EP0006814B1 - Dispositif de rivetage utilisant une charge creuse - Google Patents

Dispositif de rivetage utilisant une charge creuse Download PDF

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EP0006814B1
EP0006814B1 EP79400434A EP79400434A EP0006814B1 EP 0006814 B1 EP0006814 B1 EP 0006814B1 EP 79400434 A EP79400434 A EP 79400434A EP 79400434 A EP79400434 A EP 79400434A EP 0006814 B1 EP0006814 B1 EP 0006814B1
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EP
European Patent Office
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nail
hollow charge
axis
rivet
liner
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EP79400434A
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EP0006814A2 (fr
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Jean-Claude Arnaison
Jean-Claude Lacote
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Direction General pour lArmement DGA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42D—BLASTING
    • F42D3/00—Particular applications of blasting techniques
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25C—HAND-HELD NAILING OR STAPLING TOOLS; MANUALLY OPERATED PORTABLE STAPLING TOOLS
    • 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.
  • US Patent 2,455,825 describes a device for attaching a bomb to a ship; this device comprises a support on which the bomb is fixed and a hollow body by means of a ring. In this body is disposed a pointed nail actuated by the pressure of the gases generated by an explosive charge. The nail thus set in motion is capable of piercing the metal or wooden wall of a ship. This device is only usable when it comes to drilling thin metal walls and does not provide a resistant and durable fixing since the nail is connected to the wall by simple compression.
  • US Patent 2,796,833 relates to a perforating device usable in water, oil or gas wells.
  • This device comprises in particular a hollow charge and a nail whose head is secured to the top of the coating of the hollow charge.
  • This device is endowed with a very high penetrating power and it is not applied to the fixing of an element to another element.
  • the device according to the invention is intended for both civil (mounting of metal frames, shipbuilding, etc.) and military applications (assembly of tank chassis, fixing of a parasitic element such as a mine under the belly of an armored vehicle when 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 objective when it comes to fix 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 invention therefore relates to a riveting device, intended to fix a first element to a second made of hard metal, of the type comprising a support common to the first element to which it is secured and to a hollow body, the latter being supported by a metal ring forming part of the support, characterized in that it comprises a hollow charge, comprising an explosive charge and a metallic coating, placed in the hollow body, said charge being capable of generating a jet along an axis (XX) defining l coating axis, a metal nail or rivet embedded in the explosive charge along the axis XX of the coating, the support having a surface intended to be applied to the second element and approximately centered on the focal point of the hollow charge, the ring metal being provided with a central hole whose axis is coincident with the axis XX and whose diameter is between the diameter of the
  • An efficient pyrotechnic riveting device which uses both the effect of the hollow charge to pierce a hole in the hard metal element and the effect of projectile propulsion by explosive to drive, immediately after, the nail. or rivet in the hole thus drilled.
  • the combination of these two effects makes an essential contribution to the originality of the device and introduces a decisive improvement compared to known riveting devices.
  • the coating of the hollow charge is made of a material capable of ensuring the soldering of the nail or rivet inside a hole drilled in the element of hard metal by the hollow charge. The binding is thus made more resistant.
  • the nail or rivet 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 or rivet in the axis of 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.
  • FIG. 1 of these drawings shows in elevation, with cut parts, a riveting device according to the invention as well as, schematically, the element to be fix and hard metal receiving element;
  • FIGS. 2 and 3 represent in axial section, on a larger scale, the front parts of two hollow charges established according to variants of that of FIG. 1.
  • FIG. 4 Figures 4, 5 and 6 illustrate, with successive diagrams the operation of the device of FIG. 1.
  • 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 commum to the element to be fixed 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 hollow charge 4, the support 3 having a surface 7 intended to be applied to the hard metal element 2 and approximately centered on the focal point F of the shaped charge 4.
  • the angle at the top has a value between 40 and 70 °, domain 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 to prefer 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 1.5% of silicon, molybdenum and chromium in less quantity, h being a purity index).
  • 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 organic or mineral material, capable of absorbing the effects of shock.
  • the first part 8 using a high explosive, is produced either by casting or by compression on the coating 6 directly in the body 10, so as to provide the location of the rod 5a of the nail 5 either by release or by using a shape punch.
  • 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 is constituted by a parasitic element to be fixed under the belly of an armored vehicle when passing this one.
  • the support 3 is made integral with element 1, for example by pinning, and with the body 10 of the hollow charge 4 in a manner which will be described in more detail below. It is made of steel with very good mechanical characteristics, for example of the 25 CD 4.5 type (steel at 0.25% C, containing 1% chromium and 1.5% molybdenum).
  • 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 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 1 6 to complete the closing of the device towards the front, in the case where the device is projected onto the element 2 as it passes, the part 19 is made of absorbent material (copper, annealed, 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 (FIG. 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 based solidly inside this hole.

Description

  • L'invention est relative à un dispositif de rivetage, destiné à fixer un premier élément à un deuxième élément fait de métal dur.
  • Il est connu d'utiliser un clou pyrotechnique pour fixer un élément à un autre et une charge creuse pour pratiquer des perforations.
  • Le brevet américain 2 455 825 décrit un dispositif pour fixer une bombe à un navire; ce dispositif comporte un support sur lequel sont fixés la bombe et un corps creux par l'intermédiaire d'une bague. Dans ce corps est disposé un clou pointu actionné par la pression des gaz générés par une charge explosive. Le clou ainsi mis en mouvement est susceptible de percer la paroi métallique ou en bois d'un navire. Ce dispositif n'est utilable que lorsqu'il s'agit de percer des parois métalliques minces et n'assure pas une fixation résistante et durable puisque le clou est relié à la paroi par simple compression.
  • Le brevet américain 2 796 833 concerne un dispositif de perforation utilisable dans des puits d'eau, de pétrole ou de gaz. Ce dispositif comprend notamment une charge creuse et un clou dont la tête est solidaire du sommet du revêtement de la charge creuse. Ce dispositif est doué d'un pouvoir de pénétration très élevé et il n'est pas appliqué à la fixation d'un élément à un autre élément.
  • Le dispositif conforme à l'invention est destiné à des applications 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 des 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 millisecondes);
    • - 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 ce-dessus (rapidité, efficacité, durabilité), mais encore qui soit simple, fiable et économiquement acceptable. L'invention a donc pour objet un dispositif de rivetage, destiné à fixer un premier élément à un deuxième fait de métal dur, du type comportant un support commun au premier élément auquel il est solidarisé et à un corps creux, ce dernier étant supporté par une bague métallique faisant partie du support, caractérisé en ce qu'il comporte une charge creuse, comprenant un chargement explosif et un revêtement métallique, placée dans le corps creux, ladite charge étant apte à générer un jet suivant un axe (XX) définissant l'axe de revêtement, un clou ou rivet métallique noyé dans le chargement explosif suivant l'axe X-X du revêtement, le support comportant une surface destinée à s'appliquer sur le second élément et approximativement centrée sur le foyer de la charge creuse, la bague métallique étant munie d'un trou central dont l'axe est confondu avec l'axe X-X et dont le diamètre est compris entre la diamètre de la tige et celui de la tête du clou ou rivet.
  • On obtient ainsi un dispositif de rivetage pyrotechnique efficace qui utilise à la fois l'effect 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 ou rivet dans le trou ainsi percé. La conjonction de ces deux effets apporte und 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 ou rivet à l'intérieur de 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 ou rivet 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 ou rivet dans l'axe de 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 commum 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:
    Figure imgb0001
    dans laquelle
    • M = masse de l'explosif et
    • m = masse de 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 prefaire 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 de diamètre du revêtement, ces dimensions étant données surtout à titre d'example.
  • 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 1,5% de silicium, du molybdène et du chrome en quantité moindre, h étant un indice de pureté). 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 puisant, 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 de clou 5 soit par dégagement, soit à l'aide d'un poinçon de forme. Après mise en place du clou 5, on vient placer ta 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 intermédiare 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 élément 1, par example 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 1% de chrome et 1,5% de molybdène).
  • 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 de clou 5 et en tout cas inférieur au diamètre de la tête 5b de ce clou. Du côte 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 a la bague 1 6 pour achever la fermeture du dispositif vers l'avant, Dans la cas où le dispositif est projeté sur l'élément 2 au passage de celui-ci, la pièce 19 est réalisée en matière absorbante (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 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 fair 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 un point d'amorçage (figure 4), l'onde de détonation, se propegeant 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 matériau 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 basé solidement à l'intérieur de ce trou.

Claims (4)

1. Dispositif de rivetage, destiné à fixer un premier élément (1) à un deuxième élément (2) fait de métal dur, du type comportant un support (3) commun au premier élément (1) auquel il est solidarisé et à un corps creux (10), se dernier étant supporté par une bague métallique (16) faisant partie du support (3), caractérisé en ce qu'il comporte:
- une charge creuse (4) comprenant un chargement explosif (8, 9) et un revêtement métallique (6) placée dans le corps creux (10), ladite charge étant apte à générer un jet suivant un axe (XX) définissant l'axe du revêtement,
- un clou ou rivet métallique (5) noyé dans le chargement explosif (8, 9) suivant l'axe X-X revêtement, le support (3) comportant une surface (7) destinée à s'appliquer sur le second élément (2) at approximativement centrée sur le foyer (F) de la charge creuse, la bague métallique (16) étant munie d'un trou central (17) dont l'axe est confondu avec raxe X-X et dont la diamètre est compris entre le diamètre de la tige (5a) et celui de la tête (5b) d' -!ou ou rivet (5).
2. Dispositif selon la revendiez n 1, charactérisé en ce que le revêtement (6) de la charge creuse est fait d'une matière capable d'assurer la brasure de clou ou rivet (5) à l'intérieur du trou percé dans le deuxième élément (2) de métal dur par la charge creuse.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le clou ou rivet (5) est directement solidarisé au revêtement (6) de la charge creuse.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le clou ou rivet (5) est fair d'une seule pièce avec le revêtement (6).
EP79400434A 1978-07-05 1979-06-28 Dispositif de rivetage utilisant une charge creuse Expired EP0006814B1 (fr)

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FR7819952 1978-07-05
FR7819952A FR2430278A1 (fr) 1978-07-05 1978-07-05 Nouveau dispositif de rivetage

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP0006814A2 EP0006814A2 (fr) 1980-01-09
EP0006814A3 EP0006814A3 (en) 1980-01-23
EP0006814B1 true EP0006814B1 (fr) 1981-12-30

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EP79400434A Expired EP0006814B1 (fr) 1978-07-05 1979-06-28 Dispositif de rivetage utilisant une charge creuse

Country Status (4)

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US (1) US4284224A (fr)
EP (1) EP0006814B1 (fr)
DE (1) DE2961680D1 (fr)
FR (1) FR2430278A1 (fr)

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Also Published As

Publication number Publication date
US4284224A (en) 1981-08-18
FR2430278B1 (fr) 1980-11-28
EP0006814A3 (en) 1980-01-23
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