Brevet FR2320451A1 — publié le 19770304

La présente invention concerne une vis a' tôle et elle vise notamment une vis auto-taraudeuse plus particulièrement destinée à être utilisée avec. une tôle ou plaque métallique de faible épaisseur. Pour fixer une vis dans une mince tôle métallique, un procédé cnnnu consiste à introduire la vis par son extrémité filetée dans un trou percé au préalable, de diamètre plus grand que le diamètre du filet externe de la tige de la vis, puis à visser solidement la vis dans un écrou placé sur l'autre face de la tale pour maintenir la vis en place.Un autre procédé connu consiste à former d'abord un trou pilote lisse par perçage ou opération analogue, punis dans une étape suivante, 'a dilater à force le trou ainsi formé en introduisant dedans un poinçon expanseur conique ou analogue afin de définir un siège solidaire de forme sensiblement annulaire qui dépasse vers l'extérieur à partir d'un bord d'ouverture du trou de l'autre capté de la tôle, et enfin à tarauder le trou et le siège avec un dispositif taraudeur pour faciliter leur engagement avec le filet extérieur d'une vis correspondante. Toutefois, de tels procédés classiques sont très coûteux en temps et en argent.Oa a donc essayé d'utiliser divers types de vis auto-taraudeuses qu'on introduit simplement dans un trou préalablement percé, de diamètre plus petit que celui du filet extérieur de la tige de vis. Cependant, ces types de vis entraînent encore une perte de temps et d'argent car elles nécessitent au moins deux opérations séparées, à savoir un perçage préalable et un vissage ultérieur. Plus récemment, on a développé divers types différents de vis auto-taraudeuses qui comportent à l'une des extrémités de leur tige une portion perforante effilée pourvue d'arêtes qui s'étendent sur toute la surface effilée de la portion perforante pour se terminer par une extrémité pointue. La vis peut ainsi percer une tale en formant un trou pilote initial de petit diamètre qui est ensuite élargi à force et déformé en un siège solidaire sensiblement annulaire qui s'étend vers l'exté- rieur à partir du bord du trou sur la face opposée lorsqu'on enfonce dans celui-ci la portion perforante de la vis.Bien que ce type de vis connues soit dans un sens d'un usage commode puisqu'on peut fizer ces vis en une seule opération de vissage, il présente encore de nombreux inconvénients dont le premier et le plus important est que la tôle non seulement se craquelle facilement au voisinage du trou pendant l'introduction à force de la portion perforante de la vis, mais subit une propagation raide des craquelures de fatigue. En outre, le développement initial des craquelures amène au deuxième inconvénient, c'est-à- dire au fait que le siège n'est pas suffisamment haut de sorte que les filets taraudés à l'intérieur du siège ne sont pas assez nombreux pour supporter la tige d'une vis correspondante.Le troisième inconvénient provient de ce que le trou est non seulement agrandi excessivement mais aussi que sa paroi périph.érique est en partie amincie du fait de l'action d'arrachement et de grattage des arêtes vives de la portion effilée, de sorte que la vis ne possède pas la force de serrage voulue.Un inconvénient de cette nature est particulièrement gênant lorsqu'il s'agit d'une plaque d'aluminium ou d'autre métal doux, ainsi que pour les très minces plaques de fer blanc. Un quatrième inconvénient est que la vis risque de s'enfoncer obliquement dans la tôle du fait de la présence des craquelures provoquées par l'enfoncement à force de la portion perforante de la vis, ainsi qu'eu raison du manque d'uniformité de l'épaisseur de la paroi qui entoure le trou, à cause de l'effet d'arrachement ou de grattage des arêtes vives de la portion perforante. Pour éviter ces inconvénients, la vis suivant l'invention est pourvue d'une extrémité pyramidale non filetée qui s'détend à l'avant d'une tige filetée classique pour se terminer en pointe. L'estrémité pyramidale de la vis comprend une partie de pointe avec des arêtes vives qui divergent à partir de la pointe pour effectuer le travail de perçage ou de coupe, et une partie de base à arêtes émoussées qui prolongent chacune des arêtes vives et présentent une surface extérieure qui s'évase progressivement pour élargir progressivement et régulièrement un trou initial de petit diamètre formé par l'action de perçage ou de coupe des arêtes vives, afin d'établir autour du trou un siège ébarbé de forme sensiblement annulaire destiné à venir en engagement avec une tige de vis filetée. La vis suivant l'invention peut être fixée par simple vissa- ge, sans que se produisent de craquelures lorsqu'elle est enfoncée à force dans la tôle. La vis de l'invention est conçue de manière à former de ltau- tre côté de la tôle un siège support de la hauteur voulue autour du trou percé. En outre, la vis suivant l'invention est conçue de manière à éviter l'action indésirable d'arrachement et de grattage produite par l'extrémité perforante des vis classiques. 0a obtient ainsi un vissage solide, même si la tôle dans laquelle la vis est enfoncée est très mince ou est en aluminium ou autre métal doux. Enfin, la vis suivant l'invention peut être enfoncée perpendiculairement et sans à-coup dans une tôle. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip -tion détaillée qui suit et à ltexamen des dessins annexés qui représenten, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs modes de réalisation de l'invention. La fig. 1 est une vue de face d'une vis suivant un premier mode de réalisation de l'invention. La fig. 2 est une vue à plus grande échelle de l'extrémité de la vis de la fig. 1. Les figs. 3 à 5 sont des vues en coupe transversale suivant les lignes III-III, IV-IV et V-V respectivement de la fig. 2. la fig. 6 est une vue analogue à celle de la fig. 2, illustrant le percement d'une tôle par l'extrémité de la vis pour former un trou initial dans la tôle. La fig. 7 est une vue analogue à la fig. 6 montrant le siège solidaire ébarbé formé autour du trou dans la tôle. La fig. 8 est une vue partielle en perspective, à plus grande échelle de l'extrémité pyramidale d'une vis suivant un deuxième mode de réalisation. La fig. 9 est une vue en coupe transversale suivant la ligne IX-IX de la fig. 8. La fig. 10 est une vue analogue à la fig. 8, mais représente un troisième mode de réalisation de l'i-vettion. La fig. ll est une vae en coupe transversale suivre 'a ligne XI-XI de la fig. 10. La fig. 12 est une vue analogue à la fig. 8, mais représente un quatrième mode de réalisation suivant l'invention. La fig. 13 est iile vue en coupe transversale suivant la li- gne XIII-XIII de la fig. 12. La fig. 14 est une vue d'un cinquième mode de réalisation de l'invention. La fig. 15 est une vue en coupe verticale suivant la ligne XV-XV de la fig. 14. La fig. 16 est une vue d'un sixième mode de réalisation de l'invention. La fig. 17 est une vue en coupe transversale suivant la ligne XVII-XVII de la fig. 16. La fig. 18 est une vue d'un septième mode de réalisation de l'invention. Sur les dessins, et plus particulièrement sur les figs. 1 à 5 qui illustre le premier mode de réalisation de l'invention, on a représenté une vis 10 qui comprend une tete (connue) 11, une tige filetée (connue) 12 de forme sensiblement cylindrique reliée par son extrémité supérieure à la tête 11, et une extré- mité pyramidale non filetée 13 qui s'étend vers l'avant à partir de l'extrémité inférieure de la tige filetée 12 pour se terminer par une pointe 14. L'extrémité pyramidale 13 se divise en deux parties, à savoir une portion de pointe 15 à arêtes vives 16 qui divergent à partir de la pointe 14, et une portion tronconique ou base 17 à arêtes émoussées 18.La portion de pointe présente la hauteur h indiquée sur la fig. 2 et a une section carrée comme représenté sur la fig. 3, tandis que la portion de base 17, sensiblement délimitée par les lignes III-III et V-V a son diamètre qui augmente progressivement en direction de la tige filetée 12. La surface courbe de chaque arête émoussée 18 s'élargit au fur et à mesure que le d diamètre de la portion de base 17 augmente. Û portion de pointe 15 effectue une opéra- tion de perçage ou de coupe, tandis que la portion de base 17 effectue essentiellement des opérations d'élargissement du trou et de formation de siège, décrites plus loin.Il est à noter que l'extrémité pyramidale quadrangulaire 13 représentée sur les figs. 1 à 5 pourrait être remplacée par ale pyramide triangulaire ou sutrement polygonale (non représentée). T angle vertical oppose de l'extrémité pyramidale 13 de la vis 10, désigné par la référence # sur la fig. 2 peut étre avantageusement de l'ordre de 25 à 65 suivant la dureté de la tôle à laquelle la vis doit être fixée. Lorsque la tôle 19 est du fer ou un autre matériau dur, l'angle e doit être réduit à 25 degrds alors que s'il s'agit d'une tôle d'aluminium ou d'un autre métal doux, la valeur de e doit être portée à 65?-. En oatre, le nombre de côtés de l'extrémité pyramidale peut également varier en fonction de la dureté de la tôle. En règle générale, il convient d'augmenter le nombre des côtés polygonaux avec la dureté de la tôle. I1 faut toutefois éviter d'utiliser dix côtés ou davantage car une extrémité pyramidale comportant autant de côtés serait voisine d'un cone circulaire, et la concentration d'efforts sur chacune des si nombreuses arêtes émoussées se disperserait de sorte que l'ouverture initiale 20' (fig. 6) ne pourrait être en fait suffisamment élargie pour former un siège 21 de hauteur voulue sans que des craquelures indésirables apparaissent autour de l'ouverture 20.En même temps, la hauteur de la portion de pointe 15 doit être déterminée en fonction de l'épaisseur de la table. De même, les dimensions et la courbure des arêtes émoussées 18 sont avantageusement choisies en fonction de l'épaisseur ainsi que des caractéristiques de la tôle à laquelle la vis doit être fixée. En fonctionnement, lorsque la vis 10 est enfoncée au moyen d'un tournevis ta moteur classique, sa pointe 14 perce d'abord la tAGlO à un endroit prédéterminé pour former dedans un trou d'épingle qui est ensuite agrandi par l'action de perçage des arêtes vives 16 pour former l'ouverture initiale 20' représentée sur la fig. 6. Dès que l'ouverture 20' a été agrandie à un diamètre d qui correspond sensiblement au plus grand diamètre extérieur de la portion de pointe 15, la portion de base 17 pénètre dans l'ouverture 20' pour l'élargir encore à force et former l'ouverture agrandie 20 bordée d'un siège ébarbé sensiblement annulaire 21 qui s'étend vers 11 extérieur à partir de la face opposée 22 de la tôle 19 (fig. 7).Dans un stade final, la tige filetée 12 est vissée par l'ouverture 20 dans le siège 21 que taraudent les filets externes 23 de la vis 12. Au cours de cette opération, du fait de la crstruction de la portion de base 17 dans laquelle chacune des arêtes émoussées 18 a une surface extérieure lisse qui croît progressivement, couve représenté sur les figs. 2, 6 et 7, l'ouverture initiale 20' de petit diamètre formée par l'action de perçage de la portion de pointe 15 peut être élargie progressivement et sans à coup pour former un siège 21 de la hauteur voulue sans que des craquelures indésirables apparaissent autour de l'ouverture. En outre, cette construction permet que les parois intérieures de l'ouverture 20 ainsi que celles du siège 21 ne subissent sensiblement aucun arrachement ou grattage pendant l'opération. Les figs. 8 à 17 représentent cinq autres modes de réalisation de l'invention qui apportent un perfectionnement aux nombreux avantages que procure le mode de réalisation décrit aux figs. 1 à 5, par emploi de moyens pour évacuer les copeaux qui sont taillés dans l'épaisseur de la tôle 19 pendant l'opération de taraudage par les filets externes 23 de la tige 12. t'éli- mination des copeaux est très importante car ils détériorent fréquemment les surfaces intérieures de l'ouverture 20 et du siège 21, ce qui favorise l'apparition de craquelures tout autour. Il est bien évident que l'ouverture 20 doit présenter un fini aussi lisse que possible pour faciliter la formation d'un siège 21 de hauteur voulue sans apparition de craquelures, ce qui permet un vissage serré. En outre, la présence de copeaux nécessite un couple de vissage plus élevé. A cet effet, l'extrémité pyramidale 13a de la vis des figs. 8 et 9 présente deux évidements 24a diamètralement opposés. Chaque évidementw24a s'élargit vers le haut à partir de la pointe 14 le long de l'une des arêtes vives 16, de façon définir un bord coupant à angle aigu 25a et une face plate verticale de dépouille 26a qui s'étend en diagonale en direction de l'axe vertical de l'extrémité pyramidale 13 coname représenté sur les figs. 8 et 9. En fonctionnement, les copeaux qui sont taillés par les bords coupants 25a peuvent facilement s'éliminer par les évidements 24a Les figs. 10 et 11 représentent une autre variante dans laquelle la portion de pointe 15b de l'extré:ité pyramidale 13b est échancrée en semi diagonale de façon à définir une face verticale de dépouille 26b et deux bords de coupe à angle aigu 25b . En fonctionnement, les copeaux sont produits essentielle- ment par les bords de coupe 25b et ils s'éliminent facilement par l'espace adjacent à la face de dépouille 24b Dans la variante des figs. 12 et 13,;l'extrémité pyramidale 13c comporte une ou plusieurs rainures 27, en forure de V, formées sur toutes les faces obliques de la portion de pointe 15c ou sur deux d'entre elles, de façon que chacune d'elles stéten- de en ligne droite jusqu'à la pointe 14. Rien entendu, les rainures 27 en forme de V pourraient être ramplacées par des rainures d'une autre configuration appropriée. En fonctionnement, les copeaux formés s'éliminent facilement par les rainures 27. Chacune des extrémités pyramidales 13a, 13b et 13c présente en outre l'avantage de faciliter la formation d'un siège 21 de hauteur voulue puisque le diamètre de l'ouverture initiale 20' est en fait plus petit que celui de l'ouverture obtenue avec la vis des figs. 1 f 5, du fait que chacune des portions de pointe 15a, 15b ou 15c est en partie évidée et du fait que les copeaux s'éliminent facilement. Ori peut utiliser sélectivement les portions de pointe 15a, 15b ou 15c en fonction de la dureté, de l'épaisseur et autres caractéristiques de la tôle dans laquelle la vis 10 doit être fixée. Les figs. 14 et 15 illustrent une autre variante de l'extré- mité pyramidale 13d dans laquelle une rainure sensiblement spi rale 28 s'enroule autour de la surface emtérieure pyramidale de la portion de pointe 15d d'un point voisin de la pointe 14 jusqu'à la portion de base 17, sensiblement dans le même sens de vissage que les filets 23 de la tige 12. De cette façor, non seulement les copeaux sont faciles à éliminer par la rainure 28, mais le perçage initial peut être effectué très faciIernt, car la rainure spirale 28 permet à la portion de pointe 15d d'amorcer l'auto-taraudage dans l'ouverture 20' formée. En conséquence, le vissage ne nécessite pas un couple élevé, de sorte que la tôle 19 est exempte de toute dépression indésirable.Il est à noter que la rainure spirale 28 peut être utilisée à volonté en combinaison avec n'importe laquelle des extrémités pyramidales 13a, 13b ou 13c Les figs. 16 et 17 représentent encore une autre extrémité pyramidale 13e dans laquelle au moins un évidement vertical 24e est formé sur chacun ou sur certains des plans pyramidaux à fis tance des arêtes vives 16, de façon que les copeaux formés au cours @e l'opération de perçage de la portion de pointe 19e puisse s'éli@iner par les évidements 24e, ce qui évite de détériorer la paroi intérieure du siège 21.En outre la surface de frottement des plans pyramidaux s'en trouve réduite, de sorte que le couple d'entraînement peut s'appliquer en totalité à la formation d'un siège 21 de hauteur voulue. Dans la variante de la fig. 18, la vis suivant l'invention comporte une portion cylindrique non @iletée 29 entre la tige filetée 12 et l'extrémité pyramidale 13, le diamètre de cette portion cylindrique 29 étant égal ou inférieur au diamètre de pas des filets 23. En fonctionnement, lorsque la portion 29 s'enfonce dans le siège 21, sa surface cylindrique rectifie la configuration du siège dont la section devient presque parfaitement circulaire tandis que ses parois sont perpendiculaires la feuille, de sorte que la tige de vis 12 ainsi guidée s'enfon- ce correctement et non obliquement dans la feuille. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS I - Vis à tôle, caractérisée en ce quelle comprend une tête de vis, une tige filetée reliée par son extrémité supdrieu- re à la tête de vis, une extrémité pyramidale solidaire de l'extrémité inférieure de la tige filetée et se terminant en une pointe, ladite extrémité pyramidale comportant une portion de pointe adjacente à ladite pointe, et une portion de base disposée entre la portion de pointe et l'extrémité inférieure de la tige filetée, ladite portion de pointe comportant une pluralité d' arêtes vives qui divergent à partir de ladite pointe en direction de la portinde base, ladite portion de base comportant une pluralité d'arêtes émoussées à surface extérieure courbe qui prolongent chacune des arêtes vives jusqu'à l'extré- mité inférieure de la tige filetée, la surface extérieure courbe de chacune des arêtes émoussées s'élargissant progressivement en direction de l'extrémité inférieure de la tige~ filetée. 2 - Vis suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la portion de pointe comprend : au moins un évidement, ledit évidement s' évasant sensiblement vers le haut à partir de la pointe le long de l'une des arêtes vives; un bord coupant formé par ladite arête vive, ledit bord coupant s'étendant sensiblement vers le haut à partir de ladite pointe le long de ladite arête vive; et une face plate de dépouille s'étendant à partir dudit bord coupant en direction de l'axe vertical de ladite portion de pointe. 3 - Vis suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la portion de pointe est échancrée à moitié de façon à présenter un plan vertical coupant reliant en diagonale deux arêtes vives opposées, ledit plan coupant constituant une face verticale de dépouille, et deux bords coupants à angle aigu sséten- dant sensiblement vers le haut à partir de ladite pointe le long de chacune des deux arêtes vives opposées, respectivement. 4 - Vis suivant la revendication 1, caractérisée en ce aux au moins une rainure sensiblement en forme de V est formée sur au moins une face de la portion de pointe de la vis et en ce que ladite rainure en forme de V s'étend en ligne droite de la pointe de la vis en direction de sa portion de base. 5 - Vis suivant l'une quelconque des reverjdications 1 à 4, caractérisée en ce qu une rainure sensiblement spirale est formée sur la surface extérieure pyramidale de la portion de pointe de la vis, ladite rainure spirale 'enroulant sensiblement dTun point voisin de la pointe de la vis jusqu'à la portion de base de la vis, sensiblement dans le même sens que les filets de la tige filetée de la vis. 6 - Vis suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins un évidement vertical est formé sur au moins l'un des plans pyramidaux de l'extrémité pyramidale de la vis, ledit évidement vertical étant espacé de chaque arête vive. 7 - Vis suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'une portion cylindrique non filetée est disposée entre la tige filetée de la vis et son extrémité pyramidale, le diamètre de ladite portion cylindrique non filetée étant égal ou inférieur au diamètre de pas des filets de la tige filetée.