Brevet FR2687195A1 — publié le 19930813

ORGANE D'ASSEMBLAGE A TETE FRAISEE, TEL QU'UN RIVET, POUR L'ASSEMBLAGE DE PIECES EN MATERIAU COMPOSITE MUNIES DE REVETEMENTS ELECTRIQUEMENT CONDUCTEURS, ET STRUCTURE OBTENUE PAR CET ASSEMBLAGE. DESCRIPTION L'invention concerne un organe d'assemblage à tête fraisée, tel qu'un rivet ou un boulon, destiné à l'assemblage de pièces en matériau composite dont au moins une surface est munie d'une couche de revêtement électriquement conductrice. L'invention concerne aussi une structure obtenue par un assemblage de pièces réalisé à l'aide d'organes d'assemblage de ce type. De façon plus précise, l'invention concerne un organe d'assemblage à tête fraisée, en un matériau électriquement conducteur, dont la structure particulière lui permet d'établir, après assemblage, un contact électrique avec une couche de revêtement électriquement conductrice déposée sur la surface correspondante de la pièce, bien que le fraisage dans lequel est reçue la tête de l'organe d'assemblage soit dépourvu d'une telle couche de revêtement. L'invention est particulièrement adaptée à la fabrication des structures utilisées en construction aéronautique, telles que les cellules d'avions et d'hélicoptères. Cependant, elle ne doit pas être considérée comme limitée à cette application. On utilise de plus en plus fréquemment en construction aéronautique des éléments de structure formés par assemblage de pièces en matériau composite. Cependant, contrairement aux alliages légers utilisés auparavant, les matériaux composites sont généralement peu conducteurs de l'électricité. Afin de protéger les pièces en matériau composite contre les effets de la foudre et les agressions électromagnétiques, il est connu de prévoir sur la surface extérieure des pièces une couche de revêtement électriquement conductrice qui assure l'écoulement des courants électriques, par exemple lorsque cette surface est frappée par la foudre. Cette couche de revêtement électriquement conductrice peut notamment être constituée par une pellicule, un tissu ou un grillage métallique, comme l'illustre le document US-A3 755 713, ou par un tissu de fibres de graphite revêtues de nickel, comme l'illustre le document US-A4 479 163. Elle est habituellement intégrée à la pièce lors de sa fabrication, par exemple au cours de l'opération de drapage qui précède la cuisson du matériau composite. Pour des raisons aérodynamiques et esthétiques, les têtes des organes tels que des rivets ou des boulons servant à l'assemblage des différentes pièces sont généralement encastrées dans des fraisages, afin que la surface extérieure de la structure soit lisse. Par conséquent, si les trous de passage des boulons ou des rivets sont usinés dans la pièce comportant la couche de revêtement métallique, il n'y a pas de contact électrique entre les boulons ou les rivets et cette couche de revêtement métallique. Dans ces conditions, si la foudre frappe la tête d'un boulon ou d'un rivet, les courants électriques de forte densité qui traversent le matériau composite ne peuvent s'écouler par la couche de revêtement métallique et engendrent un champ électrique intense autour du boulon ou du rivet. Un délaminage entre couches peut alors se produire dans le matériau composite, mettant en péril la résistance mécanique de la structure à l'emplacement où se trouve le boulon ou le rivet frappé par la foudre. Pour remédier à cet inconvénient, on a prévu dans le document FR-A-2 626 629 de rapporter dans chacun des fraisages prévus pour recevoir les têtes des boulons ou des rivets d'assemblage un organe annulaire électriquement conducteur, constitué par exemple par un morceau de clinquant ou de grillage métallique. Cet organe annulaire peut notamment être collé à la surface de la pièce et ses dimensions sont telles qu'il est en contact à la fois avec la couche de revêtement métallique formée sur la surface extérieure de la pièce et avec la tête du boulon ou du rivet, lorsque ce dernier est mis en place pour réaliser l'assemblage. Dans la pratique, le collage des organes annulaires électriquement conducteurs dans chacun des fraisages des pièces en matériau composite, conformément aux enseignements du document FR-A-2 626 629, accroît sensiblement le coût de fabrication des pièces et, par conséquent, leur prix. De plus, ce collage est long et délicat à réaliser, compte tenu du grand nombre de trous de fixation qui sont habituellement formés dans les pièces en matériau composite. L'invention a précisément pour objet un organe d'assemblage à tête fraisée dont la conception originale lui permet d'assurer la continuité électrique entre cet organe et le revêtement électriquement conducteur de la pièce, sans qu'il soit nécessaire d'interposer un organe annulaire électriquement conducteur entre cette couche et l'organe d'assemblage. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un organe d'assemblage à tête fraisée, en un matériau électriquement conducteur, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une partie de contact, en forme de couronne mince, qui fait saillie à partir d'une extrémité de grand diamètre de la tête fraisée, selon une direction orientée sensiblement radialement vers l'extérieur par rapport à un axe longitudinal de l'organe d'assemblage, ladite partie de contact étant inclinée d'un angle inférieur à environ 100 vers une extrémité de petit diamètre de la tête fraisée, par rapport à un plan orienté radialement relativement à l'axe longitudinal de l'organe d'assemblage. Lorsqu'un organe d'assemblage ainsi réalisé est utilisé pour assembler des pièces en matériau composite dont la surface extérieure comporte une couche de revêtement électriquement conductrice, la partie de contact vient s'appliquer sur cette couche et assure la continuité électrique entre l'organe d'assemblage et la couche de revêtement. Par ailleurs, la caractéristique selon laquelle la partie de contact est inclinée d'un angle inférieur à environ 100 (par exemple, d'environ 50), permet de maintenir, après la pose de l'organe d'assemblage, une tension résiduelle garante d'un bon contact électrique dans le temps entre la couche de revêtement du matériau composite et la partie de contact de l'organe d'assemblage. De plus, cet agencement permet de garantir le contact électrique lorsque la profondeur du frai sage dans lequel est reçue la tête de l'organe d'assemblage varie sous l'effet des tolérances de fabrication. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la partie de contact a la forme d'une mince rondelle circulaire, d'épaisseur constante, qui présente avantageusement un diamètre extérieur supérieur de 50 à 70 % au diamètre de l'extrémité de plus grand diamètre de la tête fraisée de l'organe d'assemblage. L'invention a aussi pour objet une structure comprenant au moins deux pièces en matériau composite assemblées par des organes d'assemblage à têtes fraisées, reçus dans des trous formés dans lesdites pièces, ces trous comportant des fraisages dans lesquels sont reçues les têtes des organes d'assemblage, sur des faces des pièces revêtues d'une couche de revêtement électriquement conductrice, caractérisée par le fait que chacun des organes d'assemblage comprend une partie de contact, en forme de couronne mince, qui fait saillie à partir d'une extrémité de grand diamètre de sa tête fraisée, selon une direction orientée sensiblement radialement vers l'extérieur par rapport à un axe longitudinal de l'organe d'assemblage. On décrira à présent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré de l'invention, en se référant au dessin annexé, dans lequel la figure unique représente un rivet conforme à l'invention, utilisé pour relier deux pièces en matériau composite revêtues extérieurement d'une couche de protection en matériau électriquement conducteur, le rivet étant représenté dans son état initial non déformé sur la moitié gauche de la figure et dans son état final après sa pose sur la moitié droite. Dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure unique, l'organe d'assemblage est constitué par un rivet aveugle, à tête fraisée, réalisé en un matériau électriquement conducteur tel que de l'acier, et dont le montage peut être effectué lorsqu'une seule face des pièces à assembler est accessible. I1 est rappelé, cependant, que l'invention s'applique à des organes d'assemblage de nature différente, qui peuvent aussi bien être d'autres types de rivets, des boulons, etc., dans la mesure où ces organes d'assemblage sont électriquement conducteurs et comportent une tête fraisée apte à être reçue à l'intérieur d'un fraisage formé dans l'une des pièces à assembler. On se référera tout d'abord à la moitié gauche de la figure unique, sur laquelle on a représenté un rivet à tête fraisée 10, réalisé conformément à l'invention, dans l'état dans lequel il se trouve initialement avant l'assemblage. De façon plus précise, le rivet 10 illustré sur la moitié gauche de la figure est un rivet aveugle qui comporte une tête fraisée 12 prolongée par un corps tubulaire 14 de section circulaire. Ce rivet 10 est traversé selon son axe longitudinal par une tige 16 terminée à l'une de ses extrémités par une protubérance 18. Cette protubérance 18 est située en face de l'extrémité de la partie tubulaire 14 opposée à la tête fraisée 12 et elle présente une section légèrement supérieure au diamètre intérieur de la partie tubulaire 14. De façon connue, lorsqu'un rivet aveugle à tête fraisée tel que celui qui est illustré sur la moitié gauche de la figure 10 est placé dans un trou 20 traversant des pièces 22 et 44 à assembler, de telle sorte que la tête fraisée 12 puisse venir se loger dans un fraisage 26 du trou 20, sa pose est effectuée depuis la face de la pièce 22 comportant le fraisage 26, à l'aide d'un outil tel qu'une pince prenant appui sur la tête fraisée 12 du rivet et exerçant une traction sur la tige 16. Cette traction a pour effet, en raison de l'appui de la protubérance 18 contre l'extrémité opposée de la partie tubulaire 14, de déformer cette dernière radialement vers l'extérieur, dans sa partie qui fait saillie au-delà de la pièce 24, pour prendre une forme telle qu'illustré en 14a sur la partie droite de la figure. A la fin de la pose, la tige 16 se rompt à l'intérieur du rivet 10 ou au ras de la tête fraisée 12 de ce dernier. Les pièces 22 et 24 qui doivent être assemblées à l'aide des rivets 10 sont des pièces en matériau composite qui présentent une faible conductivité électrique. Lorsque l'utilisation ultérieure de ces pièces implique des risques d'agression électromagnétique comme c'est notamment le cas lorsque les pièces sont destinées à la fabrication de cellules d'avions ou d'hélicoptères, on prévoit, au moins sur la surface extérieure de la pièce 22 destinée à être tournée vers l'extérieur lorsque l'assemblage est terminé, une couche de revêtement électriquement conductrice telle qu'une pellicule ou un grillage métallique 28. Cette couche de protection est intégrée à la pièce 22 lors de sa fabrication, par exemple au cours de l'opération de moulage sous pression de cette pièce. Dans la pratique, les trous 20 comportant les fraisages 26 sont réalisés dans les pièces 22 et 24 lorsque celles-ci sont totalement terminées. Par conséquent, la surface des fraisages 26 est dépourvue de toute couche de revêtement électriquement conductrice. Si des rivets à tête fraisée de structure classique ou des organes d'assemblage similaires sont placés dans les trous 20, pour assurer l'assemblage des pièces 22 et 24, il n'y a pas de contact électrique entre ces rivets ou ces autres organes et la couche de revêtement 28. Comme on l'a déjà mentionné cela est difficilement admissible, car l'intégrité de la structure pourrait alors être mise en péril si la foudre frappait un rivet ou un organe d'assemblage similaire. Conformément à 1 invention, il est remédié à cet inconvénient en donnant aux rivets 10 ou aux organes d'assemblage (rivets d'un autre type, boulons, etc.) utilisés à la place de ces rivets une forme particulière qui va à présent être décrite en détail. Comme on l'a représenté sur la partie gauche de la figure, le rivet 10 comporte une partie de contact 30 en forme de couronne mince et, plus précisément de rondelle circulaire de faible épaisseur et sensiblement plane, qui fait saillie sensiblement radialement vers l'extérieur à partir de l'extrémité de grand diamètre de la tête fraisée 12 du rivet. Lorsque le rivet 10 est introduit dans le trou 20, cette partie de contact 30 recouvre ainsi la couche de revêtement 28 électriquement conductrice dans la région annulaire qui entoure le fraisage 26 de ce trou. Lorsque le rivet 10 est mis en place comme l'illustre la partie droite de la figure, un contact électrique sûr et efficace est ainsi réalisé entre la couche de revêtement 28 et le rivet 10. Comme représenté sur la gauche de la figure, au lieu d'être parfaitement plane, la partie de contact 30 en forme de rondelle circulaire du rivet 10 présente une forme légèrement tronconique. Plus précisément, la partie 30 est légèrement inclinée vers l'extrémité de petit diamètre de la tête fraisée 12, par rapport à un plan orienté radialement relativement à l'axe longitudinal du rivet. Par conséquent, lorsque le rivet 10 est mis en place dans le trou 20 comme illustré sur la partie gauche de la figure, seul le bord périphérique extérieur de la partie de contact 30 vient initialement en appui contre la surface extérieure de la pièce 22 portant la couche de revêtement 28 électriquement conductrice. Après la pose du rivet, la partie de contact 30 en forme de rondelle circulaire est aplanie comme l'illustre la moitié droite de la figure, mais une tension résiduelle garante d'un bon contact électrique dans le temps est maintenue à l'intérieur de cette partie 30, en raison de l'angle qu'elle formait initialement avec un plan radial du rivet. Le caractère légèrement tronconique de la partie de contact 30 permet également de garantir le contact électrique lorsque la profondeur du fraisage 26 varie, en raison des tolérances de fabrication. Dans la pratique, cet angle, repéré par la référence 32 sur la figure, est un angle inférieur à environ 100, de préférence égal à environ 50. Par ailleurs, dans le mode de réalisation représenté dans lequel la partie de contact 30 présente la forme d'une rondelle circulaire, le diamètre extérieur de cette partie de contact est supérieur de 50 à 70 % au diamètre de l'extrémité de grand diamètre de la tête fraisée 12. I1 est clair qu'un organe d'assemblage réalisé conformément à l'invention permet d'assurer de façon simple et en procurant un gain de temps appréciable, un contact électrique immédiat entre le ou les organes d'assemblage et la couche de revêtement électriquement conductrice 28 dès la pose des organes d'assemblage. Cela peut être obtenu directement de la manière décrite auparavant, ou en interposant un produit d'étanchéité conducteur ou une résine conductrice entre la partie de contact 30 et la couche de revêtement 28. Bien entendu, l'invention n' est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple. Ainsi, en plus du fait que l'invention s' ap- plique à d'autres types d'organes d'assemblage à tête fraisée que le rivet aveugle décrit, il est important de noter que la partie de contact 30 peut présenter des formes différentes de celle qui a été décrite. Ainsi, au lieu d'avoir la forme d'une rondelle circulaire, cette partie de contact peut avoir la forme d'une rondelle présentant un pourtour de forme non circulaire, par exemple carrée ou hexagonale. Au lieu de comprendre une partie de contact unique de forme annulaire, la tête fraisée de l'organe d'assemblage peut aussi être munie de plusieurs parties de contact se présentant par exemple sous la forme de languettes orientées sensiblement radialement. REVENDICATIONS 1. Organe d'assemblage à tête fraisée, en un matériau électriquement conducteur, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une partie de contact (30), en forme de couronne mince, qui fait saillie à partir d'une extrémité de grand diamètre de la tête fraisée (12), selon une direction orientée sensiblement radialement vers l'extérieur par rapport à un axe longitudinal de l'organe d'assemblage, ladite partie de contact (30) étant inclinée d'un angle (32) inférieur à environ 100 vers une extrémité de petit diamètre de la tête fraisée (12), par rapport à un plan orienté radialement relativement à l'axe longitudinal de l'organe d'assemblage. 2. Organe d'assemblage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la partie de contact (30) a la forme d'une rondelle circulaire. 3. Organe d'assemblage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la partie de contact (30) présente un diamètre extérieur supérieur de 50 à 70 % au diamètre de l'extrémité de grand diamètre de la tête fraisée. 4. Organe d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit angle (32) d'inclinaison de la partie de contact est d'environ 50. 5. Structure comprenant au moins deux pièces (22,24) en matériau composite assemblées par des organes d'assemblage (10) à têtes fraisées (12), reçus dans des trous (20) formés dans lesdites pièces, ces trous comportant des fraisages (26) dans lesquels sont reçues les têtes des organes d'assemblage, sur des faces des pièces revêtues d'une couche de revêtement (28) électriquement conductrice, caractérisée par le fait que chacun des organes d'assemblage (10) comprend une partie de contact (30), en forme de couronne mince, qui fait saillie à partir d'une extrémité de grand diamètre de sa tête fraisée (12), selon une direction orientée sensiblement radialement vers l'extérieur par rapport à un axe longitudinal de l'organe d'assemblage.