FR2470281A1 - Organe de fixation auto-perforant et fraises rotatives pour tailler et appointer la tige d'une vis perforante - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE VIS AUTO-PERFORANTE ET AUTO-TARAUDEUSE. CETTE VIS 10 COMPORTE UNE POINTE 12 DE PERCAGE SITUEE A L'EXTREMITE DE LA TIGE OPPOSEE A LA TETE, ET UN FILETAGE 14. LA POINTE 12 DE PERCAGE PRESENTE DEUX GORGES 16 DE FORME COMPLEXE, COMPORTANT CHACUNE UNE PARTIE DROITE QUI COMPREND AU MOINS UNE PARTIE D'UNE LEVRE DE COUPE, ET UNE PARTIE COURBE QUI DEFINIT LA SURFACE ARRIERE OU DE SORTIE. DOMAINE D'APPLICATION: ORGANES DE FIXATION AUTO-PERFORANTS ET AUTO-TARAUDEURS.

Description

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L'invention concerne une vis perforante perfectionnée, capable de donner des résultats supérieurs à ceux obtenus jusqu'à présent, ainsi que des outils de coupe

destinés à la réalisation d'une telle vis.

De nombreuses formes différentes de vis perforantes ont été réalisées jusqu'à présent. La conception de ces vis perforantes ne découle pas d'une science exacte et les raisons pour lesquelles certaines vis perforantes se comportent bien dans certaines matières, mais non dans d'autres, et pour lesquelles d'autres vis perforantes ne se comportent bien dans aucune matière restent relativement inexpliquées. Par exemple, il est connu que, pour certaines applications, une simple pointe de clou, tournée à une vitesse suffisante, peut pénétrer dans certains matériaux, par exemple un mur sec. Par contre, aucune des vis perforantes conçues jusqu'à présent ne permet de percer de manière satisfaisante certains des aciers faiblement alliés

à grande résistance.

Deux des critères fondamentaux utilisés pour juger la tenue d'une vis perforante sont: (1) l'amplitude de la charge qu'il faut exercer en bout sur la vis pour réaliser le perçage, et (2) le nombre de secondes mises par la vis pour pénétrer dans une matière particulière à percer. Il est évident que dans un milieu du type chaîne d'assemblage, o un ouvrier pose en une heure de travail un grand nombre d'organes de fixation, une diminution à la fois de l'amplitude de la charge axiale nécessaire et du temps de perçage est bénéfique à la fois pour l'ouvrier et pour son employeur. L'invention a donc pour objet une vis perforante capable de réaliser un perçage sous une faible charge axiale et en une période de temps plus courte, malgré la diminution de la charge axiale ou en bout. La vis perforante selon l'invention est capable de percer des aciers faiblement

alliés à grande résistance.

L'invention concerne également un procédé perfectionné pour produire une vis perforante, conçu pour

améliorer l'uniformité des pièces obtenues.

L'invention concerne en outre un outil de coupe capable de fraiser une gorge de vis perforante présentant un brise-copeaux. L'invention concerne également un outil de coupe destiné à appointer une vis perforante et capable de produire une pointe de forme à peu près convexe. Cette forme sensiblement convexe peut avoir un rayon uniforme, ou bien peut être obtenue par deux plans qui se coupent sous un angle

obtus inférieur à 1800, de préférence égal à environ 172,50.

L'invention concerne donc une vis perforante présentant une configuration de gorge ou rainure composée, c'est-à-dire une gorge qui comprend un tronçon droit et un tronçon courbe dont le rayon est uniforme dans un plan perpendiculaire à l'axe de la gorge. Le tronçon droit comprend au moins une partie de la lèvre de coupe et le tronçon courbe comprend au moins la surface arrière ou de dégagement. Dans certaines formes de réalisation, le tronçon courbe comprend également une partie de la lèvre de coupe (définie comme étant la partie de l'extrémité avant de la

gorge située en avant de l'arête).

La vis perforante selon l'invention est fabriquée au moyen d'outils de coupe à profil arrondi plutôt qu'au moyen des fraises-scies classiques à tailler et appointer. L'un des avantages principaux résultant de l'utilisation d'outils de coupe à profil arrondi est que, à la différence des fraises-scies classiques, lorsque les dents sont affûtées, la quantité de matière retirée du diamètre est faible ou nulle. Par conséquent, il est plus aisé de

reproduire la configuration optimale des gorges (c'est-à-

dire obtenir une plus faible variation de qualité due à l'usure de l'outil de coupe). Un autre avantage, qui ajoute également à l'uniformité des pièces produites, est que les dents ont une forme leur conférant une plus grande résistance

et les rendant moins sensibles aux déformations.

Lors de la fabrication de ces vis perforantes, les outils de coupe à tailler sont avancés simultanément dans la tige de l'ébauche de la vis suivant des axes qui sont parallèles, mais décalés. Les axes longitudinaux des outils de coupe sont inclinés sous des angles aigus égaux mais

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opposés, par rapport à l'axe de l'ébauche pendant que les outils de coupe sont déplacés suivant des axes parallèles. Le résultat est que la gorge réalisée comporte un tronçon droit qui correspond au côté de l'outil de coupe et un rayon qui correspond au rayon de l'extrémité des dents de l'outil de coupe. La vis perforante peut être réalisée de manière à avoir un angle de pointe ayant l'une des valeurs classiques de 90 et 1050, ou bien elle peut être réalisée au moyen d'un outil de coupe comportant des dents de forme sensiblement concave. On obtient alors une pointe à peu près convexe dont chaque tronçon peut avoir un rayon de courbure uniforme ou peut être formé par deux surfaces planes qui se coupent sous un angle de 172,50. Dans ce dernier cas, la pointe de perçage peut avoir un angle interne composé qui peut être de 1050 à

l'extrémité et 90 dans la partie restante.

La vis perforante selon l'invention comporte une lèvre de coupe plus résistante et donc moins sujette aux ruptures lors du perçage des matériaux durs. Dans le même temps, en conservant une arête relativement étroite, la pression extrême nécessaire pour réaliser un perçage peut

être maintenue à une valeur minimale.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 est une élévation d'une première

forme de réalisation de la vis auto-perforante et auto-

taraudeuse selon l'invention; - la figure 2 est une vue en bout de la vis selon l'invention, suivant la ligne 2-2 de la figure 1; - la figure 3 est une vue en bout, à échelle agrandie, montrant la pointe de perçage représentée sur la figure 2; - la figure 4 est une élévation partielle de la pointe de perçage considérée perpendiculairement à l'arête ou suivant la ligne 4-4 de la figure 3; - la figure 5- est une élévation partielle considérée parallèlement à la lèvre de coupe ou suivant la ligne 5-5 de la figure 3;

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- la figure 6 est une élévation partielle suivant la ligne 6-6 de la figure 3, c'est-à-dire suivant une ligne parallèle à l'arête; - la figure 7 est une élévation partielle suivant la ligne 7-7 de la figure 3; - la figure 8 est une coupe partielle suivant la ligne 8-8 de la figure 7, cette ligne étant perpendiculaire à l'axe de l'une des gorges; - la figure 9 est une vue en bout d'une forme légèrement modifiée de la vis selon l'invention dans laquelle les lèvres de coupe sont au-,delà du centre (c'est-à-dire s'étendent toutes les deux au-delà du même plan diamétral) la figure 10 est une vue en bout d'une autre forme de réalisation dans laquelle les lèvres de coupe sont à peu près coaxiales (c'est-à-dire sur le centre); - la figure 11 est une vue en bout d'une forme de réalisation de l'invention comportant un brise-copeaux; - la figure 12 est une élévation partielle suivant la ligne 12-12 de la figure 11; - la figure 13 est une vue en perspective, avec coupe partielle suivant la ligne 13-13 de la figure 12, montrant également l'outil à tailler la vis représentée sur la figure 12; - la figure 14A est une élévation partielle d'une ébauche non rainurée présentant un angle de pointe de 900; - la figure 14B est une élévation partielle d'une ébauche non rainurée présentant un angle de pointe normal de ; - la figure 14C est une élévation partielle d'une

forme de pointe sensiblement convexe, montrant la configura-

tion de l'outil de coupe destiné à former cette pointe; et - la figure 14D est une élévation partielle d'une variante de la pointe sensiblement convexe dont chaque talon est formé par deux surfaces angulaires, cette vue montrant la forme d'une dent de l'outil de coupe destiné à réaliser cette pointe.

L'organe de fixation auto-perforant et auto-

taraudeur selon l'invention est représenté globalement en 10.

Les figures 1 à 8 constituent plusieurs vues de la forme préférée de réalisation de l'invention permettant d'apprécier totalement la configuration précise de l'extrémité 12 de perçage. Le filetage autotaraudeur 14 peut prendre toute forme convenable. L'extrémité 12 de perçage de l'organe de fixation selon l'invention est réalisée au moyen d'outils de coupe arrondis réalisant la taille et l'appointage, à la place des fraises-scies classiques, sensiblement comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NI 3 933 075. Les outils à tailler (non représentés) sont placés de part et d'autre de l'ébauche de la vis de manière que leurs axes longitudinaux forment des angles égaux et opposés (généralement de l'ordre de 15 ) avec l'axe de l'ébauche. A la différence de la technique décrite dans le brevet NI 3 933 075 précité selon laquelle les outils de coupe sont avancés dans l'ébauche alors que leurs axes pénètrent radialement dans cette dernière afin de former une gorge uniformément arrondie, pour la réalisation des gorges 16 et 18 de la vis 10 selon l'invention, les outils de coupe sont avancés dans l'ébauche de manière que leurs bords latéraux réalisent dans chaque rainure une partie droite 20 ou 22 (voir figure 8). Chaque rainure présente donc une forme complexe qui comprend une partie.droite 20 ou 22 et une partie arrondie 24 ou 26. Dans la forme préférée de réalisation de l'invention, ces parties droites 20 et 22 comprennent les lèvres de coupe 28 et 30 alors que les parties arrondies 24 et 26 comprennent les surfaces arrière ou surfaces 32 et 34 de dégagement. Les axes centraux des outils de coupe sont situés au-dessus de l'extrémité de l'ébauche de manière que la partie la plus

mince de l'âme soit en retrait de la pointe.

Une arête 36 est formée à l'intersection des talons 38 et 40. L'arête 36 forme un angle aigu avec chacune des lèvres de coupe 28 et 30, cet angle étant de l'ordre de 300. Les configurations des lèvres de coupe 28 et 30 et des surfaces arrière 32 et 34, telles qu'elles apparaissent sur les figures 2 et 3, résultent nécessairement de l'addition des effets des gorges 16 et 18 et de la coupe des talons 38 et 40.

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Pour montrer la configuration réelle de la gorge en l'absence des effets de la pointe, la figure 8 est une coupe transversale suivant la ligne 8-8 de la figure 7, cette ligne étant perpendiculaire à l'axe de la gorge 16. La surface plane 20 est au-delà ou au-dessous de la ligne centrale radiale (comme indiqué ci-après par l'expression "au-dessous du centre') qui est parallèle aux deux lèvres de coupe 28 et 30. Ceci est du à l'inclinaison des gorges 16 et 18 par rapport à l'axe longitudinal de la vis. La partie arrondie 24 présente un rayon de courbure uniforme dans le plan correspondant au rayon.de l'outil de coupe l'ayant formé. La ligne 8- 8 n'est évidemment pas perpendiculaire à l'axe de la gorge 18, mais elle est plutôt inclinée d'un angle de 300 par rapport à cet axe. La 'figure 8 montre clairement l'effet que la superposition de la pointe peut

avoir sur le profil en bout de l'organe de fixation.

Une autre caractéristique de la configuration des gorges est montrée sur la figure 6. L'intersection des outils de coupe inclinés et de la surface périphérique cylindrique de la tige a pour effet de donner aux gorges 16 et 18 des bords avant courbes 42 et 44. Ainsi, la forme

circulaire de l'outil de coupe permet d'obtenir une configu-

ration en forme de concavité à proximité des lèvres de coupe 28 et 30. Cette concavité permet à l'organe de fixation de s'enfoncer de lui-même dans le trou percé, ce qui confère au moins en partie à l'organe de fixation une extraordinaire

aptitude au perçage.

Bien que la forme préférée de réalisa-

tion présente une configuration dans laquelle les lèvres de coupe sont audelà du centre, il convient de noter qu'en diminuant la profondeur d'avance des outils de coupe et en déplaçant ces derniers latéralement, il est possible

d'obtenir une configuration en-deçà du centre et une configu-

ration centrée. Ces variantes de configuration sont montrées sur les figures 9 et 10, respectivement. Dans ces formes de réalisation, les parties arrondies 32 et 34 des gorges comprennent une partie des lèvres de coupe 28 et 30 afin de donner à ces dernières une configuration complexe ou composée. Dans ces variantes, i'. est important de maintenir l'arête à une longueur relativement faible afin de permettre

l'attaque du perçage sous une pression en bout plus faible.

Les figures 11 à 13 montrent une autre caracté-

ristique de l'invention. Jusqu'à présent, seules les vis perforantes à pointe forgée ont reçu des brise-copeaux. Selon l'invention, des rainures peu profondes 46 et 48 sont réalisées longitudinalement dans les gorges 16 et 18. Ces brise-copeaux sont réalisés à l'aide d'une fraise 50 (figure 13). Cet outil de coupe 50 comporte plusieurs dents 52 (on

utilise de préférence un outil de coupe à 20 ou 32 dents).

Chaque dent 52 présente un profil comprenant une première partie arrondie uniforme 54 et une nervure courbe 56 présentant un second rayon plus court que celui de la première partie. La nervure 56 peut être décalée de l'axe

central dans une direction ou dans l'autre suivant la confi-

guration souhaitée pour la gorge. Bien que seule la configu-

ration au-delà du centre soit représentée, il convient de noter que la rainure brise-copeaux peut également être réalisée dans la forme de réalisation à-configuration en-deçà du centre et dans la forme de réalisation à configuration sur le centre, ces formes de réalisation étant montrées sur les figures 9 et 10. En outre, il convient de noter que la forme de l'outil de coupe peut être modifiée afin que les nervures soient déplacées en travers de la face de la dent arrondie pour faire varier la position de la rainure réalisée dans la gorge afin de place le brise-copeaux sur un côté ou sur

l'autre de l'arête.

Comme mentionné précédemment, le profil en bout de la vis perforante 10 (comme montré sur les figures 3, 9 et 10) et le comportement de cette vis varient suivant la pointe particulière formée sur l'ébauche. Ainsi, il est possible qu'une pointe se comporte mieux qu'une autre dans une

première matière, mais non dans une seconde matière.

Cependant, des essais préliminaires montrent que la pointe sensiblement convexe de la forme préférée de réalisation, montrée sur la figure 14C, se comporte régulièrement mieux que les pointes d'autres formes lorsqu'elle est combinée à la configuration de gorges décrite précédemment. Pour former

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cette pointe sensiblement convexe, un premier outil de coupe (non représenté), comportant des dents concaves, est utilisé pour couper une partie à peu près triangulaire de l'ébauche, après une opération de taille réalisant le talon 40, puis un second outil 58 de coupe, comportant des dents concaves 60,

réalise un talon 38 et une arête 36.

La figure 14D présente une autre forme de pointe sensiblement convexe. Dans cette forme de réalisation, les talons sont délimités chacun par deux surfaces planes 62 et

64 qui forment un angle interne obtus. De même que précédem-

ment, la pointe sensiblement convexe de cette forme de réalisation est réalisée au moyen de deux outils de coupe 66 (un seul étant représenté) qui comportent des dents 68 dont la surface périphérique comprend deux parties 70 et 72 formant un angle entre elles. Ces parties forment un angle obtus 0 qui est à peu près égal à l'angle devant être réalisé sur la vis perforante. Ces deux angles obtus sont de

préférence égaux à 172,50 (ces angles étant mesurés inté-

rieurement dans le cas de la vis perforante et extérieurement sur l'outil de coupe). De cette manière, la pointe formée par les surfaces 62 présente un angle interne qui est supérieur de 150 à celui formé par les surfaces planes 64, à savoir 1050 au lieu de 900, par exemple. Il est évident que des pointes de perçage classique à un seul angle, par exemple de 900 (figure 14A) ou de 1050 (figure 14B) peuvent être utilisées avec cette vis et peuvent s'avérer avantageuses

pour certaines applications.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la vis décrite et représentée sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, il est possible de diminuer ou d'augmenter l'angle interne de la pointe sensiblement convexe montrée sur la figure 14C en décalant l'axe de l'outil de coupe 58 par rapport à l'axe de l'ébauche. En outre, en ce qui concerne la pointe de perçage de l'organe de fixation selon l'invention, il est concevable que la configuration de cette pointe puisse être obtenue par forgeage.

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Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Organe de fixation auto-perforant, caractérisé en ce qu'il comporte une pointe (12) de perçage située à une extrémité de la tige de cet organe, cette pointe présentant deux gorges (16, 18) qui forment des angles égaux et opposés avec l'axe de l'organe (10) de fixation et qui s'étendent sensiblement de part et d'autre de cet axe, deux talons (38, 40) s'étendant entre les gorges et se croisant de manière à former une arête étroite (36), chaque gorge délimitant une lèvre de coupe (28 ou 30) et une surface de sortie (32 ou 34), chaque gorge ayant une configuration complexe constituée par une partie droite (20 ou 22) qui part vers l'intérieur du bord extérieur de la tige et qui comprend au moins une partie de la lèvre de coupe, et une partie courbe (24 ou 26) comprenant au moins la surface de dégagement, ladite partie courbe ayant un rayon de courbure sensiblement

uniforme dans un plan perpendiculaire à l'axe de la gorge.

2. Organe de fixation auto-perforant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie courbe

comprend une portion de la lèvre de coupe.

3. Organe de fixation auto-perforant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parties droites des deux lèvres de coupe sont orientées sensiblement suivant

une ligne centrale commune.

4. Organe de fixation auto-perforant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gorges occupent une surface supérieure à un quadrant entier,-la partie droite de chaque lèvre de coupe s'étendant au- delà d'un plan

diamétral passant par les deux gorges.

5. Organe de fixation auto-perforant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie droite de chaque lèvre de coupe s'étend de manière à être adjacente,

mais non transversale, à un plan diamétral.

6. Organe de fixation auto-perforant selon l'une

quelconque des revendications 3, 4 et 5, caractérisé en ce

que l'angle interne formé entre les deux talons est de 90 ou

de 1050.

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i. Organe de fixation auto-perforant selon l'une quel-

conque des revendications 3, 4 et 5, caractérisé en ce que chacun

des deux talons présente deux surfaces sensiblement planes, les-

dites surfaces planes adjacentes à l'arête pouvant notamment for-

mer un angle interne de 105 , alors que les deux surfaces planes

adjacentes au diamètre de la tige forment un angle interne de 900.

8. Organe de fixation auto-perforant selon l'une quel-

conque des revendications 3, 4 et 5, caractérisé en ce que les

talons qui se coupent ont chacun une configuration convexe.

9, Organe de fixation auto-perforant selon l'une quel-

conque des revendications 3, 4 et 5, caractérisé en ce que chaque

gorge comporte un brise-copeaux qui comprend notamment une rai-

nure plus profonde (46 ou 48) s'étendant le long de la gorge et

à peu près parallèlement à l'axe de la gorge.

10. Fraise rotative pour la taille de l'organe selon

l'une quelconque des revendications précédentes, la fraise (50)

étant caractérisée en ce qu'elle comporte un corps pouvant tour-

ner autour d'un axe central et comprenant plusieurs dents (52) de coupe disposées sur sa périphérie, l'extrémité extérieure de

chaque dent ayant la forme d'un hémisphère sur lequel une ner-

vure (56) est formée, cette nervure ayant une configuration ar-

rondie, les dents de coupe enlevant de la matière de la tige de la vis de manière que chaque gorge ait une configuration à peu près complémentaire de celle d'au moins une partie d'une dent

de coupe.

11. Fraise rotative pour appointer la tige d'un organe

- selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, chaque coupe

d'appointage formant une moitié de la pointe de perçage, la

fraise étant caractérisée en ce qu'elle comporte un corps pou-

vant tourner autour d'un axe central et dont la périphérie porte plusieurs dents (60) de coupe, l'extrémité extérieure de chaque

dent ayant une configuration à peu près concave afin de s'enga-

ger dans la matière de la tige de la vis perforante et d'enle-

ver de la matière de cette tige pour former sur cette dernière

une moitié d'une pointe convexe.

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12. Fraise rotative selon la revendication 11, caractérisée en ce que la partie à peu près concave de la

dent suit un rayon uniforme.

13. Fraise rotative selon la revendication 11, caractérisée en ce que la partie à peu près concave de la dent est formée par deux surfaces (70, 72) qui forment entre elles un angle obtus inférieur à 1800, cet angle pouvant ètre

de préférence égal à environ 172,50.