Brevet FR3006922A1 — publié le 20141219

La présente invention concerne de manière générale le rivetage. L'invention concerne plus particulièrement une machine de rivetage de pièces, de préférence des tôles, par exemple pour un fuselage d'avion. On constate avec les machines de rivetage connues de l'état de la technique que le gonflement du rivet, à l'intérieur d'un orifice ménagé à travers les pièces à riveter, est difficilement maitrisable, ce qui rend l'opération de rivetage peu fiable et risque donc d'aboutir à une liaison défectueuse des deux pièces rivetées. Une telle liaison défectueuse peut entrainer de graves conséquences en ce qui concerne la tenue mécanique des pièces notamment lorsqu'elles sont fortement sollicitées comme c'est le cas dans le domaine aéronautique avec des pièces de fuselage. La présente invention a pour but de proposer une machine de pose de rivet permettant de maitriser le gonflement du rivet à l'intérieur d'un orifice ménagé à travers les pièces à riveter. A cet effet, l'invention a pour objet une machine de rivetage de pièces, de préférence des tôles, par exemple pour un fuselage d'avion, ladite machine comprenant un élément de maintien et de mise en place de rivet, appelé bouterolle supérieure, ladite bouterolle supérieure incluant une tige et deux mâchoires situées de part et d'autre de l'axe de la tige, ladite tige présentant une extrémité libre apte à venir en appui d'un rivet tenu entre les deux mâchoires. Ladite machine comprend aussi un organe de serrage, appelé serre-tôle supérieur, qui comprend une surface d'appui apte à venir en regard d'une surface d'appui correspondante d'un autre organe de serrage, appelé serre-tôle inférieur, pour serrer l'une contre l'autre les pièces entre lesdites surfaces d'appui desdits serre-tôle. Des moyens de déplacement de la tige sont configurés pour déplacer ladite extrémité libre de la tige de poussée entre une première position, dite position haute, écartée de la surface d'appui du serre-tôle supérieur, dans laquelle ladite tige de poussée délimite entre la tige et les mâchoires un logement de maintien de rivet, et une deuxième position, dite position basse, plus proche de ladite surface d'appui du serre-tôle supérieur. La machine est caractérisée en ce que la distance, appelée distance de gonflement, entre l'extrémité libre de la tige en position basse et le serre-tôle supérieur est réglable. La position basse de la tige de poussée par rapport au perçage et donc par rapport à la surface d'appui du serre-tôle supérieur a un impact sur le gonflement du rivet, encore appelé "push away". Le gonflement du rivet correspond à l'espace que prend le rivet dans le perçage. Ce gonflement peut être caractérisé par le diamètre du rivet introduit à l'intérieur de l'orifice de perçage, à l'état riveté des pièces, qui doit être supérieur d'une valeur donnée au diamètre de l'orifice de perçage avant pose du rivet. Cette valeur donnée est généralement fixée par des normes en fonction des types de pièce à assembler. Le gonflement du rivet dépend de ladite distance de gonflement entre la tige de la bouterolle supérieure et le serre-tôle supérieur. Ainsi, le réglage de cette distance permet d'adapter la position de la tige en position basse en fonction des caractéristiques du rivet et/ou des pièces à riveter pour obtenir un gonflement du rivet adapté pour obtenir une bonne liaison entre les pièces. Le fait de pouvoir positionner, en position basse, la tige de la bouterolle supérieure à une distance définie en fonction du type de rivet, et/ou des caractéristique, notamment de la matière et de l'épaisseur des pièces à assembler, permet en outre d'éviter les déformations des pièces résultant des efforts de serrage au moment de l'écrasement du rivet. En effet, si la distance de gonflement est trop grande, les pièces risquent d'être déformées. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ladite machine inclut une unité de pilotage comprenant des moyens de définition et de mémorisation de la distance de gonflement, et des moyens de commande des moyens de déplacement de la tige pour que, en position basse de la tige, ladite distance de gonflement soit égale à celle définie. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ladite machine comprend un châssis et des moyens de déplacement du serre-tôle supérieur par rapport au châssis, suivant une direction parallèle à l'axe de la tige de la bouterolle supérieure, entre une position, dite position inactive du serre-tôle supérieur et une position, dite position de serrage, pour exercer un effort d'appui sur les pièces à riveter. Ladite machine comprend des moyens de détermination de la position de serrage du serre-tôle supérieur. Ladite distance réglable entre l'extrémité libre de la tige en position basse et le serre-tôle supérieur, est définie pour une position du serre-tôle supérieur en position de serrage. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ladite tige est déplaçable à translation selon une direction parallèle à son axe. Avantageusement, la machine inclut une unité de pilotage qui comprend une mémoire dans laquelle est mémorisée la position de la surface d'appui du serre-tôle supérieur en position de serrage, et des moyens de définition de la position basse de la tige de la bouterolle supérieure le long de son axe de déplacement par rapport à ladite position mémorisée du serre-tôle supérieur. Une telle conception de l'unité de pilotage de la machine correspond à une numérisation de l'axe de déplacement de la tige de la bouterolle supérieure, ce qui permet de contrôler la descente en position basse de la tige de la bouterolle supérieure et de positionner de façon précise et répétable l'extrémité de la tige de la bouterolle supérieure à une distance paramétrable, correspondant à la distance de gonflement souhaitée. Cette distance de gonflement paramétrable peut être renseignée dans l'unité et peut varier si besoin pour la pose de différents rivets. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, lesdits moyens de déplacement de la tige de poussée comprennent un moteur, de préférence électrique, un système de type écrou /vis, de préférence à rouleaux satellites, et des moyens de transmission de mouvement, tels qu'une courroie, entre le moteur et l'écrou ou la vis pour permettre, en faisant tourner le moteur dans un sens ou dans l'autre, de déplacer la vis par rapport à l'écrou afin de déplacer la tige de la bouterolle supérieure entre sa position haute et sa position basse. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ladite machine est munie dudit serre-tôle inférieur pour serrer l'une contre l'autre les pièces à riveter entre lesdites surfaces d'appui desdits serre-tôle, et d'un autre élément d'appui, appelé bouterolle inférieure, positionnable en regard et déplaçable en direction de la bouterolle supérieure pour écraser un rivet, disposé à l'intérieur d'un orifice ménagé à travers les pièces à riveter, entre les bouterolles supérieure et inférieure. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ladite machine comprend un mécanisme de freinage configuré pour empêcher ou limiter le dévissage de la vis par rapport à l'écrou lors de l'application d'un effort de poussée exercé par la bouterolle inférieure sur le rivet en direction de la tige de la bouterolle supérieure. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ladite machine comprend un coulisseau, appelé chariot, qui porte ladite bouterolle supérieure et qui est déplaçable suivant une direction orthogonale à l'axe de la tige de la bouterolle supérieure, pour positionner ladite bouterole supérieure au droit d'un orifice ménagé à travers lesdites pièces à assembler. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, lesdits moyens de déplacement du chariot comprennent au moins un moteur linéaire, de préférence deux moteurs linéaires synchronisés positionnés de part et d'autre de l'axe de déplacement du coulisseau. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue partielle en coupe de la machine selon un mode de réalisation de l'invention en position haute de la tige de la bouterolle supérieure et à l'état positionné de deux pièces à riveter entre les serre-tôles supérieur et inférieur ; - la figure 2 est une vue partielle en coupe de la machine de la figure 1 en position basse de la tige de la bouterolle supérieure ; - la figure 3 est une vue de détail montrant la distance, appelée distance de gonflement, définie entre l'extrémité libre de la tige de la bouterolle supérieure, en position basse, et la surface de serrage du serre-tôle supérieur pour une machine selon l'invention, par exemple conforme à celle de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue des moyens de déplacement et de guidage de la tige 10 de la bouterolle supérieure d'une machine selon l'invention, par exemple conforme à celle de la figure 1 ; - les figures 5 à 9 illustrent de manière schématique différentes étapes d'un procédé de rivetage de deux pièces, à l'aide d'une machine selon l'invention par exemple conforme à celle de la figure 1. 15 En référence aux figures et comme rappelé ci-dessus, l'invention concerne une machine de rivetage de pièces, de préférence des tôles 8, par exemple pour un fuselage d'avion. La machine comprend un châssis en forme générale de C qui comprend une partie inférieure, appelée console inférieure et une partie 20 supérieure, appelée tête de rivetage, entre lesquelles sont positionnées les pièces, telles que des tôles, à assembler. Dans l'exemple illustré aux figures, le rivet 6 présente un corps muni d'une tête. Ladite tête de rivetage est équipée d'un coulisseau qui porte un élément de 25 maintien et de mise en place de rivet, appelé bouterolle supérieure 2. La bouterolle supérieure 2 permet le maintien et la mise en place du rivet dans un orifice ménagé par perçage à travers les pièces à assembler. Ladite bouterolle supérieure 2 inclut une tige de poussée 20 et une pince formée de 30 deux mâchoires 21 situées de part et d'autre de l'axe de la tige 20. Les mâchoires 21 sont rappelées en position fermée. Le coulisseau, encore appelé chariot, qui porte ladite bouterolle 2 supérieure, est déplaçable à coulissement suivant une direction orthogonale à l'axe de la tige 20 de la bouterolle 2 supérieure, pour positionner ladite bouterole 2 supérieure au droit d'un orifice ménagé à travers les tôles 8 à riveter. Les moyens de déplacement du chariot comprennent deux moteurs linéaires synchronisés positionnés de part et d'autre du coulisseau. Pour réaliser l'orifice d'introduction de rivet à travers les tôles à assembler, le chariot porte aussi deux broches 7 de préférence de types différents, par exemple pour faire de l'arasage avec la deuxième broche après avoir percé avec la première broche. Les mobilités de déplacement vertical des broches et de la tige de poussée du rivet sont au moins en partie indépendantes. Lesdites broches sont déplaçables en monte et baisse, c'est-à-dire orthogonalement par rapport à la direction de déplacement du coulisseau. La bouterolle supérieure 2 comprend des moyens de rappel, tels qu'un ressort, des mâchoires 21 l'une vers l'autre. Ladite tige 20 présente une extrémité 200 libre apte à venir en appui d'un rivet 6 logé entre les mâchoires 21 de la bouterolle supérieure 2. La tête de rivetage porte aussi une pièce de serrage 4, appelée serre-tôle supérieur, qui comprend une surface d'appui 40 apte à venir en regard d'une surface d'appui correspondante d'une autre pièce de serrage formant serre-tôle inférieur 5, pour serrer l'une contre l'autre les tôles à riveter entre lesdites surfaces d'appui desdits serre-tôle. Ladite tige 20 est déplaçable à translation selon une direction parallèle à son axe. En particulier, la tige 20 est déplaçable entre une position haute, écartée de la surface 40 d'appui du serre-tôle 4 supérieur, dans laquelle ladite tige 20 s'étend en retrait des extrémités des mâchoires 21 pour délimiter entre la tige 20 et les mâchoires 21 un logement de maintien de rivet 6, et une position basse, plus proche de ladite surface d'appui 40 du serre-tôle 4 supérieur, dans laquelle l'extrémité 200 de la tige 20 écarte les mâchoires 21, à l'encontre des moyens de rappel des mâchoires, pour libérer le rivet 6 des mâchoires et le positionner dans l'orifice 80 ménagé à travers les tôles à riveter. Le châssis de ladite machine porte aussi des moyens de déplacement du 5 serre-tôle 4 supérieur par rapport au châssis. Le serre-tôle 4 supérieur est déplaçable suivant une direction parallèle à l'axe de la tige 20 de la bouterolle 2 supérieure entre une position relevée, dite position inactive du serre-tôle 4 supérieur dans laquelle il n'exerce pas d'effort d'appui sur les tôles, et une position, dite position de serrage, pour exercer un effort d'appui sur les tôles à 10 riveter. La distance D24, appelée distance de gonflement, entre l'extrémité 200 libre de la tige 20, en position basse de ladite tige, et la surface 40 d'appui du serre-tôle 4 supérieur, en position de serrage dudit serre-tôle, est réglable pour obtenir le 15 gonflement souhaité du rivet dans l'orifice au cours de l'écrasement du rivet entre les deux bouterolles supérieure 2 et inférieure 9 comme détaillé ci-après. La machine comprend aussi une unité de pilotage, encore appelée unité de traitement et de calcul, configurée pour piloter les actionneurs de la machine, 20 en particulier les mobilités des serre-tôles et des bouterolles. Ladite unité de pilotage comprend une mémoire dans laquelle peuvent être mémorisées des données, telles que ladite distance de gonflement souhaitée et la position du serre-tôle supérieur. Ladite unité est de préférence formée par un microprocesseur. Lorsque dans la suite de la description, il est précisé que 25 l'unité est configurée ou comprend des moyens pour réaliser une opération donnée, cela signifie que le microprocesseur comprend des instructions informatiques permettant de réaliser ladite opération. Ainsi, les différents points qui composent l'axe de déplacement de la tige de la 30 bouterolle supérieure sont connus de l'unité, ce qui correspond à une numérisation dudit axe. En effet, l'unité de pilotage a en mémoire l'axe de déplacement de la bouterolle et la position de l'extrémité de la tige par référence à la position du serre-tôle supérieur en position de serrage de celui- ci. Avantageusement, la machine comprend des moyens de déplacement de la l'ensemble de la bouterolle 2 supérieure pour baisser ou remonter l'ensemble 5 de la bouterolle supérieur par rapport aux serre-tôles, et des moyens de déplacement de la tige 20 par rapport aux mâchoires de la bouterolle. L'unité de pilotage est configurée pour déterminer la position que doit prendre la bouterolle supérieure pour que, en position basse de la tige, l'extrémité de la tige soit située en retrait de la surface d'appui du serre-tôle d'une distance 10 égale à la valeur de distance réglée correspondant à la distance de gonflement. L'unité pilote alors le déplacement de la bouterolle supérieure en fonction de la position ainsi déterminée pour pouvoir actionner le déplacement en position basse de la tige de manière à obtenir ladite distance de gonflement. 15 L'unité de pilotage comprend des moyens de définition et de mémorisation de la distance de gonflement. Plusieurs valeurs de distances peuvent être mémorisées en fonction du type de rivet 6 utilisé et des pièces 8 à assembler. Lesdits moyens de définition et de mémorisation peuvent être formés par une 20 Interface Homme Machine (IHM) associée à une mémoire de données. Comme rappelé ci-dessus, l'unité de pilotage comprend aussi des moyens de commande des moyens de déplacement de la bouterolle supérieure et de la tige pour que, en position basse de la tige, ladite distance de gonflement soit égale à celle définie. Autrement dit, la position basse de l'extrémité d'appui de 25 la tige 20 est modifiable et mémorisable. L'unité de pilotage comprend des moyens de détermination de la position de serrage du serre-tôle supérieur, ce qui permet comme rappelé ci-dessus, de définir ladite distance D24 entre l'extrémité 200 libre de la tige 20 de poussée 30 en position basse et le serre-tôle 4 supérieur, par référence à la position du serre-tôle 4 supérieur en position de serrage. Lesdits moyens de déplacement 3 de la tige de poussée 20 comprennent un moteur 30, de préférence électrique, pour une bonne précision et une grande rapidité de déplacement. Le moteur est associé à un système de type écrou 31-vis 32, de préférence à rouleaux satellites. Lesdits moyens de déplacement comprennent des moyens de transmission 33 de mouvement, tels qu'une courroie, entre le moteur 30 et l'écrou 31 pour permettre, en faisant tourner le moteur 30 dans un sens ou dans l'autre, de déplacer la vis 32 par rapport à l'écrou suivant son axe afin de déplacer la tige entre sa position haute et sa position basse. La machine comprend aussi un élément de guidage linéaire 26 permettant de guider le déplacement vertical de la tige de la bouterolle supérieure lors de la descente de la vis. Comme évoqué ci-dessus, ladite machine comporte une console inférieure qui comprend un serre-tôle inférieur 5. Le serre-tôle inférieur est déplaçable par rapport au châssis de la machine pour serrer l'une contre l'autre les tôles 8 à riveter entre lesdites surfaces d'appui desdits serre-tôles. La console inférieure est aussi munie d'un élément d'appui, appelé bouterolle inférieure 9, positionnable en regard et déplaçable en direction de la bouterolle 2 supérieure pour écraser un rivet 6 disposé entre les bouterolles 2, 9 supérieure et inférieure et dans un orifice ménagé à travers les deux tôles à riveter. Préférentiellement, ladite machine comprend un mécanisme de freinage configuré pour empêcher ou limiter le dévissage de la vis par rapport à l'écrou 25 lors de l'application d'un effort de poussée exercé par la bouterolle 9 inférieure sur le rivet en direction de la tige 20 de poussée de la bouterolle 2 supérieure. A titre d'exemple, l'assemblage de deux tôles 8 ou panneaux peut être réalisé de la manière suivante. Comme illustré à la figure 5, les tôles 8 sont amenées 30 en position l'une contre l'autre, et sont serrées à l'aide des serre-tôles 4, 5 inférieur et supérieur. Un perçage est réalisé grâce à une ou plusieurs broche(s) 7 portée(s) par le chariot pour ménager un orifice 80 d'insertion d'un rivet 6. Pendant le perçage, le rivet 6 est chargé entre les mâchoires 21 de la bouterolle 2 supérieure, en temps masqué. Un fraisage de l'orifice 80 est réalisé, de préférence en même temps que l'opération de perçage (figure 6). Comme illustré à la figure 7, de l'isolant, de préférence de type mastic, est déposé dans l'orifice de perçage à l'aide d'un actionneur 11. Le rivet 6 est déposé dans l'orifice 80 de perçage, à travers l'isolant, en abaissant la tige 20 de la bouterolle 2 supérieure (figure 8). L'extrémité de la tige 20 est maintenue à une distance donnée du serre-tôle 4 supérieur correspondant à ladite distance de gonflement mémorisée. Le rivet est alors écrasé par déplacement de la bouterolle 9 inférieure en direction de la bouterolle 2 supérieure (figure 9). La tige 20 de la bouterolle 2 supérieure participe à l'écrasement du rivet 6 en formant une butée de contre-appui à la manière d'une enclume lorsque le rivet 6 est écrasé par déplacement de la bouterolle inférieure 9 qui forme un marteau. Pour optimiser le gonflement, on peut prévoir de régler la distance entre l'extrémité 200 de la tige 20 et la surface d'appui 40 du serre-tôle 4 supérieur par exemple à 0, 01 millimètre. Le fait de pouvoir régler la distance à 0, 01 millimètre permet de privilégier un gonflement du rivet sous la fraisure, ce qui favorise la tenue mécanique de l'assemblage entre les pièces 8. La distance de gonflement peut être réglée en fonction des caractéristiques du rivet que l'on souhaite appliquer aux pièces à assembler pour obtenir un gonflement donné. La distance de gonflement peut aussi être adaptée en 25 fonction des pièces à assembler pour obtenir le gonflement adapté. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. REVENDICATIONS1. Machine de rivetage de pièces (8), de préférence des tôles, par exemple 5 pour un fuselage d'avion, ladite machine comprenant : - un élément de maintien et de mise en place de rivet, appelé bouterolle supérieure (2), ladite bouterolle supérieure (2) incluant une tige (20) et deux mâchoires (21) situées de part et d'autre de l'axe de la tige, ladite tige présentant une extrémité (200) libre apte à venir en appui d'un rivet (6) tenu 10 entre les deux mâchoires (21), - un organe de serrage (4), appelé serre-tôle supérieur, qui comprend une surface d'appui apte à venir en regard d'une surface d'appui correspondante d'un autre organe de serrage, appelé serre-tôle inférieur (5), pour serrer l'une contre l'autre les pièces (8) entre lesdites surfaces d'appui desdits serre-tôle (4, 15 5), - des moyens de déplacement (3) de la tige (20) configurés pour déplacer ladite extrémité (200) de la tige (20) entre une première position, dite position haute, écartée de la surface d'appui (40) du serre-tôle (4) supérieur, dans laquelle ladite tige (20) délimite entre la tige et les mâchoires (21) un logement 20 de maintien de rivet, et une deuxième position, dite position basse, plus proche de ladite surface d'appui (40) du serre-tôle (4) supérieur, caractérisée en ce que la distance (D24), appelée distance de gonflement, entre l'extrémité (200) libre de la tige (20) en position basse et le serre-tôle (4) supérieur est réglable. 25 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite machine inclut une unité de pilotage comprenant des moyens de définition et de mémorisation de la distance de gonflement, et des moyens de commande des moyens de déplacement (3) de la tige pour que, en position basse de la tige, 30 ladite distance de gonflement soit égale à celle définie. 3. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite machine comprend un châssis et des moyens de déplacement du serre-tôle (4) supérieur par rapport au châssis, suivant une direction parallèle à l'axe de la tige (20) de la bouterolle (2) supérieure, entre une position, dite position inactive du serre-tôle (4) supérieur et une position, dite position de serrage, pour exercer un effort d'appui sur les pièces à riveter, et en ce que ladite machine comprend des moyens de détermination de la position de serrage du serre-tôle (4) supérieur, et en ce que ladite distance (D24) réglable entre l'extrémité (200) libre de la tige (20) en position basse et le serre-tôle (4) supérieur, est définie pour une position du serre-tôle (4) supérieur en position de serrage. 4. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite tige (20) est déplaçable à translation selon une direction parallèle à son axe. 5. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits moyens de déplacement (3) de la tige de poussée (20) comprennent : - un moteur (30), de préférence électrique, - un système de type écrou (31) / vis (32), de préférence à rouleaux satellites, et - des moyens de transmission (33) de mouvement, tels qu'une courroie, entre le moteur (30) et l'écrou ou la vis pour permettre, en faisant tourner le moteur dans un sens ou dans l'autre, de déplacer la vis (32) par rapport à l'écrou afin de déplacer la tige (20) de la bouterolle (2) supérieure entre sa position haute et sa position basse. 6. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite machine est munie dudit serre-tôle inférieur (5) pour serrer l'une contre l'autre les pièces à riveter entre lesdites surfaces d'appui desdits serre-tôle (4, 5), et d'un autre élément d'appui, appelé bouterolle (9) inférieure, positionnable en regard et déplaçable en direction de la bouterolle (2) supérieure pour écraser un rivet (6), disposé à l'intérieur d'un orifice ménagé à travers les pièces à riveter, entre les bouterolles (4, 5) supérieure et inférieure. 7. Machine selon la combinaison des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que ladite machine comprend un mécanisme de freinage configuré pour empêcher ou limiter le dévissage de la vis (32) par rapport à l'écrou (31) lors de l'application d'un effort de poussée exercé par la bouterolle (9) inférieure sur le rivet (6) en direction de la tige (20) de poussée de la bouterolle (2) supérieure. 8. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite machine comprend un coulisseau, appelé chariot, qui porte ladite bouterolle (2) supérieure et qui est déplaçable suivant une direction orthogonale à l'axe de la tige (20) de la bouterolle (2) supérieure, pour positionner ladite bouterole (2) supérieure au droit d'un orifice ménagé à travers lesdites pièces à assembler. 9. Machine selon la revendication 8, caractérisée en ce que lesdits moyens de 15 déplacement du chariot comprennent au moins un moteur linéaire, de préférence deux moteurs linéaires synchronisés positionnés de part et d'autre de l'axe de déplacement du coulisseau.