Brevet FR2283348A1 — publié le 19760326

La présente invention est relative, d'une manière générale, à un nouveau mode de construction d'un dispositif de fixation à poinçonnage sous pression. Plus particulièrement, l'invention est relative à un nouveau mode de construction d'un dispositif de fixation du type à bague à poinçonnage sous pression et/ou à écrou à sertissage et poinçonnage sous pression, capable en particulier d'augmenter la longévité à la fatigue de disposée tifs de fixation utilisés dans l'industrie aérospatiale. Des modes de construction caractéristiques de la technique antérieure sont décrits dans les brevets américains nOs 3 094 017 et 3 421 562. L'invention a pour but de fournir un mode de constructim d'un dispositif de fixation,danslequel la bague empêche toute bavure de la matière et produit des contraintes de compression, localisées et élevées, le long du bord du trou d'une des pièces à assembler, tout en maintenant un contact de portée de faible diamètre, afin de réduire au minimum l'effet d'usure par enlèvement de métal du bord du trou. Conformément à l'invention, il est prévu une propriété de "poinçonnage sous pression"1 pour des rondelles, des écrous et des bagues, dans laquelle la configuration ou la forme de la rondelle, de l'écrou ou de la bague, est telle qu'elle réduise le diamètre de portée de ces éléments composants contre des tôles ou des pièces assemblées par serrage. Dans le cadre de l'invention, on a découvert qu'on réduit ainsi le diamètre de portée à la valeur minimale que l'on puisse raisonnablement envisager. On réduit ainsi ou on élimine presque entièrement la possibilité d'usure,de fatigue par enlèvement de métal entrela Ele et la rondelle, écrou ou la bague, qui est produite par la force exercée en permanence par le dispositif de fixation, et les déformations de la matière sous l'action des forces appliquées. De plus on a découvert que grace à une propriété conforme à l'invention, la faible valeur du diamètre de portée convertit les forces exercées en permanence par le dispositif de fixation en contraintes élevées de compression localisées sur le bord du trou, en produisant ainsi un effet de npoinçonnage du bord du trou et mettant en état de compression toute bavure provenant de la préparation du trou. La contrainte de compression axiale produit et maintient une contrainte radiale permanente de traction autour du trou, résultant durapport de Poisson.Ceci aug mente cor,sidérablement le lor.gévité à la fatigue des pièces assembiées. Le faible diam,re de portée augmente aussi efica- cement la résistance à la traction, en régime statique ou en régime de fatigue, de l'écrou ou de la bague, en réduisant les contraintes internes produites par l'action d'expansion de l'écrou ou de la bague. Exposée brièvement, l'invention a pour objet un mode de construction d'un dispositif de fixation à poinçonnage sous pres sicn comprenant une cheville de fixation comportant une tête et une tige ou queue, cette dernière traversant les ouvertures de pièces assemblées, des moyens de poinçonnage sous pression en forme de bague, destines à être fixés à la cheville pour maintenir les pièces assemblées entre ces moyens en formede bague et la tête de la cheville, ces moyens en forme de bague présentant, du côté orienté vers les pièces assemblées, des moyens en forme de surface de poinçonnage d'une des pièces assemblées, comprenant une surface saillante, inclinée vers l'intérieur de la bague, qui descend jusqu'à une petite surface dans l'ensemble perpendiculaire à l'axe de la bague située au voisinage immédiat de l'ouverture de la pièce, ces moyens de poinçonnage, en forme de surface,de la pièce, ayant pour action de s'appliquer contre le bord du trou de l'ouverture de la pièce pour produire une contrainte de compression élevée le long du bord du trou, afin de fournir un joint d'assemblage à faible transfert de cisaillement en régime de fatigue, de longévité à la fatigue accrue. Un mode de construction de dispositif de fixation conforme à l'invention englobe aussI un mode de construction dans lequel des rainures périphériques sont prévues à une extrémité de-la tige, qui fait saillie en dehors de l'ouverture de la pièce,les rainures situées le plus à l'extérieur formant un filetage hélicoldal et les rainures avoisinantes, situées le plus à l'intérieur, constituant des rainures de verrouillage, la bague comportant une partie d'extrémité avec un filetage intérieur préformé et une partie cylindricve contiguë, cette bague étant tournée à force sur la tige, la partie cylindrique étant disposée du côté des pièces et la partie d'extrémité filetée préformée étant disposée vers l'extérieur, ladite partie cylindrique recouvrant les rainures de verrouillage et étant sertie vers l'intérieur, suIvant une direction dans l'ensemble radiale, sur ces rainures de verrouillage de manière que celles-ci s'impriment dans la partie cylindrique en y formant des rainures de verrouilage mutuel complémentaires, ce sertissage imprimant à la bague un -allongement qui engendre une traction résiduelle dans la cheville et formant un certain nombre de dépressions dans la surface extérieure,et autour de celle-ci1 de la seule partie cylindrique de la bague , lesquelles dépressions sont séparées par des nervures longitudinales formées par expansion de la matière de la bague. L'invention est expliquée plus en détail ci-après dans certains de ses modes de réalisation, considérés à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés dans lesquels: -La figure 1 et la représentent deux modes de réalisation de bagues à poinçonnage sous pression de dispositifs de fixation conformes à l'invention, -la figure lb représente un mode de construction d'un dispositif de fixation conforme à l'invention, utilisant la bague de la figure la; -la figure 2 représente un dispositif de fixation conforme à l'invention, sur la cheville duquel est serti un écrou à poin çonnage sous pression; -la figure 2a représente un autre mode de réalisation de bague ou d'écrou à poinçonnage sOus pression conforme à l'inven- tion, dans lequel l'écrou est du type qui se met en place par rotation à force;; -la figure 2b représente un mode de construction d'un dispositif de fixation conforme à l'invention utilisant l'écrou ou fa bague à poinçonnage sous pression de la figure 2a, l'écrou étant mis en place par rotation à force; -la figure 2c représente encore un autre écrou à poinçonnage sous pression destiné à être utilisé selon l'invention,lté- crou étant du type qui se met en place par rotation à force; -la figure 2d est une du tre vue du dispositif de fixation de la figure 2 dont la bague est sertie; -les figures 3,3a, 3b, 3c et 3d représentent divers modes de~rEalisation de rondelles conformes à l'invention; ; -la figure 4 représente une combinaison spéciale d'une rondelle et d'un écrou destinée à être utilisée dans un mode de construction de dispositif de fixation conforme à l'invention, l'écrou étant mis en place par rotation à force; et -la figure 5 représente un mode d'utilisation particulier conforme à l'invention de deux rondelles à poinçonnage sous pression et d'un écrou mis en place par rotation à force. Les figures 1 et la représentent deux modes de réalisa ticn de bagues, conformes à l'invention destinées à être serties et désignées par 10. Chaque bague comporte une surface de poin çonnage 12, conçue pour s'engager dans une des pièces à assembler, qui se compose d'une surface saillante 14,inclinée vers l'intérieur de la bague, qui descend jusqu'à une petite surface 16 dans l'ensemble perpendiculaire à l'axe de la bague,située au voisinage immédiat de la matière d'une des pièces à serrer. La figure lb représente un mode de construction de dispositif de fixation, dans lequel la bague se trouve en position de fixation. Ce dispositif de fixation comprend une cheville dp fixation 20, constituée d'une tête 22 et d'une tige ou queue 24, à une extrémité, et de rainures de verrouillage 26, à l'autre extrémité. Les pièces assemblées 28 et 30 sont maintenues fermement serrées entre la bague 10, sertie sur les rainures de verrouillage 26, et la tête 22 de la cheville. il y a lieu de noter que la surface 12 de poinçonnage de la pièce 28 a poinçonné sous pression l'arête 29 du trou 31 de l'ouverture des pièces pour apporter les avantages, exposés ci-dessus de l'invention. Les figures 2 et 2d représentent, posé, un dispositif de fixation utilisant un écrou ou une bague 10a à sertissage et à poinçonnage sous pression. Dans ce mode de réalisation de l'invention, des rainures périphériques sont prévues à l'extré- mité de la tige de la cheville, qui fait saillie en dehors de l'ouverture de la pièce 28, les rainures situées le plus à l'extérieur 203 formant un filetage hélicoïdal et les rainures avoisinantes, situées le plus à l'intérieur, 205 constituant des rainures de verrouillage; la bague 10a présente une partie d'extrémité filetée intérieurement préformée, désignée par 207, et une partie contiguë cylindrique, c'est-à-dire lisse, 20o; la bague 10a est tournée à force sur la tige 24, la partie cylindrique 209 de la bague étant disposée du côté de la pièce 28 et sa partie filetée préformée 207 étant disposée vers l'extérieur, la partie cylindrique 209 recouvrant les rainures de verrouillage 205, puis est sertie, suivant une direction générale radiale désignée par 211, vers l'intérieur, de sorte que les rainures de verrouillage 205 s'impriment dans la partie cylindrique 209 en y formant des rainures de verrouillage mutuel complémentaires;; ce sertissage produit un allongement de la bague loua, qui imprime une traction résiduelle à la cheville 20 et forme un certain nombre de dépressions 213 dans la surface extérieure, et autour de celle-ci, uniquement dans la partie cylindrique 209, lesquelles dépressions sont séparées par des nervures longitudinales 215 formées par expansion de la matière de la bague (cf.figure 2d). Les figures 2a et 2b représentent respectivement un mode de réalisation, conforme à l'invention, d'écrou ou debague à poin çonnage sous pression et cet écrou ou cette bague en position de fixation. Lors de la pose du dispositif de fixation, comme on le voit sur la figure 2b, la surface de poinçonnage 12 de la bague ou de l'écrou lOb poinçonne également sous pression le bord 29 du trou de l'ouverture 31 de la pièce 28. La figure 2c représente un autre mode de réalisation de bague ou d'écrou, désigné par lOc, qui peut aussi être utilisé à la place de la bague ou de l'écrou lOb, dans le dispositif de fixation de la figure 2b. La figure 3 représente un élément de poinçonnage sous pression qui peut être utilisé comme élément composant de moyens de la nature de bagues conformes à l'invention. Cet élément de poinçonnage sous pression en forme de rondelle est désigné par 30. Les figures Sa à 3d représentent en élévation latérale un certain nombre de variantes de telles rondelles à poinçonnage sous pression, réalisées conformément à l'invention, désignées respectivement par 30a à 3Od. Chacune de ces rondelles comporte une surface de poinçonnage sous pression 12, constituée également d'une surface saillante 14,inclinée vers l'intérieur de la rondelle, et d'une petite surface 16, perpendiculaire à l'axe de la rondelle. La rondelle 30a peut plus particulièrement être utilisée dans des dispositifs de fixation agencés de la manière représente sur la figure 5; ce genre de rondelle 30a peut être disposée du côté de la bague par rapport aux pièces à assembler 28, 30 ou, optionnellement, de chaque côté de ces pièces, comme on l'a représenté sur la figure 5. La bague 9 de la figure 5 comporte1 du côté des pièces 28,30 une surface plane 9a qui peut également être poinçonnée par la surface de poinçonnage située en regard, de la rondelle 30a. La figure 4 représente ,une fois posé, un dispositif de fixation qui utilise une combinaison conforme à l'invention d'écrou et de rondelle. Cette combinaison, désignée par 40, comprend ltélément en forme de bague 42 et un élément en forme de rondelle 44 qui est fixé au précédent. La rondelle 44 comporte une surface de poinçonnage sous pression désignée par 12, qui comprend aussi une surface saillante 14, inclinée vers l'intérieur de la rondelle jusqu'à une petite surface 16 perpendiculaire à l'axe de la rondelle, comme dans les modes de réalisation précédents. Lorsque la pose du dispositif de fixation de la figure 4 est achevée, une zone poinçonnée sous pression, désignée par 29, est formée autour du bord du trou de l'ouverture 31 de la pièce 28. Le mode de réalisation de la figure 4 peut être utilisé par exemple avec des rondelles à friction ou avec des rondelles solidarisées de la bague. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. -REVENDICATIONS 1.- Dispositif de fixation comportant une cheville de fixation présentant une tête et une partie en forme de tige ou queue traversant une ouverture ménagée dans les pièces à assembler,et des moyens en forme de bague, destinés à être fixés à la cheville, pour maintenir serrées les pièces assemblées entre la bague et la tête de la cheville, caractérisé en ce que les moyens en forme de bague (lO;lOa; lOb;lOc;;40) comportent, du côté orienté vers les pièces assemblées, une surface saillante (14),inclinée vers l'intérieur de la bague, qui descend jusqu'à une petite surface (16), dans l'ensemble perpendiculaire à l'axe de la bague, située au voisinage immédiat de l'ouverture de l'une des pièces assemblées, cette combinaison (12) de surfaces saillante (14) et de chant (16) ayant pour action de s'appliquer contre le bord du trou de l'ouverture de la pièce, pour y produire une contrainte de compression élevée, afin de fournir un joint d'assemblage à faible transfert de cisaillement en régime de fatigue, de longévité à la fatigue accrue. 2.- Dispositif de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que des rainures périphériques sont prévues à une extrémité de la tige, qui fait saillie en dehors del'ouverture de la pièce, les rainures (203) situées le plus à l'extérieur formant un filetage hélicoïdal et les rainures avoisinantes (205), situées le plus à l'intérieur, constituant des rainures de verrouillage, la bague comportant une partie d'extrémité filetée intérieurement, préformée (207), et une partie cylindrique contiguë, cette bague étant tournée à force sur la tige, la partie cylindrique étant disposée du côté des pièces et la partie d'extrémité filetée étant disposée vers l'extérieur, ladite partie cylindrique recouvrant les rainures de verrouillage et étant sertie vers l'intérieur, suivant une direction dans l'en- semble radiale, sur ces rainures de verrouillage, de manière que celles-ci s'impriment dans la partie cylindrique de la bague en y formant des rainures de verrouillage mutuel complémentaires, ce sertissage imprimant à la bague un allongement qui engendre une traction résiduelle dans la cheville et formant un certain nombre de dépressions (213), dans la surface extérieure, et autour de celle-ci, de la seule partie cylindrique de la bague, lesquelles dépressions sont séparées par des nervures longitudinales formées par expansion de la matière de la bague. 3.- Dispositif de fixation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens en forme de bague (40) comprennent un élément en forme de rondelle (30a; 30b; 30c; 30d), la combinaison (12) de urfaces saillante et de chant étant fornée sur la face de l'élément en forme de rondelle, qui est située au voisinage immédiat de l'ouverture de la pièce avoisinante. 4.- Dispositif de fixation selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément en forme de rondelle (44) est fixé aux moyens en forme de bague (40) desquels elle est solidaire. 5.- Dispositif de fixation selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un second élément en forme de rondelle(30a) est utilisé du côté opposé aux moyens en forme de bague (9) par rapport aux pièces assemblées, en dessous de la tête de la cheville de fixation, pour fournir une secondé combinaison (12) de surfaces saillante et de chant, agissant sur l'arête du trou du côté opposé à la bague. 6.- Dispositif de fixation selon l'une quelconque des revendications précédentes, la tige de la cheville traversant des trous alignés de pièces assemblées, caractérisé en ce qu'au moins la surface, disposée dans l'ensemble de chant,(16) est engagée sous pression dans le bord du trou de la pièce située du côté de la bague.