup, thales alenia space

Dans le spatial, l’accès à la pièce après lancement étant impossible, la fiabilité des filetages ne souffre aucun compromis. Les lanceurs et étages supérieurs utilisent des fixations UNJF pour les interfaces de structure, les systèmes de séparation et certains dispositifs pyrotechniques. Les environnements de vibration au décollage et les chocs de séparation imposent des marges de sécurité élevées.

Les intégrateurs comme ArianeGroup ou Thales Alenia Space imposent souvent le recours à des séries UNJF ou MJ, combinées à des traitements comme le shot‑peening et des contrôles non destructifs systématiques. Pour vos propres projets spatiaux, reprendre ces bonnes pratiques augmente la probabilité de succès mission, notamment sur les assemblages à forte responsabilité (interfaces charge utile/structure, mécanismes d’orientation, etc.).

Procédés d’usinage du filetage UNJF : tournage, fraisage et roulage de filets

Tournage de filetages UNJF sur tour CN : choix de plaquettes ISO, géométrie spécifique UNJ et paramètres de coupe

Le tournage de filetages UNJF sur tour CN nécessite des plaquettes à profil spécifique UNJ pour respecter le rayon de racine. L’utilisation d’une plaquette UN standard conduirait à un fond de filet trop pointu, non conforme et défavorable à la fatigue. Lors de la programmation, le choix de la profondeur de passe, de l’angle d’attaque et du pas doit intégrer le TPI et la classe de tolérance visée (2A ou 3A).

Pour des aciers aéronautiques trempés (35NCD16, 15CDV6), une vitesse de coupe de 30 à 60 m/min avec des avances adaptées au pas fin permet d’obtenir un bon état de surface. Une lubrification abondante améliore la qualité de la racine, point crucial pour la performance en service.

Roulage de filets UNJF à froid : améliorations de la résistance à la fatigue et précautions sur le rayon de racine

Le roulage de filets UNJF à froid est la solution privilégiée pour les fixations à haute performance. Le processus déforme plastiquement la surface sans enlèvement de matière, créant un écrouissage et des contraintes résiduelles de compression en surface. Ces contraintes retardent l’initiation des fissures de fatigue, ce qui explique les gains de durée de vie souvent supérieurs à 50 % par rapport à un filetage tourné.

La contrepartie : l’outil de roulage doit lui aussi être conforme au profil UNJ, de manière à générer un rayon de racine dans la fourchette normative. Un mauvais réglage de pression ou un désalignement peut entraîner un rayon hors tolérance ou une ovalisation, conduisant à des refus de jauge et à des risques en service. Un contrôle périodique des galets de roulage et des essais de validation sur éprouvettes de fatigue sont fortement recommandés.

Fraisage hélicoïdal de filetages UNJF sur centres 3 et 5 axes : stratégies CAM et optimisation des passes

Pour les pièces complexes (carters, corps de pompe, pièces de structure usinées dans la masse), le fraisage hélicoïdal de filetages UNJF sur centres 3 et 5 axes offre une grande flexibilité. L’utilisation d’outils à fileter carbure avec géométrie UNJ permet de générer des taraudages intérieurs précis, même en grande profondeur.

Les stratégies CAM les plus efficaces prévoient plusieurs passes d’ébauche suivies d’une ou deux passes de finition, avec compensation des flexions d’outil. Le contrôle de l’entrée et de la sortie de filetage est essentiel pour éviter les bavures et les amorces de fissures. Sur les matériaux durs comme l’Inconel 718, des avances réduites et un arrosage haute pression améliorent nettement la stabilité du processus.

Contrôle dimensionnel après usinage : jauges filetées GO/NOGO, bagues UNJF, tampons UNJF, contrôle 3D

Après usinage, le contrôle des filetages UNJF repose d’abord sur des jauges filetées GO/NOGO en classe 3A/3B. Les bagues filetées ENTRE (GO) et les tampons filetés ENTRE/NE PAS (GO/NOGO) vérifient le respect des diamètres primitifs et des tolérances fonctionnelles. Pour les fixations de sécurité, un échantillonnage renforcé ou un contrôle 100 % est souvent exigé.

Le contrôle 3D (CMM) apporte une vision plus complète de la géométrie du filet, notamment pour les premières pièces de série ou les pièces intégrées critiques. Des mesures de profil sur coupe permettent de s’assurer que le rayon de racine, l’angle de flanc et la hauteur de filet respectent les exigences de la norme AS8879.

Choix des matériaux et traitements de surface pour les assemblages filetage UNJF

Alliages aéronautiques typiques : 35NCD16, 15CDV6, titane Ti‑6Al‑4V, inconel 718 et aciers inoxydables A286

Le potentiel du filetage UNJF s’exprime pleinement lorsqu’il est associé à des matériaux haute performance. Les aciers trempables 35NCD16 et 15CDV6, courants sur les fixations structurales, offrent des résistances de 1 200 à 1 400 MPa. Les alliages de titane Ti‑6Al‑4V sont très utilisés pour leur rapport résistance/masse, notamment sur les structures et les trains d’atterrissage.

Pour les températures élevées, les alliages base nickel Inconel 718 ou les aciers inoxydables A286 sont privilégiés. Le choix du matériau dépend de votre environnement : température, corrosion, charge statique et cyclique, risques de grippage. Le profil UNJF permet d’exploiter ces matériaux au plus près de leurs capacités, à condition que la qualité de surface et le rayon de racine soient maîtrisés.

Traitements thermiques et durcissement superficiel : trempe, revenu, nitruration, shot‑peening des zones filetées

Les traitements thermiques (trempe, revenu, vieillissement) sont définis en fonction de la nuance choisie et des spécifications NAS/MS correspondantes. Pour augmenter la résistance à la fatigue des zones filetées, la nitruration gazeuse ou ionique peut être appliquée sur certains aciers, sous réserve de compatibilité avec le rayon de racine et les tolérances dimensionnelles.

Le shot‑peening des zones filetées constitue une pratique quasi systématique sur les fixations aéronautiques à haute responsabilité. Il introduit des contraintes de compression supplémentaires à la surface du filet UNJF, renforçant l’effet bénéfique du roulage et du rayon contrôlé. Des études montrent des gains de durée de vie en fatigue de 30 à 60 % selon l’intensité et la couverture de grenaillage.

Revêtements anticorrosion compatibles UNJF : cadmiage, zingage‑nickelage, passivation et anodisation sur aluminium

Les revêtements anticorrosion jouent un rôle clé dans la durabilité des assemblages UNJF, mais ils doivent rester compatibles avec les tolérances serrées des classes 3A/3B. Le cadmiage a longtemps été la référence pour les fixations aéronautiques en acier, grâce à ses excellentes propriétés anticorrosion et anti‑grippage, mais il est de plus en plus restreint pour des raisons environnementales.

Des alternatives comme le zingage‑nickelage, les dépôts solides lubrifiés ou certaines solutions sans chrome hexavalent se développent. Pour les alliages inoxydables, la passivation renforce la couche passive naturelle sans modifier significativement les cotes. Sur les composants en aluminium comportant des taraudages recevant des vis UNJF acier ou titane, l’anodisation (avec masquage ou reprise des filets) doit être soigneusement maîtrisée pour éviter les surépaisseurs de revêtement dans le filet.

Gestion du frettage et des lubrifiants : graisses aéronautiques, compounds au MoS2, assemblages à sec contrôlés

La relation entre couple de serrage, coefficient de frottement et tension de serrage est particulièrement sensible sur les filetages UNJF, en raison de la précision attendue et des enjeux de fatigue. L’utilisation de lubrifiants adaptés (graisses aéronautiques, compounds au MoS2, revêtements solides lubrifiés) permet de réduire la dispersion du coefficient de frottement.

Pour vos procédures de montage, il est essentiel de spécifier clairement si le serrage doit être réalisé graissé ou à sec, et avec quel produit exactement. Des essais de corrélation couple‑tension sur banc permettent de déterminer des courbes de serrage représentatives de vos conditions réelles. Une maîtrise fine de ces paramètres, combinée à la géométrie optimisée du filetage UNJF, offre un levier puissant pour augmenter à la fois la sécurité et la compétitivité de vos assemblages mécaniques critiques.