Brevet FR2890134A1 — publié le 20070302

RIVET AVEUGLE NOTAMMENT POUR FIXATION DE STRUCTURE DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION La présente invention a trait au domaine des fixations de type rivets aveugles et notamment aux adaptations permettant de répartir dans les meilleures conditions les efforts de serrage de ces rivets. DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR Classiquement, un rivet aveugle comporte une douille tubulaire et un mandrin de traction traversant ladite douille. Le rivet est placé dans un trou traversant les éléments à assembler. La douille comporte sur une première extrémité une tête prenant appui sur un premier élément. La douille comporte une deuxième extrémité non épaulée qui dépasse du deuxième élément. La traction du mandrin assure la déformation de l'extrémité non épaulée de la douille de façon à serrer les éléments entre l'épaulement de la douille et son extrémité déformée (bulbe). La surface en contact du bulbe avec le deuxième élément détermine la répartition des efforts de serrage du rivet sur les éléments à assembler. L'agrandissement de cette surface de contact est un souci constant des concepteurs de rivets pour optimiser la répartition des efforts de serrage. L'art antérieur propose des douilles en deux parties 25 c'est à dire dont l'extrémité non épaulée se décompose en deux parties séparées à savoir: une première partie fixe, et - une deuxième partie mobile qui se déplace et se déforme sous l'effort de traction sur et autour de la partie fixe pour finalement proposer en s'épanouissant sur la partie fixe une surface agrandie pour la répartition des efforts sur le deuxième élément. Ce type de rivet a pour principal inconvénient de requérir la fabrication et la gestion d'un rivet 35 comportant trois éléments. L'art antérieur propose également des douilles en une - 2 seule partie mais dont l'extrémité non épaulée présente des rainures de pliage afin qu'une fois soumise à l'effort de traction du mandrin, la paroi de la douille se plie pour dédoubler la surface d'appui créée par le bulbe. La technique du pliage a pour principal défaut de ne pas éviter la rupture finale en deux parties du bulbe et de nécessiter plus de matière. DESCRIPTION DE L'INVENTION Partant de cet état de fait, les demandeurs ont mené des recherches visant à proposer un rivet aveugle susceptible de solutionner les problèmes de répartition des efforts de serrage en équipant le rivet aveugle d'une douille améliorée qui, sous l'action de l'effort de traction généré par le mandrin, se déforme pour proposer une surface de contact plus grande du bulbe avec la tôle. Le rivet aveugle de l'invention est du type de celui constitué d'une douille déformable accueillant un mandrin sécable, l'ensemble ainsi formé vient se positionner et traverser 20 les orifices rendus sensiblement coaxiaux et ménagés dans au moins deux éléments à assembler, la douille comportant deux extrémités: une première extrémité comportant une tête préformée pour définir une première surface d'appui sur la surface 25 extérieure d'un premier élément, et une deuxième extrémité qui, sous l'action d'une déformation par traction sur le mandrin, vient définir une deuxième surface d'appui sur la surface extérieure du deuxième élément, la prolongation de l'effort ayant pour effet le rapprochement des deux surfaces d'appui et en conséquence le rapprochement des deux éléments à assembler. Conformément à l'invention, le rivet est remarquable en ce que la douille est constituée d'un seul tenant mais préformée pour présenter une deuxième extrémité se décomposant en deux parties liées par une partie cassante - 3 - et qui, sous l'action d'un effort axial, se séparent par rupture de la partie cassante pour qu'une partie de douille mise en mouvement par l'effort de traction du mandrin, vienne s'épanouir autour de la partie de douille restée fixe, l'expansion de la partie mobile appelée manchon se faisant sans pliage. Le rivet de l'invention passe donc d'une configuration où il est constitué de deux pièces distinctes (un mandrin et une douille) à, une fois posé, une configuration où il est constitué de trois 10 pièces (mandrin, douille de sertissage, douille de serrage). Ce rivet est particulièrement avantageux en ce qu'il propose une surface d'appui agrandie pour la transmission de l'effort de traction ce qui contribue à un meilleur serrage par le mandrin. Le rivet de l'invention assure cette fonction sans pré-découper sa douille en deux parties. En effet, la douille du rivet de l'invention est en une seule partie et ce n'est que sous l'effort de traction produit sur le mandrin que les deux parties de l'extrémité non épaulée de la douille se séparent. Le conditionnement et l'utilisation de ce rivet en sont grandement facilités puisque seuls deux éléments doivent être gérés. Les phases de pose du rivet de l'invention sont les 25 suivantes. - traction exercée sur le mandrin - rupture de la douille en deux pièces épanouissement et appui de la douille de serrage sur un élément, sertissage de la douille de sertissage dans les gorges de mandrin rupture du mandrin au niveau de sa gorge de rupture. Afin de procéder à cet épanouissement, la douille est ménagée intérieurement et extérieurement de zones de rupture et de zones coniques. De même, la tête du mandrin et l'extrémité non épaulée de la douille avec laquelle il - 4 se met en contact, adoptent une surface de contact inclinée de façon à bien répartir l'effort de traction. Pour ce faire, l'extrémité du manchon venant s'épanouir sur la partie fixe de douille est avantageusement préformée intérieurement d'une forme conique qui vient glisser sur la partie fixe. De même, l'extrémité de la partie fixe de douille sur laquelle vient s'épanouir le manchon adopte une forme extérieure conique. Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un rivet conforme à l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est un dessin schématique d'une vue en coupe d'un mode de réalisation d'un rivet conforme à l'invention et installé dans un trou traversant deux éléments, Les figures 2a, 2b, 2c illustrent la déformation du rivet illustré en figure 1. DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS Tel qu'illustré sur le dessin de la figure 1, le rivet aveugle référencé R dans son ensemble assure l'assemblage d'au moins deux éléments 100 et 200. Ce rivet R est un ensemble constitué d'une douille déformable 300 et d'un mandrin sécable 400. Comme illustré, l'ensemble ainsi formé vient se positionner et traverser deux orifices 110 et 210 rendus sensiblement coaxiaux et ménagés dans les éléments 100 et 200 à assembler. La douille 300 comporte deux extrémités: - une première extrémité 310 comportant une tête préformée 35 pour définir une première surface d'appui 311 sur la surface extérieure 120 d'un premier élément 100, et - 5 - une deuxième extrémité 320 qui sous l'action d'une déformation par traction sur le mandrin 400 vient définir une deuxième surface d'appui sur la surface extérieure 220 dudit deuxième élément 200. La prolongation de l'effort a pour effets le rapprochement des deux surfaces d'appui et par voie de conséquence, le rapprochement et la fixation des deux éléments 100 et 200 à assembler. Comme illustré, le mandrin 400 présente deux extrémités. - une première extrémité comportant une tête 410 qui vient en appui sur la douille 300 lors de l'effort de traction afin de la déformer pour créer un bulbe et une deuxième extrémité auquel vient s'associer le module de traction de l'outil de pose. Conformément à l'invention, la douille 300 est constituée d'un seul tenant mais préformée pour présenter une deuxième extrémité en deux parties qui, sous l'action d'un effort axial, se séparent par rupture pour qu'une partie de douille 330 mise en mouvement par l'effort de traction du mandrin 400, vienne s'épanouir autour de la partie de douille 340 restée fixe, l'expansion de la partie mobile 330 appelée manchon se faisant sans pliage. Comme illustré par le dessin de la figure 1, le manchon 330 est lié au reste de la douille au moyen d'une partie cassante ou zone de rupture 331. En outre, l'extrémité du manchon 330 venant s'épanouir sur la partie fixe 340 de douille est avantageusement préformée intérieurement d'une forme conique 332 qui vient glisser sur la forme conique extérieure 341 de la partie fixe 340. Selon un mode de réalisation préféré mais non limitatif, l'angle formé par les surfaces 332 et 341 appartenant respectivement au manchon 330 et à la partie fixe de la douille 340 et venant en contact pendant l'épanouissement a fait l'objet d'une étude afin - 6 - d'optimiser l'épanouissement de la douille pour éviter notamment la création de criques. Ainsi, selon un mode de réalisation préféré, l'angle Al formé par la surface conique 341 appartenant à la partie fixe de la douille est compris entre 14 et 19 degrés, et l'angle A2 formé par la surface conique 341 appartenant à la partie mobile ou manchon 330 est compris entre 5 et 10 degrés. La bonne détermination de ces angles permet à la partie mobile formant le manchon de serrage de glisser sur la douille une fois qu'il y a eu rupture. De plus, elle permet de diminuer l'effort de frottement entre les deux parties de la douille. De plus, afin d'optimiser les efforts de traction, l'extrémité du manchon 330 venant en contact avec la tête 410 du mandrin 400 est préformée d'un surface conique 333 venant en correspondance avec une surface conique 411 ménagée sur la tête 410 du mandrin 400. Selon un mode de réalisation préféré mais non limitatif, l'angle A3 des surfaces tronconiques 333 et 411 appartenant respectivement au manchon 330 et à la tête de mandrin 410 et restant en contact pendant le rivetage, est égal à environ 25 degrés. Cet angle améliore le positionnement de la douille 300 sur le mandrin 400 et évite tout échappement de la douille lors de la pose. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la douille 300 est en alliage d'aluminium comme par exemple l'alliage connu sous la désignation 2017 T4 dont la résistance mécanique est comprise entre 420 et 520 MPa. La douille peut bien entendu être envisagée dans d'autres matériaux comme ceux connus sous les désignations suivantes: - 2024T4, - inox 304, - Titane au colombium, - etc... 20 25 - 7 Les caractéristiques dimensionnelles d'un mode de réalisation de la douille sont les suivantes: **** Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le mandrin 400 présente une résistance mécanique comprise entre 1500 et 2000 MPa. Selon un mode préféré, ce mandrin est réalisé dans de l'acier inoxydable connu sous la désignation inox AISI 302. Ce mandrin peut bien entendu être réalisé dans d'autres matériaux tel du titane connu sous la désignation TA6V. En outre, il est également prévu pour certain matériau un traitement thermique de revenu afin d'augmenter la raideur du matériau et ainsi de diminuer son relâchement élastique. En effet, les demandeurs ont pour objectif de diminuer le relâchement élastique du mandrin pour diminuer le relâchement de contrainte dans les éléments à assembler après rupture ce qui a pour effet d'augmenter le serrage. Ainsi, l'effort de retenue de la fixation une fois posée est compris entre 50 et 70 de l'effort de traction exercée par le mandrin. L'association des deux matériaux utilisés respectivement pour la douille et pour le mandrin participe à la mise en place d'une tension installée. Les figures 2a, 2b et 2c montrent, en vue en coupe, la déformation progressive du manchon 330 avant et après que la douille 300 se soit scindée en deux parties. Le premier effort F auquel est soumise la douille 300 casse la zone de rupture 331 (cf. figure 2a). La continuation de l'effort F assure l'épanouissement du manchon 330 autour de la partie fixe 340 de la douille 300 (cf. figure 2b). De plus, la continuation de l'effort F de traction poursuit l'épanouissement jusqu'à ce que le manchon recouvre la partie fixe 340 et vienne en contact avec l'élément à assembler 200 (cf. figure 2c). La tête 30 35 de douille 310 sera ensuite sertie sur les cannelures du mandrin 400. Comme illustrée, la surface d'appui du bulbe formé par la déformation de l'extrémité non épaulée de la douille 300 du rivet R conforme à l'invention est largement agrandie répondant ainsi aux besoins des utilisateurs de tels rivets. On comprend que le rivet R qui vient d'être ci-dessus décrit et représenté, l'a été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple ci-dessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Ainsi, par exemple, des modifications géométriques sont susceptibles d'être apportées, tout particulièrement si une version de ce rivet est développée avec gonflement (le mandrin vient faire gonfler la douille de quelques centièmes de millimètres afin d'introduire des contraintes radiales et tangentielles dans le trou pour augmenter la tenue en fatigue) . En outre, en fonction des matériaux utilisés un traitement de surface est effectué à des fins de protection contre la corrosion. De plus, les douilles peuvent être lubrifiées afin de diminuer les efforts dus au frottement en particulier lorsque le manchon glisse sur la partie fixe de la douille et lors du filage de la douille dans le nez de pose de l'outil. - 9 - REVENDICATIONS 1. Rivet (R) aveugle du type de celui constitué d'une douille (300) déformable et d'un mandrin sécable (400), l'ensemble ainsi formé venant se positionner et traverser les orifices (110 et 210) rendus sensiblement coaxiaux et ménagés dans au moins deux éléments (100 et 200) à assembler, la douille (300) comportant deux extrémités: une première extrémité (310) comportant une tête préformée pour définir une première surface d'appui (311) sur la surface extérieure (120) d'un premier élément (100), et une deuxième extrémité (320) qui, sous l'action d'une déformation par traction sur le mandrin (400), vient définir une deuxième surface d'appui sur la surface extérieure (220) du deuxième élément (200), la prolongation de l'effort ayant pour effet le rapprochement des deux surfaces d'appui et en conséquence le rapprochement des deux éléments (100 et 200) à assembler, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE la douille (300) est constituée d'un seul tenant mais préformée pour présenter une deuxième extrémité (320) en deux parties (330 et 340) qui, sous l'action d'un effort axial (flèche F), se séparent par rupture pour qu'une partie de douille (330) mise en mouvement par l'effort de traction du mandrin (400), vienne s'épanouir autour de la partie de douille restée fixe (340), l'expansion de la partie mobile (330) appelée manchon se faisant sans pliage. 2. Rivet (R) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE l'extrémité du manchon (330) venant s'épanouir sur la partie fixe (340) de douille est avantageusement préformée intérieurement d'une forme conique (332) qui vient glisser sur la partie fixe 340. 3. Rivet (R) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE l'extrémité (340) de la partie fixe de douille (300) sur laquelle vient s'épanouir le manchon - 10 - (330) adopte une forme extérieure conique (341). 4. Rivet (R) selon la revendication 3, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE l'angle (Al) formé par la surface conique (341) appartenant à la partie fixe de la douille (300) est compris entre 14 et 19 degrés. 5. Rivet (R) selon la revendication 2, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE l'angle (A2) formé par la surface conique (332) intérieure appartenant à la partie mobile ou manchon (330) est compris entre 5 et 10 degrés. 6. Rivet (R) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE ladite douille (300) est réalisée dans un alliage d'aluminium. 7. Rivet (R) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE ledit mandrin (400) est réalisé dans un 15 acier inoxydable. 8. Rivet (R) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE le mandrin (400) présente une résistance mécanique comprise entre 1500 et 2000 MPa. 9. Rivet (R) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE l'extrémité du manchon (330) venant en contact avec la tête (410) du mandrin (400) est préformée d'un surface conique (333) venant en correspondance avec une surface conique (411) ménagée sur la tête (410) du mandrin (400). 10. Rivet (R) selon la revendication 9, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE l'angle (A3) des surfaces tronconiques (333 et 411) appartenant respectivement au manchon (330) et à la tête de mandrin (410) et restant en contact pendant le rivetage, est égal à environ 25 degrés.