Brevet FR2474118A1 — publié le 19810724

La présente invention concerne une vis d'assemblage ainsi que la manière dont elle serre l'un contre l'autre deux éléments à parois assez minces que traverse sa tige filetée en passant par un trou de ces dernières. En particulier, la tête d'entraînement de cette vis fait fonction de butée à l'égard d'une bordure du trou précité qu'elle empêche ainsi de se déformer et de s'élargir au point de faire cesser le contact entre le filet de sa tige et les parois à assembler. Avant de décrire en détail les caractéristiques de la vis selon l'in- vention, il semble opportun de rappeler brièvement, en regard des figu- res 1 et 2, les inconvénients des vis analogues de la technique antérieure. Cela permettra de mieux apprécier le but à atteindre en l'occurence, ce que l'on a précédemment essayé de faire pour atteindre ce but et par conséquent l'intérêt à cet égard de la présente invention. On rencontre en particulier certaines difficultés bien connues pour serrer l'un contre l'autre des éléments à parois assez minces au moyen de vis classiques. Il faut en effet que le filet de la vis tire ces parois contre sa tête plus large. Les vis en question sont fabriquées à partir d'une ébauche comportant une grosse tête et une tige qui est filetée par roulage à froid entre deux matrices. La tête de l'ébauche ne permet pas à ces matrices d'exécuter le filetage de sa tige jusqu'au bout de sorte que sa dernière spire proche de la tête est incomplète ou partielle. S'il sagit de serrer l'un contre l'autre des éléments assez épais, cela n'a que peu ou pas d'importance, car c'est la partie bien façonnée du filetage de la tige de la vis, c'est-à-dire celle qui se trouve à distance de sa tête, qui assure le serrage. En revanche, si ces éléments sont assez minces, comme c'est le cas notamment dans l'industrie automobile afin de réduire les prix de revient,le serrage que peut assurer la spire du filet qui est proche de la tête de la vis devient important. Il arrive souvent que, par suite de cette dernière spire incomplète de son filetage la vis n'assure pas une bonne prise avec l'un des éléments en question et tourne folle, c'est-à-dire 'foire", terme souvent utilisé dans la technique considé- rée. Même si le filet en question a une certaine prise près de la tête de la vis, un couple de serrage un peu trop fort exercé sur cette dernière a pour effet de déformer soit les tôles à assembler, soit la dernière spire 24741 18 partiellement formée de ce filet, ce qui fait foirer la vis qui assure un serrage moins efficace que celui initialement atteint. La figure 2 montre une des solutions suggérées auparavant pour sup- primer cet inconvénient. Elle consiste à donner à la tête de la vis la con- formation d'une coupelle qui recouvre la spire incomplète du filetage et entre par son bord périphérique en contact avec l'un des éléments au cours du serrage. En l'occurence, on ne compte pas sur la spire incomplète du filet qui est proche de la tête de la vis pour assurer le serrage des éléments. Cette solution supprime théoriquement certains des inconvénients précités Ode la technique antérieure, mais elle en présente d'autres et n'est donc pas entièrement satisfaisante. En particulier, la profondeur de la cavité formée par la tête en forme de coupelle n'est pas bien déterminée et elle est souvent égale ou supérieure au pas du filetage de la vis. Par conséquent, les éléments à serrer l'un contre l'autre se déforment d'autant plus facile- ment qu'ils sont plus minces, de sorte que si l'on applique un couple de serrage excessif ou si l'on poursuit l'application du couple à la vis les tÈles à assembler sont tirées dans la cavité formée par la tête de la vis, oe qui entraîne plusieurs conséquences indésirables. La plus importante vient de la déformation de la bordure du trou par lequel passe la tige de la vis, ce qui tend à agrandir ce trou éventuellement au point de faire cesser le contact de sa bordure avec le filet de la vis,qui peut alors "foirer "ou arra- cher le métal des t8les qui ne sont plus alors serrées l'une contre l'autre. De plus, cet enfoncement dans la tête de la vis de la bordure du trou des éléments à assembler amène à compter sur la spire incomplètement formée de son filetage pour assurer le serrage nécessaire, ce qui se traduit par un desserrage si l'on exerce sur la tête de la vis un couple un peu trop fort. Enfin, cette conformation de la tête de la vis la fait moins bien frotter contre les éléments à assembler, ce qui augmente le risque d'exercer sur elle un couple de serrage trop fort. La vis selon l'invention réduit beaucoup les inconvénients précités de la technique antérieure du fait que la profondeur de la cavité formée par sa tête ou sa bride en forme de coupelle est limitée et bien déterminée. Cette profondeur correspond de préférence au plus à la moitié du pas du filetage de sa tige, ce qui s'est avéré satisfaisant à la suite de divers essais et expériences. En effet, le rebord périphérique qui borde cette cavité recouvre le filet de la tige, de sorte que la spire incomplète de la vis, proche de sa tête, ne sert que très peu pour serrer l'un contre l'autre les éléments à assembler. De plus, cette profondeur limitée assure l'entrée de la bordure du trou d'un élément en contact avec le fond de la cavité précitée, contre lequel elle est coincée par le filet de la vis, oe qui non seulement augmente le serrage, mais aussi empêche l'agran- dissement du trou. En outre, oette entrée de la bordure du trou en con- tact avec la tête de la vis fait frotter davantage cette dernière contre l'un des éléments à assembler, en empêchant ainsi d'exercer sur cette tête un couple de serrage trop fort. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins an- nexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 représente partiellement un premier type de vis de la technique antérieure ainsi que la manière dont ètte vis serre l'un contre l'autre deux éléments représentés en coupe; la figure 2 est une coupe partielle d'un assemblage réalisé avec un second type de vis selon la technique antérieure; la figure 3 représente de côté et partiellement en coupe une partie d'une ébauche de la vis selon l'invention après l'exécution du filetage de sa tige par roulage; la figure 4 est une vue en élévation montrant la vis, en partie en coupe, après son achèvement et au moment o elle va être introduite dans les trous correspondants de deux éléments superposés; la figure 5 représente en perspective la tête d'entratnement et la bride en forme de coupelle de la vis de la figure 4; la figure 6 est une vue fragmentaire, en partie en coupe, montrant l'assemblage réalisé au moyen de la vis de la figure 4; la figure 7 est une vue fragmentaire, en partie en coupe, d'une variante de la vis selon l'invention les figures 8 et 9 montrent une autre variante de la vis selon l'invention, variante dans laquelle sa bride est remplacée par une rondelle indépendante et prisonnière à laquelle on a donné la forme d'une coupelle; les figures 10 et 11 montrent une modification de la vis représentée 2 24741 18 sur les figures 8 et 9, dans laquelle la rondelle ne peut pas tourner par rapport à la tête de la vis; et la figure 12 représente partiellement en coupe une partie d'une autre variante de la vis selon l'invention. Les figures. 1 et 2 montrent comment deux types de vis selon la technique antérieure assemblent en les serrant l'un contre l'autre deux éléments assez minces. Afin de mieux comprendre la présente invention ainsi que les difficultés rencontrées dans l'utilisation de ces vis, on va décrire brièvement comment fonctionne chacune d'elles, leurs composants com- parables étant désignés par les mêmes références suivies du signe prévu (') sur la figure 1 et du signe seconde (") sur la figure 2. La vis 20' de la figure 1 assemble deux éléments superposés 23 en passant par un trou 22 de ces dernières. Elle comporte une tête 28', cons- tituée d'une partie menante 32' et d'une bride 30', et une tige filetée 24' dont le filet porte la référence 26'. Comme le montre la figure 1, pour assem- bler en les serrant l'un contre l'autre les éléments 23, on enfile en la fai-- sant tourner la tige de la vis 20' dans le trou 22, son filet 26' entrant en contact avec la bordure de ce trou en la déformant un peu afin d'assurer le serrage nécessaire. En tournant, la vis 20' serre les éléments 23 entre sa bride 30' et son filet 26'. Comme le montre la figure 1, la dernière spire du filet 26', c'est-à-dire celle qui est proche de la bride 30', est incomplè- te, c'est-à-dire qu"elle se termine en pointe en ne faisant pas suffisamment saillie. Au début du vissage de la vis, son filet 26' serre assez les élé- ments 23 pour les déplacer axialement vers la bride 30', mais au moment o elles entrent en contact avec cette dernière ce n'est que la dernière spire incomplète de ce filetage qui peut assurer le serrage nécessaire, de sorte que si l'on exerce sur la vis un couple de serrage un peu trop fort, le filet 26' se sépare du bord du trou 22 et la vis 'foire", c'est-à-dire tour- ne folle, en cessant de bien serrer les éléments 23 l'un contre l'autre. La vis 20" représentée sur la figure 2 a été en principe conçue afin de supprimer les inconvénients de celle 20' de la figure l.La tête 28" de cette vis 20[" constitue une bride 30" à laquelle on a donné la forme d'une coupelle après avoir fileté sa tige 24", soan filetportant la référence 26". Cette bride " s'étend axialement le long de la tige 24" et entoure le filet 26", son 24-741 18 bord périphérique 34" faisant fonction de butée à l'égard des éléments perforés 23 qu'il empêche ainsi de parvenir jusqu'à la dernière spire in- complète et proche de la tête 28". On ne compte donc plus sur cette dernière spire pour assurer le serrage de cette tête contre l'élément 23. Le raison- nement suivi en l'occurence est que les spires convenablement formées du filetage 26", c'est-à-dire celles qui sont à peu près dans le même plan que le bord périphérique 34" de la tête 28", assureront le serrage néces.- saire, ce qui devrait éviter l'inconvénient rencontré dans l'utilisation de la vis représentée sur la figure 1. La vis 20" de la figure 2 fonctionne mieux que celle 20' de la figure 1 lorsque les éléments à serrer l'un contre l'autre ont une certaine épais- seur, mais certains inconvénients apparaissent si oes éléments sont plus minces. Ces inconvénients viennent en particulier du fait qu'on ne s'est pas ou peu préoccupé de la profondeur X de la cavité formée par sa tête ou bride 30" en forme de coupelle, oette profondeur X étant souvent supéri- eure au pas Y du filetage 26". Si on utilise cette vis 20" pour serrer l'un contre l'autre des éléments asse minces et faciles à déformer et si l'on exerce sur sa tête un couple de serrage un peu trop fort, par exemple en continuant à la faire tourner après l'entrée du bord périphérique 34" de sa tête en contact avec 1'éJ.én1ent 23, elle "foire" également. Les recherches effectuées à cet égard ont mis en évidence que, dans oe cas, la partie bien conformée du filet 26"tend, à proximité du plan qui passe par le bord périphérique 34" de la bride 30", à déformer la bordure du trou 22 en l'enfonçant axialement dans la cavité interne formée par cette bride 30", c'est-à-dire du côté de la tête 28". Par suite de la trop grande profondeur X de la cavité formée par la bride 30", c'est la rigidité relative des éléments 23 qui permet à la bordure du trou 22 de résister à oette défor- mation, de sorte que leur minceur et par conséquent leur rigidité asse faible ont pour conséquence de prolonger la déformation du trou 22 à me- sure que tourne la vis 20", le diamètre de ce trou augmentant ainsi au point de libérer le filet 26" et de faire foirer la vis. De plus, ètte déformation de trou 22 a pour effet de déplacer vers le haut et vers la dernière spire incomplète et proche de la tête 28" de la vis le lieu géométrique des points de contact de ce filet avec les éléments 23, ce qui réduit davantage encore l'efficacité du vissage et fait donc aussi "foirer la vis. Les figures 3 à 6 représentent une première forme de réalisation de la vis selon l'invention, vis qui ne présente pas les inconvénients de celles 20' et 20"1 des figures 1 et 2. La figure 3 montre une conformation intermédiaire de la vis 20 selon l'invention, c'est-à-dire la conformation qu'elle a juste avant le dernier stade de sa fabrication, à savoir le façon- nage de la cavité formée par sa bride, comme on va l'expliquer plus en détail. En effet, on façonne oette vis 20 à partir d'une ébauche dont la 28 de plus grande dimension comporte une extrémité d'entraînement 32 par exemple hexagonale et une bride ou collerette 30, cette tête se raccordant à une tige 24 dont le filetage 26 a été formé de façon classique par roulage à froid entre des matrices, aussi près que possible de la bride 30. Il est toutefois évident que la dernière spire de ce filet, c'est-à-dire celle qui est toute proche de la tête 28 de la vis est incomplète. Comme le mon- trent aussi les figures 3 à 5, la, face inférieure de cette bride 30 compor- te une denture 36 formée au moment du façon-nage de la tête 28. L'ébauche partiellement façonnée de la vis 20 que montre la figure 3 est ensuite soumise à une opération de roulage ou de façonnage destinée à donner à sa bride 30 la conformation d'une coupelle, comme le montre la figure 4, la cavité ainsi formée débouchant du côté de la tige filetée 24 et ayant une profondeur v assez faible, ne dépassant pas de préférence la moitié du pas Y du filetage 26. A l'usage, une telle profondeur s'avère satisfaisante, mais elle peut aussi être différente, car il suffit de la déterminer de manière à permettre le mode de fonctionnement qu'on va décrire plus loin. L'opération,qui fait passer la bride 30 de sa conforma- tion de la figure 3 à celle de la figure 4 en y formant vers l'intérieur et de haut en bas sa denture 36,a en outre pour effet de denteler l'extrémité libre du rebord périphérique 34 qui délimite la cavité formée par la bride 30 en forme de coupelle, le fond 38 de cette cavité étant constitué par la surface inférieure de la tête 28 de la vis. L'opération de façonnage précitée a aussi pour effet d'arrondir en l'inclinant radialement un peu vers l'intérieur la surface périphérique de la bride 30. La conformation ainsi représentée est avantageuse et résulte essentiellement du procédé de fabrication appliqué, mais on peut envisager d'autres procédés de fabrication qui donnent à la surface p'iriphé- rique de la bride 30 une conformation à peu près cylindrique. La figure 6 montre comment la vis 20 selon l'invention assemble en les serrant l'un contre l'autre deux éléments perforés 23, la figure 4 mon- trant le début de l'opération aboutissant à cet assemblage. La rotation et l'enfoncement axial de la vis 20 dans le trou Z2 a pour effet de tirer vers sa tête 28 ces éléments 23 que son filet 26 fait entrer en contact avec le rebord périphérique 34 de sa bride 30, ce rebord dentelé par suite de la présence de la denture 36 mordant ainsi dans l'élément supérieur 23. Si l'on continue à-faire tourner la vis 20, son filet 26 tire la bordure du trou 22 dans la cavité formée par la bride 30, ce qui provoque comme un évasement de bas en haut du trou 22, cet évasement cessant dès que la bordure supérieure de ce trou entre en contact avec le fond 38 de la cavité. Le rebord périphérique 34 de la bride fait alors fonction de butée et de point d'appui en ne permettant qu'à la bordure du trou 22 de s'enfoncer dans la cavité et par conséquent au bord supérieur de ce trou évasé d'entrer en contact avec le fond 38. Il en résulte que le filet 26 et ce fond 38 serrent et coincent entre eux la bordure du trou 22. Il faut noter de plus que, par suite de la profondeur limitée Z de la cavité formée par la bride 30 en forme de coupelle, le trou 22 ne se déforme ou ne s'évase que faiblement. En d'autres termes, l'entrée de la bordure supérieure du trou 22 en contact avec le fond 38 de la cavité empêche ce trou de s'élargir au point de libérer le filet 26. En outre, ce n'est que la partie convenablement façonnée et relativement complète de la der- nière spire du filetage 26 qui est utilisée pour effectuer le serrage, sa par- tie incomplète n'intervenant que peu ou pas dans le serrage. Il faut souligner en outre que la rotation de la vis 20 a pour effet de faire mordre la denture 36 du rebord 34 dans l'élément supérieur 23, ce qui est important à plus d'un titre: d'abord parce que cela contribue à empêcher la vis 20 de tourner et donc d'exercer sur elle un couple de serrage trop fort; ensuite, parce qu'il est possible, en donnant à la denture 36 une conformation convenable, de lui faire exercer une action de blocage qui em- pêche la vis 20 de se desserrer en service sous l'effet des vibrations aux- quelles elle est soumise. Enfin, si l'on désire faire une mise à la masse alors que l'élément supérieur 23 est revêtu de peinture, comme c'est souvent le cas lors de l'assemblage de carrosseries d'automobile, les dents 36 2 24741 18 entaillent et traversent cette couche de peinture et établissent un bon contact électrique avec le métal sous-jacent, ce qui facilite la mise à la masse. En comparant la vis selon l'invention avec celle 20' de la figure 1, il faut donc souligner que cette dernière et sa bride plate 30' ne coincent nuUement les éléments 23 qui sont déform4s en fait en sens inverses de part et d'autre du trou 22. De plus, le serrage des éléments 23 au moyen de la vis 20 n'est pas exécuté par la dernière spire incomplète du filet de sa tige qui est proche de sa tête Z8, mais au contraire par une partie mieux conformée de ce filet 26, et cela grâce à la présence de la bride 30 en forme de coupelle. Si l'on compare la vis 20 à celle 20" de la figure 2, on voit que la profondeur limitée Z de la cavité formée par sa bride 30 assure le serrage des éléments 23 contre le fond 38 de cette cavité. Les deux fonctions ainsi assurées sont importantes: le coincement ou serrage obtenu est supérieur à celui qui peut être atteint au moyen de la vis 20", et le contact avec le fond 38 empêche le trou- 22 de s'agrandir au point de libérer le filet de la vis. La figure 7 représente une première variante 20a de la vis 20, variante dont la structure est pratiquement la même que celle de cette dernière, à ceci près que le fond 38a de la cavité formée par la bride com- porte une denture supplémentaire 40a. Au moment o la vis 20a est serrée contre les éléments 23 et o le bord du trou 22 s'évase de bas en haut, la bordure de ce trou entre en contact avec cette denture 40a qui la coince encore mieux. En pratique, la denture 40a peut remplacer la denture 36a ou bien s'ajouter à celle-ci, comme le montre la figure 7. De plus, la denture 40a peut être orientée soit dextrorsum, soit sinistrorsum, afin d'exercer un blocage supplémentaire qui empêche la vis de tourner dans le sens de son devissage; la denture 40a peut aussi être orientée de manière à augmenter le couple à exercer pour serrer la vis, en rendant ainsi plus difficile l'application d'un couple de serrage trop fort. Les figures 8 à Il représentent deux autres variantes de la vis selon l'invention, à savoir une variante 20b (figures 8 et 9) et une variante 20c (figures 10 et 11). Dans ces deux variantes, la bride incorporée en forme de coupelle des vis 20 et 20a est remplacée par une rondelle prisonnière. En ce qui conoerne plus précisement la vis 20b, la figure 8 en montre une forme intermédiaire, c'est-à-dire avant qu'ait été donnée à la ron- delle 30b la conformation d'une coupelle. Il est à noter que c'est le filet 26b qui maintient la rondelle 30b prisonnière sur la tige 24b de la vis, ce qui se fait par application d'un procédé bien connu dans la techni- que considérée pour la réalisation de dispositif à vis et rondelle du type connu sous la désignation "sems". On enfile en l'occurence la rondelle b sur la tige non filetée de l'ébauche de la vis tige dont on forme ensuite par refoulement le filetage, la crête du filet 26b servant à main- tenir la rondelle 30b prisonnière sur la tige 24b. En pratique, l'assemblage réalisé au moyen de la vis 20b des figures 8 et 9 se fait essentiellement de la même façon que celui réalisé au moyen des vis 20 et 20a. La rondelle représentée 30b ne comporte pas de denture, mais on peut envisager soit de denteler son rebord périphérique 34 pour lui faire pénétrer superficiellement l'un des éléments à serrer l'un contre l'autre, soit de former une denture analogue à la précédente 40a au fond 38b de la cavité formée par la rondelle, soit encore d'utiliser conjointement les deux dentures en question. Il est en outre à noter que par suite de la forme circulaire de la tige 24b et du trou central 42 de la rondelle 30b, dès que cette dernière commence à se serrer acntre un des éléments à assembler, elle s'immobilise pendant que la tige 24b et la tête 28b de la vis tournent par rapport à elle. On peut utiliser ce dispositif lorsqu'on cherche à ne pas détériorer ou endommager superficiellement l'élément supérieur 23. La vis 20c représentée sur les figures 10 et 11 ne diffère de la précédente 20b que par la conformation polygonale de sa tige 24c à proximité de sa tête 28c ainsi que du trou central 42c de la rondelle 30c. La figure Il montre cet agencement. De ce fait, la rondelle prisonnière 30c tourne avec la vis 20c, l'assemblage réalisé au moyen de cet ensem- ble étant identique à celui réalisé au moyen des vis 20 et 20a précédem- ment décrites. Là aussi, il est possible de denteler le rebord périphé- rique 34c ou le fond 38c de la cavité formée par la rondelle. La figure 12 représente encore une autre variante 20d de la vis selon l'invention, variante dont la bride 30d en forme de coupelle est incor- porée à sa tête Z8d. La différence essentielle entre cette variante et la vis 20 est une cavité 50 ménagée dans la tête de la vis pour permettre de la faire tourner par rapport aux éléments à assembler. Comme le montre la figure, cette cavité forme intérieurement plusieurs lobes, et elle est destinée à loger un outil de vissage ayant une conformation complé- mentair e. Il va de soi que de nombreuses autres modifications peuvent être apportées aux vis décrites et représentées sans sortir du cadre de l'in- 1 0 vention. REVENDICATIONS 1. Vis destinée à assembler deux éléments assez minces (23) en passant par un trou (22) percé dans ces derniers, cette vis, dont la tête d'entraînement (32) est séparée de sa tige filetée (24) de moindre diamètre par une bride (30) qui forme, du côté de cette dernière (24), une cavité annulaire dont le rebord périphérique (34) recouvre une partie de son filet (26), étant caractérisée en ce que: la profondeur axiale (Z) de la cavité précitée, c'est-à-dire la distance qui sépare axialement son fond (38) de son orifice, est limitée de façon que le filet (26) tire les éléments (23) contre le rebord (34) et, à partir de ce dernier, force la bordure du trou (22) à s'enfoncer dans la cavité et à venir buter contre son fond (38), ce qui empêche le trou (22) de s'élar- gir e maintient donc le filet (26) serré contre la bordure de ce trou et donc en contact avec les éléments (23). 2o Vis selon la revendication 1, caractérisée en ce que la profondeur axiale (Z) de la cavité ne dépasse pas la moitié du pas (Y) du filet (26). 3. Vis selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le rebord (34) forme radialemnent vers l'intérieur une denture (36) qui, en entaillant un des éléments (23), améliore le contact électrique entre ces derniers et la vis (20) et accroît sa résistance au couple de serrage. 4. Vis selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le fond (38) de la cavité présente une denture (40a) qui vient bloquer l'élément (23) avec lequel elle entre en contact lors du serrage de la vis. 5. Vis selon la revendication 1, caractérisée en ce que sa bride est remplacée par une rondelle indépendante (30b ou 30c) qu'on enfile sur la partie lisse (24b ou 24c) de sa tige entre le filetage de cette dernière et la tête plus large (28b ou 28c) de la vis. 6. Vis selon la revendication 5, caractérisée en ce que la partie lisse (24c) de sa tige ainsi que le trou central (42c) de la rondelle (30c) ont des formes polygonales complémentaires de façon à empêcher la seconde (30c) de tourner par rapport à la tête (Z8c). 7o Vis selon l'une quelconque des revendications prédentes, carac- térisée en ce que le filet (26) de sa tige (24) tire dans la cavité formée par sa bride (30) ou la rondelle (30b ou 30c) la bordure du trou (22) qui est comprise entre cette tige et le rebord périphérique (34 ou 34b) de cette bride ou rondelle, de façon que cette bordure vienne buter contre le fond (38) de la cavité sans par conséquent élargir le trou (22) au point de faire cesser le contact entre le filet (26) et les éléments à assembler (23).