Brevet FR2647166A1 — publié le 19901123

OPGANE DE PIVETAGE AVFUGLE, PROCEDE D'ASSFIIBLAGE ET ASSEMBLAGES OBTENUS L'invention concerne un ornane de rivetaqe aveuQle perfectionné; elle vise un organe de rivetaqe du type comprenant, d'une part, une douille tubulaire appelée à dépasser des matériaux à assembler par un tronçon de queue, d'autre part, un mandrin possédant une tête destinée à venir en appui contre le tronçon de queue de la douille et une tiqe lonée dans ladite douille, le rivetane étant réalisé par une traction axiale sur ladite t ne de mandrin. L'invention s'étend au procédé d'assemblaae utilisant ledit organe de rivetane ainsi ou'aux assemblaqes réalises. PDans un tpe courant d!orqane de rivetane aveugle, la tête du mandrin est profilée pour pouvoir pénétrer dans la douille tubulaire lors de la traction afin d'évaser celle-ci et de créer ainsi une portée d'appui sur les matériaux. Les brevets FR 2.3n6.361 ou GR 1.330.501 présentent par exemple des rivets de ce t\pe. Toutefois, la portée obtenue au mo\en de ces rivets est de surface très limitée et, provenant d'un nonflement, sa direction est très inclinée dans le sens axial: une telle portée assure un maintien des matériaux peu résistant et peu sûr, ceDendant qu'elle conduit 8 une déformation préjudiciable des matériaux en bordure du trou; en particulier, cette déformation est inacceptable dans le cas de matériaux fragiles, notamment dans le cas de matériaux composites (matériaux synthétiques laminés renforcés par des fibres) qui sont blessés aux abords du trou avec délaminage et décollement des fibres et du liant. Par ailleurs, dans certains orqanes de fixation, le tronçon de queue de la douille est divisée en plusieurs secteurs au moyen de fentes longitudinales et, lors de la traction sur le mandrin, ces secteurs s'ouvrent et se replient sur eux-mêmes pour former plusieurs lanquettes en saillie oui viennent en appui contre les matériaux à assembler. Par exemple, le brevet ilS 4.289.061 montre un tel organe dans lequel trois fentes lonqitudinales délimitent trois secteurs repliahles appelés à s'ouvrir pour former trois lanquettes de maintien des matériaux. Toutefois, la portée d'appui ainsi créée est discontinue et sa résistance est de ce fait considérablement amoindrie, non seulement en raison de la réduction de sa surface périphérique, mais encore et surtout, en raison de la discontinuité de la matière sur le pourtour de la douille. De plus, les matériaux à assembler sont maintenus à la périphérie du trou par une succession de zones d'appui et de zones libres, ce qui est très défavorable, notamment dans le cas de matériaux fraqiles o les contraintes créées à la in jonction de ces zones peuvent engendrer des altérations locales. En outre, la fabrication de ces orqanes de fixation est plus complexe que darS le cas précédent en raison de la découpe de secteurs qui constitue une opération délicate exiqeant une honne précision. La présente invention se propose de fournir un ornane de rivetaee aveunle perfectionné, permettant de créer lors du rivetase une oortée continue, de larqe surface et de direction radiale appropriée, en vue de réaliser un maintien résistant et sûr des matériaux à assembler sans risque de blessure de ceux-ci sur le pourtour du trou. A- cet effet, l'orqane de rivetage aveuqle visé par l'invention comprend: une douille tubulaire possédant un tronçon dit d'insertion appelé à se loqer dans un trou des matériaux à riveter, et un tronçon de queue appelé à dépasser d'un coté desdits matériaux, un mandrin possédant une tête de diamètre supérieur à l'alésane de la douille, au plus égal au diamètre externe du tronçon d'insertion de celle-ci, et une tige adaptée pour se loner dans l'alésaqe de la douille, avec un prolonnement dépassant à l'opposé du tronçon de queue de celle-ci en vue d'exercer une traction axiale sur ledit mandrin. Selon la Drésente invention, ledit orqane de rivetaoe aveuqle est caractérisé en ce que le tronçon de queue de sa douille comprend: une première zone d'articulation située à proximité de la jonction entre le tronçon de queue et le tronçon d'insertion, ladite première zone d'articulation présentant une épaisseur réduite par rapport à celle du 26 4 7 1 6 6 tronçon d'insertion en vue de conditionner un pliaqe à son niveau lors de la traction axiale sur le mandrin, une portion inclinée se rattachant à la première zone d'articulation, ladite portion présentant une inclinaison par rapport à l'axe de la douille de facon a s'écarter de celui-ci à partir de la première zone d'articulation, une seconde zone d'articulation située à la hase de la portion inclinée, ladite seconde zone d'articulation étant une zone de changement de direction vers l'axe de la douille en vue dc conditionner un pliage à son niveau lors de la traction axiale sur le mandrin, une portion extrême se rattachant à la seconde zone d'articulation, ladite portion extrême présentant une direction différente de celle de la portion inclinée et formant avec cette dernière un anile interne ledit mandrin. Ainsi dans l'oroane de rivetane de l'invention, la douille demeure tubulaire sur toute sa longueur, c'est-à-dire nu'elle est continue sur tout son - périmètre jusjqu'à l'extrémité libre de la portion extrême. Lors du rivetage, la tête de mandrin est appliouée contre l'extrémité lihre de douille, les moyens de maintien évitant qu'elle puisse alisser et s'ouvrir comme dans le cas des rivets à Qonflement connus; dans ces conditions, une traction appropriée sur le prolongement du mandrin, associée à une contrepression périphérique sur la douille, réalise un pliaqe des première et seconde zones d'articulation, amenant la portion inclinée de la douille (comprise entre ces deux zones d'articulation) ' s'épanouir et à se replier vers les matériaux à assembler jusou'à venir en appui contre ceux-ci à la périphérie du trou. Cet appui est continu, de direction radiale appropriée pour produire un bon maintien des matériaux, et de surface qui peut être beaucoup plus importante que dans les rivets à gonflement en raison du 2647 1 66 processus de double pliaqe mis en oeuvre. La douille et le mandrin de l'organe de rivetaqe conforme à l'invention peuvent être réalisés en tout matériau adapté à l'application envisanée: titane, acier inoxydable, alliaQe léQer... Par exemple pour l'assemblage de matériaux fraoiles tels Que matériaux composites pour lesquels l'invention est particulièrement intéressante, l'on peut réaliser la douille en titane ou alliaQe de titane et le mandrin en acier inoxydable. Par ailleurs, selon un mode de réalisat.ion préféré, la première zc-,e d'articulation de la douille comnrend une qorqe externe qui est ménanée à la périphérie de la douille en vue de réaliser la réduction d'épaisseur sus- définie au niveau de cette zone. Pour permettre un pliane progressif approprié, cette gorge est délimitée par deux lèvres évasées: d'un côté, l'une des ces lèvres réalise la jonction avec le tronçon d'insertion de la douille, cependant nue, à l'opposé, l'autre lèvre forme]a face externe de la 2n portion inclinée sus-décrite. Ladite nortion inclinée peut en particulier présenter une forme qénérale tronconinue tubulaire, cependant nue la seconde zone d'articulation peut 'être une zone annulaire définissant un anale interne sensiblement compris entre 15n et 1750. En outre, selon un mode de réalisation préféré, la portion extrême est une portion sensiblement cylindrique s'étendant parallèlement à l'axe. Par ailleurs, les moyens de maintien précités qui ont pour fonction de supprimer tout risque de pénétration de la tête de mandrin dans la douille lorsque la traction radiale est exercée sur ledit mandrin, peuvent être constitués par des formes conjuguées adaptés pour s'interpénétrer, prévues, d'une part, à l'extrémité libre de la douille et, d'autre part, sur la face en reqard de la tête de mandrin. De plus, la douille de l'orqane de rivetage conforme à l'invention peut être pourvue, de façon classique, d'une tête préformée située à l'opposé du tronçon de queue; 4n le cas échéant, la tête de douille peut être réalisée lors du 2 6 4 7 1 6 6 rivetane par écrasement de l'extrémité de douille opposée au tronçon de queue. En outre, l'ornane de rivetane conforme à l'invention peut être doté, de façon connue en soi, de moyens de sertissage et de moyens de rupture en fin de pose, ces moyens classiques réalisant en fin de pose un sertissage du mandrin dans la douille et engendrant une rupture du prolongement de la tine de mandrin. L'invention ayant été exposée dans sa forme générale, la description qui suit en référence aux dessins annexés en présente à titre d'e emple non limitatif un mode de réalisation; sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description: - la fiqure 1 est une coupe axiale, à échelle dilatée, d'un ornane de rivetaqe conforme à l'invention, - les fiqures 2, 3, 4, 5, 6 et 7 sont des vues schématiques en coupe, illustrant la pose de cet organe de rivetage, - la figure 8 est une coupe axiale de l'assemhlage obtenu, - la figure 9 est une coupe axiale montrant en variante un assemblage obtenu, après rupture de la douille au niveau de la première zone d'articulation. L'orqane de rivetage représenté à titre d'exemple à la finure 1 comprend une douille tubulaire 1 et un mandrin 2 s'étendant le lonn d'un axe X. Par exemple, notamment lorsqu'il s'agit- d'assembler des matériaux composites, la douille 1 peut être en alliage de titane et le mandrin 2 en acier inoxydable. La douille 1 comprend une tête préformée 3, constituée en l'exemple par une tête fraisée dont la face tronconique peut présenter de façon classique un angle de conicité de 120 environ. Cette douille comprend en outre une tige formant un tronçon d'insertion 4 appelé à se loger dans le trou des matériaux à assembler et un tronçon de queue 5 appelé à dépasser d'un côté desdits matériaux à l'opposé de la tête préformée. Le tronçon d'insertion 4 est délimité par deux 4n surfaces cylindriques. 26 4 7 1 6 6 Le tronçon de queue 5 comporte une première zone d'articulation 5a d'épaisseur réduite, une portion inclinée 5h s'écartant de l'axe d'un anale, une seconde zone d'articulation 5c définissant un changement de direction d'anale C La première zone d'articulation 5a est conformée par une norqe externe délimitée par deux lèvres évasées de forme tronconique L1, L2 dont l'anqle d'ouverture l est compris entre 120 et 160 , en l'exemple de l'ordre de 1400. La profondeur de ladite qorge est telle nue le rapport e2 des épaisseurs au niveau de la zone 5a e1 et au niveau du tronçon d'insertion 4 soit approximativement compris entre 0,3 et 0,7 et en particulier de l'ordre de 9,45. La lèvre L1 de la norqe réalise la jonction avec le tronçon d'insertion 4, cependant que la lèvre L2 forme la f-ace externe de la portion inclinée 5h. Cette portion inclinée 5h présente une forme nénérale tronconiaue tuhulaire, formant avec l'axe X un anale Y sensiblement compris entre 5 et 3no, en f'exemple de l'ordre de l . Elle se raccorde à la portion extrême 5d par la seconde zone d'articulation 5c qui définit un anale interne K de chanqement de direction compris entre 150 et , en l'exemple de l'ordre de 17n . La portion extrême 5d est cvlindriaue, c'est- à-dire délimitée par deux surfaces cylindrioues d'axe X. Le rapport P3 des épaisseurs au niveau de cette portion en extrême 5d et de la zone d'articulation 5a est compris entre 1,3 et 1,8 en l'exemple de l'ordre de 1,55. De plus, le rapport h des longueurs axiales de la portion inclinée 5h et H de la portion extrême 5d est compris entre 0,4 et 0,8 en l'exemple de l'ordre de 0,6. Le diamètre externe D3 de la portion extrême d est voisin du diamètre D1 du troncon d'insertion 4; en l'exemple, ces deux diamètres sont énaux (D1 D3) A son extrémité libre, la portion extrême d comporte un chanfrein 6 ménaqé sur son bord externe, afin 2 6 4 7 1 6 6 de jouer le rôle de moyen de maintien de cette extrémité lors du rivetaqe. Par ailleurs, le mandrin 2 est pourvu d'une tête 2a de diamètre externe énal à celui du tronçon d'insertion 4 et de la portion extrême 5d de la douille. Ce mandrin possède une tiqe cylindrique 2h adaptée pour se loger dans l'alésaqe de la douille au niveau de son tronçon d'insertion 4; ainsi, un espace annulaire vide -j- sépare la face interne cylindrique de la portion extrême 5d et lI surface cylindrique de la tioe 2b du mandrin. Sur sa face e- renard avec l'extrémité libre de la douille, la tête 2a de mandrin est dotée d'une collerette 7 de forme conjuquée à celle du chanfrein 6 afin de pouvoir venir en appui contre celui-ci-et d'interdire tout olissement centrifune de l'extrémité libre de douille en cours de rivetaqe. En outre, ladite tête de mandrin est éaalement pourvue d'un chanfrein 8 situé à la jonction tête/tige en regard de l'espace vide -j- séparant tige de. mandrin et portion extrême de douille. Ce chanfrein 8 assure un maintien de l'extrémité libre de douille dans le sens centripète. La tige de mandrin dépasse du côté de la tête préformée 3 de la douille par un prolongement 2c qui permet d'exercer la traction axiale de rivetane. Il est à noter aue le diamètre de la tine 2h du mandrin qui correspond à l'alésaqe du tronçon d'insertion 4 de la douille peut le cas échéant être 3f lénèrement supérieur à ce dernier de façon à assurer un aonflement de ce tronçon d'insertion lors du rivetage-(le prolongement de tiae 2c présente alors un diamètre inférieur à celui de la partie 2h de la tiae). Par ailleurs, l'orcane de rivetage conforme à l'invention est doté de façon connue en soi de moyens. de sertissage du mandrin dans la douille et de moyens de rupture du prolongement de mandrin en fin de pose. Ces moyens de sertissage peuvent par exemple être constitués par une rainure circulaire 9 mênanée sur la tige de mandrin et par une nervure circulaire 10 prévue sur la tête 3 de douille de façon à 2647 1 66 former un excès de matière apte à fluer vers la rainure 9 en fin de rivetage. Les moyens de rupture peuvent être constitués par une qorqe 11 de profondeur adaptée pour produire à son niveau une rupture au-delà d'un effort de traction déterminé. Les fiqures 2 à 7 illustrent la pose de l'organe de rivetane décrit ci-dessus dans des épaisseurs de matériaux composites M. Ces matériaux sont percés d'un trou R de diamètre correspondant sensiblement au diamètre externe D1 du tronçon d'insertion 4, avec une fraisure F de forme conjuguée à celle de la tête préformée 3 (figure 2). L'organe c rivetaoe est mis en place dans ce trou et un outil de rive:ane traditionnel comprenant une enclume annulaire N est applique contre la tête préformée 3 (figure 3). L'oraane de rivetage est choisi en fonction de l'épaisseur des matériaux à assembler de façon que la première zone d'articulation 5a soit à l'extérieur et au voisinage des matériaux. (Il est à noter que des épaisseurs différentes de matériaux peuvent être assemblées au moyen d'un même rivet, le double pliage de celui-ci se réalisant jusqu'à ce que la Dportée formée vienne en appui contre les matériaux). Le prolongement 2c de la tiqe du mandrin est saisi par les mors de l'outil et une traction T est exercée sur la tine de mandrin, en même temns qu'une contrepression P est applituée par l'enclume N sur la tête préformée 3 (fiqure 4). L'extrémité libre de la douille, maintenue par les moyens de maintien 6-8 contre la tête de mandrin, subit un effort longitudinal qui, compte-tenu de l'agencement structurel du tronçon de queue 5, se traduit par des moments au niveau des deux zones d'articulation 5c et 5a, engendrant un pliage de ces zones (figures 5, 6 et 7). Ce pliaqe (en sens inverse au niveau de ces deux zones) conduit à un repliement de la portion inclinée 5b qui vient s'appliquer contre les matériaux (figure 7). Il est essentiel de noter que la portée ainsi créée est continue sur tout le pourtour de la douille et présente une surface et une direction radiale assurant un maintien résistant et sûr des matériaux, sans blessure de ceux-ci aux abords du trou. En fin de pose, l'écrasement de la nervure 10I de la tête de douille conditionne un fluage vers la rainure 9 de la tine de mandrin et un sertissage de celle-ci, cependant que ladite tige se rompt au niveau de laqorae de rupture 11. L'extrémité de douille est elle-même sertie dans la tête de mandrin, ce qui contribue à rendre indéformahle le pli de douille qui forme la portée d'aopui contre les matériaux. L'assemblage obtenu est schématisé à la figure 8. Sur toute sa lonnueur, la douille 1 est renforcée par le mandrin 2 qui la remplit (avec gonflement éventuel comme déjà indique), ce qui confère à l'assemblage une excellente résistance au cisaillement et à la fatiaue. Il est à notor que, comme l'illustre la firure 9, une rupture de la dou. ile peut se produire au niveau de la première zone d'articulation 5a (selon la nature des matériaux utilisés, les dimensions relatives des diverses parties et les efforts de rivetane). Cette rupture ne présente aucune nêne et ne réduit pas la tenue de l'assemblaae. REVENDICATIONS 1/ - Orqane de rivetage aveugle, comprenant: À une douille tubulaire (1) possédant un tronçon dit d'insertion (4) appelé à se loger dans un trou des matériaux à riveter et un tronçon de queue (5) appelé à dépasser d'un côté desdits matériaux, un mandrin (2) possédant une tête (2a) de diamètre supérieur à l'alésage de la douille (1) et une tige (2h) adaptée pour se loger dans l'alésage de la douille, avec un prolongement (2c) dépassant à l'opposé du tronçon de queue de celle-ci en vue d'exe--er une traction axiale sur ledit mandrin, ledit organe de rivetage étant caractérisé en ce que le tronçon de queue (5) de la douille comprend: une première zone d'articulation (5a) située à Proximité de la jonction entre le tronçon de queue (5) et le tronçon d'insertion '(4), ladite première zone d'articulation présentant une épaisseur réduite par rapport à celle du troncon d'insertion en vue de conditionner un pliage à son niveau lors de la traction axiale sur le mandrin (2), une portion inclinée (5h) se rattachant à la première zone d'articulation (Sa), ladite portion présentant une inclinaison par rapport à l'axe (X) de la douille de facon à s'écarter de celui-ci à partir de ladite première zone d'articulation, une seconde zone d'articulation (5c) située à la hase de la portion inclinée (5h), ladite seconde zone d'articulation étant une zone de changement de direction vers l'axe de la douille en vue de conditionner un pliage à son niveau lors de la traction axiale sur le mandrin (2), une portion extrême (5d) se rattachant à la seconde zone d'articulation (5c), ladite portion extrême présentant une direction différente de celle de la portion inclinée (5h) et formant avec cette dernière un angle interne lorsqu'est exercée la traction axiale sur ledit mandrin. 2/ - Organe de rivetaqe aveugle selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première zone d'articulation (5a) de la douille comprend une gorne externe ménaqée h la périphérie de ladite douille et délimitée par deux lèvres évasées (LI, L2), l'une d'un côté réalisant la jonction avec le tronçon d'insertion (4), l'autre opposée formant la face externe de la portion inclinée (5b) de ladite douille. 3/ - Ornane de rivetage aveugle selon la revendication 2, caractérisé en ee que l'angle d'ouverture forme nar les deux lèvres (L1, L2) de la gorge est sensiblement compris entre 12-4 et 160 . 4/ - Oroane de rivetane aveugle selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'épaisseur e2 de la douille au niveau de la première zone d'articulation (Sa) est telle que 0,3 4 0,7 o el est el l'épaisseur de ladite douille au niveau du troncon d'insertion / - nrnane de rivetane aveugle selon l'une 2n des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce nue la portion irnclinée (5h) de la douille forme avec l'axe (X) un angle d'inclinaison sensiblement compris entre 5 et 30 . 6/ - Organe de rivetane aveugle selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la portion inclinée (5h) de la douille présente une forme générale tronconique tuhulaire. - 7/ - Organe de rivetage aveugle selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la seconde zone d'articulation (5c) est une zone annulaire de changement de direction définissant un anale interne o entre 1500 et 175 . 8/ - Organe de rivetane aveugle selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la portion extrême (5d) de la douille est une portion sensiblement cylindrique s'étendant parallèlement à l'axe (X). 9/ - Prorane de rivetage aveugle selon la revendication 8, caractérisé en ce que le mandrin (2) possède une tiqe (2b) de forme cylindrique, un espace annulaire vide 26 4 7 1 6 6 (j) séparant la face interne cylindrique de la portion extrême (5d) de douille et la surface cylindrique de ladite tiqe de mandrin. In/ - Organe de rivetane aveuqle selon l'une des revendications i à 9, caractérisé en ce que l'épaisseur e3 de la douille au niveau de la portion extrême (5d) est telle que 1,3 e3 1 le diamètre externe P3 de ladite e2 portion extrême étant au nlus énal au diamètre externe Di1 du tronçon d'insertion. 11/ - nrcane de rivetaqe aveuqle selon l'une des revendications 1 à ln. caractérisé en ce que les moyens de maintien comprennent ur chanfrein externe (6) ménagé sur l'extrémité libre de la -ortion extrême (5d) de douille et une collerette conjuguée 7d' prévue sur la face en reqard de la tête de mandrin (2a) en vue d'interdire un qlissement centrifuge de l'extrémité libre de douille. 12/ - Ornane de rivetaqe selon les revendications 9 et l Prises ensemble, caractérisé en ce que 2n la tête de mandrin (2a) comprend un chanfrein (8) à la jonction tête/tine en vue de maintenir l'extrémité libre de douille dans le sens centripète. 13/ - proane de rivetaqe selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la portion inclinée (5h) et la portion extrême (5d) de douille possèdent des longueurs axiales respectivement h et Hi telles que n,4 H 14/ - Orqane de rivetaqe selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel la douille tubulaire (1) 3n est pourvue d'une tête préformée (3) à l'opposé de son tronçon de queue (5). / - nrqane de rivetaqe selon l'une des revendications 1 à 14, comprenant des moyens (9, 1r) de sertissane du mandrin dans la douille et des moyens (11) de rupture du prolongement de mandrin en fin de pose. 16/ - Procédé d'assemblane de matériaux au moyen d'un organe de rivetane conforme à l'une des revendications 1 à 15, consistant à percer dans les matériaux un trou de diamètre correspondant sensiblement au diamètre externe du tronçon d'insertion de la douille, et à mettre en place dans ce trou l'orqane de rivetaqe de sorte que le tronçon de queue de la douille dépasse d'un cbté, le prolongement du mandrin dépassant de l'autre côté du trou, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on applique la tête du mandrin contre l'extrémité libre de la portion extrême de douille en vue d'amener leurs moyens de maintien à coopérer et en ce nue, par une traction appropriée sur le prolongement du mandrin et une contrepression périphérique sur la douille, l'on réalise un nliane des première et seconde zones d'articulation jusqu'à,- ner la portion inclinée de la douille à venir en appui contre les matériaux à la périphérie du trou. 17/ - Assemblage de matériaux obtenu par mise en oeuvre du'-procédé conforne à la revendication 16, dans lequel les matériaux sont maintenus entre une tête de la douille, notamment préformée, et une portée d'appui continue, formée par un pli de la douille s'étendant de façon continue autbur du trou des matériaux.