EP0006814A2 - Dispositif de rivetage utilisant une charge creuse - Google Patents
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F42D—BLASTING
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B25C1/00—Hand-held nailing tools; Nail feeding devices
- B25C1/08—Hand-held nailing tools; Nail feeding devices operated by combustion pressure
Definitions
- the invention relates to a riveting device, intended to fix a first element to a second element made of hard metal.
- the device according to the invention is intended to ap- p lications both civilian (mounting steel structures, shipbuilding, etc %) and military (tanks frame assembly, attaching a parasitic element such that a mine under the belly of an armored vehicle as it passes, etc ).
- the fixing operation must be rapid and efficient and its effect must be lasting. The speed of this operation is linked to economic imperatives in the civil applications of the device and in some of its military applications (tank construction, for example); it is made essential by the mobility of the lens when it comes to fixing a parasitic element under the belly of an armored vehicle.
- the invention aims to provide a riveting device which not only has the qualities set out above (speed, efficiency, durability), but also which is simple, reliable and economically acceptable.
- the device comprises a support which is common to the element to be fixed and to a hollow charge and a metal nail or rivet which is embedded in the loading of the hollow charge , in the axis of the coating thereof, the support comprising a surface intended to be applied on the hard metal element and approximately centered on the focal point of the shaped charge.
- the coating of the hollow charge is made of a material capable of ensuring the brazing of the nail inside the hole drilled in the element of hard metal by the hollow charge. The binding is thus made more resistant.
- the nail is directly secured to the coating of the hollow charge, for example being made in one piece with this coating. This facilitates the mounting of the nail in the axis of the coating during the manufacture of the device, and consequently in the axis of the hole which will be drilled in the element of hard metal by the hollow charge.
- the riveting device which is intended to fix a first element 1 to a second element 2 made of hard metal, comprises a support 3 which is common to the element to fix 1 and to a hollow charge 4; and a metal nail or rivet 5 which is embedded in the charge of the hollow charge 4, in the axis XX of the coating 6 of this charge hollow 4, the support 3 comprising a surface 7 intended to be applied to the hard metal element 2 and approximately centered on the focal point F of the hollow charge 4.
- the angle at the top has a value between 40 and 70 °, range of existence of a pure hollow charge.
- the coating 6 is made of a material capable of generating the formation of a jet of hollow charge (copper for example) and preferably capable of adding a brazing effect to the studding effect (Cu-Ag alloy for example) and thus perfect the attachment.
- the nail 5 consists of a rod 5a, the diameter of which is approximately equal to a quarter of the diameter of the covering 6 and the length of which is approximately equal to six times the diameter of the rod 5a.
- the nail 5 On the side opposite to the coating 6, the nail 5 has a head 5b whose diameter is approximately equal to half that of the coating 6 and a length equal to approximately 3/4 of the diameter of the coating, these dimensions being given mainly by way of 'example.
- the nail 5 is made of a steel with very good mechanical characteristics, for example of the 45 SDC 6h type (steel at 0.45% of C, containing a defined percentage of Si, Mo and Cr). For a load 4 whose diameter is between 8 and 10 mm for example, the nail 5 is located 2 to 3 mm behind the top of the coating 6.
- the steel of the nail 5 has undergone a heat treatment (quenching and tempering) ensuring the best possible compromise between hardness and impact resistance.
- the loading of the hollow charge 4 is carried out in two parts 8 and 9, contained in a body 10 of material, organic or mineral, capable of absorbing the effects of shock.
- the first part 8, made of a powerful explosive, is produced either by casting or by compression on the coating 6 directly in the body 10, so as to save the location of the rod 5a of the nail 5 or by release, either using a shape punch.
- the second part 9 of the load is placed around the head 5b of the nail 5, using the same method as for the first part 8.
- the load may include a intermediate layer 11, of a different nature, intended to reinforce in a known manner the detonation wave.
- the initiation of the hollow charge 4 is carried out by a secondary initiating explosive tablet 12 housed in the body 10 and initiated by the enhancer 13 of a detonating transmission cord 14, itself connected to a system of central ignition 15 which includes an ignition security.
- this system 15 has been shown in FIG. 1 as being carried by the element to be fixed 1; it is separated from it when the latter consists of a parasitic element to be fixed under the belly of an armored vehicle, as it passes.
- the support 3 is made integral with the element 1, for example by pinning, and the body 10 of the hollow charge 4 in a manner which will be described in more detail below. It is made of a steel with very good mechanical characteristics, for example of the 25 CD 4.5 type (steel at 0.25% of C, containing a defined percentage of Cr and Mo).
- the support 3 is adapted, preferably by welding, to a metal ring 16 provided with a central hole 17.
- This hole 17 the axis of which coincides with the axis XX of the hollow charge 4, has a slightly greater diameter to that of the rod 5a of the nail 5 and in any case less than the diameter of the head 5b of this nail.
- this hole 17 opens out to leave sufficient free space for the hollow charge 4.
- the ring 16 is sealingly adapted to one of the axial ends of the body 10, the other end of which is hermetically closed by the end 18, forming a plug, of the cord 14.
- a part 19, comprising the above-mentioned surface 7, is fixed to the ring 16 to complete the closing of the device forwards.
- the part 19 is made of shock absorbing material (annealed copper, for example) so as to serve as a shock absorber by preventing the device from rebounding during its operation.
- the nail 5 is separated from the coating 6.
- the coating 6 can be made in one piece with the nail 5 ( Figure 2), this piece can then be for example of copper, copper alloy or steel.
- the nail * 5 and the coating 6 can also be made of two different parts (made of different or identical materials), assembled for example by riveting ( Figure 3).
- the brazing effect when it exists (depending on the nature of the material used for the coating 6), occurs inside the blind hole formed by the hollow charge in the element 2 and makes it possible to improve the attachment, the nail 5 being solidly brazed inside this hole.
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Abstract
Description
- L'invention est relative à un dispositf de rivetage, destiné à fixer un premier élément à un deuxième élément fait de métal dur.
- Le dispositif conforme à l'invention est destiné à des ap- plications aussi bien civiles (montage de charpentes métalliques, construction navales, etc...) que militaires (assemblage de châssis de chars, fixation d'un élément parasite tel qu'une mine sous le ventre d'un véhicule blindé au passage de celui-ci, etc...). L'opération de fixation doit être rapide et efficace et son effet doit être durable. La rapidité de cette opération est liée à des impératifs économiques dans les applications civiles du dispositif et dans certaines de ses applications militaires (construction de chars, par exemple) ; elle est rendue indispensable par la mobilité de l'objectif lorsqu'il s'agit de fixer un élément parasite sous le ventre d'un véhicule blindé.
- Si l'on étudie plus en détail ce dernier cas, il faut, pour que la liaison de l'élément parasite à l'objectif soit effective :
- - qu'elle soit réalisée en un temps court (quelques milli- secondes) ;
- - qu'elle soit résistante : elle doit tenir un élément parasite d'une masse égale à quelques kilogrammes ;
- - qu'elle soit durable : elle doit conserver ses caractéristiques jusqu'au moment du fonctionnement de l'élément parasite, et cela dans de dures conditions de chocs ou de vibrations.
- L'invention a pour but de fournir un dispositif de rivetage qui non seulement présente les qualités exposées ci-dessus (rapidité, efficacité, durabilité), mais encore qui soit simple, fiable et économiquement acceptable.
- . Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce essentiellement au fait que le dispositif comprend un support qui est commun à l'élément à fixer et à une charge creuse et un clou ou rivet métallique qui est noyé dans le chargement de la charge creuse, dans l'axe du revêtement de celle-ci, le support comportant une surface destinée à s'appliquer sur l'élément de métal dur et approximativement centrée sur le foyer de la charge creuse.
- On obtient ainsi un dispositif de rivetage ou cloutage pyrotechnique efficace qui utilise à la fois l'effet de la charge creuse pour percer un trou dans l'élément de métal dur et l'effet de propulsion de projectiles par explosif pour enfoncer, immédiatement après, le clou dans le trou ainsi percé. La conjonction de ces deux effets apporte une contribution essentielle à l'originalité du dispositif et introduit une amélioration décisive par rapport aux dispositifs de rivetage connus.
- De préférence le revêtement de la charge creuse est fait d'une matière capable d'assurer la brasure du clou à l'intérieur du trou percé dans l'élément de métal dur par la charge creuse. La fixation est ainsi rendue plus résistante.
- Selon un mode de réalisation préféré, le clou est directement solidarisé au revêtement de la charge creuse, en étant par exemple fait d'une seule pièce avec ce revêtement. Ceci facilite le montage du clou dans l'axe du revêtement lors de la fabrication du dispositif, et par conséquent dans l'axe du trou qui sera percé dans l'élément de métal dur par la charge creuse.
- L'invention va être maintenant exposée plus en détail à l'aide des dessins annexés.
- La figure 1 de ces dessins montre en élévation, avec parties coupées, un dispositif de rivetage conforme à l'invention ainsi que, schématiquement, l'élément à fixer et l'élément récepteur de métal dur.
- Les figures 2 et 3 représentent en coupe axiale, à plus grande échelle, les parties avant de deux charges creuses établies selon des variantes de celle de la figure 1.
- Les figures 4, 5 et 6 illustrent, par des schémas successifs, le fonctionnement du dispositif de la figure 1.
- Ainsi qu'il ressort de la figure 1, le dispositif de rivetage conforme à l'invention, qui est destiné à fixer un premier élément 1 à un deuxième élément 2 fait de métal dur, comprend un support 3 qui est commun à l'élément à fixer 1 et à une charge creuse 4 ; et un clou ou rivet métallique 5 qui est noyé dans le chargement de la charge creuse 4, dans l'axe X-X du revêtement 6 de cette charge creuse 4, le support 3 comportant une surface 7 destinée à s'appliquer sur l'élément de métal dur 2 et approximativement centrée sur le foyer F de la charge creuse 4.
- Le revêtement 6 a une épaisseur satisfaisant à la relation suivante :
- 3 < M < 4, dans laquelle m M = masse de l'explosif et ` m = masse du revêtement 6.
- L'angle au sommet a une valeur comprise entre 40 et 70°, domaine d'existence d'une charge creuse pure. Le revêtement 6 est en une matière capable d'engendrer la formation d'un jet de charge creuse (cuivre par exemple) et de préférence capable d'ajouter un effet de brasure à l'effet de cloutage (alliage Cu-Ag par exemple) et de parfaire ainsi l'accrochage.
- Le clou 5 se compose d'une tige 5a, dont le diamètre est approximativement égal au quart du diamètre du revêtement 6 et dont la longueur est approximativement égale à six fois le diamètre de la tige 5a. Du côté opposé au revêtement 6, le clou 5 possède une tête 5b dont le diamètre est approximativement égal à la moitié de celui du revêtement 6 et une longueur égale aux 3/4 environ du diamètre du revêtement, ces dimensions étant données surtout à titre d'exemple.
- Le clou 5 est fait d'un acier de très bonnes caractéristiques mécaniques, par exemple du type 45 SDC 6h (acier à 0,45% de C, contenant un pourcentage défini de Si, Mo et Cr). Pour une charge 4 dont le diamètre est compris entre 8 et 10 mm par exemple, le clou 5 est situé 2 à 3 mm en arrière du sommet du revêtement 6. L'acier du clou 5 a subi un traitement thermique (trempe et revenu) lui assurant le meilleur compromis possible entre dureté et résistance aux chocs.
- Le chargement de la charge creuse 4 est réalisé en deux parties 8 et 9, contenues dans un corps 10 en matière, organique ou minérale, capable d'absorber les effets de choc. La première partie 8, en explosif puissant, est réalisée soit par coulée, soit par compression sur le revêtement 6 directement dans le corps 10, de façon à ménager l'emplacement de la tige 5a du clou 5 soit par dégagement, soit à l'aide d'un poinçon de forme. Après mise en place du clou 5, on vient placer la deuxième partie 9 du chargement autour de la tête 5b du clou 5, en utilisant la même méthode que pour la première partie 8. Entre ses parties 8 et 9, le chargement peut comprendre une couche intermédiaire 11, de nature différente, destinée à renforcer de façon connue l'onde de détonation.
- L'amorçage de la charge creuse 4 est réalisé par un comprimé d'explosif secondaire d'amorçage 12 logé dans le corps 10 et initié par le renforçateur 13 d'un cordeau détonant de transmission 14, lui-même relié à un système d'amorçage central 15 qui comprend une sécurité d'amorçage. Bien que ce système 15 ait été représenté à la figure 1 comme étant porté par l'élément à fixer 1; il en est séparé lorsque ce dernier est constitué par un élément parasite devant être fixé sous le ventre d'un véhicule blindé, au passage de celui-ci.
- Le support 3 est rendu solidaire de l'élément 1, par exemple par goupillage, et du corps 10 de la charge creuse 4 d'une façon qui sera décrite plus en détail ci-après. Il est fait d'un acier de très bonnes caractéristiques mécaniques, par exemple du type 25 CD 4.5 (acier à 0,25% de C, contenant un pourcentage défini de Cr et Mo).
- Le support 3 est adapté, de préférence par soudure, à une bague métallique 16 munie d'un trou central 17. Ce trou 17, dont l'axe est confondu avec l'axe X-X de la charge creuse 4, a un diamètre légèrement supérieur à celui de la tige 5a du clou 5 et en tout cas inférieur au diamètre de la tête 5b de ce clou. Du côté du revêtement 6, ce trou 17 s'épanouit pour laisser un espace libre suffisant à la charge creuse 4.
- La bague 16 est adaptée de façon étanche à l'une des extrémités axiales du corps 10 dont l'autre extrémité est fermée hermétiquement par l'extrémité 18, formant bouchon, du cordeau 14. Une pièce 19, comportant la susdite surface 7, est fixée à la bague 16 pour achever la fermeture du dispositif vers l'avant. Dans le cas où le dispositif est projeté sur l'élément 2 au passage de celui-ci, la pièce 19 est réalisée en matière absorbant les chocs (cuivre recuit, par exemple) de façon à servir d'amortisseur en empêchant le dispositif de rebondir lors de son fonctionnement.
- Selon le mode de réalisation de la figure 1, le clou 5 est séparé du revêtement 6. Conformément aux variantes représentées aux aux figures 2 et 3, il est néanmoins possible que le clou 5 soit directement solidarisé au revêtement 6. En particulier, le revêtement 6 peut être fait d'une seule pièce avec le clou 5 (figure 2), cette pièce pouvant alors être par exemple en cuivre, alliage de cuivre ou acier. Le clou* 5 et le revêtement 6 peuvent aussi être faits de deux pièces différentes (en matières différentes ou identiques), assemblées par exemple par rivetage (figure 3).
- Le fonctionnement du dispositif conforme à l'invention est illustré par les schémas des figures 4 à 6, où l'on a supposé que les pièces 3, 16 et 19 de la figure 1 étaient réunies en une seule pour simplifier le dessin.
- A partir du point d'amorçage (figure 4), l'onde de détonation, se propageant dans le chargement 8, 9 à une vitesse de l'ordre de 7500 m/s, atteint le clou 5 qu'eLle met en mouvement à une vitesse de l'ordre de 300 à 500 m/s, puis elle provoque le fonctionnement en charge creuse qui forme un jet ou dard (figure 5) dont la vitesse est supérieure à 5000 m/s. En raison des différences de vitesse entre le jet et le clou 5, les effets se produisent dans l'ordre ci-après :
- - perforation de l'élément 2 (et de la pièce 19) en charge creuse (trou borgne 20 ; éventuellement garni d'un noyau résiduel de charge creuse) ;
- - arrivée du clou 5 qui se fiche dans la trace de perforation et qui, après déformation, a été désigné par 5c à la figure 6, la tête 5b du clou assurant le maintient du support 3 et par conséquent de l'élément 1 sur l'élément 2 en métal dur.
- L'effet de brasure, quand il existe (selon la nature du métériau utilisé pour le revêtement 6), se produit à l'intérieur du trou borgne formé par la charge creuse dans l'élément 2 et permet d'améliorer l'accrochage, le clou 5 se trouvant brasé solidement à l'intérieur de ce trou.
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