Brevet FR2938615A1 — publié le 20100521

Le domaine de la présente invention est celui des dispositifs de fixation et plus particulièrement celui de la visserie-boulonnerie. Les assemblages boulonnés sont sans doute les systèmes de liaison les plus utilisés en mécanique. Pour les mettre en oeuvre, on utilise, d'une part, des éléments de visserie ou boulons constitués par des écrous et des vis ou des goujons, et d'autre part, des moyens de serrage. Malgré leur simplicité apparente, les assemblages boulonnés posent de nombreux problèmes au concepteur, au monteur et au chargé de maintenance. On sait que parmi les différentes causes de défaillances (surcharge, défaut de conception, défaut de fabrication...), la plus fréquente est un défaut de montage. Le serrage, insuffisant, excessif ou hétérogène, représente à lui seul 30 % des défaillances. La répartition du couple appliqué pour obtenir le serrage peut, en règle générale, se décomposer de la façon suivante : le couple auto- freinant de l'écrou, le couple de frottement au niveau des filets de la vis, le couple de frottement au niveau de la face d'appui de l'écrou et l'effort de serrage mécanique, dans des proportions dépendant des caractéristiques générales de la liaison. L'effort de serrage mécanique représente généralement une portion limitée à 10% à 20% du couple appliqué, le rendant sensible à l'incertitude sur les autres composantes. En particulier lors d'essais de caractérisation d'assemblages de pièces pour moteur aéronautique, on a pu identifier des écrous dont la face n'est pas plane mais qui présente une conicité de l'ordre de 1%; elle présente en outre un bourrelet de matière sur le diamètre extérieur. Lors du serrage cet état de surface conduit à détériorer la pièce en contact. Le couple freinant de la face est augmenté de l'ordre de 50% et le serrage dans la liaison, qui résulte de la seule partie du couple utilisée pour l'allongement élastique de la vis, en est fortement diminué. Il importe donc de réduire autant que possible l'incertitude 30 rencontrée au niveau des couples de frottement pour garantir un serrage correct. Il existe plusieurs méthodes de serrage qui sont toutes différentes, autant dans leur principe que dans la qualité du serrage qu'elles procurent. 35 - le serrage au couple C'est incontestablement la méthode de serrage la plus répandue car elle présente l'avantage d'une grande simplicité de mise en oeuvre. Mais, malgré les développements théoriques et les expérimentations dont elle a fait l'objet, cette méthode présente intrinsèquement de nombreux inconvénients. Comme indiqué précédemment, le résultat du serrage final dépend des coefficients de frottement au niveau des filets écrou/vis et au niveau du contact écrou/surface. Or, avec cette méthode, il est impossible de bien maîtriser ces paramètres. Cette grande dispersion est due à la combinaison de trois phénomènes : - l'imprécision sur le couple de serrage appliqué qui peut varier de � 5 % à � 50 % selon l'outil utilisé, - les défauts géométriques et les états de surface des pièces assemblées et de la boulonnerie, - la lubrification des surfaces en contact. Ainsi, pour un même couple nominal visé, la dispersion dans la tension finale de serrage du boulon pourra se situer entre + 20 % dans les meilleurs cas et � 60 % dans les cas extrêmes. - le serrage à l'angle Cette méthode comprend deux temps : on applique d'abord à l'écrou du boulon un couple relativement faible (de l'ordre de 15 à 20% du couple nominal à appliquer) puis on impose à l'écrou une rotation d'un angle prédéterminé. La dispersion sur l'effort de tension est ainsi un peu diminuée, mais l'incertitude reste importante. Cette méthode nécessite surtout l'utilisation successive de deux outillages, l'un pour appliquer un couple suivi d'un autre pour appliquer l'angle de rotation. - le serrage par élongation thermique - ou le serrage par tenseur hydraulique. Ces deux dernières méthodes nécessitent des outillages complexes, ce qui en fait des solutions relativement onéreuses et lourdes à mettre en oeuvre. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant une méthode de serrage qui s'effectue avec un instrument unique, à bas coût, et avec des éléments d'assemblage adaptés à la mise en oeuvre de cette méthode. Elle est particulièrement adaptée à l'assemblage des pièces d'une turbomachine aéronautique ou de celles d'un des sous-ensembles, ou modules, qui la constituent. A cet effet, l'invention a pour objet un écrou pour assemblage de pièces par un boulon sous un couple de serrage nominal prédéfini, caractérisé en ce qu'il porte deux repères séparés angulairement d'un angle a, ledit angle a étant associé à la valeur d'un pré-couple d'accostage à appliquer lors d'un premier serrage dudit boulon et correspondant sensiblement à la rotation résultant, dans des conditions nominales d'utilisation du boulon, de l'écart de couple existant entre ledit pré-couple d'accostage et le couple de serrage nominal. La valeur du pré-couple d'accostage est choisie arbitrairement par le concepteur de l'assemblage ; il en déduit ensuite la valeur de l'angle de rotation de l'écrou dans des conditions nominales d'utilisation. Ces repères permettent de vérifier qu'un serrage dynamométrique effectué à partir de cette position d'accostage s'est traduit par une élongation correcte de la tige du boulon et donc par l'application d'un serrage correct sur les pièces à assembler. Le serrage s'effectue ainsi sans utilisation d'un autre outil que la clé dynamométrique. L'invention porte également sur une pièce placée en position supérieure d'un ensemble de pièces à assembler par un boulon sous un couple de serrage nominal prédéfini, caractérisée en ce qu'elle porte deux repères séparés angulairement d'un angle a, ledit angle a étant associé à la valeur d'un pré-couple d'accostage à appliquer lors d'un premier serrage dudit boulon et correspondant sensiblement à la rotation résultant, dans des conditions nominales d'utilisation du boulon, de l'écart de couple existant entre ledit pré-couple d'accostage et le couple de serrage nominal. Dans un mode particulier de réalisation la pièce comporte une zone de tolérance dessinée autour de son repère aval. L'invention porte encore sur un procédé d'assemblage de pièces par boulon sous un couple de serrage prédéfini, l'écrou porté par ledit boulon comportant deux repères séparés angulairement d'un angle a, ledit angle a étant associé à la valeur d'un pré-couple d'accostage à appliquer lors d'un premier serrage dudit boulon et correspondant sensiblement à la rotation résultant, dans des conditions nominales d'utilisation du boulon, de l'écart de couple existant entre ledit pré-couple d'accostage et le couple de serrage nominal, comprenant les étapes suivantes : a) application dudit pré-couple sur l'écrou dudit boulon, b) marquage par l'opérateur d'un repère d'accostage sur la pièce supérieure des pièces à assembler, en face du repère aval de l'écrou, c) application du couple nominal de serrage de l'assemblage, d) vérification par l'opérateur que le repère amont se trouve en face d'une zone de tolérance située de part et d'autre dudit repère d'accostage et dont l'ouverture angulaire est définie par la gamme de montage. Elle porte également sur un procédé d'assemblage de pièces par boulon sous un couple de serrage nominal prédéfini, la pièce placée en position supérieure comportant deux repères positionnés autour du perçage et séparés angulairement d'un angle a, ledit angle a étant associé à la valeur d'un pré-couple d'accostage à appliquer lors d'un premier serrage dudit boulon et correspondant sensiblement à la rotation résultant, dans des conditions nominales d'utilisation du boulon, de l'écart de couple existant entre ledit pré-couple d'accostage et le couple de serrage nominal, comprenant les étapes suivantes : a) application dudit pré-couple sur l'écrou dudit boulon, b) marquage par l'opérateur d'un repère d'accostage sur ledit écrou, en face du repère amont de la pièce à assembler, c) application du couple nominal de serrage de l'assemblage, d) vérification par l'opérateur que le repère aval se trouve en face d'une zone de tolérance située de part et d'autre dudit repère d'accostage. Elle porte enfin sur un procédé d'identification des moyens d'assemblage d'une liaison boulonnée comportant un couple de serrage nominal à appliquer, dans le but de permettre le contrôle de la qualité de l'assemblage, comprenant les étapes suivantes : a) sélection d'un pré-couple d'accostage à appliquer, inférieur au couple de serrage nominal, b) détermination de l'angle a qui correspond à la rotation résultant, 35 dans des conditions nominales d'utilisation du boulon, de l'écart de couple existant entre ledit pré-couple d'accostage et le couple de serrage nominal, c) marquage de deux repères séparés angulairement d'un angle a soit sur l'écrou du boulon soit sur la pièce placée en position supérieure des pièces à assembler L'invention revendique également : un ensemble de pièces assemblées par boulon à l'aide d'un écrou tel que décrit ci-dessus, un ensemble de pièces assemblées par boulon comprenant une pièce supérieure telle que décrite ci-dessus, - un ensemble de pièces assemblées selon un des procédés décrits ci-dessus, un écrou pour utilisation dans une liaison boulonnée ou une pièce placée en position supérieure d'un ensemble de pièces à assembler par une liaison boulonnée, identifiés par un marquage selon un procédé décrit ci-dessus, - un module d'une turbomachine comprenant un tel ensemble de pièces assemblées une turbomachine aéronautique comprenant au moins un tel module. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue en perspective d'un écrou d'assemblage selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective du même écrou dans 30 sa position après l'application d'un pré-couple d'accostage ; - la figure 3 est une vue en perspective du même écrou dans sa position après l'application du couple final d'assemblage ; - la figure 4 est une vue en perspective d'une pièce à assembler par boulon, selon un second mode de réalisation ; - la figure 5 est une vue en perspective de la même pièce à assembler après l'application d'un pré-couple d'accostage sur l'écrou du boulon correspondant ; - la figure 6 est une vue en perspective de la même pièce à 5 assembler après l'application du couple final d'assemblage sur l'écrou du boulon correspondant. En se référant à la figure 1, on voit un écrou 1 analogue aux boulons de l'art antérieur, mais sur lequel ont été tracés deux repères angulaires, un repère amont 2 et un repère aval 3, distants angulairement 10 l'un de l'autre d'un angle a prédéterminé. Ce marquage est réalisé par tout moyen connu, comme par exemple une entaille dont la profondeur reste inférieure à celle du marquage du numéro d'identification afin de ne pas le fragiliser. L'écart angulaire a correspond à la valeur d'un couple que l'on souhaite appliquer, comme cela sera expliqué plus loin. 15 La figure 2 montre le même écrou vissé sur la tige d'un boulon (non représentée), ledit boulon passant par un trou pratiqué dans les pièces à assembler. L'écrou 1 a été placé sur la pièce placée en position supérieure 4, c'est à dire faisant face à l'écrou, et a été serré jusqu'à une première position dite d'accostage, obtenue après application d'un couple 20 dit pré-couple d'accostage. Ce pré-couple est défini par exemple comme le pré-couple d'accostage qui serait appliqué dans le cas d'un serrage à l'angle, c'est-à-dire comme égal à de l'ordre de 15 à 20% de la valeur du couple nominal de serrage de la liaison. Sur la pièce supérieure 4 un repère d'accostage 5 est tracé par l'utilisateur en face du repère aval 3, 25 afin d'enregistrer la position d'accostage. La figure 3 montre le même écrou 1, toujours vissé sur la tige d'un boulon, dans une position correspondant à l'application du couple nominal d'assemblage. Dans cette position le repère amont 2 est positionné en face du repère d'accostage 5, le repère aval 3 ayant dépassé 30 la position de ce repère d'accostage d'un angle a. Une zone de tolérance 6 est également figurée, qui correspond à un angle d'erreur acceptable pour la vérification du serrage. Cette zone n'est pas matérialisée sur la pièce supérieure 4, mais en général seulement appréciée qualitativement par l'opérateur ; dans certains cas particuliers elle peut être matérialisée 35 par un gabarit que l'opérateur place autour du repère d'accostage 5. En se référant aux figures 4 à 6, on va maintenant décrire un deuxième mode de réalisation. Les éléments identiques au premier mode de réalisation sont désignés par le même chiffre de référence et ne sont pas décrits à nouveau. Les éléments ayant des fonctions analogues sont désignés par les mêmes numéros augmentés de dix. Ici, l'écrou 1 ne porte pas de repère angulaire ; des repères amont 12 et aval 13 sont, par contre, matérialisés sur la pièce à assembler 4 placée en position supérieure. L'écart angulaire entre ces repères 12 et 13 est égal au même angle a que précédemment, car celui-ci est caractéristique du serrage à mettre en place pour garantir un assemblage correct. Un repère d'accostage 15 est dessiné sur l'écrou 1 par l'opérateur et une zone de tolérance 16, d'amplitude identique à celle de la zone de tolérance 6 précédente, est ici représentée sur la pièce à assembler 4. On va maintenant décrire les étapes de l'assemblage des pièces 15 par un boulon selon le premier mode de réalisation. Ces étapes sont analogues dans le deuxième mode de réalisation. En premier lieu l'opérateur sélectionne le boulon approprié pour l'assemblage qu'il a à réaliser. Pour cela il choisit parmi les écrous à sa disposition celui dont l'angle a correspond à la spécification donnée 20 dans la gamme de montage pour cet assemblage. Ce problème ne se pose pas pour le second mode de réalisation, l'angle a à respecter étant repéré sur la pièce supérieure 4 et non pas sur l'écrou 1 ; il peut dans ce cas prendre un écrou standard du commerce. Il met en place la tige du boulon à travers les pièces à 25 assembler et visse dessus le boulon, tout d'abord à la main, puis à la clé dynamométrique. Il applique un premier couple calibré de serrage, dit pré-couple d'accostage. Ce couple, qui est précisé dans la gamme de montage, a été préalablement déterminé pour garantir un positionnement correct des pièces et définir un point de départ répétitif avant d'engager 30 la poursuite du serrage. Après l'application de ce pré-couple d'accostage, le repère aval 3 se trouve dans une position particulière que l'opérateur va enregistrer en traçant en face de lui, sur la pièce supérieure 4, un repère d'accostage 5 à l'aide de tout moyen à sa disposition (trait de crayon, de feutre, de surligneur, etc. ...). 35 Ensuite, à la différence d'un serrage à l'angle, il applique, non pas une rotation prédéterminée, mais le couple nominal de serrage qui est préconisé dans la gamme de montage, en poursuivant son action sur la clé dynamométrique, comme précédemment. Il vérifie enfin que le repère amont 2 se trouve, après cette opération, en face du repère d'accostage 5 ou du moins en face de la zone de tolérance 6. Si c'est le cas le serrage est réputé correct. Si çà ne l'est pas, cela signifie qu'il y a un défaut et que le serrage des pièces n'est pas nominal. Il lui reste alors à chercher d'où vient le défaut, qui peut provenir par exemple d'un oubli de lubrification, d'un mauvais tarage de la clé dynamométrique, etc et à le corriger. On constate que l'opération d'assemblage n'a nécessité qu'une clé dynamométrique et un simple moyen de repérage de la position angulaire de l'écrou 1, ce qui était le but poursuivi par l'invention. Il n'y a, en particulier, plus besoin d'un moyen de mesure d'un angle comme dans le cas d'un serrage à l'angle. Le déroulement des opérations dans le second mode de réalisation est identique, si ce n'est que l'opérateur, après l'application du couple de pré-accostage, enregistre la position de l'écrou 1 sur l'écrou lui-même et non pas sur la pièce à assembler 4. Il convient de remarquer que l'angle a est caractéristique d'une liaison et qu'il n'est pas possible d'utiliser un écrou selon l'invention pour n'importe quel assemblage. L'angle a qui y est figuré est en effet fonction tout d'abord du choix qu'a effectué le concepteur de l'assemblage pour le pré-couple d'accostage et ensuite du couple nominal qui doit être appliqué à la liaison en question. Le concepteur de la liaison, qui est normalement celui qui rédige la gamme de montage de cet assemblage, choisit de façon libre le couple de pré-accostage, pour autant qu'il corresponde à un accostage effectif des pièces en contact et à une première mise en pression entre elles. Ce couple peut parfaitement être celui qu'il aurait sélectionné dans le cas d'un serrage à l'angle. Il calcule ensuite l'angle dont tournerait l'écrou 1, dans des conditions nominales d'utilisation (présence de lubrification, états de surface des pièces dans la moyenne de celles rencontrées) quand on applique le couple nominal de serrage en partant de ce pré-couple d'accostage. Il mentionne alors cet angle a au plan de la pièce et fait en sorte qu'il apparaisse physiquement sur l'écrou 1 dans le premier mode de réalisation, et sur la pièce supérieure 4 dans le second mode. Le concepteur de la liaison calcule également l'incertitude sur l'angle qu'il vient de calculer, en fonction des dérives possibles sur les paramètres entrant dans le calcul de cet angle (écarts sur les caractéristiques du lubrifiant, sur les coefficients de frottements des surfaces, tolérance sur le couple nominal, etc. ...). Cet angle d'incertitude est également consigné dans la gamme de montage sous la forme d'une plage de tolérance. A un écrou 1 selon l'invention est ainsi obligatoirement associé, outre le couple nominal de serrage à appliquer au boulon, une valeur pour le pré-couple d'accostage qui est appariée avec le choix effectué pour l'angle a indiqué sur l'écrou 1 ou sur la pièce à assembler 4. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Ecrou (1) pour assemblage de pièces par un boulon sous un couple de serrage nominal prédéfini, caractérisé en ce qu'il porte deux repères (2, 3) séparés angulairement d'un angle a, ledit angle a étant associé à la valeur d'un pré-couple d'accostage à appliquer lors d'un premier serrage dudit boulon et correspondant sensiblement à la rotation résultant, dans des conditions nominales d'utilisation du boulon, de l'écart de couple existant entre ledit pré-couple d'accostage et le couple de serrage nominal. 2. Pièce (4) placée en position supérieure d'un ensemble de pièces à assembler par un boulon, caractérisée en ce qu'elle porte deux repères (12, 13) séparés angulairement d'un angle a, ledit angle a étant associé à la valeur d'un pré-couple d'accostage à appliquer lors d'un premier serrage dudit boulon et correspondant sensiblement à la rotation résultant, dans des conditions nominales d'utilisation du boulon, de l'écart de couple existant entre ledit pré-couple d'accostage et le couple de serrage nominal. 3. Pièce selon la revendication 2 comportant une zone de 20 tolérance dessinée autour de son repère aval (13). 4. Procédé d'assemblage de pièces par boulon sous un couple de serrage nominal prédéfini, l'écrou (1) porté par ledit boulon comportant deux repères (2, 3) séparés angulairement d'un angle a, ledit angle a étant associé à la valeur d'un pré-couple d'accostage à appliquer 25 lors d'un premier serrage dudit boulon et correspondant sensiblement à la rotation résultant, dans des conditions nominales d'utilisation du boulon, de l'écart de couple existant entre ledit pré-couple d'accostage et le couple de serrage nominal, comprenant les étapes suivantes : a) application dudit pré-couple sur l'écrou (1) dudit boulon, 30 b) marquage par l'opérateur d'un repère d'accostage (5) sur la pièce supérieure (4) des pièces à assembler, en face du repère aval (3) de l'écrou (1), c) application du couple nominal de serrage de l'assemblage, d) vérification par l'opérateur que le repère amont (2) se trouve en face 35 d'une zone de tolérance (6) située de part et d'autre dudit repèred'accostage (5) et dont l'ouverture angulaire est définie par la gamme de montage. 5. Procédé d'assemblage de pièces par boulon sous un couple de serrage nominal prédéfini, la pièce (4) placée en position supérieure comportant deux repères (12, 13) positionnés autour du perçage et séparés angulairement d'un angle a, ledit angle a étant associé à la valeur d'un pré-couple d'accostage à appliquer lors d'un premier serrage dudit boulon et correspondant sensiblement à la rotation résultant, dans des conditions nominales d'utilisation du boulon, de l'écart de couple existant entre ledit pré-couple d'accostage et le couple de serrage nominal, comprenant les étapes suivantes : a) application dudit pré-couple sur l'écrou (1) dudit boulon, b) marquage par l'opérateur d'un repère d'accostage (15) sur ledit écrou (1), en face du repère amont (12) de la pièce à assembler (4), c) application du couple nominal de serrage de l'assemblage, d) vérification par l'opérateur que le repère aval (13) se trouve en face d'une zone de tolérance (16) située de part et d'autre dudit repère d'accostage (15). 6. Procédé d'identification des moyens d'assemblage d'une liaison boulonnée comportant un couple de serrage nominal à appliquer, dans le but de permettre le contrôle de la qualité de l'assemblage, comprenant les étapes suivantes : a) sélection d'un pré-couple d'accostage à appliquer, inférieur au couple de serrage nominal, b) détermination de l'angle a qui correspond à la rotation résultant, dans des conditions nominales d'utilisation du boulon, de l'écart de couple existant entre ledit pré-couple d'accostage et le couple de serrage nominal, c) marquage de deux repères (2, 3 ; 12, 13) séparés angulairement d'un 30 angle a soit sur l'écrou (1) du boulon soit sur la pièce (4) placée en position supérieure des pièces à assembler. 7. Ensemble de pièces assemblées par boulon à l'aide d'un écrou selon la revendication 1. 8. Ensemble de pièces assemblées par boulon comprenant une 35 pièce supérieure (4) selon l'une des revendications 2 ou 3. 9. Ensemble de pièces assemblées selon le procédé d'une des revendications 4 ou 5. 10. Ecrou (1) pour utilisation dans une liaison boulonnée, identifié par un marquage selon le procédé de la revendication 6. 11. Pièce (4) placée en position supérieure d'un ensemble de pièces à assembler par une liaison boulonnée, identifiée par un marquage selon le procédé de la revendication 6. 12. Module d'une turbomachine comprenant un ensemble de pièces assemblées selon l'une des revendications 7 à 9. 13. Turbomachine aéronautique comprenant au moins un module selon la revendication précédente.