FR2735820A1 - Boulon a rondelle et son procede de fabrication - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un ensemble à boulon et rondelle solidaires l'un de l'autre. Dans un tel boulon à rondelle, comprenant un fût cylindrique, une tête à collerette tronconique, une rondelle mince et un organe de fixation mâle, la rondelle (25) est solidaire de la collerette (3) et a la forme d'une cuvette dont la paroi périphérique (34) entoure la paroi longitudinale de la collerette et dont le fond (27) présente, par rapport à la face d'appui transversale (4) de la collerette, un écart de planéité initial prédéterminé (28) destiné à prendre, lors du serrage, une valeur très réduite ou nulle observable par une lumière (29). Application notamment au domaine de l'aéronautique.

Description

L'invention concerne un boulon à rondelle, c'est-à-dire un ensemble comprenant un boulon et une rondelle solidaires l'un de l'autre, le terme "boulon" couvrant non seulement les boulons proprement dits dont l'extrémité filetée est destinée à recevoir un écrou, mais également les rivets dont l'extrémité lisse ou comportant au moins une gorge, est destinée à recevoir une bague sertie.

L'invention concerne également un procédé de réalisation dudit boulon à rondelle.

Dans le domaine particulier de l'aéronautique, l'assemblage des éléments de structure d'aéronefs par des fixations mécaniques du type boulons, écrous ou rivets, fait appel à des règles classiques de préparation des trous de fixation par perçage, alésage, brochage, brunissage, etc. Du fait que toutes les fixations de ce type présentent un congé de raccordement entre le fût cylindrique et la face d'appui sous tête des boulons ou rivets, il est nécessaire après perçage au foret d'éliminer l'arrête vive à l'intersection du trou cylindrique et de la surface des éléments de structure, en exécutant un chanfrein d'entrée de dimension telle que le congé de raccordement sous tête du boulon ou du rivet ne vienne pas buter sur l'arête et empêcher un appui correct et uniforme de la face d'appui du boulon sur les pièces à assembler.L'appui sous tête uniforme est un critère important de contrôle des assemblages après pose ; ce contrôle se fait soit visuellement, soit au moyen d'un calibre constitué d'un feuillard métallique dont l'épaisseur est de quelques centièmes de millimètre.

L'évolution des principes de construction aéronautique amène, d'une part, à rechercher des économies de coût au niveau des opérations d'assemblage et, d'autre part, à rechercher des performances de résistance à la fatigue des structures encore plus élevées, notamment avec le développement des avions gros porteurs.

En ce qui concerne la réduction des coûts de préparation des trous, d'importants progrès ont déjà été réalisés au niveau des outils qui permettent maintenant de réaliser en une seule opération le perçage à la cote précise demandée sans nécessiter une reprise de finition par broche ou alésoir. En revanche, pour pouvoir supprimer l'opération de chanfreinage de l'entrée du trou en reprise, il faut disposer d'outils combinés beaucoup plus coûteux, associés à des machines complexes capables de maîtriser avec précision le positionnement en profondeur. Ceci est déjà le cas des perçages associés à une fraisure conique destinés à recevoir des fixations à tête fraisée noyée telles que l'on en rencontre sur la surface externe d'un aéronef.

Dans ce cas, le perçage-fraisage peut être réalisé en une seule opération à l'aide d'un outil combiné capable d'exécuter simultanément le trou cylindrique, le fraisage et le chanfreinage de l'arête de raccordement destiné à échapper le rayon sous tête de la vis.

En revanche, dans les structures internes fortement chargées, on utilise le plus souvent des fixations à tête saillante capables de résister à des sollicitations complexes de traction et de cisaillement combinés. Les trous destinés à recevoir ces fixations à tête saillante ne nécessitent pas de fraisage combiné de ce fait le chanfreinage de l'arête du trou est obligatoirement exécuté dans une opération de reprise ultérieure plus coûteuse que la réalisation d'un simple trou cylindrique.

La suppression de cette opération de chanfreinage constitue donc un objectif important de réduction des coûts.

En ce qui concerne l'augmentation des performances de résistance mécanique à la fatigue, une technique efficace et bien connue consiste à installer les boulons dans la structure avec une forte interférence, c'est-à-dire à monter les boulons en force dans des trous dont le diamètre est légèrement plus petit que le diamètre du fût cylindrique des boulons. L'emmanchement en force crée à la surface du trou un champ de contraintes permanentes élevées qui augmente considérablement la résistance à la fissuration en fatigue des éléments de structure ainsi assemblés. Dans les zones structurales fortement chargées des gros avions modernes, il a été démontré qu'une forte interférence de l'ordre de 120 à 150 microns au diamètre est nécessaire pour obtenir cette amélioration.On imagine aisément les efforts très importants qui sont alors requis pour installer les boulons dans leurs trous respectifs. La résistance à l'enfoncement des boulons a entre autres effets le fait que toutes les aspérités de surface situées, soit sur la paroi intérieure du trou, soit à la surface du corps du boulon, en particulier lorsque celui-ci comporte un revêtement de protection de nature organique ou métallique, se trouvent raclées par l'arête à l'entrée du trou qui joue le role d'outil coupant. Les particules raclées s'accumulent à l'entrée du trou au fur et à mesure de l'enfoncement du boulon et se trouvent bloquées sous la tête de celui-ci en fin d'opération au point d'empêcher le contact uniforme de la face d'appui sous tête avec la surface des éléments assemblés.Cette situation est tout à fait préjudiciable à la résistance de l'assemblage à la fatigue mécanique et à la corrosion.

Le fait de vouloir supprimer l'opération de chanfreinage pour réduire les coûts d'assemblage pose donc un double problème - Premièrement, parvenir à loger les particules citées
ci-dessus sans provoquer un défaut d'appui uniforme
sous la tête du boulon.

- Deuxièmement, remédier à la résistance considérable à
l'enfoncement final du boulon lorsque le congé de
raccordement sous tête vient buter sur l'arête
d'entrée du trou. Le métal étant physiquement incom
pressible, l'excès de métal se déplace sous la forme
d'un gonflement superficiel qui s'oppose à un appui
uniforme de la portée sous tête du boulon sur la
surface des pièces assemblées. Comme il a été dit
plus haut, l'effort permanent d'appui sous tête,
appelé aussi précharge ou prétension, a une influence
déterminante sur l'amélioration de la résistance
mécanique à la fatigue de l'assemblage.C'est pour
quoi un contrôle systématique des conditions d'appui
uniforme est effectué sur les boulons montés en forte
interférence, visuellement ou au moyen d'une cale
très mince, d'épaisseur quelques centièmes de milli
mètre, que l'on vient présenter pour s'assurer
qu'elle ne peut pas pénétrer dans un éventuel
interstice à l'interface tête du boulon/surface des
pièces.

Une solution simple au problème posé consisterait à exécuter, dans la zone de raccordement tête-fût du boulon, une gorge creusée dans le fût cylindrique ou dans la face d'appui ou partiellement dans chacun des deux, pour ménager un espace libre comme évoqué plus haut. Il est malheureusement démontré que l'exécution d'une telle gorge affaiblit ladite zone de raccordement vis-à-vis de la résistance à la fatigue du fait que le fibrage du métal se trouve localement coupé. Cette situation est d'ailleurs interdite par de nombreux règlements ou spécifications techniques traitant de la boulonnerie aéronautique.

De plus, les boulons présentant une telle gorge, constitueraient une nouvelle définition technique supplémentaire différente de celle des boulons standards, ce qui irait à l'encontre des économies recherchées par la standardisation.

Une autre solution consisterait à ajouter sous la tête du boulon, au moment du montage, une rondelle plate d'épaisseur et de dimensions diamétrales telles que le congé de raccordement tête-fût du boulon ne vienne pas buter sur l'arête d'entrée du trou. Cette solution n'est pas acceptable par les constructeurs pour les raisons suivantes - Nécessité de créer et de gérer des références de
pièces supplémentaires représentées par les diffé
rentes rondelles nécessaires associées aux différents
diamètres de boulons.

- Contrainte d'emploi en atelier consistant à associer
boulons et rondelles au moment du montage.

- Risque d'erreur par omission, nécessitant un contrôle
supplémentaire et le cas échéant le démontage très
coûteux des boulons montés sans rondelle sous tête.

- Nécessité de créer une série de références de boulons
spéciaux dont les longueurs de fût cylindrique
seraient un peu plus grandes que celles des boulons
standards pour tenir compte de l'épaisseur de la
rondelle dans l'empilage final, qui doit respecter
les exigences dites de "matage intégral" lorsque
l'épaisseur assemblée se situe au niveau de la capa
cité maximale de serrage d'un boulon de longueur
donnée.

La présente invention permet d'atteindre l'objectif de réduction du coût par la suppression de l'opération de chanfreinage de l'entrée des trous tout en remédiant à tous les inconvénients exposés ci-dessus et en incorporant un auto-contrôle immédiat de la précharge sous tête dans le cas d'un montage en forte interférence.

Conformément à l'invention, le boulon à rondelle est du type présentant un axe de symétrie longitudinal et comprenant un fût cylindrique disposé entre une tête à collerette tronconique, déterminant une face d'appui transversale à laquelle est associée une rondelle mince, et un organe mâle destiné à coopérer avec un organe femelle de forme complémentaire pour le serrage d'un élément de structure entre ladite face d'appui et ledit organe femelle, le fût étant relié à la face d'appui par un congé de raccordement et à l'organe mâle par un chanfrein de raccordement, la longueur de serrage du fût étant la distance longitudinale séparant la face d'appui et l'extrémité la plus proche dudit chanfrein.

Selon une caractéristique essentielle du boulon à rondelle suivant l'invention, la rondelle est solidaire de la collerette du boulon et a la forme d'une cuvette dont la paroi périphérique entoure la paroi longitudinale de ladite collerette et dont le fond présente, par rapport à la face d'appui transversale, un écart de planéité initial prédéterminé destiné à prendre une valeur très réduite ou nulle lors du serrage.

Selon une autre caractéristique essentielle du boulon à rondelle suivant l'invention, la paroi périphérique de la cuvette présente au moins une lumière ménagée à proximité du fond de la cuvette et destinée à la vérification de la valeur prise par l'écart de planéité du fond après l'opération de serrage. De préférence, la paroi périphérique de la cuvette présente de deux à quatre lumières régulièrement espacées le long de ladite paroi.

Selon encore d'autres caractéristiques du boulon à rondelle suivant l'invention, l'épaisseur de la rondelle est au moins égale au rayon du congé raccordant le fût et la face d'appui du boulon, le diamètre intérieur de la rondelle est au moins égal au diamètre du fût augmenté de deux fois le rayon du congé raccordant le fût et la face d'appui du boulon et le diamètre extérieur de la rondelle est augmenté de telle sorte que la paroi périphérique longitudinale de la cuvette comporte à son extrémité libre une courte partie de rabattement sur la paroi conique de la collerette, la longueur du fût du boulon étant augmentée d'une valeur égale à l'épaisseur de la rondelle, de sorte que, lorsque l'écart de planéité est rendu nul, le chanfrein de raccordement reste entièrement en dehors de la longueur de serrage, cette dernière étant maintenue à une valeur minimale égale à l'épaisseur des éléments de structure à assembler.

Selon une caractéristique essentielle du procédé de fabrication d'un boulon à rondelle suivant l'invention, on sélectionne une rondelle ayant des diamètres intérieur et extérieur déterminés en fonction des diamètres respectifs du fût et de la collerette du boulon et ayant une épaisseur déterminée en fonction de l'intensité du serrage et de la limite de résistance élastique du matériau constituant la rondelle, on conforme ladite rondelle en une cuvette comportant une paroi périphérique longitudinale cylindrique et un fond présentant un écart de planéité prédéterminé par rapport au plan transversal tangent audit fond, on introduit le fût du boulon dans la cuvette ainsi conformée jusqu'à ce que le fond à écart de planéité de la cuvette porte contre la face d'appui du boulon et que la paroi périphérique cylindrique de la cuvette entoure la paroi périphérique longitudinale de la collerette et l'on rend la cuvette solidaire de la collerette. De préférence, on conforme en cuvette une rondelle préalablement bombée.

Selon une autre caractéristique essentielle du procédé suivant l'invention, on ménage à la fois un espace libre transversal entre le diamètre extérieur du fût et le diamètre intérieur de la rondelle et un espace libre longitudinal, correspondant à l'épaisseur de la rondelle, entre la face d'appui et la surface de l'élément de structure, lesdits espaces libres constituant, en regard du congé de raccordement, un volume annulaire suffisant pour loger les particules raclées par l'arête non chanfreinée d'entrée du trou percé dans les éléments de structure pendant l'assemblage et pour loger également le gonflement local du métal au niveau de la surface de l'élément de structure.

En d'autres termes, la présente invention consiste à incorporer sous la tête du boulon au cours de sa fabrication une rondelle de géométrie spécialement adaptée pour être rendue solidaire de la tête du boulon. Cette rondelle est réalisée à une cote d'épaisseur suffisante, approximativement égale à la valeur du congé de raccordement entre le fût cylindrique du boulon et la face d'appui sous tête, de telle sorte que, lorsque l'ensemble boulon-rondelle vient en appui sur la surface des pièces assemblées dans lesquelles on a préalablement percé un trou cylindrique sans chanfrein d'entrée, le congé de raccordement ne vient pas au contact de l'arête d'entrée du trou. Le diamètre intérieur du trou de passage du fût du boulon dans la rondelle est déterminé pour être au moins égal à la valeur du diamètre de fût du boulon majoré de deux fois la valeur du rayon du congé de raccordement sous tête, de telle sorte que, lorsque l'ensemble boulonrondelle vient en appui sur la surface des pièces assemblées, ledit congé de raccordement ne vient pas au contact du diamètre intérieur du trou de passage ménagé dans la rondelle.

De plus, la valeur du diamètre du trou de passage ménagé dans la rondelle est déterminé pour ménager un espace libre suffisant pour loger les particules métalliques ou organiques résultant de l'emmanchement en force du boulon dans le trou préalablement percé dans les pièces à assembler et pour loger également le gonflement local superficiel du métal de la pièce provoqué par le montage en très forte interférence du boulon dans le trou associé, permettant ainsi un appui uniforme de l'ensemble boulon-rondelle à la surface des pièces de structure.

La rondelle est exécutée selon une forme en cuvette de façon à être rendue solidaire de la tête du boulon par une opération simple et économique, par exemple de sertissage sur la périphérie de la tête, incorporée dans le processus de fabrication. Le boulon associé est réalisé à une longueur de fût cylindrique majorée de l'épaisseur de la rondelle de telle sorte qu'après sertissage de ladite rondelle sur la tête du boulon, la longueur de fût dépassante soit exactement égale à celle du boulon standard utilisé habituellement.

L'opérateur sur chaîne d'assemblage dispose ainsi d'un ensemble boulon-rondelle solidaire, sous la forme d'une pièce unique, de référence unique, prête à l'emploi dans les mêmes conditions qu'un boulon standard.

La rondelle solidaire est réalisée dans un matériau compatible avec le matériau constitutif des pièces de structure, au plan du comportement à la corrosion galvanique ou selon les exigences de conductivité électrique. Elle peut notamment être réalisée en alliage d'aluminium, en alliage de titane, en acier allié, en acier inoxydable ou en tout autre matériau souhaité. Par l'association de deux éléments standardisés, l'ensemble boulon-rondelle peut donc être obtenu à un coût très réduit dans une grande variété de combinaisons de matériaux, de traitements et de protections.

Un autre avantage substantiel de l'invention réside dans le fait que grâce à la variété des matériaux et des protections applicables à la fabrication de la rondelle, de grandes possibilités de repérage par coloration sont ainsi offertes sans coût supplémentaire à l'utilisateur qui pourra utilement distinguer par exemple : les positions des boulons montés en forte interférence sur la structure, repérer les boulons en cotes surdiamétrées, première, deuxième et troisième réparation, ou tout autre repérage jugé utile sur avion.

La forme de réalisation en cuvette de la rondelle est dotée d'une géométrie spéciale nouvelle et originale qui permet de répondre à l'exigence du contrôle de l'appui sous tête uniforme et de précharge à l'interface qui a été mentionnée plus haut. La face d'appui de la rondelle est réalisée avec une nonplanéité volontaire de hauteur prédéterminée, de telle sorte qu'en fin d'installation du boulon dans le trou associé, cette rondelle reprenne une forme plane visuellement contrôlable sous l'effet de la précharge à l'interface entre la face d'appui de la tête du boulon et la surface des pièces de structure.

L'écart de planéité initial prédéterminé peut être obtenu sous diverses formes qui toutes concourent au même résultat : pouvoir vérifier après installation complète du boulon dans la structure, que cet écart de planéité a été réduit à zéro pour attester que le contact d'appui sous tête est uniforme et qu'une précharge permanente minimale est exercée à l'interface de la face d'appui sous tête du boulon et de la structure.

Cette précharge minimale est égale à l'effort de compression nécessaire pour réduire à zéro la hauteur de l'écart de planéité initial, effort qu'il est aisé de déterminer sur une machine d'essai mécanique de traction-compression.

Les diverses formes susceptibles d'être données à la face d'appui de la rondelle sont caractérisées par le même écart de planéité initial.

Pour permettre un contrôle visuel aisé de la réduction à zéro de l'écart de planéité initial, une ou plusieurs lumières sont aménagées dans la collerette externe de la rondelle, les dimensions desdites lumières étant suffisantes pour pouvoir laisser passer une étroite cale de contrôle dont l'épaisseur est égale à quelques centièmes de millimètre.

Toutes les formes de réalisation de l'écart de planéité initial se retrouvent après installation du boulon sous la même forme finale : la face d'appui de la rondelle revêt une forme parfaitement plane, ménageant un espace libre à la hauteur du congé de raccordement sous tête du boulon dans lequel viennent se loger d'une part les particules de matière résultant de l'emmanchement en force du boulon dans le trou et d'autre part le gonflement local superficiel du métal de la structure sous l'effet de l'interférence à l'arête d'entrée du trou.

Certaines formes de réalisation du type à sertissage conduisent, après installation du boulon, à faire apparaître un intervalle entre la collerette de la rondelle sertie et la surface supérieure de la tête du boulon, lequel intervalle atteste également de l'aplatissement final de la face d'appui de la rondelle et se trouve visible par le dessus lorsqu'une vision latérale au niveau des lumières est rendue difficile en raison de la présence de nervure sur la structure.

D'autres caractéristiques et avantages de 1 invention ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs formes possibles de réalisation, faite en regard des dessins annexés sur lesquels
la figure 1 représente un boulon classique destiné à être utilisé sur une structure d'aéronef,
la figure 2 représente un assemblage courant,
la figure 3 représente un assemblage incorrect,
les figures 4 et 5 représentent respectivement un stade intermédiaire et le stade final d'un assemblage à forte interférence,
la figure 6 représente schématiquement le fibrage du boulon à proximité du congé,
la figure 7 représente une réalisation de boulon interdite en aéronautique,
la figure 8 représente en demi-vue extérieure et en demi-coupe un boulon à rondelle selon l'invention,
les figures 9 et 10 représentent respectivement en deux demi-coupes et en deux demi-vues extérieures les stades limites avant et après assemblage final,
les figures 11 à 15 représentent différentes formes de réalisation possibles de l'ensemble boulonrondelle, et
la figure 16 représente une forme de réalisation sertie, après assemblage final.

Sur ces dessins, les mêmes références désignent les mêmes éléments.

En se référant aux figures 1 à 7, qui sont relatives à l'art antérieur connu, et plus précisément à la figure 1, celle-ci représente un cas typique de boulon ou rivet utilisé sur structure d'aéronef, comprenant un axe de symétrie 1, une première extrémité présentant une tête 2, un diamètre extérieur de tête ou une collerette 3, une face d'appui transversale sous tête 4, un fût longitudinal cylindrique 6, un congé de raccordement 5 entre la face d'appui sous tête et le fût cylindrique, une seconde extrémité 7 comportant un filetage ou toute autre forme mâle lisse ou à au moins une gorge annulaire permettant de monter l'élément de fixation femelle associé au boulon ou au rivet. Chaque boulon ou rivet présente une longueur de fût cylindrique 8 communément appelée longueur de serrage.

I1 est entendu que la forme 9 de la tête située audessus de la face d'appui 4 peut être quelconque plate, hexagonale, bihexagonale, cylindrique ou autre.

Sur la figure 1, on a représenté une forme de réalisation préférée, dans laquelle la collerette 3 est tronconique et comporte une paroi cylindrique longitudinale 35 et une paroi cylindrique conique 37.

La forme de la tête au-dessus de la collerette n'a pas lieu d'être représentée et peut comporter un élément quelconque formant prise de clef. Pour respecter l'exigence de matage intégral, la longueur de serrage 8 doit toujours être au moins égale à l'épaisseur totale des pièces assemblées. En d'autres termes, le chanfrein 10 situé entre la fin de partie cylindrique 6 et le filetage 7 ne doit jamais se trouver même partiellement à l'intérieur du trou, en retrait de la surface des pièces assemblées.

En se référant à la figure 2, celle-ci illustre un cas d'assemblage courant : l'élément de structure 11 est percé d'un trou cylindrique dont la paroi intérieure est repérée 12 et qui entoure la paroi extérieure 15 du fût 6 du boulon. Le chanfrein d'entrée 13 permet d'éviter que le congé de raccordement du boulon 5 ne vienne buter sur l'entrée du trou. L'appui de la surface sous tête 4 du boulon sur la surface des pièces assemblées 11 est alors assuré de manière uniforme.

En se référant à la figure 3, celle-ci représente un cas typique d'assemblage incorrect. Le trou n'est pas chanfreiné, le congé 5 de raccordement sous tête du boulon vient buter contre l'arête 14 d'entrée du trou. La face d'appui 4 sous tête du boulon ne peut pas venir porter sur la surface 11 de la structure.

L'intervalle résiduel 16 peut être détecté visuellement ou au moyen d'une cale d'épaisseur égale à quelques centièmes de millimètre qui peut pénétrer dans cet intervalle. Cette situation est interdite par les spécifications techniques d'assemblage aéronautique.

En se référant à la figure 4, celle-ci illustre l'effet du montage d'un boulon en forte interférence dans un trou de diamètre légèrement inférieur au diamètre du fût cylindrique du boulon. L'introduction du boulon en force provoque une légère expansion du trou, qui se traduit pas un léger gonflement local 17 à l'entrée du trou.

En se référant à la figure 5, celle-ci montre la situation finale de montage d'un boulon installé en forte interférence comme expliqué en se référant à la figure 4. En fin d'emmanchement, le gonflement local 17 empêche la face 4 d'appui sous tête du boulon de venir porter uniformément contre la surface 11 de la structure. L'interstice résiduel 18 peut être détecté visuellement ou au moyen d'une cale très mince. Cette situation est interdite dans les spécifications aéronautiques.

En se référant à la figure 6, celle-ci illustre l'exigence de fibrage continu dans les têtes de boulons forgées. Les fibres matérialisées par les lignes 19, 20, 21, 22 et 23 suivent régulièrement la forme du congé de raccordement 5.

En se référant à la figure 7, celle-ci illustre une situation interdite dans les spécifications de fixations aéronautiques. En effet, la gorge 24 usinée à l'outil, vient couper les fibres superficielles 21, 22 et 23.

En se référant aux figures 8 à 16, qui sont relatives à diverses formes de réalisation de l'invention, et en se référant plus précisément à la figure 8, celle-ci représente en demi-vue extérieure et en demicoupe le principe d'une rondelle solidaire présentant un écart de planéité initial prédéterminé selon l'invention. Une rondelle 25 mince, d'épaisseur 26, est rendue solidaire par tout moyen approprié du diamètre extérieur de collerette 3 de la tête 2 du boulon, par exemple par sertissage, collage ou soudage latéral extérieur, par sertissage à rabattement comme expliqué ci-après ou même par emmanchement contrôlé et légèrement à force.De préférence, la rondelle se présente sous la forme d'une cuvette dont la paroi périphérique longitudinale 34 est généralement parallèle à la paroi longitudinale 35 de la collerette 3 et dont le fond est une face d'appui non plane 27 caractérisée par un écart de planéité 28 ne devant pas être modifié par le moyen de solidarisation, en particulier un emmanchement contrôlé. Au travers d'une lumière 29, on peut voir que la face 4 d'appui sous tête ne vient pas au contact des éléments assemblés, situation qui est matérialisée par un interstice visible 30. La ou les lumières sont de préférence ménagées dans la rondelle avant qu'elle ne soit conformée en cuvette.

En se référant à la figure 9, celle-ci illustre en deux demi-coupes juxtaposées la situation avant et après assemblage final. Avant assemblage final, la rondelle solidaire présente un écart de planéité initial prédéterminé 28. Après enfoncement complet et mise en charge du boulon au moyen de l'écrou ou autre élément femelle associé, la face d'appui de la rondelle solidaire prend une forme plane sous l'effet de la précharge de compression à l'interface tête du boulon/surface des pièces assemblées. L'épaisseur 26 de la rondelle joue donc un rôle d'entretoise qui empêche le congé 5 de raccordement sous tête du boulon de venir buter sur l'arête d'entrée du trou, et ménage un espace libre 31 suffisant pour recevoir le gonflement local superficiel du métal de la structure provoqué par l'emmanchement du boulon en forte interférence dans le trou associé.Le même espace libre 31 permet aussi de loger les particules de matière raclées pendant l'enfoncement du boulon. La face 4 d'appui sous tête du boulon peut venir porter uniformément sur la surface 11 des pièces assemblées par l'intermédiaire de la rondelle d'épaisseur 26 devenue entretoise plane. Cette situation est conforme aux exigences des spécifications aéronautiques : la cale de contrôle ne peut pas être introduite à l'interface structure/rondelle.

En se référant à la figure 10, celle-ci illustre en deux demi-vues extérieures comment la ou les lumières 29 ménagées à la périphérie de la rondelle solidaire, permettent de contrôler visuellement la portée uniforme sous tête du boulon. Avant enfoncement complet, un interstice 30 égal à l'écart de planéité initial prédéterminé 28 est visible sous la face d'appui 4a sous tête du boulon. Après enfoncement complet et mise en charge du boulon, la face d'appui 4b s'est déplacée d'une hauteur égale à l'écart de planéité initial 28 et l'interstice initial 30 se trouve réduit à une valeur très faible ou nulle.

En se référant aux figures 11 à 15, celles-ci illustrent différentes formes de réalisation possibles de la rondelle solidaire, toutes ces formes étant caractérisées par un écart de planéité initial de hauteur déterminée 28.

En se référant à la figure 16, celle-ci illustre la condition finale d'un assemblage comportant un boulon ou rivet à rondelle selon l'invention, monté en forte interférence dans une pièce de structure 11, condition finale à laquelle aboutissent toutes les différentes formes de réalisation décrites ci-dessus sous l'effet de la précharge, l'écart de planéité initial de la rondelle solidaire se trouve réduit à zéro, la vérification pouvant s'effectuer à l'oeil, avec une cale d'épaisseur comme indiqué plus haut ou par tout autre moyen de contrôle.La rondelle prend ainsi la forme d'une entretoise plane d'épaisseur 26, qui ménage un espace libre 31 dans lequel se trouve inclus d'une part le congé 5 de raccordement sous tête du boulon et d'autre part le gonflement local du métal 17 provoqué par l'emmanchement en force du fût cylindrique du boulon dans le trou préalablement percé dans les pièces à assembler.

Il y a lieu de noter que les formes de réalisation représentées sur les figures 12, 13 et 15 conduisent, après serrage complet ou installation finale sur la structure comme représenté sur la figure 16, à faire apparaître un interstice 32 entre la partie supérieure de la rondelle solidaire et la face supérieure de la tête du boulon, ce qui permet de vérifier visuellement l'applatissement de la rondelle et donc la qualité du montage final, ce contrôle remplaçant ou s'ajoutant à celui opéré à travers les lumières 29. Ce contrôle en bout n'est évidemment possible que lorsque la rondelle 25 présente un diamètre extérieur suffisamment augmenté pour qu'une courte partie terminale 36 de la paroi périphérique 34 de la cuvette puisse être rabattue, de préférence par sertissage, sur une paroi supérieure plane ou conique 37 de la collerette 3.Il est clair que la longueur de rabattement n'a pas lieu d'être importante mais juste suffisante pour permettre un sertissage rendant la rondelle solidaire de la collerette.

Pour fabriquer un boulon à rondelle selon l'invention on sélectionne une rondelle 25 ayant des diamètres intérieur et extérieur déterminés en fonction des diamètres respectifs du fût 6 et de la collerette 3 du boulon et ayant une épaisseur 26 déterminée en fonction de l'intensité du serrage et de la limite de résistance élastique du matériau constituant la rondelle 25, on conforme ladite rondelle, de préférence par emboutissage, en une cuvette comportant une paroi périphérique longitudinale cylindrique 34 et un fond 27 présentant un écart de planéité prédéterminé 28 par rapport au plan transversal tangent audit fond, on introduit le fût 6 du boulon dans la cuvette ainsi conformée jusqu'à ce que le fond 27 à écart de planéité 28 de la cuvette porte contre la face d'appui 4 du boulon et que la paroi périphérique cylindrique 34 de la cuvette entoure la paroi périphérique longitudinale 35 de la collerette 3 et l'on rend la cuvette solidaire de la collerette par tout moyen approprié. De préférence, on conforme en cuvette une rondelle 25 préalablement bombée.

En outre, on ménage à la fois un espace libre transversal entre le diamètre extérieur du fût 6 et le diamètre intérieur de la rondelle 25 et un espace libre longitudinal, correspondant à l'épaisseur 26 de la rondelle 25, entre la face d'appui 4 et la surface de l'élément de structure 11, lesdits espaces libres constituant, en regard du congé de raccordement 5, un volume annulaire suffisant pour loger les particules raclées par l'arête 14 non chanfreinée d'entrée du trou percé dans les éléments de structure 11 pendant l'assemblage et pour loger également le gonflement local 17 du métal au niveau de la surface de l'élément de structure 11.

I1 est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et qu'on pourra y apporter toute modification utile, notamment dans le domaine des équivalences techniques, sans sortir de son cadre.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Boulon à rondelle, du type présentant un axe de symétrie longitudinal(1) et comprenant un fût cylindrique (6) disposé entre une tête (2) à collerette tronconique (3), déterminant une face d'appui transversale (4) à laquelle est associée une rondelle mince (25), et un organe mâle (7) destiné à coopérer avec un organe femelle de forme complémentaire pour le serrage d'un élément de structure (11) entre ladite face d'appui et ledit organe femelle, le fût (6) étant relié à la face d'appui (4) par un congé de raccordement (5) et à l'organe mâle (7) par un chanfrein de raccordement (10), la longueur de serrage (8) du fût (6) étant la distance longitudinale séparant la face d'appui (4) et l'extrémité la plus proche (33) dudit chanfrein (10), caractérisé par le fait que la rondelle (25) est solidaire de la collerette (3) et a la forme d'une cuvette dont la paroi périphérique (34) entoure la paroi longitudinale (35) de ladite collerette et dont le fond (27) présente, par rapport à la face d'appui transversale (4), un écart de planéité initial prédéterminé (28) destiné à prendre une valeur très réduite ou nulle lors du serrage.

2. Boulon à rondelle suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la paroi périphérique (34) de la cuvette présente au moins une lumière (29) ménagée à proximité du fond (27) de la cuvette et destinée à la vérification de la valeur prise par l'écart de planéité (28) du fond (27) après l'opération de serrage.

3. Boulon à rondelle suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la paroi périphérique (34) de la cuvette présente de 2 à 4 lumières (29) régulièrement espacées le long de ladite paroi (34).

4. Boulon à rondelle suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'épaisseur (26) de la rondelle (25) est au moins égale au rayon du congé (5) raccordant le fût (6) et la face d'appui (4) du boulon.

5. Boulon à rondelle suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le diamètre intérieur de la rondelle (25) est au moins égal au diamètre du fût (6) augmenté de deux fois le rayon du congé (5) raccordant le fût (6) et la face d'appui (4) du boulon.

6. Boulon à rondelle suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le diamètre extérieur de la rondelle (25) est augmenté de telle sorte que la paroi périphérique longitudinale (34) de la cuvette comporte à son extrémité libre une courte partie de rabattement (36) sur la paroi conique (37) de la collerette (3).

7. Boulon à rondelle suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la longueur (8) du fût (6) du boulon est augmentée de l'épaisseur (26) de la rondelle (25), de sorte que, lorsque l'écart de planéité (28) est rendu nul, le chanfrein de raccordement (10) reste entièrement en dehors de la longueur de serrage (8), cette dernière étant maintenue à une valeur minimale.

8. Procédé de fabrication d'un boulon à rondelle suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'on sélectionne une rondelle (25) ayant des diamètres intérieur et extérieur déterminés en fonction des diamètres respectifs du fût (6) et de la collerette (3) du boulon et ayant une épaisseur (26) déterminée en fonction de l'intensité du serrage et de la limite de résistance élastique du matériau constituant la rondelle (25), on conforme ladite rondelle en une cuvette comportant une paroi périphérique longitudinale cylindrique (34) et un fond (27) présentant un écart de planéité prédéterminé (28) par rapport au plan transversal tangent audit fond, on introduit le fût (6) du boulon dans la cuvette ainsi conformée jusqu'à ce que le fond (27) à écart de planéité (28) de la cuvette porte contre la face d'appui (4) du boulon et que la paroi périphérique cylindrique (34) de la cuvette entoure la paroi périphérique longitudinale (35) de la collerette (3) et l'on rend la cuvette solidaire de la collerette.

9. Procédé de fabrication d'un boulon à rondelle suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que l'on conforme en cuvette une rondelle (25) préalablement bombée.

10. Procédé de fabrication d'un boulon à rondelle suivant l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé par le fait que l'on ménage à la fois un espace libre transversal entre le diamètre extérieur du fût (6) et le diamètre intérieur de la rondelle (25) et un espace libre longitudinal, correspondant à l'épaisseur (26) de la rondelle (25), entre la face d'appui (4) et la surface de l'élément de structure (11), lesdits espaces libres constituant, en regard du congé de raccordement (5), un volume annulaire suffisant pour loger les particules raclées par l'arête non chanfreinée d'entrée du trou percé dans les éléments de structure (11) pendant l'assemblage et pour loger également le gonflement local (17) du métal au niveau de la surface de l'élément de structure (11).