Brevet FR2586275A1 — publié le 19870220

La présente invention se rapporte à un orga- ne d'assemblage fileté rotatif, du type auto-perceur et auto-taraudeur et elle concerne plus particulière- ment un organe d'assemblage de ce type qui est fabri- qué par une paire de matrices de matriçage. Divers organes d'assemblage filetés du type auto-perceur et auto-taraudeur sont connus dans la technique, dont certains sont particulièrement bien adaptés pour être fabriqués par un procédé de fraisage tandis que d'autres sont fabriqués par un procédé de matriçage qui utilise une paire de matrices de la forme voulue. Un exemple typique du type d'organes d'assemblage auto-perceurs et auto-taraudeurs qui est de préférence formé par le procédé de matriçage est décrit dans le brevet des E.U.A. n' 3 395 603, délivré le 6 Aout 1968 au nom de E.J. Skierski et cédé à la demanderesse de la présente invention. Les organes d'assemblage fabriqués conformément aux enseignements de ce brevet sont largement répandus, parce qu'ils constituent des organes d'assemblage simples à uti- liser, qui n'exigent pas de perçage préalable de la structure à laquelle sont assemblés, et les organes d'assemblage de ce type se sont révélés être faciles à fabriquer par des procédés de fabrication en grande série. Toutefois, on observe depuis peu une demande pour des organes d'assemblage auto-perceurs qui doi- vent être fabriqués en acier à haute teneur en car- bonne, en acier inoxydable ou en des alliages métal- liques qui sont d'une dureté supérieure à celle nor- malement demandée. Dans certains cas, on a constaté que les matrices de matriçage utilisées pour fabriquer une pointe de perçage sur ces organes d'assemblage sont sujettes à se briser prématurément lorsqu'on utilise ces matériaux durs. On considère que les contraintes inhérentes aux configurations actuelles des matrices de matriçage des pointes enprisonnent la matière plus dure la partie renflée en tête du lopin, sur laquelle on agit pendant l'opération de matriçage de la pointe et que l'emprisonnement de la matière du lopin ainsi que son fluage ultérieur engendrent des contraintes excessives dans la matrice de matriçage de la pointe en déterminant dans certains cas une rupture prématurée de la matrice de matriçage de la pointe. Avec la large expansion de l'utilisation des organes d'assemblage autoperceurs et anti-taraudeurs, on observe également une demande de réduction du temps de perçage de l'organe d'assemblage. Bien que les configurations de pointes déjà existantes, qui présentent deux goujures, donnent un temps de perçage satisfaisant dans la plupart des applications, on considère qu'elles n'ont pas un dégagement d'évacua- tion des copeaux suffisant pour éliminer la matière percée du trou résultant et réduire de cette façon le temps de perçage. Ceci se produit en particulier lorsqu'on travaille sur des ensembles multicouches formés de matières analogues ou dissemblables. Cette carence quant à l'évacuation de la matière percée peut se produire par un coincement entre la pointe et la surface du trou percé, en provoquant un dégagement de chaleur excessif et des temps de perçage résultant plus allongés. La présente invention a donc pour but de réaliser un organe d'assemblage auto-perceur et auto- taraudeur du type fabriqué par un procédé de matriçage qui soit capable d'assurer un accroissement de la durée de vie de la matrice de matriçage de la pointe. Un autre but de la présente invention est de réaliser un organe d'assemblage auto-perceur et auto- taraudeur dans lequel il se forme dans le trou percé résultant au cours de l'opération de perçage un plus grand dégagement pour l'évacuation des copeaux de perçage. Un autre but de la présente invention est de réaliser un organe d'assemblage auto-perceur et auto- taraudeur qui soit capable de réduire le temps de percage comparativement aux organes d'assemblage auto- perceurs et auto-taraudeurs de la technique antéri- eure. Les buts mentionnés ci-dessus ainsi que d'autres objectifs qui apparaitront au fur et à mesure de la progression de la description sont obtenus en réalisant un organe d'assemblage auto-perceur et auto-taraudeur qui possède une tige filetée et une extrémité pilote, dans lequel l'extrémité pilote possède un grand axe transversal et un petit axe transversal qui se coupent sur l'axe géométrique de l'organe d'assemblage. Une paire de goujures qui s'étendent longitudinalement sur l'extrémité pilote servent à former une paire de surfaces de coupe, dans une coupe transversale définissant le grand axe. Deux portées centrées sur l'axe de la tige sont formées chacune d'une surface courbe qui s'étend vers l'extérieur pour définir le petit axe à son extension radiale dans chaque coupe transversale de l'extrémité pilote. Une pointe de coupe présentant à peu près la forme d'un coin est formée à la partie terminale de l'extrémité pilote. Le petit axe croît en progression linéaire d'une région adjacente à la pointe de coupe jusqu'à un point éloigné de la pointe de coupe pour former de cette façon une partie inclinée de l'extré- mité pilote dont la surface extérieure longitudinale définit un angle avec l'axe géométrique de l'organe d'assemblage. Plus précisément,les surfaces de coupe sont formées à peu près parallèlement entre elles sur une grande longueur de la partie inclinée de l'extrémité pilote. L'invention a encore pour objet deux matri- ces complémentaires pour former la structure décrite ci-dessus dans une opération d'éffilement par matri- çage, la surface interne des matrices épousant la configuration spécifiée plus haut. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, la Fig. 1 est une vue partielle en élévation qui montre une partie d'un organe d'assemblage auto- perceur et auto-taraudeur construit conformément aux indications de l'invention; la Fig. 2 est une vue en élévation qui mon- tre la partie de l'organe d'assemblage de la fig.1, tourné de 90; la Fig. 3 est une vue en bout montrant d'autres détails de l'organe d'assemblage des Fig. 1 et 2; la Fig. 4 est une vue en coupe prise selon les lignes IV-IV de la Fig. 3 et qui montre des dé- tails de la configuration périphérique extérieure de l'organe d'assemblage des Fig. 1 à 3 dans cette coupe la Fig. 5 est une vue en coupe prise selon les lignes V-V de la Fig. 3 et qui montre des détails de la configuration périphérique extérieure dans cet- te coupe; la Fig. 6 est une vue en coupe prise selon les lignes VI-VI de la Fig. 3 qui montre des détails de la configuration périphérique extérieure de l'organe d'assemblage des Fig. 1 & 3 dans cette coupe la Fig. 7, est une vue en élévation analo- gue à la Fig.2 et qui montre l'organe d'assemblage complet des Fig. 1 à 3 pendant l'opération de perçage la Fig. 8 est une vue partielle en élévation analogue à la Fig.1 qui montre l'organe d'assemblage de la Fig. 7 tourné de 90*, pendant l'opération de perçage; la Fig. 9 est une vue partielle en élévation montrant une variante de réalisation de la structure des Fig. 7 et 8; et la Fig. 10 est une vue en perspective mon- trant l'une de deux matrices qui constituent le jeu de matrices utilisé pour la fabrication de l'organe d'assemblage représenté sur les Fig. 1 à 9. On se reportera maintenant aux dessins et, en particulier, aux Fig. 1 à 3, sur lesquelles on a représenté un organe d'assemblage auto-perceur et auto-taraudeur 10 possédant un tige 12 qui porte un filet continu 14 et une extrémité pilote 16. L'organe d'assemblage 10 est symétrique par rapport à l'axe géométrique de la tige 12 et il présente un grand axe transversal XX et un petit axe transversal YY qui se coupent sur ledit axe géométrique. Deux goujures 18 et sont formées dans l'extrémité pilote 16 et s'éten- dent longitudinalement sur la longueur de l'extrémité pilote pour former deux surfaces de coupe 22, 24 qui s'étendent le long du grand axe et qui définissent d'une façon générale la dimension du grand axe de l'organe d'assemblage dans une coupe quelconque de cet organe. Chacune des surfaces de coupe 22 et 24 déf- nit une arête de coupe 26, 28 qui s'étend à peu près parallèlement à l'axe géométrique de l'organe d'assem- blage et se termine par une partie inclinée 30, 32. Chacune des parties inclinées 30 et 32 de l'arête de coupe se termine par une pointe de coupe 34 en forme de coin. La pointe de coupe est disposée de façon à assurer la pénétration préliminaire dans la surface du métal, pour former un guide pour les arêtes de coupe , 32, 26 et 28. Deux surfaces courbes 36 et 38 s'étendent le long de l'extrémité pilote et se terminent respecti- vement par des surfaces inclinées 40 et 42 qui s'éten- dent vers l'axe de l'organe d'assemblage pour se réunir à la pointe de coupe 34. En se rapportant maintenant aux Fig. 4 et 6, on remarquera que, au fur et à mesure que la section transversale de l'extrémité pilote 16 s'agrandit de- puis la pointe de coupe 34 vers la tige filetée 12, le grand axe reste pratiquement constant tandis que le petit axe croît, en se rapprochant de la longueur du grand axe mais en lui restant inférieur sur toute la longeur de l'extrémité pilote. L'effilement de l'extrémité pilote 16 est considéré comme s'étendant de la dimension minimum M représentée sur les Fig. 2 et 3, à une dimension maxi- mal W qui est légèrement inférieure à la dimension de l'axe X-X en ce point. La dimension minimum M est de l'intervalle de 20 % à 50 % de la dimension W et l'ef- filement s'étend généralement sur une longueur L qui est dans l'intervalle compris entre 75 % et 95 % de l'extrémité pilote 16. Dans chacune des coupes représentées sur les Fig. 4 à 6, on peut voir que chacune des surfaces courbes 36,38 est raccordée à une surface de coupe 26 ou 28 par une une surface concave 44, 46, la surface concave formant le fond de la goujure 18 ou 20 sur la longueur de l'extrémité pilote 16. On se reportera maintenant aux Fig. 7 et 8 sur lesquelles on a représenté un organe d'assemblage du type décrit en regard des Fig. I à 6, et qui est muni d'une tête hexagonale 50 permettant d'entraîner l'organe d'assemblage. L'organe d'assemblage 10 est représenté dans sa position de perçage, après avoir progressé à travers la pièce P pour former une ouver- ture H dans cette pièce par rotation pendant l'opé- ration de perçage, laquelle est encore incomplète. Ainsi qu'on le remarquera, lorsque l'organe d'assem- blage 10 tourne pour prendre sa position représentée sur la Fig. 7, il subsiste un espace notable entre l'organe d'assemblage et l'ouverture H, espace qui permet à la matière de pénétrer dans les goujures 18 et 20 et d'être ensuite évacuée hors de l'ouverture pendant l'opération. Le perçage lui-même se produit sous l'action des arêtes de coupe 26, 28 et 30, 32 de l'organe d'assemblage 10 représenté en position sur la Fig. 8. Sur la Fig. 9, on a représente une variante de réalisation de l'invention qui est analogue à celle représentée sur les Fig. 1 à 8. L'organe d'assemblage a représenté sur la Fig. 9 est muni de filets 14a qui se prolongent vers le bas sur l'extrémité pilote 16a qui, par ailleurs, est construite conformément à la description des Fig. 1 à 8 ci-dessus. Sur la Fig. 10, on a représenté une matrice qui est construite pour former l'organe d'assemblage des Fig. 1 à 9 par une opération de matriçage. La ma- trice 48 est l'une de deux matrices, ou d'un jeu de matrices, construites de la même façon et qui, lor- qu'on les rapproche à force sous haute pression, sont capables de former l'extrémité pilote 16 de l'organe de fixation 10. Avec l'organe d'assemblage décrit ci-dessus, l'objectif de l'invention a été atteint puisque la forme résultante des matrices de matriçage de pointes qui sont utilisées pour former la section elliptique contraint la matière en excès et reflée en tête du lopin à s'écouler plus naturellement et plus facile- ment hors du profil de la matrice de matriçage de pointes, en réduisant ainsi les contraintes d'écla- tement résultantes qui accompagnent la compression de la matière pendant l'opération matriçage. En outre, en formant les surfaces de coupe 22 et 24 de telle manière qu'elles rejoignent les surfaces courbes 36 et 38 des portées au niveau de surfaces concaves 44 et 46, on obtient qu'il ne se forme pas dans la structure des matrices des arêtes vives sujettes à entraîner une rupture des matrices. La réduction elliptique de la surface de section permet également d'obtenir une plus grande épaisseur de matière dans les matrices de matriçage aux points de la pression la plus forte, ce qui renforce la matrice et ainsi, réduit le risque de rupture. Ainsi que ceci ressort également de façon évidente des Fig. 7 et 8 des dessins, la nouvelle configuration donne presque 360' de dégagement pour l'élimination des copeaux et de la matière, c'est à dire que, puisque les points extrêmes du grand axe de la section elliptique et l'arête de coupe à la pointe sont les seuls points de contact avec la matière à percer, on est exposé à un risque réduit de coincement de la pointe de perçage par la matière percée, qui entraînerait un ralentissement du perçage. L'organe d'assemblage 10 a donc apporté un perfectionnement comparativement aux organes d'assem- blages auto-perceurs et auto-taraudeurs du type ma- tricé qui sont connus dans la technique antérieure et la configuration s'est révélée être avantageuuse dans les applications o l'on utilise des aciers à haute teneur en carbonne et l'acier inoxydable pour la fa- brication de ce type d'organe d'assemblage. REVENDICATIONS 1- Organe d'assemblage auto-perceur et auto- taraudeur comprenant une tige filetée (12) et une ex- trémité pilote (16), ladite extrémité pilote possédant. un grand axe transversale (XX) et un petit axe trans- versale (YY) qui se coupent sur l'axe géométrique dudit organe d'assemblage, deux goujures (18,20) qui s'étendent longitudinalement sur la longueur de ladite extrémité pilote (16) pour former deux surfaces de coupe (22,24) qui, en section transversale, définis- sent ledit grand axe (XX), deux portées (36,38) cen- trées sur l'axe géométrique de la tige, dont chacune est formée d'une surface courbe qui s'étend vers l'ex- térieur pour définir ledit petit axe (YY) dans sa di- mension radiale dans chacune des coupes transversales de ladite extrémité pilote, et une pointe de coupe (34) présentant essentiellement la forme d'un coin, et formée à la partie terminale de ladite extrémité pi- lote (16), caractérisée en ce que le petit axe (YY) croit en progression linéaire d'une région adjacente à ladite pointe de coupe (34) jusqu'a un point éloigné de ladite pointe de coupe pour former de cette façon une partie inclinée de ladite extrémité pilote dont la surface longitudinale extérieure forme un angle avec ledit axe géométrique de l'organe d'assemblage. 2- Organe d'assemblage selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que lesdites surfaces de coupe (22,24) sont à peu près parallèles entre elles sur une grande portion de la partie inclinée de l'ex- trémité pilote. 3- Organe d'assemblage selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que chacune desdites por- tées (36,38) est formée d'une surface courbe convexe qui s'étend du bord extérieur de l'une desdites sur- faces de coupe (22,24) vers une surface concave (44,46) de plus petit diamètre qui est formée entre ladite portée et le bord intérieur de l'autre surface de coupe (24,22) et qui relie ces deux surfaces. 4- Organe d'assemblage selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la dimension minimum (M) dudit petit axe (YY) est dans l'intervalle de 20 % à % de la dimension maximum (W) dudit petit axe. - Organe d'assemblage selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la longueur de ladite partie inclinée de ladite extrémité pilote est dans l'intervalle entre 75 % et 95 % de ladite extrémité pilote. 6- Organe d'assemblage selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que ladite portée (36,38) est formée d'une surface courbe convexe qui s'étend du bord extérieur de l'une desdites surfaces de coupe (22,24) à une surface concave (44,46) de plus petit diamètre, qui est formé entre ladite portée et le bord intérieur de l'autre surface de coupe (22,24) et qui relie ces deux surfaces. 7- Organe d'assemblage selon la revendi- cation 6, caractérisé en ce que la dimension minimum (M) dudit petit axe (YY) est dans l'intervalle de 20 % 3Q à 50 % de la dimension maximum (W), dudit petit axe. 8- Organe d'assemblage selon la revendi- cation 7, caractérisé en ce que la longueur de la par- tie inclinée de l'extrémité pilote (16) est dans l'in- tervalle de 75 % à 95 % de cette extémité pilote.