Brevet FR3014727A1 — publié le 20150619

Composant de fixation et d'assemblage auto-perceur Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un composant de fixation, et plus précisément à un profil auto-perceur. État de la technique Les rivets et goujons sont classiquement utilisés en aéronautique, dans l'industrie navale ou automobile pour assembler plusieurs éléments entre eux. Généralement, la forme des rivets ou des goujons est adaptée au type de matériau qui doit être percé afin de permettre une fixation optimisée. Le corps et/ou le dessous de la tête d'un goujon ou d'un rivet peut par exemple être moleté ou cranté. La tête du goujon ou du rivet peut être elliptique. Le rivet ou le goujon peut être auto-perceur ou non. Ces formes sont bien adaptées pour assembler des éléments métalliques, mais pas pour assembler des éléments réalisés dans des matériaux composites, ayant une matrice à base de résine thermodurcissable ou thermoplastique. En effet, les matériaux composites sont hétérogènes. Ils peuvent contenir différents types de résine, et différents types de tissus contenant des fibres plus ou moins longues. Les éléments réalisés dans des matériaux composites peuvent donc se délaminer lors des étapes d'usinage ou de poinçonnage. Au moment où les éléments sont assemblés, le délaminage n'est pas toujours constatable. Cela peut donc nuire gravement à la qualité du produit fini, qui peut finir par se fissurer ou se rompre. Le perçage des logements pour les rivets et goujons dans les matériaux composites doit donc être réalisé avec beaucoup de précautions. Des outils spécifiques doivent être utilisés pour garantir la qualité du produit, en particulier dans le domaine des rivets et goujons auto-perceurs puisque le perçage et l'assemblage sont réalisés en une seule fois. Objet de l'invention Un objet de l'invention est de réaliser un profil auto-perceur destiné à percer un élément en matériau composite par rotation suivant un axe de rotation, permettant de réduire la détérioration des matériaux composites lors de leur perçage. A cet effet, le profil auto-perceur comprend un corps doté d'une paroi latérale, et une tête auto-perceuse positionnée à une première extrémité du corps. La tête auto-perceuse comporte en outre : - une première face biseautée définie par une première arête coupante formant un angle a avec l'axe de rotation et par une première arête de dégagement formant un angle p inférieur à a avec l'axe de rotation, - une deuxième face biseautée définie par une arête de guidage formant un angle y compris entre a-60° et a avec l'axe de rotation et une deuxième arête de dégagement formant un angle [3' inférieur à a avec l'axe de rotation, - une troisième face parallèle et différente d'un plan axial contenant l'axe de rotation, - la première face biseautée, la deuxième face biseautée et la troisième face définissant une pointe permettant l'engagement du profil auto- perceur dans le matériau composite. Selon un aspect de l'invention, l'angle a peut être compris entre 70° et 75°, et les angles [3 et ry entre 30° et 60°. Selon un mode de réalisation, les première et deuxième arêtes de dégagement peuvent être confondues. De manière alternative, la première arête de dégagement et la deuxième arête de dégagement peuvent définir une quatrième face biseautée. La tête auto-perceuse peut aussi comprendre une face supplémentaire parallèle à la troisième face positionnée du même côté que la troisième face par rapport à un plan axial contenant l'axe de rotation. Le profil auto-perceur peut également être pourvu d'un fût débouchant à une seconde extrémité du corps opposée à la tête auto-perceuse. Il peut comporter une zone déformable disposée entre la seconde extrémité et la tête auto-perceuse, et apte à former un bourrelet lors du sertissage du profil. Enfin la présente invention concerne le procédé d'assemblage d'un profil auto-perceur pouvant être serti et d'un élément en matériau composite, le procédé comportant les étapes suivantes : - fournir un appareil configuré pour usiner et sertir le profil auto-perceur, - usiner l'élément en matériau composite au moyen du profil auto- perceur, - sertir le profil auto-perceur. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : les figures 1 et 2 représentent de façon schématique des vues en perspective d'un mode de réalisation du profil auto-perceur, la figure 3 est une vue de dessous du profil auto-perceur selon le mode de réalisation des figures 1 et 2, les figures 4 et 5 sont des vues de côté du profil auto-perceur selon le mode de réalisation des figures 1 et 2, la figure 6 est une vue en coupe du profil auto-perceur selon le mode de réalisation des figures 1 et 2. Description détaillée Un profil auto-perceur 1 comporte un corps 2 doté d'une paroi latérale 3, et une tête auto-perceuse 6 à une première extrémité du corps, dont la forme est adaptée pour percer des éléments en matériaux composites sans trop les endommager. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, le profil auto-perceur 1 comporte un fût 4 (cf. figure 6) débouchant à une deuxième extrémité 5 du corps 2 opposée à la tête auto-perceuse 6. Dans un mode de réalisation particulier, entre les deux extrémités 5 et 6, le corps 2 comporte une zone déformable qui est apte à former un bourrelet de sertissage. Dans ce cas le profil auto-perceur 1 peut par exemple être un rivet, un goujon ou un écrou. Pour percer l'élément en matériau composite, le profil auto-perceur 1 est avantageusement mis en rotation suivant un axe de rotation 9 représenté à la figure 6. La rotation et le perçage peuvent être réalisés de manière mécanique par un utilisateur, ou de manière automatique par une machine- outil. On définit un plan axial comme étant un plan contenant l'axe de rotation 9, et un plan radial comme étant orthogonal à l'axe de rotation 9. Une arête est par ailleurs définie par l'intersection de deux faces de la tête auto-perceuse 6. De manière générale, une tête auto-perceuse 6 comporte plusieurs arêtes jouant chacune un rôle spécifique : coupe du matériau, dégagement du matériau, guidage, etc. L'arrête de coupe permet de former le trou de perçage, elle est en contact avec le fond du trou et c'est elle qui permet de réaliser la découpe du matériau. L'angle formé par l'axe de rotation du profil et l'arête de coupe est adapté à la dureté et au type de matériau qui doit être percé. En l'occurrence, plus le matériau a une dureté élevée, plus cet angle est faible. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, la tête auto-perceuse 6 comporte une première arête de coupe 8 pouvant former un angle a compris entre 70° et 75°. Cet angle est bien adapté au perçage des matériaux composites car il permet de découper le matériau sans le fragiliser. L'arête de dégagement est positionnée après l'arête de coupe 8 lorsque le profil est vissé, c'est-à-dire suivant une rotation dans le sens horaire. L'angle formé par l'arête de dégagement et l'axe de rotation du profil est plus petit que l'angle formé par l'arête de coupe 8 et l'axe de rotation 9. Cette caractéristique permet le dégagement des copeaux créés par l'arête de coupe 8. Comme les copeaux s'échappent au fur et à mesure de leur formation, cela évite un échauffement du profil 1, et cela facilite la pénétration dans le matériau à percer. Ici, la tête auto-perceuse 6 est dotée d'une première arête de dégagement 14 pouvant former un angle r3 compris entre 30° et 60° (cf. figure 1) avec l'axe de rotation 9. L'arête de coupe 8 et la première arête de dégagement 14 sont placées consécutivement suivant le sens de rotation du profil, et définissent une première face biseautée 7. L'arête de guidage 11 permet de guider le profil lors du perçage et éviter de percer en biais. Elle peut également être configurée pour couper les fibres en sortie d'usinage lorsque le profil traverse l'élément en matériau composite. De cette façon, le trou formé par le profil comporte moins de bavures que ceux réalisés par les profils de l'art antérieur. Elle est placée après l'arête de coupe 8 et l'arête de dégagement 14 dans le sens de rotation du profil. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, la tête auto-perceuse 6 comporte une arête de guidage 11 formant un angle y avec l'axe de rotation 9 compris entre la valeur de l'angle a -60° et l'angle a. Selon une configuration avantageuse, l'angle y peut être plus petit que l'angle [3, qui peut lui-même être plus petit que l'angle a. La tête auto-perceuse 6 comprend une deuxième arête de dégagement 15 formant un angle [3' compris entre 30° et 60° avec l'axe de rotation 9. Comme la première arête de dégagement 14, la deuxième arête de dégagement 15 peut elle aussi aider les copeaux à remonter le long du profil 1. Pour faciliter le dégagement des copeaux, l'angle [3' est de préférence inférieur à R. Dans un mode de réalisation particulier, on peut prévoir que les angles [3 et [3' soient égaux. L'arête de guidage 11 et la deuxième arête de dégagement 15 définissent une deuxième face biseautée 10. La tête auto-perceuse 6 comporte aussi une troisième face 12 parallèle et différente d'un plan axial contenant l'axe de rotation du corps 2 du profil 1. En pratique, pour un profil auto-perceur de l'ordre de 3 ou 4 cm de long et de 0,5 mm à 1 cm de diamètre, la troisième face 12 est en retrait de quelques dixièmes de millimètres d'un plan axial contenant l'axe de rotation 9. Grâce à cette particularité, le profil 1 est engagé dans l'élément en matériau composite sans glisser. Le profil 1 peut alors être correctement guidé lors du perçage, ce qui garantit sa perpendicularité par rapport à la surface de l'élément à usiner. On évite ainsi les éclatements par délaminage dus par exemple à une sortie d'usinage de biais. La première face biseautée 7, la deuxième face biseautée 10 et la troisième face 12 définissent une pointe 13 permettant de réaliser l'engagement du profil auto-perceur 1 dans l'élément en matériau composite. La pointe 13 n'est pas située sur l'axe de rotation 9, ce qui lui évite de s'émousser et d'endommager le matériau composite. Par ailleurs, dans ce premier mode de réalisation, les première et deuxième arêtes de dégagement 14 et 15 définissent une quatrième face biseautée 16. Mais il est tout à fait envisageable que les première et deuxième faces biseautées aient une arête commune jouant le rôle d'arête de dégagement. De manière générale, plus le nombre de faces biseautées du profil 1 est élevé, plus les copeaux sont dégagés facilement lors de l'opération de perçage. La tête auto-perceuse 6 peut également comporter une face supplémentaire (non représentée) positionnée du même côté que la troisième face 12 par rapport à un plan axial contenant l'axe de rotation 9. Cette face supplémentaire peut permettre de dégager un espace vide dont le rôle est de limiter les frottements de la tête lors du perçage de l'élément en matériau composite, et de faciliter le dégagement des copeaux. La hauteur de la face supplémentaire suivant l'axe de rotation 9 peut être moins importante que celle de la troisième face 12 afin de garantir la solidité du profil 1 et éviter son endommagement. Cette propriété limite les risques de glissement du profil 1 lors de l'engagement dans l'élément en matériau composite. L'installation d'un profil 1 sur un élément en matériau composite est réalisée en deux étapes. La première correspond à une opération de perçage tandis que la seconde correspond à une opération de sertissage du profil 1 par déformation de la partie déformable du corps 2 jusqu'à ce qu'un bourrelet apparaisse. Plus précisément, lors de l'étape de perçage, l'utilisateur visse le profil dans le matériau en usinant ce dernier à l'aide de l'arête de coupe 8. Il doit ensuite réaliser le sertissage en exerçant une force de traction afin de déformer le profil 1. Les deux étapes de l'installation peuvent avantageusement être réalisées à l'aide d'un unique appareil, par exemple avec une sertisseuse. Afin de réaliser un perçage de qualité, la vitesse de rotation du profil lors du perçage doit être contrôlée. Il est à la portée de l'homme de l'art de choisir une vitesse de coupe et une avance adaptées au matériau qui est percé. Il est en particulier judicieux d'engager et de terminer l'étape de perçage en limitant le mouvement d'avance afin de garantir la qualité de l'usinage du matériau composite. La présente invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits. Sans sortir du cadre de l'invention, l'homme du métier peut par exemple ajouter autant de faces que nécessaire à la tête auto-perceuse 6 sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Profil auto-perceur (1) destiné à percer un élément en matériau composite par rotation suivant un axe de rotation (9), le profil auto-perceur (1) comportant - un corps (2) doté une paroi latérale cylindrique (3), - une tête auto-perceuse (6) à une première extrémité du corps (2), caractérisé en ce que la tête auto-perceuse (6) comporte - une première face biseautée (7) définie par une première arête coupante (8) formant un angle a avec l'axe de rotation (9) et par une première arête de dégagement (14) formant un angle [3 inférieur à a avec l'axe de rotation (9), - une deuxième face biseautée (10) définie par une arête de guidage (11) formant un angle y compris entre a-60° et a avec l'axe de rotation (9) et une deuxième arête de dégagement (15) formant un angle [3' inférieur à a avec l'axe de rotation (9), - une troisième face (12) parallèle et différente d'un plan axial contenant l'axe de rotation (9) du profil (1), - la première face biseautée (7), la deuxième face biseautée (10) et la troisième face (12) définissant une pointe (13) permettant l'engagement du profil auto-perceur (1) dans l'élément en matériau composite. 2. Profil auto-perceur (1) selon la revendication 1, dans lequel l'angle a est compris entre 70° et 75°. 3. Profil auto-perceur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel l'angle [3 est compris entre 30° et 60°. 4. Profil auto-perceur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'angle f3' est compris entre 30° et 60°. 3 0 1 4 72 7 11 5. Profil auto-perceur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les première (14) et deuxième (15) arêtes de dégagement sont confondues. 5 6. Profil auto-perceur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comportant une quatrième face biseautée (16) définie par la première arête de dégagement (14) et la deuxième arête de dégagement (15). 10 7. Profil auto-perceur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comportant une face supplémentaire parallèle à la troisième face (12), positionnée du même côté que la troisième face (12) par rapport à un plan axial contenant l'axe de rotation (9). 15 8. Profil auto-perceur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comportant un fût (4) débouchant à une seconde extrémité (5) du corps (2) opposée à la tête auto-perceuse (6). 9. Profil auto-perceur (1) selon la revendication 8, dans lequel le corps (2) 20 comporte une zone déformable disposée entre la seconde (5) extrémité et la tête auto-perceuse (6), et apte à former un bourrelet lors du sertissage du profil (1), 10. Procédé d'assemblage d'un élément en matériau composite avec un 25 profil selon la revendication 9, comportant les étapes suivantes : - fournir un appareil configuré pour usiner et sertir le profil auto-perceur (1), - usiner l'élément en matériau composite au moyen du profil auto-perceur (1), 30 - sertir le profil auto-perceur (1).