Brevet FR2688835A1 — publié le 19930924

La présente invention appartient au domaine de la mécanique et a pour objet un écrou autosertisseur possédant la propriété d'être également autopoinçonneur. Les écrous autopoinçonneurs ont la particularité de poinçonner, grâce à des moyens de perforation, une tôle ou tout autre matériau servant de support Les écrous considérés ici présentent de plus des moyens pour se sertir eux-mêmes, les mouvements de rotation et de déplacement par rapport à leur axe étant supprimés Ainsi, une fois placés sur leur support, ces écrous se trouvent enchâssés dans celui-ci. Ces écrous sont généralement utilisés dans l'industrie automobile, car ils permettent d'éviter les aléas du soudage et de mettre en oeuvre des matériaux non soudables ou encore des matériaux soudables mais protégés ou revêtus. Les deux principales qualités requises pour ce type de produit sont d'une part, la résistance au couple de dessertissage, c'est-à-dire un mouvement de rotation par rapport au support et d'autre part, la résistance à la force de dessertissage, c'est-à-dire un mouvement de désencastrement axial de l'écrou par rapport au support. Certains types d'écrous connus présentent une tête perforatrice de section carrée mais ils se sont révélés peu fiables C'est pourquoi, on préfère les écrous dont la tête perforatrice est ronde. Ainsi, le brevet EP-0 274 922 au nom de la Demanderesse décrit un écrou autosertisseur autopoinçonneur comprenant un corps percé d'un trou taraudé et, en saillie sur ce corps, une tête perforatrice ronde formant poinçon, entourée d'un rebord en forme de jupe continue Le rebord, de hauteur inférieure à celle du poinçon, présente une forme polygonale et le poinçon est évasé extérieurement par rapport au trou pour déterminer sur toute la partie externe une partie évasée rentrante. Ces écrous apportent satisfaction mais l'on cherche à simplifier leur fabrication en s'affranchissant de certaines tolérances. Pour pouvoir sertir un écrou sur une tôle, on le place sur une table de presse, l'élément presseur de la presse étant alors en position haute Afin d'obtenir le sertissage, on fait passer l'élément presseur en position basse On comprend que, dans cette position basse, la distance entre la table et l'élément presseur est réglée pour une tôle et un type d'écrou donnés Cette distance n'est modifiée que si l'on change la tôle ou le type d'écrou On définit ici par "cote utile de sertissage", la valeur qui correspond à la différence entre la hauteur de l'écrou et la hauteur de la jupe périphérique La cote utile de sertissage est donc la distance entre la face de l'écrou opposée à la tête et la partie plane de l'écrou o s'effectue le sertissage On comprend que pour qu'un sertissage puisse intervenir, l'addition des valeurs de la cote utile de sertissage et de l'épaisseur de la tôle doit être supérieure à la valeur de la distance fixée entre la table et l'élément presseur De plus, pour éviter toute détérioration du taraudage de l'écrou, l'addition de ces deux valeurs doit être inférieure à une valeur prédéterminée. Il est donc tout à fait indispensable de respecter la tolérance sur la cote utile de sertissage Cependant, la hauteur de l'écrou posé et la hauteur de la jupe périphérique sont définies elles aussi avec une tolérance La valeur de la cote utile de sertissage étant la différence entre ces deux hauteurs, les tolérances correspondant à celles-ci se cumulent et l'on comprend qu'il est alors difficile de respecter la tolérance sur la cote utile de sertissage. Ainsi, il est apparu nécessaire de concevoir un écrou pour la fabrication duquel le respect de la tolérance sur la cote utile de sertissage n'était plus crucial. L'invention est relative à un écrou autosertisseur autopoinçonneur destiné à être fixé par sertissage sur un support, ledit écrou comprenant un corps percé d'un trou taraudé et, en saillie sur ce corps, une tête perforatrice formant poinçon, entourée d'un rebord en forme de jupe continue et de hauteur inférieure à celle du poinçon, ladite tête définissant avec ladite jupe une gorge et présentant des moyens pour l'encastrement d'une partie de la tôle caractérisé en ce que le fond de ladite gorge présente un relief en creux. Selon une première variante de réalisation de l'invention, le relief prend la forme d'une denture. De façon préférée, ladite denture forme une épicycloïde s'opposant au desserrage de l'écrou. Selon une deuxième variante, le relief est constitué par des cavités régulièrement réparties. De façon préférée, la tête perforatrice est ronde. Selon un premier mode de réalisation, la jupe présente une forme polygonale. Selon un deuxième mode de réalisation, le rebord présente une forme ronde. Dans une première forme de réalisation de l'écrou, les moyens pour l'encastrement sont constitués par la partie évasée rentrante que présente le poinçon sur toute sa partie extérieure, du fait de son évasement extérieur par rapport au trou. Dans une deuxième forme de réalisation, les moyens pour l'encastrement sont constitués par une encoche circulaire située à la base du poinçon. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit à laquelle sont annexés des dessins sur lesquels: la figure 1 est une vue de dessus d'un premier mode de réalisation d'un écrou selon l'invention, la figure 2 est une coupe suivant la ligne A-A de la figure 1, les figures 3 a à 3 c illustrent, en trois étapes, la fixation de l'écrou des figures 1 et 2 sur un support (tôle mince), la figure 4 est une vue de dessus d'un deuxième mode de réalisation de l'invention, et la figure 5 est une coupe suivant la ligne B-B de la figure 4, et la figure 6 est une coupe d'un troisième mode de réalisation de l'écrou. En référence aux figures 1 et 2, l'écrou comprend un corps 1 au centre duquel un trou 2 est taraudé Le pas de vis 3 créé à l'intérieur du trou 2 permet la fixation de l'écrou avec un boulon de filetage complémentaire. Le corps 1 de l'écrou présente un élément 4 dont la partie extrême 11 forme arête de coupe et qui constitue la tête perforatrice de l'écrou Cette tête perforatrice ronde 4 est située à la périphérie du trou 2 alésé dans l'écrou et possède le même axe 5 que le corps 1 Elle est évasée extérieurement par rapport au trou 2 pour permettre l'encastrement de matière lors du sertissage et ainsi éliminer les mouvements axiaux de l'écrou fixé sur son support La partie évasée de la tête 4 porte la référence 6. Egalement sur la face de l'écrou destinée à être fixée sur un support tel qu'une tôle, mais à l'extérieur de la tête perforatrice 4, le corps 1 est prolongé de façon à former une jupe 7 continue tout autour de l'élément perforateur 4 La jupe 7 est placée à une distance suffisante de l'élément perforateur 4 pour permettre l'encastrement de matériau de support dans la gorge 8, lors du sertissage Cette jupe continue 7, de forme circulaire, assure le sertissage du support La hauteur Hi de la jupe est nécessairement inférieure à celle H 2 de la tête perforatrice 4, de façon à ce que cette dernière joue effectivement le rôle de perceuse. Le fond 9 de la gorge 8 comporte une pluralité de cavités 10 régulièrement réparties. Les figures 3 a à 3 c montrent schématiquement, en coupe et à échelle agrandie, trois étapes de fixation de l'écrou sur un support 12, par exemple une tôle mince La matrice de la presse de sertissage conduit d'abord l'écrou à perforer la tôle 12 On comprend que la jupe périphérique 7 et la tête 4 délimitent une masse de matière déterminée Après perforation, la matrice force la tôle 12 à s'engager dans la gorge 8. Simultanément, elle écrase et allonge la tôle 12 La jupe 7 permet un phénomène de fluage qui pousse cette tôle 12 sous la partie évasée 6 de la tête perforatrice ronde et des excédents de tôle dans les cavités 10 On peut noter que du fait de la continuité de la jupe 7, le phénomène de fluage de la tôle mince 12 s'effectue en tous points à partir de cette jupe et assure le glissement circulaire complet d'une partie de la tôle 12 sous la partie évasée 6 de la tête 4. Ainsi, sous l'effort de sertissage, la tôle 12 flue sous la partie évasée 6 du poinçon perceur et pénètre également de façon plus ou moins importante dans les cavités 10. On comprend que les cavités, du fait de leur remplissage au moins partiel par une partie de la tôle 12, réalisent un système anti-rotation qui s'oppose aux éventuels mouvements de rotation de l'écrou par rapport à son axe 5 Un tel système anti-rotation est nécessaire lorsque la jupe périphérique de l'écrou est ronde comme c'est le cas dans le premier mode de réalisation décrit en référence aux figures 1 et 2 Un tel système n'est pas indispensable pour des écrous dont la jupe périphérique présente une forme polygonale En effet, pour ces écrous, c'est la jupe elle-même qui, par sa forme, s'oppose à un éventuel couple de dessertissage. Cependant, les écrous ronds présentent de nombreux avantages par rapport aux écrous de forme polygonale et il peut être intéressant de les utiliser Ainsi, les écrous ronds sont des pièces plus légères, d'un coût unitaire plus faible. Ils présentent une meilleure résistance au dessertissage axial, du fait du f luage identique de la matière de la tôle sous toute la périphérie du poinçon perceur L'écrou est plus facile à positionner et la tête de pose est facilement intégrée dans l'outillage d'emboutissage du fait qu'elle n'a pas à être orientée par rapport à la matrice Enfin, lors de la fabrication de l'écrou, le contrôle de la concentricité du poinçon perceur par rapport à l'extérieur de la jupe périphérique est beaucoup plus simple à réaliser lorsque la jupe est circulaire au lieu d'être polygonale. Enfin, la présence de ces cavités 10 permet, lors de la fabrication de l'écrou, de s'affranchir de la tolérance sur la cote utile de sertissage Cette dernière correspond à la hauteur H 3 indiquée sur la figure 2 Comme expliqué précédemment, cette hauteur H 3 correspond à la différence entre la hauteur H 4 totale de l'écrou et la hauteur Hi de la jupe périphérique 7 Des tolérances sont déterminées pour chacune des valeurs de Hi et H 4 En réglant la distance entre la table de presse et l'élément presseur de telle sorte qu'elle soit inférieure à la somme de la valeur minimale de la cote utile de sertissage et de l'épaisseur de la tôle, la valeur minimale de la cote utile de sertissage correspondant à la différence des valeurs minimales de Hi et H 4, en fonction de leurs tolérances, on comprend que, quel que soit l'écrou, un sertissage sera obtenu par encastrement de matière sous la tête 4 et l'on obtiendra un excédent de matière dans les cavités 10 plus ou moins important. Ainsi, lors de la fabrication des écrous, il ne sera plus nécessaire de respecter de façon précise la tolérance de la cote utile de sertissage ou hauteur H 3 Il suffira de respecter les tolérances sur la hauteur H 4 de l'écrou posé et sur la hauteur Hi de la jupe périphérique On pourra donc obtenir un bon sertissage de plusieurs écrous, en simultané ou successivement, sans tolérances précises de la cote utile de sertissage. On peut noter que sur les figures 1 et 2, les cavités ont été représentées dans le prolongement de la jupe périphérique 7 Ce mode de réalisation n'est pas limitatif et l'on peut envisager également de prévoir ces cavités dans le fond 9 de la gorge 8, à une distance déterminée de la jupe 7. Les figures 4 et 5 illustrent un deuxième mode de réalisation de l'écrou conforme à l'invention. Dans ce mode de réalisation, la tête perforatrice 4 présente une forme générale cylindrique Elle comporte sur toute sa périphérie et au niveau du fond 9 de la gorge, un évidement 13 Comme la partie évasée 6 de la tête du premier mode de réalisation de l'écrou, cet évidement 13 assure un sertissage complet et efficace du fait du glissement d'une partie de la tôle à l'intérieur de celui-ci. La jupe 7 qui entoure la tête 4 est, dans ce deuxième mode de réalisation, de forme polygonale Comme précédemment, elle présente une hauteur Hi inférieure à celle H 2 de la tête perforatrice 4 de façon à ce que cette dernière joue effectivement le rôle de perceuse La section de cette jupe 7 peut être quelconque: carrée, rectangulaire ou encore demi- sphérique. Dans le fond 9 de la gorge 8 est prévue une denture 14. Dans cette forme de réalisation, les dents 15 forment une épicycloïde. Le sertissage de l'écrou dans la tôle 12 s'effectue comme cela a été décrit en référence aux figures 3 a à 3 c La tête 4 et la jupe 7 déterminent une quantité donnée de matière La jupe 7 permet un phénomène de fluage ou de glissement qui pousse la tôle 12 dans l'évidement 13 de la tête 14 De plus, la presse est réglée comme précédemment, de façon à ce que les dents 15 soient au moins partiellement remplies par de la tôle. On comprend que le sertissage de l'écrou dans la tôle 12 est obtenu par le glissement circulaire complet d'une partie de la tôle 12 dans l'évidement 13, ce qui s'oppose à un éventuel mouvement de désencastrement axial et de plus, par la forme polygonale de la jupe 7 qui empêche les éventuels mouvements de rotation de l'écrou. Dans cette forme de réalisation, les dents 15 dans lesquelles pénètre une partie de la tôle 12, contribuent à la résistance de l'écrou au couple de dessertissage et a, comme pour le premier mode de réalisation, pour objet de pouvoir s'affranchir des tolérances sur la cote utile de sertissage, c'est-a-dire la hauteur H 3. On comprend que les caractéristiques concernant la tête perforatrice, la jupe polygonale et le relief donné au fond 9 de la gorge, peuvent être utilisées indépendamment pour d'autres formes de réalisation de l'écrou Ainsi, par exemple, on peut envisager de fabriquer un écrou dont la jupe est ronde, la tête perforatrice comportant un évidement 13 et une denture 14 étant prévue dans le fond 9 de la gorge. Enfin, on peut envisager des moyens pour l'encastrement d'une partie de la tôle sous la tête perforatrice 4 qui soient différents de la partie évasée 6 ou de l'évidement 13 On peut également prévoir un relief, dans le fond 9 de la gorge 8, qui présente une forme différente des cavités 10 ou de la denture 14. -Dans un troisième mode de réalisation de l'écrou selon l'invention illustré à la figure 6, c'est une denture 14 qui est prévue dans le fond 9 de la gorge 8 tandis que la tête perforatrice 4 est évasée extérieurement par rapport au trou 2 Contrairement au deuxième mode de réalisation représenté à la figure 5, les dents 15 ne sont pas directement dans le prolongement de la jupe 7 mais sont légèrement décalées par rapport à celle-ci vers l'axe 5 de l'écrou Ce mode de réalisation des dentures peut être appliqué à tous les écrous selon l'invention. L'invention ne se limite au détail des modes de réalisation qui n'ont été décrits qu'à titre d'exemples, d'autres variantes pouvant être réalisées, sans sortir du cadre de protection défini par les revendications. Ainsi, la jupe 7 peut présenter un angle obtus par rapport à l'axe de l'écrou, c'est-à-dire rentrant, de façon à permettre comme pour la tête perforatrice un encastrement d'une partie du matériau de support. L'invention a été décrite en référence à un écrou dont la tête perforatrice est ronde mais elle peut aussi être appliquée à un écrou dont la tête est polygonale. La présente invention résout le problème posé par le respect de la tolérance sur la cote utile de sertissage tout en mettant à profit les avantages présentés par un élément perforateur rond et en procurant une résistance élevée à la fois au couple de dessertissage et à la force de dessertissage On obtient ainsi un écrou autosertisseur autopoinçonneur de construction simple permettant l'utilisation de matériaux non soudables ou encore soudables mais revêtus ou protégés, et de bonne résistance aux vibrations. Les caractéristiques de l'écrou selon l'invention pourraient également s'appliquer à une vis à sertir constituée classiquement d'une tête et d'une tige filetée Cette vis comporterait alors sur sa face d'appui une jupe périphérique et un relief en creux tel qu'une denture ou des cavités et; au raccordement de la tête et de la tige filetée, une partie rentrante. L'invention s'applique de manière très intéressante à la fixation de tôles métalliques, mais elle peut également être utilisée pour la fixation de matières en plaques non métalliques de composites présentant une certaine ductilité. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières et n'en limitent aucunement la portée. REVENDICATIONS 1 Ecrou autosertisseur autopoinçonneur destiné à être fixé par sertissage sur un support ( 12), ledit écrou comprenant un corps ( 1) percé d'un trou taraudé ( 2) et, en saillie sur ce corps ( 1), une tête perforatrice ( 4) formant poinçon, entourée d'un rebord en forme de jupe continue ( 7) et de hauteur inférieure à celle du poinçon, ladite tête ( 4) définissant avec ladite jupe ( 7) une gorge ( 8) et présentant des moyens ( 6, 13) pour l'encastrement d'une partie de la tôle ( 12), caractérisé en ce que le fond ( 9) de ladite gorge ( 8) présente un relief en creux ( 10, 14). 2 Ecrou selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit relief prend la forme d'une denture ( 14). 3 Ecrou selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite denture ( 14) forme une épicycloïde s'opposant au dessertissage en rotation de l'écrou. 4 Ecrou selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit relief est constitué par des cavités ( 10) régulièrement réparties. 5 Ecrou selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite tête ( 4) est ronde. 6 Ecrou selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite jupe ( 7) présente une forme polygonale. 7 Ecrou selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la jupe ( 7) présente une forme ronde. 8 Ecrou selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens pour l'encastrement sont constitués par la partie évasée rentrante ( 6) que présente le poinçon ( 4) sur toute sa partie extérieure, du fait de son évasement extérieur par rapport au trou ( 2). 9 Ecrou selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens pour l'encastrement sont constitués par une encoche circulaire ( 13) située à la base de poinçon ( 4). il Vis destinée à être fixée par sertissage sur un support ( 12), ladite vis comportant un corps ( 1) et, en saillie sur ce corps, une tige entourée d'un rebord en forme de jupe continue ( 7), ladite tige définissant avec ladite jupe ( 7), une gorge ( 8) et présentant des moyens ( 6), ( 13) pour l'encastrement d'une partie de la tôle ( 12), caractérisée en ce que le fond ( 9) de ladite gorge ( 8) présente un relief en creux ( 10) ( 14). 11 Vis selon la revendication 10, caractérisée en ce que ledits moyens pour l'encastrement sont constitués par une partie rentrante prévue au raccordement de la tête et de la tige.