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Dispositif d'assomblage et procédé pour le fabriquer.
La présente invention concerne des dispositifs d'as- semblage ainsi que des procèdes pour les fabriquer et, en parti- culier, des dispositifs d'assemblage du type rivet et boulon,
Les rivets cont en général utilisés dnns des applica- tions où ils subissent des efforts de cisaillement car, de par la nature du processus de rivetage, la tige du rivet comble les trous percés dans les éléments à assembler, empêchant ainsi ces éléments de se déplacer en sens inverse perpendiculairement à la tige du rivet.
De plus, en raison du refoulement excessif de la tête rivée d'un rivet classique, la perte de ductilité et par consé-
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quent la fissuration fréquente qui se produit aux bords (le la tête rivée rendent le rivet peu sur lorsqu'il subit -les 'efforts de traction. four ces dernières applications, on utilise en général des boulons; toutefois, on sait que le pas de vis ré- duit la section du boulon et que la résistance à la traction d'une tige filetée est inférieure à celle d'une tige lisse,
On connaît également des rivets qui sont susceptibles de supporter de plus fortes charges ce cisaillement qu'un rivet classique parce qu'ils sont fabriques en des matières plus ré- sistantes et moins ductiles.
Ces rivets ne sont pas comprimés pour combler les trous percés dans les éléments à assembler et ne sont pas aussi efficaces qu'un rivet classique pour empê- cher les éléments assembles de se déplacer l'un par rapport à l'autre. De plus, comme ce type d'assemblage rivé est formé en pressant une bague de matière ductile dans une gerce ména- gée dans la tige du rivet pour former la tête rivée, sa ré- sistance à la traction est inférieure à celle d'un boulon coin- portant une tige de même diamètre.
Or. connait également un dispositif d'assemblage quicomprend une bague autour de la tige du rivet placée entre l'élément à assembler et la tête rivée au rivet, cette bague présentant une surface d'appui qui empêche toute fissuration de l'élément à assembler pendant l'opération ùe rivetage.
Toute- fois, cette bague doit être de section relativement forte pour ne pas se briser lorsque la tige du rivet se dilate, ce qui rend l'aspect d'un tel assemblage indésirable en raison de ses dimensions et de son poius élevé, De plus, si la tête rivce du rivet n'est pas contenue diamétralement. elle peut facilement subir un refoulement excessif, qui l'amincit au point de rendre le rivet incapable de résister à des charges
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axiales élevées, la tête amincie devenant par ailleurs su jet- te aux fissures et sa résistance à la fatigue étant fortement réduite.
L'invention a pour but principal de procurer un dis- positif d'assemblage du type rivet qui soit extrêmenent léser et très sûr lorsqu'il est soumis à des efforts de traction, sa résistance à la traction étant égale ou. supérieure à celle d'un boulon fait de la même matière et présentant une tigo de même diamètre alors que sa résistance au cisaillement reste égale à la résistance maximum du rivet classique. On atteint ces avantages en utilisant une bague de forme spéciale en combinaison avec un rivet spécial qui limita non seulement le refoulement de la tête rivée mais également la di- latutio.l de la bague et empêche sa fissuration, le diamètre de la bague étant maintenu inférieur au diamètre de la tête rivée classique.
L'invention a également pour but d'utiliser cette ré- sistance à la traction, de l'assemblage rivé à bague pour réali- ser un rivet dont la tête préfaonnée soit conçue spécialement pour transmettre ces forces de traction avec un minimum de con- traintes,et de procurer un assemblage précontraint et étanche pour des installations à rivets saillants et encastrés.
L'invention a encore pour but de procurer un procédé pour fabriquer un élément d'assemblage pour une construction suivant lequel on place une bague comportant autour du rivat et prèsde la construction une surface destinée à façonner la tête rivée et on façonne une tête de rivet en refoulant l'extrémité du ri- vet sur la bacue tout en exerçant une force de retenue circon- férentielle sur la bague et en limitant, s'il le faut, le diamètre externe de la tête refoulée.
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On autre avantage de l'inveu- tion, indépendamment de la résistance à la traction, réside dans la possibilité de produire une construction légère et très résistante à la fatigue au moyen de rivets fabriqués en une matière très résistante mais faiblement ductile. La technolo- gie des matières de rivetage est actuellement limitée aux alliages qui peuvent être facilement façonnés au Moyen des procédés de rivetage classiques. Malheureusement, ces salières ductiles (telles que du Monel, du A-286 ayant subi un vieillis- sement partiel, de l'acier inoxydable 300 recuit et des alliages d'aluminium) laissent en gênerai à désiier au point de vue résis- tance.
Il est actuellement difficile d'obtenir un assemblage riv très résistant à la fatigue en façonnant sous des charges élevées des rivets en alliage de titane (6% d'aluminium-4% de va- nadium), en acier inoxydable à haute résistance (tel que 17-4 et du A-286) et en alliage à base de nickel à haute résistance (Inco 718 et Waspaloy). La difficulté de façonner ces Matières apparaît d'elle-mène, soit par ure fissuration sous les pressions de façonnage, soit par une dilatation insuffisante pour combler lestrous des éléments à assembler sous les charges de refoule- ment Elevées requises.
Grâce à la forme réglée de la bague et au diamètre externe limité de la tête rivée suivant l'invention, il est possible d'utiliser ces matières modernes. On peut obtenir les lignes de fluace de grain uniformes souhaitables en façonnant la tête du rivet à froid en des alliages plus résistants et moins ductiles grâce au diamètre de refoulement minimum et à la courbure régulière.
Les inaltérés de rivet qui ont été utilisées dans leur état faiblcment résistant peuvent donc être utilisées dans un étst plus résistant et moins ductile détermina par
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un écrouissage ou un traitement thermique préalable. L'uti- lisation de matières da rivetage très résistantes permet des gains de poids importants car on peut réduire d'une part le nombre et le diamètre des trous ménages dans les tôles à assembler, et d'autre part l'épaicseur des tôles pour une même charge.
De plus, un traitement thermique spécial de cer- tains rivets en alliage d'aluminium juste avant leur pose sur les éléments à assembler (par exemple un recuit et un en- treposage à basse température) n'est plus nécessaire parce que ces rivets aoivent être posés à l'état vieilli, tels que le fabricant les fournit.
La résistance à la fatigue est fortement accrue parce que les charges de façonnage des rivets sont plus directe- ment exercées sur la tige afin de permettre une dilatation ap- prpprie dans le trou, par opposition au procédé classique dans lequel un pourcentage important de cette charge est absorba de façon inefficace par la surface excessive de la tête. Lorsque la matière du rivet est plus résistante que celle de la tôle, la bague suivant l'invention empêche toute déformation nuisible de la tôle (qui se produit lors d'un rivetage classique) en main- tenant le trou cylindrique tout en lui permettant de céder élas- tiquement dans la mesure voulue.
On parvient à reproduire de façon répétée le façonnage de la tête rivée du rivet et on élimine virtuellement toute excentricité ou tout décalage de la tête rivée par rapport à la tige.
L'invention a encore pour but de procurer un disposi- tif d'assemblage et un procédé pour la fabriquer nu cours duquel des matières très résistantes et faiblement ductiles peuvent être façonnées à froia sans endommager la matière plustendre des éléments de construction à assembler.
Le rapport entre la
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résistance du rivet au cisaillement et la résistance du trou est par conséquent accru ce qui permet d'obtenir un meilleur assem- blage qui allège la construction, L'invention a encore pour but de permettre l'uti- lisation d'une matière pour rivet plus résistante et moins ducti- le sans nécessiter de processus de traitement thermique spéciaux immédiatement avant rivetage, ce qui résulte du refoulement minimum requis pendant l'opération de rivetage.
L'invention a finalement pour but de procurer un dispositif d'assemblage qui soit peu onéreux à fabriquer et à poser..
D'autres buts et particularités de l'invention ressortiront clairement de la description détaillée donnée ci- après avec référence aux dessins annexés dans lesquels: la Fig' 1 est une vue en coupe fragmentaire .montrant un rivet inséré dans les trous alignés de deux tôles à assembler, y compris la bague qui coopère avec la tige du rivet; la Fig'2 est une vue semblable à la Fig. 1 montrant le rivet refoulé ou dilaté ; la Fige 3 est une vue en porspcctive,à plus grande échelle, de la bague représentée à la Fige l,en partie arrachée; la Fige 4 est une vue semblable à la Fige 1 centrant le rivet avant rivetage;
la Fig. 5 est'une vue semblable à la Fig. 2 mon- trant le rivet de la Fig.4 après rivetage; la Fig. 6 est une vue en coupe d'un élément d'as- semblage utilisent une bague contenant un joint d'étanchéité' la Fig. 7 est une vue en coupe d'un élément d'as-
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semblage utilisant une bague formant ressort ; la Fige est une vue en coupe d'un élément d'assemblage utilisant une tête formant ressort ; la Fig. 9 est uno vue en coupe d'un élément d'assemblage utilisant un rivet fileté; la Fig. 10 est une vue en coupe d'un élément d'assembla- ge utilisant une bague taraudée; la Fig. 11 est une vue en coupe d'un élément d'assen,- blnge utilisant une tête préfaçonnée de façon spéciale sur le rivet ;
la Fig. 12 est une vue en coupe d'un élément d'assem- blage utilisant un épaulement sur la bague; la Fig. 13 est une vue en coupe d'un élément d'assem... blage utilisant un épaulement sur le cylindre; les Fig. 13a, 13b et 13e montrent diverses formes de bagues utilisables avec l'élément d'assemblage représenté à la Fig. 13; la Fig. 14 est une vue en coupe d'un élément d'assem- blage utilisant en combinaison une seconde bague et une tête préfaçonnée ; la Fig. 15 est une vue en coupe d'un élémentd'as- semblage utilisant un rivet présentant une surface concave sur une extrémité ae sa tige; la Fige 16 est une vue en coupe de l'élément d'assem- blage représenté d la Fig. 15 après refoulement de la tête ;
la Fige 17 est une vue en coupe d'un élément d'assem- blage utilisant un rivot conique ajusté avec serrage dans un trou conique ménagé dans les tôles à assembler, et la Fig, 18 est une vue en coupe de 1'élément d'assembla- ge représenté à la Fig, 17 après refoulement de la tête;
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la Fig. 19 est une vue en coupe d'un élément d'assem- blage utilisant un rivet sans tête sur lequel deux têtes sont formées pendant le- refoulement du rivet} la Fig. 20 est une vue schématique d'un outil à riveter à main servant à refouler le rivet et à former sa tête rivée autour d'une bague; la Fig. 21 est une vue en coupe d'un élément d'assemblage utilisant le cylindre pour positionner la bague près d'une tôle à assembler;
la Fig. 22 est une vue en coupe de l'élément d'assem- blace représente à la Fig. 21,âpres refoulement de la .tête; la Fig. 23 est une vue en coupe d'un élément d'assem- blage montrant un autre dispositif pour retenir la bague près de la tôle au moyen du cylindre;
la Fig. 24 est une vue en coupe d'un élément d'assem- blage montrant encore une autre construction servant à retenir la bague près des tôles à assembler la Fig. 25 est une vue en coupe d'un élément d'assem- blage utilisant un cylindre qui retient la bague mais qui ne régit par le diamètre de la tête refoulée, et la Fig'26 est une vue en élévation de l'extrémité d'une variante de cylindre ou de douille qui est formée de . plusieurs segments maintenus assemblés pendant le rivetage par des organes externes.
L'élément d'assemblage représenté à la Fig. 1 comprend un rivet classique 10 comportant, à une extrémité, une tête pré- faconnée 11 qui porte sur la surface de la tôle B,et une bague 13 qui porte sur la surface de la tôle A et qui est destinée à recevoir et à confiner la tête refoulée ou rivée du rivet.
Le rivet 10 est de forme classique et est fait de n'importe quel-
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..<* t*'"* t''<R<*<t'* . i É ..:: : . É.:. ii 1Y .. '..* : le matière choisie, sa tête préri<çonn6e n'étant pas néocssairement plane. La surface externe 22 de la bague 13, Fie. 3, est le préférence sphérique pour assurer que la surface 16 de la bague
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appuie de inanitire uniforme contre la surface ile la tôle A en dépit de tout écart cle perpendiculprité éventuel de l'axe du rivet par rapport à la surface A; la surface correspondante do préférence sphérique 23 du dispositif de rivetage permet do faire tourner le dispositif de rivetage par glissement tandis que la bague est pressée contre la surface A pendant le processus de rivetage (Fig.5).
La bague 13 est de forme spéciale. Comme sa surface externe
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est crpienèe de s'étendre diamotralemont, sous la pression de rivetage, par la surface sphériclue 23 du cylindre du dispositif de rive- tase, cette baguo peut être plus petite et plus légère qu'une bague non confinée, il s'agit là d'une particularité importante de l'invention. La surface interne 16 do la bague 13 est de préférence plane pour appuyer de manière uniforme contre la surface de la tôle A, réduisant ainsi au minimum les chargea d'appui locales exercées sur la tôle A par comparaison aux tê-
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tes de rivet elusslques de plus petit dia!nètre.
Le creux de la bague 13 est essentiellement constitué par une ouverture circu- laire 18 qui correspond au diamètre 12 de la tige du rivet et ¯ qui se prolonge en arc de cercle vers l'extérieur suivant la courbe 14, Fi. 3. La courbe 14 est une courbe-continue et régulière tangente au diamètre interne 18 et à la face posté- rieure 17 qui se trouve de préférence dans un plan perpendicu.- laire à l'axe du rivet. Comme ce creux arrondi limite et dé-
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termine la for'fie de la tête refoulée 9, sa forme régulière deli- mine les angles vifs et réduit ainsi au minimum les concentra- tions de contraintes.
Ceci contraste avec les bagues dont les
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creux sont fraisés, tronconiques ou présentant (Vautre formes
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susceptibles de provoquer la forMation d'fll1p,lps vifs dans la tête refoulée.
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La Fig. 2 inontre le rivet iiprùs refoulement. Le dia. mètre 15 de la tête refoule ou rivée 9 est limité par la sur- face 25 de la Fig. 4 qui constitua également une autre particu- larité spéciale de l'invention visant à empêcher un refoulement excessif de la tête du rivet.
La face refoulée 19 est représentée plane et peut être concave ou convexe suivant Inapplication. Il ressort de la Fig. 2 que la tige du rivet a été dilatée dans
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les trous des tôles A et B cO:lUJ1e dans le rivetage classique, afin de résister cfficaccnent aux efforts de cisailleront. De plus, la toto refoulée enserre la bague 13 àe Naniero à éliminer tout angle vif, ce qui réduit au minimum toute concentration de contraintes.
Le degré de contact avec 11 arc 14 est tel que l'on obtient un appui suffisant pour atteindre une résistance à la traction équivalant au diamètre complot de la tige du rivet
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et par conséquent notable-cent supérieure à la resistance à la traction de la tige filetée d'un boulon de même c;ilibre et'de même Matière. Il est à remarquer que le diamètre externe de
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la bgue peut être inférieur au diamètre do la tête pràfaçounéé classi.que 11 au rivet.
La Fig. 4 montre le dispositif de rivetage comprenant un cylindre ou douille 20 et un piston 21 en combinaison
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avec lu bague 13 et le rlvet 10 immediatefnent avant le rivetage, La surface 23 du cylindre qui est sphérique, s'ajuste sur la bague 13 pour l'empêcher de s'étendre sous les forces de dilatation exer- cées sur le rivet pendant la compression, et maintient la bague contre la face A de la tôle. Le diamètre 25 du cylindre corres-
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p.-md au di.:l'11ètre extérieur 26 du piston 21 et guide le piston
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pendant sa course.
Pendant l'opération de rivetage, des forces de compres- sion sont exercées à chaque extrémité du rivet, c'est-à-dire que le piston 21 se ùéplace dans un sens tel que sa face 27 appuie con- tre la face 19 du rivet et une force inverse est exercée sur la tête 11 du rivet. Le rivet est écrasé pour combler les trous ménagés dans les tôles à assembler et la tête rivée est fa- çonnée par refoulement à la forme déterminée par la partie ar- rondie 14 de la bague et par le diamètre 25 du cylindre,
La Fig. 5 montre le piston à la fin de sa course.
Le processus d'assemblage est achevé et le piston 21 ainsi que le cylindre 20 sont retirés, laissant l'assemblage représen- té à la Fig. 2.
Comme indiqué aux dessins, le dispositif d'assemblage comprend des moyens pour limiter la dilatation de la tête de rivet refoulée à un minimum compatible avec une résistance à la traction maximum de la tige du rivet. La tige du rivet n'est pas amincie par des pas de vis, des gorges ou l'équivalent et la résistance au cisaillement et à la traction obtenue est par conséquent maximum. En réduisant le refoulement au minimum,on peut utiliser des matières qui sont plus dures que les matières de rivet classiques en vue d'augmenter la résistance.
Il ressort également des dessins que le creux de la bague ne présente aucun angle vif, épaulement,petit confié ou l'é- quivalent et donne à la tête refoulée une forme bien arrondie qui élimine pratiquement les zones de concentration de contrain- tes formées sur la tête refoulée ou rivée du rivet.
De plus, le dispositif de rivetuge qui comprend un cylindre et un piston et qui est destiné à être utilisé avec le rivet et la bague est nécessaire pour régir la dilatation
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de la bague et de la tête du rivet formée par refoulement et, dans certains cas, une telle combinaison est indispensable dans la présente invention pour obtenir une bague et une tête de rivet légères et de petites dimensions, cet assemblage rivé possé- dant une résistance à la traction égale à celle de la tige du rivet.
En outre, on peut réaliser des dispositifs d'assem- blage nouveaux et correspondants utilisant les particularités de base de la bague spéciale qui permettent à une jonction rivée de transmettre des charges de traction élevées, mais il faut no- ter que les jonctions rivées classiques ne possèdent pas cette résistance à la traction élevée et ne peuvent par conséquent pas être utilisées de cette manière,
La Fig.
6 est une vue semblable à la Fig. 5, sauf que la bague 35 présente une gorge annulaire interne 30 destinée à recevoir un joint d'étanchéité 32 qui porte contre la surface ex- terne au fend de la gorge, la surface A et la tige 31 du rivet, pour pro- curer un assemblage étanche entre l'extrémité refoulée de la tige du rivet et la bague et entre la bague et la tôle A.
La Fig' 7 montre une bague spéciale formant res- sort 34 comportant une collerette de prolongement 33, qui,à l'état libre, estinclinée vers la surface "A" et qui, lorsqu'elle est déformée à plat contre la surface A, comme indiqué aux dessins, apr(!s l'opération de rivetage, précontraint l'assemblage, c'est- à-dire que la tige du rivet est maintenue sous traction et les tôles A et B sont maintenues l'une contre l'autre sous une pression connue.
Cette bague présente les particularités de base de la bague 13 représentée à la Fig. 3, à savoir la surface courbe ou arrondie 14 pour augmenter Ja résistance à la traction et la surface
22 pour obtenir une charge d'appui uniformo au moment du rivetage,
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cette surface 22 coopérant avec une surface analogue' du disposi- tif de rivetage qui est à nouveau utilisé pour limiter.le dia- mètre 15 de la tête refoulée du rivet, Fig. 5. Cette bague spé- ciale peut également présenter une gorge annulaire interne 30 destinée à recevoir un joint d'étanchéité 32 comme la bague 35 décrite plus haut avec référence à la Fig, 6.
La Fig. $ montre un rivet 36 conçu pour présenter une résistance à la traction élevée en plus de sa résistance au cisaillement,et utilisé avec les bagues spéciales du type 13,35 et 34, Fig. 5,6 et 7 respectivement, le rivet 36 com- 'portant également une tête préfaçonnée spéciale 37 dont la surface 42 est légèrement bombée pour produire une précontrain- te élastique lorsqu'elle est pressée à plat contre la surface correspondante de la tôle B, cette tête présentant une gorge annulaire courbe 38 qui est tangente à la tige du rivet pour réduire au minimum les concentrations de contraintes,cette gor- ge recevant un joint d'étanchéité 39 qui assure une bonne étan- chéité en ce point.
La Fig . 9 montre un rivet 38 semblable au rivet 36 représenté à la Fig. 7 et comprenant une tige 40 qui est filetée (moitié supérieure) ou taraudée (moitié inférieure), cette tige permettent d'établir une jonction vissée détachable susceptible de trans:nettre des forces axiales au rivet fixé.
La Fig. 10 montre une bague 41 de forme spéciale présentant la courbure de base 14 de la bague 13, Fig. 3, pour' augmenter la résistance à la traction, cette blague 41 comportant en outre une extrémité taraudée destinée à recevoir un élément fileté et former ainsi une jonction détachable susceptible de transmettre des charges axiales au rivet fixé, cette bague com- prenant également la surface de préférence sphérique 22 qui
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assure que la bague exerce une pression uniforme sur la surface A pendant la processus de rivetage et une gorge annulaire 30 destinée à recevoir un joint d'étanchéité 32, cornue la bague 35 décrite plus haut avec référence à la Fig, 6.
La Fig. 11 montre un rivet 43 utilisé avec une bague spéciale du type 13, 35 et 34, Fig, 5, 6 et 7 respective- ment, pour augmenter la résistance à la traction axiale, le ri- vet comprenant un+, tête préfaçonnée de forme spéciale pour rédui- re au minimum les facteurs de concentration de contraintes,cet- te tête présentant une surface bien arrondie 44 tangente à la tige et de préférence à une surface plane 45 perpendiculaire à l'axe du rivet, l'arrondi 44 procurant une surface d'appui et déterminant une section suffisante pour résister à des charges axiales égales approximativement à la capacité de résistance de la tige du ri- vet.
Cette tête préfaçonnée constitue une amélioration importan- te par rapport aux têtes de rivet fraisées classiques qui ne sont pas fondamentalement conçues pour résister à la traction, et l'arrondi 44 coupe la surface cylindrique 46 qui recoupe la face 47 disposée aans le plan de la tôle à assembler B pour des rivets à tête noyée. Ce type d'installation exige un évidement correspondant dans la tôle B qui épouse les surfaces 44 et 46 sans laisser un intervalle entre la tête et l'évidement de manière à obtenir un joint serré susceptible de résister aux charges de cisaillement.
Diverses autres formes de bagues peuvent être uti- lisées pour procurer une surface latérale portant contre la sur- face de la tôle A, une surface postérieure pour résister aux for- ces de précontrainte axiales du cylindre et une surface extérieure pour permettre le maintien circonférentiel de la bague par le cylindre afin de l'empêcher de s'étendre sous les charges de com-
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pression utilisées pour refouler la tête du rivet,
La Fig. 12 montre une bague 50 qui présente une surface arrondie 14' autour de laquello la tête du rivet est façonnée pour réduire au minimum les concentrations de contra - tes dans la tête refoulée 9.
La bague 50 présente également un épaulèrent 51 et une surface de guidage cylindrique externe lé- gèrement conique 22' qui coopèrent respectivement avec les sur- faces antérieure et interne 27' et 23' du cylindre (ou de la douille) 20', ce qui permet de presser la bague axialement contre la tôle A tout en contenant circonf6rentiellement sa périphérie pendant l'opération de refoulement de la tête du rivet par compression. La surface 22' part de la surface d'épaulement 51 et va jusqu'à la surface 14' prévue à l'arrière de la bague et la surface 51 est sensiblement pa- rallèle à la surface A et se trouve dans un plan transversal à l'axe de la tige.
La surface interne 23' du cylindre 20' s'évase légèrement vers l'extérieur vers l'extrémité 27' du cylindre,sur la partie du cylindre qui attaque la bague et la tête refoulée du rivet, et le degré de conicité correspond à la conicité de la surface 22'. Cette légère conicité per- met de retirer plus facilement le cylindre 20' après refoule- ment du rivet car un léger déplacement du cylindre par rapport à la tête refoulée du rivet suffit pour dégager complètement le cylindre.
La Fig. 13 contre une autre forme externe de bague représentée par la bague 54 qui comprend une surface de guidage cylindrique externe légèrement coniquo 22" et uno face postérieu- re 52 qui prolonge la surface arrondie 14" vers l'ex- térieur.
Le cylindre 20" comporte une surface légèrement conique 23" qui attaque la surface 22" de la bague et qui pré-
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sente un épaulement 53 venant en contact avec la face 52 pendant le refoulement de la tête du rivet. Cornue une grande partie des surfaces de la bague est tournes vers la tête refoulée ou rivée 9 et vers la tôle A; une répartition de contraintes plus uniforme se produit dans la tôle A à partir de la pression exer- cée sur la surface 14" par la tête refoulée par opposition à la répartition que l'on obtient avec la surface plus étroite 14' de la Fig. 12. La conicité des surfaces 22" et 23" permet d'en- lever facilement le cylindre 20" comme décrit avec référence à la Fig. 12.
On comprendra que des surfaces droites peuvent remplacer les surfaces coniques sur les Fig.' 12 et 13 car elles sont prévues principalement pour faciliter l'enlèvement du dispositif de rivetage.
Ni la bague 50 de la Fig. 12, ni la bague 54 de la Fig. 13 ne comportent de surface courbe en contact avec la sur- face correspondante du cylindre afin d'assurer un appui uniforme de la surface inférieure de la bague contre la surface de la tô- le comme décrit plus haut pour la surface 22 à la Fig. 1. Tou- tefois, le cylinc're 20' ou 20" peut être légèrement incliné afin d'ajuster la surface 16 de la bague contre la tôle A avant de commencer le refoulement du rivet au moyen du piston.
Diverses autres formes de bagues que l'on peut uti- liser avec le cylindre 2011 et le piston 21" de la Fig, 13 sont représentées aux Fig. 13a, 13b et 13c. La bague 54a représentée à la Fig. 13a présente une surface de façonnage 55a de courbure moLns larec que la surface 14" de la Fig. 13, et cette bague peut être utilisée pour refouler une tige de rivet fabriquée en une matière facile à refouler,par exemple les divers allia- ges d'aluminium. La surface 55a peut être tangente à la sur- face 52a qui est attaquée par l'épaulement 53 du cylindre 20".
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La bague 54b de la Fig . 13b comporte une surface de façonnage 55b comprenant une partie de surface sensiblement conique 56b reliant une partie d'extrémité cylindrique arrondie 57b à une partie en substance transversale 58b qui est attaquée par l'extrémité du cylindre 20". Cette surface exige moins de déformation de la matière du rivet pour produire la tête rivée et peut être utilisée avec une tige faite d'une ma- tière telle qu'un alliage de titane qui est plus difficile à fa- çonner. Avec la bague 54c, la déformation de la tête peut être arrêtée avant que la tête ne vienne en contact avec le cylindre 20" car la tête se déforme concentriquement autour de l'axe du : rivet.
La bague 54c représentée à la Fig. 13c comporte une sur- face de façonnage 55c qui présente une partie arrondie vers l'ex- térieur 62a, une surface sensiblement conique 62b et une partie arrondie vers l'intérieur 62c. Cette surface peut être utilisée pour déformer des alliages réfractaires plaqués, par exemple du columbium, car la surface 55c présente un profil régulier et continu qui réduit au minimum toute fissuration éventuelle de la couche de placage pendant l'opération de refoulement.
On comprendra que le profil de déformation for- mé par les surfaces 55a, 55b et 55c peut,également être appliqué à des bagues comportant divers types de surfaces de confinement radial , comme indiqué aux Fig. 4 et 12. En générale on peut utiliser n'importe quelle surface de déformation convenablement façonnée pour déformer convenablement la matière de la tige en une tête de rivet de dimensions désirées sans fissurer ou au- trement abîmer la matière. Il suffit de disposer d'une bague qui façonne convenablement la tête rivée et d'un cylindre ou d'une douille qui contienne radialement la bague et façonne la tête lorsque la tige est refoulée au moyen d'un piston qui
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se déplace dans le cylindre.
La bague positionne la douille et le piston de manière que la tête ne soit pas décalée par rap- port à la tige. La douille empêche la bague de se fendre radia- lement sous les pressions de façonnage du rivet et limite le diamètre externe de la tête du rivet qui est complète- ment enfermée par la bague, le cylindre et le piston. Dans certains cas, comme indiqué aux dessins, la douille ne doit pas attaquer et limiter le diamètre extérieur ni guider le pis- ton.
La Fige 11 représente une tête préfaçonnée de forme spéciale qui exige un évidement spécial correspondant dans la tôle Bide même forme que cette tête. On obtient le même avantage consistant à réduire au minimum la concentration des contraintes dans la tête préfaçonnée au moyen du dispositif d'assemblage représenté à la Fig. 14,sans devoir ménager un évidement de forme correspondant à celle de la tête préfaçonnée. La tête de rivet préfaçonnée 57 est formée en usinant un congé 58 d'une forme correspondant à la surface externe courbe 14' d'une bague 50 telle que celle représentée à la Fig. 12. Une bague 50 est placée entre la tête préfaçonnée 57 et une tôle voisine B avant le refoulement du rivet.
La tête faonne ou rivée 9' est formée par le piston '-Il qui refoule 1'extrémité du rivet contre une autre bague 50 placée près de la tôle A. Pendant l'opération de re- foulement, la tête 57 est maintenue par un outil 59 comportant une cavité 60 destinée à recevoir la tête 57 hvec serrage tout en permettant à l' extrémité 61 de l'outil de venir en contact avec la surface d'épaulement 51 de la bague. La pression de l'ou- til 59 presse la bague 50 contre la tôle B et en même temps l'ou- til empêche la tête préfaçonnée et la bague correspondante de s'étendre clrconférentiellement.
Arès l'opération de refoulement,
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la tête préfçonnée 57 et la tète refoulée ou rivéa 9' ont en substance la même forme et les concentrations des contrain- tes dans la tête préfaçonnée sont réduites au minimum par la présence du coné. Au lieu d'utiliser un outil 59, on peut main- tenir la tête préfaçonnée et la bague correspondante pendant l'opération de rivetage au moyen d'un second dispositif de ri- vetage comprenant un cylindre 20' et un piston 21',
Sur les Fig. 15 et 16, les naines chiffes de référence désignentles mêmes éléments que sur la Fig.
12 qui montre un dispositif analogue, Toutefois, sur la Fige 15, l'extrémité du rivet comporte une surface concave 19' et celle du piston 21' une surface convexe 60. La surface 19' présente un angle inclus inférieur à l'angle de la face du piston de sorte que, sous les forces de compression axiales, le pis- ton provoaue l'étalement de l'extrémité du rivet pour former une tête 9" (Fig. 16) qui se conforme à la bague 50 et à la sur-. face du cylindre.
La cavité de la tige du rivet formée par la surface 19' est conformée pour réduire au minimum les charges de façonnage et empêcher la tige comprimée de se dilater excès- sive:nent diamétralement et de déborder hors des trous ménagés dans , les tôles A et B. Le rivet 10' peut être comprimé pour combler les trous Ménagés aans les tôles par des charges de refoulement moins élevées car ces charges réduites rivent la tête re- foulée. Ces charges réduites sont particulièrement importantes lorsqu 'on utilise des matières de rivet qui sont plus solides que la tôle et qui sont susceptibles de dilater le trou lorsque des forces de compression suffisantes sont appliquées pour former la tête refoulée 9".
Afin de ne pas dilater le trou, il faut réduire au minimum les charres de façonnage par compression né- cessaires pour refouler la tête et,à cet effet, on donne à
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l'extrémité de la tige du rivet une forme concave ou évidée, par exemple l'extrémité 19'.
Après refoulement la tête rive 9" comporte une surface de congé formée par une surface courbe 14' afin de réduire au minimum la concentration des contraintes et l'extrémité de la tête est Incrément évidée de manière à se conformer à la surface d'extrémité 60 du piston 21', En raison du refoulement réduit de la tête, on utilise de préférence le dispositif représenta à la Fig. 15 lorsque les charges exercées travaillent principalement par cisaillement et que les charges de traction exercées sur les têtes sont relativement peu dlevées, Le refoulement réduit de la tête du rivet permet d'utiliser des matières très résistantes ot faible- ment ductile.
et d'effectuer ce refoulement sans soumettre la partie du rivet ainsi traitée à des contraintes excessives ou sans la fissurer.
La présente invention peut également être appliquée à des rivets coniques qui sont ajustes avec serrage dans les trous ménagés dans les tôles à assembler, Autrefois, on a chassé des chevilles coniques sans tête duns des truus coniques ménagés dans des tôles à assembler pour obtenir un ajustage circonférentiel serré et empêcher par friction,les tôles de glisser transversale- ment.On a également utilisé des chevilles coniques à' tête pour régir l'ajustage en serrant un écrou ou un autre élément d'assem- blage sur l'extrémité opposée de petit diamètre de la cheville. Un rivet conique 65 conforme à la présente invention est représenté eux Fig. 17 et 18 et comporte une tige conique 66 et une tête à encastrer préfaçonnée 67.
La tige conique est légèrement plus grosse que.les trous coniques ménagés dans les tôles A et B, pour tous les diamètres correspondants avant assemblage,et le ri- vet ne peut être enfoncé que partiellement dans les trous ménagés
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dans les tôles à assembler,par exemple dans la position de con- tact représentée à la Fig. 17. Un ajustage diamétral serré est produit par les charges de façonnage axiales du rivet qui enfoncent le rivet dans le trou. Un ajustage supplémentaire peut être obtenu par le gonflement normal de la tige du rivet pendant l'opération de rivetage.
Cela étant, ce dispositif d'assemblage diffère de la cheville conique de type boulon co- nique,car un vrai rivet est formé et est bloqué en permanence par des charges de compression axiales appliquées à la tige, ces charges ayant pour effet de refouler la tige dans les trous sous-calibrés, de faire gonfler lu tige dans ces trous et de forcer une tête de rivet rivée, La tête rivée ou re- foulée 9' (Fig. 18) est formée sur la tige conique 66, par le piston 21' qui se déplace dans le cylindre 20 cornue indiqué à la Fig. 12 et,comme la tête 9' et la bague 50 sont confinées par le cylinare 20', l'élargissement du trou ménagé dans la tô- le A à l'extrémité de petit diamètre de la tige est évite. La conicité de la tige 66 et des trous ménagés dans les tôles à assembler n'est exagérée que pour la clarté.
Sur la Fig. 19, le rivet 69 du dispositif d'assem.- blage est formé par une cheville cylindrique droite 70 qui tra- verse l'ouverture ménagée dans les tôles A et B. Les deux ex- traites du rivet sont initialement sans tête tandis que,sur la Fig. 14, une tête était préfaconnée. Les têtes refoulées
71 et 72 sont toutes deux formées par un piston 21' qui se dé- place dans un cylindre 20'afin de déformer les têtes autour d'une bague 50 du type représente à la Fig. 12. Les deux têtes 'sont formées en Même temps par les deux pistons qui travaillent en opposition.
Le rivet 69 peut résister à une charge de traction de la même manière que ceux des autres formes d'exécution mais
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il a l'avantage de ne pas exiger de tête préfacent à l'une ou l'autre extrémité de sa tige avant le façonnage par refoule- ment d'une tête identique à chaque extraite,
Bien que les Fig. 14 à 19 montrent une bague 50 semblable à celle représentée avec référence à la forme d'exécu- tion de la Fig. 12, on comprendra que d'autres types de bagues peuvent être utilisés avec les éléments d'assemblage représentés sur ces figures, par exemple la bague 13 représentée à la Fig.5 ou la bague 54 représentée à la Fig, 13.
Une opération de ri- vetage à main type est illustrée à la Fig. 20, où le piston peut coulisser ùans un cylindre externe 20" qui est attaché à une poignée 75 tournée vers la tôle A. Le piston peut coulisser dans le cylindre 20" pour attaquer l'extrémité de la tige du rivet et un tas 76 maintient le piston 21" contre l'ex- trémité de la tige du rivet, Un marteau à riveter à main 71 atta- que la tête du rivet et déplace le rivet et les tôles A et B vers le piston 21" pour refouler l'extrémité opposée àe la tige au- tour de la bague 54. Dans un dispositif Mécanisé,
le piston 21" peut être entraîné mécaniquement pour refouler l'extrémité de la tige tandis que la tête préfaçonnée est maintenue immobi- le ou une pression d'écrasement peut être appliquée à la tête préfaçonnée et le piston 21" peut être Maintenu immobile,
Dans toutes les formes d'exécution de l'invention décrites plus haut, la surface d'extrémité du cylindre a appli- qué une force axiale à une partie de la surface de la bague placée contre la tôle voisine A afin de maintenir la bagua et de presser les tôles l'une contre l'autre.
Il faut que la bague soit placée initialement tout près de la tôle avant de refouler la tête du rivet de manière que la tige du rivet ne se dilate pas entre la bague et la tôle voisine pendant le refoulement de la
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tête. Si la bague est placée près de la tôle au début de l'opé- ration de refoulement, l'extrémité du cylindre peut exercer la force de compression directement sur la tôle.
Sur les Fig. 21 et 22, une bague 80 (de forme sein- blable à la bague 50 représentée à la Fig. 21) entoure la tige du rivet 10 et comporte une surface courbe 81 autour de laquelle la tête 9 du rivet est formée.
La bague comporte également un épaulement 82 et une surface de guiuage cylindrique externe légèrement conique 83.
Un épaulement 84 sur le cylindre 85 coopère avec l'épaulement 82 àe la bague et la surface interne 86 coopère avec la surface 83 de la bague lorsque cette bague est introduite dans l'ex- trémité du cylindre, comme indiqué à la Fig. 21. La distance sé- parant l'épaulement 84 de l'extrémité 87 du cylindre est supérieure à la distance séparant l'épaulement 82 de la bague de la surface postérieure 88 de celle-ci, de sorte que la bague peut se dépla- cer légèrement dans le cylindre lorsque l'extrémité 87 du cy- lindre est préssée de toute manière appropriée,par exemple au moyen d'un piston,contre la tôle A afin de maintenir los tô- les A et B juxtaposées.
Pendant l'opération de rivetage., le pis- ton 89 refoule la tête 9, tandis que l'épaulement 84 du cylincre 85 maintient la bague 82 près de la tôle A et empêche toute dila- tation circonférentielle de la bague. La force axiale eut exer- cée directement par l'extrémité du cylindre sur la tôle de sorte que la force n'est pas transmise par la bague. Comme indiqué à la Fig. 22, le refoulement de la tête 9 .presse la bague étroi- tement contre la tôle A.
Sur la Fig. 23, une bague 90 entoure la tige du rivet 10 et est de forme semblable à la bague 54 de la Fig. 13, La tê- te 9 du rivet est refoulée autour do la surface arrondie 91 de
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la bague et la surface cylindrique externe légèrement conique 92 de la bague coopère avec la surface interne 93 du cylindre 94. Une face postérieure 95 de lu bague coopère avec un épau- lement 96 prévu sur le cylindre,lorsque la bague est introduite dans l'extrémité du cylindre.
L'épaulement 96 maintient la ba- gue à courte distance de la surface de la tôle A (voir position en traits pointillés) et,lorsque la tête refoulée 9 est formée par le piston 97, la bague est pressée étroitement contre la surface de la tôle A, tandis que l'extrémité 98 du cylindre main- tient les tôles juxtaposées. La force axiale du cylindre agit donc directenent sur la tôle et l'épaulement du cylindre maintient la bague à proximité de la tôle au début du processus de rivetage.
Comme indiqué il la Fig. 24, la tête 9 est refoulée sur la surface courbe 100 de la bagua 101 et la bague comporte également une surface cylindrique externe légèrement conique 102 qui coopère avec la surface interne 103 du cylindre 104 et qui est positionnée par celle-ci.
Lorsque la bague est in- troduite initialement dans l'extrémité du cylindre 104, sa sur. face postérieure 105 peut être légèrement écartée de la surface de la tôle A. Mais,lorsque la tête est refoulée par le piston
106, la bague est pressée contre la tôle A et est ensuite dilatée contre la surface 103 du cylindre par la pression de refoulement afin de fermer tout intervalle entre les surfaces 102 et 103 . Penaant l'opération de rivetage, l'extré-
Mité 107 du cylindre 104 appuie directement contre la tôle A.
La Fig. 25 montre une forme d'exécution de l'inven- tion dans In quelle le cylindre empêche toute dilatation radiale de la. bague :nais ne vient pas en contact avec la tête refoulée.
La bague 110 est de forme semblable à la bague représentée à
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la Fig. 13B et présente une surface interne conique 111 qui se raccorde à une partie cylindrique arrondie 112 et 6. une face postérieure plane 113. La surface externe 114 de la ba- gue est légèrement conique et est raccordée à un épaulement
115. Le cylindre 116 présente une collerette d'extrémité intérieure 117 comportant une surface 118 et un épaulèrent
119 coopérant respectivement avec la surface Il/+ de la bague et avec l'épaulement 115.
La surface interne 120 du cylin- cire 116 est d'un diamètre supérieur à celui de la bague 110 et guide de piston 121 qui a également un dia- mètre supérieur à celui de la bague. Pendant le refoulement de la tête du rivet, les surfaces prévues sur la collerette d'ex trémité 117 empêchent la bague 110 de se dilater radialement et la surface d'extrémité 122 du cylindre maintient les tô- les A et B l'une contre l'autre de la même manière que sur la
Fig. 21. L'épaulement 119 maintient la bague près de la surface de la tôle avant le refoulement et le refoule- ment de la tête 123 du rivet presse fermement la bague contre la tôle A.
Pendant le refoulement, la tête 123 ne vient pas en contact avec la surface interne du cylindre 116 mais la tête se déforme de ma- nière symétrique autour de l'axe de la tige du rivet. Le refou- lement de la tête est arrêté avant que la tête dépasse le diamètre externe de la bague, de sorte que la bague ne gêne pas l'enlève- ment de la collerette d'extrémité 117.
La bague positionne le cylindre 116 et un intervalle 124 peut être ménagé entre les surfaces du cylindre 116 et du piston 121 pour permettre au pis- ton d'être disposé concentriquement par rapport à l'axe du rivet sans être gêne par le cylindre' Dans certains appareils, par exemple dans les machines à riveter par pression automatiques, l'axe
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du piston est placé dans la machine concentriquement à la tête du rivet et l'intervalle 124 peut pire suffisamment grand pour déterminer une aisance assurait ce réglage de concentricité en permettant un léger décalage entre l'axe du rivet et l'axe du piston.
Alors que la surface interne 120 du cylindre ne limite ou ne régit pas le diamètre de la tête refoulée 123 du rivet, la surface conique 111 de la bague maintient la tête re- foulée concentrique à l'axe de la tige du rivet. Le refoulement ae la tête 123 peut être inférieur à celui représente en traits pleins à la Fig. 25, comme indique par les traits pointillés 125 représentant le diamètre externe d'une tête de rivet analogue.
En utilisant un piston de section supérieure ) celle de la tige du rlvet, on augmente la résistanco du piston à la fatigue sous compression. Il est clair que si le piston 121 est guidé indé- pendan:nent du cylindre 116, la partie 120 de la surface du cy- lindre 116 peut être éliminée, abandonnant aux surfaces de la collerette d'extrénité 117 la charge de contenir la bague.
La Fig'26 montre une variante de douille ou de cylindre qui est divisée en segments 130-133 et qui peut rempla- cer les douilles d'une pièce représentée dans les diverses for- mes d'exécution. Dans cette variante, on peut utiliser des élé- ments externes 134 et 135 pour empêcher les segments de la douil- le de se dilater sous les charges de refoulement du rivet, Il est clair que les éléments externes 134 et 135 peuvent être remplacés par un anneau extérieur., cet anneau attaquant péri- phériquement los segments de la douille ot les rctenant en pla- ce.
Il semble qu'en divisant la douille en segments et en ap- pliquant des forces externes, on peut bloquer la uoullle et la bague sur la tige du rivet avant le début de l'opération de ri- vetage, empêchant ainsi tout déplacement axial relatif indésira-
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ble de ces éléments qui pourrait se produire avec les procédés de rlvotage à main qui produisant de fortes vibrations. Il est clair aussi que la division de la douille on segments permet de détacher la douille du joint rivé au cas où le diamètre de la tête au-dessus de la surface 114 de la bague de la Fig,25 reviendrait excessif.
Bien entendu, l'invention n'est en aucune manière limitée aux détails d'exécution décrits,auxquels divers chan- gements et Modifications peuvent être apportée sans sortir de son cadre.