Brevet FR2640897A1 — publié le 19900629

PROCEDE ET DISPOSITIF DE RIVETAGE La présente invention a pour objet un procédé de pose de rivets et un dispositif de mise en oeuvre dudit procédé, destinés en particulier, mais non exclusivement, aux rivets sans tête. Le rivetage est une technique d'assemblage utilisée depuis très longtemps. Il consiste à introduire dans un orifice commun à deux pièces, un rivet comprenant une tête et une tige, puis à appliquer sur l'extrémité de la tige opposée à la tête, une pression provoquant la déformation de cette extrémité pour former une seconde tête. Les deux pièces assemblées sont ainsi emprisonnées entre les deux têtes. Mais on s'est aperçu que la liaison ainsi obtenue était confortée si le volume total de l'orifice commun aux deux pièces était rempli par la matière constituant le rivet. Il a donc été proposé depuis longtemps d'utiliser des rivets sans tête, c'est-à-dire se présentant sous la forme d'une tige cylindrique, et de former dans un premier temps la tête d'un côté du rivet, en maintenant celui-ci et la pièce sur un support formant enclume, puis cette opération étant effectuée, de former la seconde tête en appliquant une pression sur le côté opposé du rivet, la première tête étant maintenue par une enclume donnant la force de réaction nécessaire. Malheureusement, ces différentes pressions provoquent le plus souvent un déplacement des pièces à assembler, et la fixation obtenue n'est pas de bonne qualité. La présente invention a pour objet de pallier cet inconvénient et de permettre une fixation mécaniquement optimale de deux pièces par rivetage. Selon la présente invention, le procédé de rivetage est caractérisé en ce que, après introduction du rivet dans les orifices formés dans chacune des pièces, une première pression -2- est exercée par un vérin sur l'une des extrémités du rivet, le second vérin, opposé au premier, étant immobile. Après quoi, les deux vérins sont déplacés l'un vers l'autre avec la même force, de manière à former simultanément les têtes du rivet, le plan de référence étant les pièces à assembler. Ainsi, dans un premier temps, l'opération de pression limitée est destinée à écraser le rivet à l'intérieur de la cavité constituée par les deux orifices. L'application d'une force axiale produit, en raison de la réaction effectuée de l'autre c8té du rivet, à une expansion radiale de celui-ci qui applique fermement la surface externe du rivet contre les parois des orifices. Puis, dans un second temps, les têtes sont formées par application de pressions égales et de sens opposés exercées sur les extrémités du rivet, de manière à former les têtes. Ainsi, les deux pièces sont assemblées, non seulement par l'existence des têtes, mais également par un contact intime entre la paroi latérale du rivet et les bords des orifices d'introduction de celui-ci. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins qui représentent: - les figures 1 à 7, les différentes étapes de constitution d'un rivet par le procédé selon l'invention; - la figure 8, une vue schématique d'une riveteuse selon l'invention; - la figure 9, un diagramme représentant l'évolution des pressions au cours d'un cycle de rivetage. Sur les figures 1 à 7, on a représenté deux pièces A et B à assembler. Les pièces sont, dans un premier temps, serrées par un serre-t8le comprenant une mâchoire supérieure 1 et une mâchoire inférieure 2. L'une des deux mâchoires 1 ou 2 est fixe (la mâchoire 1 sur la figure), alors que la seconde -3- (machotre 2) est commandée par un vérin pneumatique ou tout autre moyen analogue. Le serrage A et B est bien entendu assuré par la mâchoire mobile, la réaction provenant de la mâchoire fixe 1. On distingue à la partie inférieure de la figure 1, une bouterolle 3 qui est en position basse. L'action du vérin pneumatique est symbolisée par la flèche Fs. Comme celà apparaît sur la figure 2, l'opération suivante consiste dans le perçage à l'aide d'une mèche 4 qui peut traverser les pièces A et B pour former, dans celles-ci, un orifice 5. Une pince 6 amène ensuite le rivet 7 et fait pénétrer celui-ci dans le trou 5. Le rivet peut coulisser librement dans l'orifice 5, jusqu'à ce que son extrémité inférieure vienne en contact, comme représenté sur la figure 4, avec la bouterolle inférieure 3. Le terme "inférieure" fait référence aux dessins annexés. On notera que, bien que les pièces A et B aient été représentées en position horizontale, le procédé peut être mis en oeuvre quelle que soit la position des différents organes impliqués dans le processus. La pince 6 s'éclipse alors, et une bouterolle supérieure 9, réglable sur la tige 8 d'un vérin supérieur 10, descend, ou plus généralement se déplace, de manière à atteindre une position x1 par rapport à la surface supérieure de la pièce A. A ce moment, la bouterolle inférieure 3 occupe une position telle que le niveau de la surface supérieure de la bouterolle 3 soit distante de x2 à la surface inférieure de la pièce B. Comme représenté sur la figure 4, la tige du rivet 7 repose, par son extrémité inférieure, sur la surface supérieure de la bouterolle 3. Un premier déplacement de la bouterolle 3 provoque la remontée du rivet 7, de sorte que son extrémité supérieure vienne en appui contre la bouterolle 9 immobilisée à la distance x1, cette cote permettant de partager correctement la matière du rivet de part et d'autre des pièces à assembler, de manière à obtenir des dimensions correctes des têtes du rivet. Puis, une pression résultant de l'application à la force F1, symbolisée par une flèche, est appliquée à la partie inférieure du rivet, la bouterolle 9 Jouant le rôle d'enclume. Cette pression -4- permet d'obtenir le remplissage du trou 5 par gonflement de la tige du rivet, ce qui supprime le jeu et améliore la qualité mécanique de l'ensemble. Cette première étape peut être remplacée par la suivante: la section de la tige de rivet est légèrement supérieure à la section du trou, pour obtenir, un assemblage par emmanchement. Après positionnement du rivet par la pince 6 et retrait de celle-ci, le rivet 7 est introduit à force dans le trou 5 par action de la bouterolle 9. L'effort d'insertion est contenu par le serre-tSle 2 de manière à ce que les pièces A et B ne subissent aucune contrainte verticale. Dans le cas d'un rivet sans tête, la pression de la bouterolle supérieure est maintenue jusqu'à ce que la partie inférieure du rivet vienne au contact de la bouterolle 3. Dans le cas d'un rivet avec tête, ou ébauche de tête, la bouterolle 9, après remontée, redescend brusquement de manière à frapper une seule fois la tête du rivet. Il s'est avéré que ce choc provoquait une libération des tensions résultant de l'introduction en force du rivet. L'étape définitive qui consiste dans la formation des têtes de rivet est représentée sur la figure 7. Conformément à l'invention, on applique la même force F2, c'est-à-dire la même pression, sur les bouterolles 3 et 9, ce qui évite l'application sur les pièces A et B de contraintes indésirables. Il est ainsi possible d'obtenir une maîtrise de la valeur appliquée pour l'écrasement du rivet. La formation des têtes, de part et d'autre des pièces à assembler, est obtenue, selon une caractéristique de l'invention, par la poussée équilibrée connue et réglable de vérins dont les tiges sont solidaires respectivement des bouterolles 3 et 9. Les deux systèmes de pression sont mécaniquement indépendants. Les pièces A et B constituent le plan de référence fixe par rapport aux deux vérins constituant les éléments moteurs. - 5- La figure 8 représente une machine riveteuse permettant la mise en oeuvre du procédé. On retrouve sur cette figure, des éléments précédemment mentionnés tels que les serre-t8les 1 et 2, les pièces à assembler A et B, la bouterolle inférieure 3 et la bouterolle supérieure 9, ces bouterolles, dans un souci de simplification, étant représentées comme les tiges de deux vérins antagonistes, respectivement 11 et 12, solidaires d'un bâti 13. Les deux vérins 11, 12 sont commandés par une pompe 14 entraînée par un moteur 15. La pompe 14 est connectée à un réservoir 16. Elle agit par l'intermédiaire d'un distributeur 17 à travers la canalisation 18 sur le vérin 11 dans un premier temps, ce qui permet de disposer la bouterolle 3 au niveau x2 (figure 4). Sur la canalisation 18, est également montée une valve de séquence 19, dont la canalisation de sortie 20 est reliée au vérin 12. Des manomètres 21 sont montés sur les sorties 22 et 23 des vérin 12 et 11. Les vérins 11 et 12 ont, après ouverture de la valve de séquence 19, une alimentation commune à partir de la pompe 14. Il s'établit donc une pression identique dans les vérins 11 et 12 lors de la formation des têtes du rivet qui constitue la phase finale du procédé, de part et d'autre des têtes à assembler. Un limiteur de pression 24 est monté sur la canalisation 22 de sortie du vérin 12. Il fixe la pression maximale pouvant être appliquée par les vérins. Entre le limiteur de pression 21 et la sortie du vérin 12, est monté un réducteur de pression 25. Le réducteur 25 permet de faire varier la poussée résultante du vérin supérieur 12 afin que l'équilibre entre la poussée du vérin 11 et la poussée du vérin 12 soit constamment maintenu lors de la phase d'écrasement des têtes de rivet. Un distributeur 26, branché sur la canalisation 20, permet le déplacement vers le haut de la tige de vérin 9, lorsque l'opération de rivetage est terminée. Comme indiqué précédemment, le serre-tôle 2 est soumis à l'action d'un vérin pneumatique 28 solidaire de la tige du vérin 11, afin d'éviter des courses trop importantes du serre-flan 2. Une canalisation 27 relie la sortie 23 du vérin 11 au distributeur 17 pour permettre la descente de la tige 3. -6- Le fonctionnement du dispositif est le suivant: Après perçage des deux pièces de tôle à assembler A et B, le rivet est introduit dans l'orifice 5 comme indiqué précédemment. Le moteur 15 entraîne la pompe 14 qui, par la canalisation 18, fait monter la bouterolle 3 solidaire de la tige du vérin 11 au niveau x2 comme représenté plus en détail sur la figure 4. La bouterolle et la tige 9 du vérin 12 sont alors dans une position stationnaire à la cote x1 prédéterminée en fonction du diamètre du trou 5 et du rivet 7. Le rivet est écrasé par la bouterolles 3, la bouterolle 9 faisant à ce moment fonction d'enclume, de manière à provoquer le gonflement de sa partie médiane se trouvant dans l'orifice 5. Lorsque la pression atteint une valeur Pl, comme représenté sur la figure 9, il se produit une ouverture de la valve de séquence 19, la pression P1 se trouvant instantanément reportée par la canalisation 20 sur le piston du vérin 12. La pression continue à croitre sensiblement linéairement, mais il s'agit de la même pression appliquée sur les tiges de vérin et leurs bouterolles 3 et 9. La pression continue à crottre alors que les tiges de vérins se déplacent l'une vers l'autre, de manière à former les têtes de rivet, comme représenté sur la figure 7. Bien entendu, la forme des têtes (généralement plate ou bombée) dépend du profil intérieur de la bouterolle. La pression appliquée sur les deux vérins antagonistes est limitée à une valeur P2 prédéterminée (par exemple 7 tonnes) par le limiteur de pression 24. L'égalité de ces deux pressions est contrôlée par deux manomètres 21 qui peuvent asservir le réducteur 25. L'égalité des pressions, appliquée de part et d'autre, est en effet la condition nécessaire pour la bonne exécution du procédé selon l'invention, ce qui se traduit par l'absence de déformation des pièces A et B à assembler. Lorsque l'écrasement des têtes de rivet est achevé, les distributeurs 17 et 26 s'inversent, et les tiges 3 et 9 des vérins reculent. Les pièces sont dégagées par le recul de la -7- tige de vérin 11 et du serre-t8le 2, le vérin pneumatique 28 effectuant également un mouvement de retrait. Il y a alors déplacement relatif entre les pièces à assembler A et B et la riveteuse portée par le bâti 13. On notera que, Jusqu'à ce Jour, l'application de pressions importantes, notamment pour la formation des têtes de rivet, conduisait à des machines de grande dimension et de forte section pour éviter les flèches dues à l'application de pressions importantes. Par un équilibrage des forces appliquées, la présente invention permet d'obtenir une machine de dimensions relativement faibles, lorsque la machine est mobile, ou en tous cas, lorsque la machine est fixe, à des sections de bras modérées. Il va de soi que de nombreuses variantes peuvent être introduites, notamment par substitution de moyens techniquement équivalents sans pour autant sortir du cadre de l'invention. -8- R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDICATIONS 1. Procédé de rivetage d'au moins deux pièces par introduction de rivets dans un orifice formé dans les pièces, et application de pressions sur au moins l'une des extrémités du rivet, caractérisé en ce que, après introduction du rivet (7), des éléments moteur (11, 12) appliquent aux deux extrémités du rivet (7) des forces égales provoquant la formation de têtes par écrasement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre de la tige du rivet (7) est inférieur au diamètre du trou (5), des bouterolles (3, 9), dont l'une est stationnaire, appliquant sur l'une des extrémités du rivet (7) une pression déformant radialement le rivet (7) à l'intérieur du trou (5). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section de la tige du rivet (7) est légèrement supérieure à la section de l'orifice (5), la tige de rivet étant enfoncée à force dans l'orifice, -après quoi un choc est appliqué sur l'une des extrémités du rivet. 4. Riveteuse pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant un bâti (13) en "C", caractérisée en ce qu'elle comprend deux vérins hydrauliques (11, 12) montés sur un même axe et en directions opposées, les deux vérins étant actionnés par une pompe (14) à travers deux conduits (18, 20), une valve de séquence (19) étant montée dans l'un des conduits, et un limiteur de pression (24) étant connecté sur la canalisation (18). 5. Riveteuse selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend deux serre-tSle (1, 2), dont l'un (1) est solidaire du bâti, et dont le second (2) est mont' sur la tige (3) du vérin (11) par l'intermédiaire d'un vérin pneumatique (28). M-9- 6. Riveteuse selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que la pompe (14) commande le vérin (11) par l'intermédiaire d'un distributeur (17), le vérin (12) étant commandé par le distributeur (17) dans un sens, et par un distributeur (26) dans l'autre sens. 7. Riveteuse selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que un réducteur de pression (25) est connecté entre la sortie de la pompe (14) et la sortie (22) du vérin (12) pour équilibrer les poussées entre les vérins (11, 12).