FR2990366A1 - Procede de fabrication d'un accessoire d'assemblage a sertir sur un support et un tel accessoire d'assemblage - Google Patents

Abstract

Un accessoire d'assemblage (1) à sertir sur un support (9) comprend une tête (3) et un fût creux (2) qui est équipé de cette tête (3) et qui comporte un tronçon d'association par vissage (5) pourvu d'un filetage (7) et un tronçon pliable en une configuration renflée de retenue axiale (8). Un procédé de fabrication de cet accessoire comprend un forgeage à froid par lequel on conforme une masse d'acier à basse teneur en carbone (21) en une pièce (22), ainsi qu'une opération de filetage. Après le forgeage à froid, une trempe est appliquée à toute la pièce (1).

Description

Procédé de fabrication d'un accessoire d'assemblage à sertir sur un support et un tel accessoire d'assemblage Domaine technique de l'invention L'invention se rapporte au domaine de l'assemblage au moyen d'accessoires rapportés que l'on fixe par sertissage. Plus précisément, elle concerne un procédé de fabrication d'un accessoire d'assemblage à sertir sur un support, cet accessoire d'assemblage comprenant une tête et un fût creux qui est équipé de cette tête et qui comporte un tronçon d'association par vissage pourvu d'un filetage et un tronçon pliable en une configuration renflée de retenue axiale. Le type de procédé en question comprend : un forgeage à froid par lequel on conforme une masse d'acier à basse teneur en carbone en une pièce qui est semi-finie et qui comprend la tête et le fût creux dépourvu du filetage, et une opération de filetage dans laquelle on forme ledit filetage. L'invention concerne également un accessoire d'assemblage à sertir sur un support, du type comprenant une tête et un fût creux qui appartiennent à une même pièce d'acier à basse teneur en carbone forgée à froid. Dans le type d'accessoire en question, la tête équipe le fût creux qui comporte un tronçon d'association par vissage pourvu d'un filetage et un tronçon pliable en une configuration renflée de retenue axiale. État de la technique Les écrous à sertir sont des accessoires d'assemblage qui peuvent être montés en aveugle dans des trous d'un support, c'est-à-dire depuis un côté de ce support et sans avoir accès au côté opposé du support.

Un écrou à sertir comporte un fût creux qui porte une tête de retenue. Un premier tronçon de ce fût est destiné à être plié en une configuration renflée, lors d'un sertissage à l'issue duquel cette configuration renflée et la tête de retenue tiennent entre eux une portion du support et assurent ainsi la fixation axiale de l'écrou à sertir. Un deuxième tronçon du fût porte un taraudage dans lequel une tige filetée pourra être vissée lors d'un assemblage. Les écrous à sertir se rangeant dans les classes 6 et 8 de la norme ISO 898 peuvent être employés dans des applications où ils ne seront soumis qu'à des contraintes mécaniques moyennes ou légères. Généralement, leur fabrication comporte la conformation d'ébauches par forgeage à froid, puis un recuit de ces ébauches, dans lesquelles des taraudages sont ensuite réalisés.

Présentant une tenue mécanique supérieure à ceux des classes 6 et 8, des écrous à sertir dits « de haute résistance » sont requis dans certaines applications. Leur fabrication soulève une difficulté particulière qui tient à la nécessité de satisfaire deux contraintes antagonistes portant sur les caractéristiques mécaniques du matériau constitutif des écrous à sertir. La première de ces contraintes est qu'une augmentation de la tenue mécanique de l'écrou à sertir passe par une plus grande résistance à l'arrachement de son taraudage. La deuxième contrainte est que le sertissage de l'écrou sur un support nécessite qu'un tronçon du fût reste suffisamment malléable pour pouvoir se plier sans trop de difficultés, toujours de la bonne façon, et sans qu'apparaissent des défauts rédhibitoires tels que des fissures. Du fait des deux contraintes antagonistes évoquées ci-dessus, les écrous à sertir de haute résistance ne peuvent pas être fabriqués en mettant en oeuvre le procédé qui a été présenté précédemment comme pouvant être employé pour fabriquer des écrous à sertir des classes 6 et 8.

Dans le brevet européen EP 1 462 208, il est décrit un procédé de fabrication au moyen duquel peuvent être obtenus des écrous à sertir de haute résistance. Ce procédé comprend un forgeage à froid de l'écrou en deux étapes distinctes, entre lesquelles a lieu un recuit de l'ensemble de l'écrou. L'opération de taraudage est effectuée après la deuxième étape de forgeage à froid. La demande de brevet britannique GB 2 368 889 propose deux procédés présentés comme permettant la fabrication d'écrous à sertir ayant une tenue mécanique améliorée. Dans l'un de ces deux procédés, une ébauche est forgée à froid à partir d'un lopin en acier à basse teneur de carbone, après quoi il y est formé un taraudage axial. Ensuite, une portion seulement de l'écrou à sertir fait l'objet d'un recuit localisé. Cette portion comprend la section destinée à être pliée en forme de renflement lors du sertissage. Dans l'autre procédé présenté dans la demande de brevet GB 2 368 889 comme permettant la fabrication d'écrous à sertir ayant une tenue mécanique améliorée, une ébauche est forgée à froid à partir d'un lopin en acier à moyen taux de carbone. La totalité de cette ébauche fait l'objet d'un recuit, qui est suivi de la réalisation du taraudage. Ensuite, ce taraudage est durci par induction. Le cas échéant, un plus grand nombre d'étapes et/ou une opération délicate à conduire se traduisent par une fabrication plus compliquée. En outre, les procédés décrits dans le brevet EP 1 462 208 et dans la demande de brevet GB 2 368 889 sont mis en oeuvre à l'aide d'équipements spécifiques et onéreux, qui requièrent des investissements importants d'autant plus difficiles à amortir que les quantités produites sont de faible ou de moyenne importance. Les écrous à sertir fabriqués au moyen d'une mise en oeuvre de l'un de ces procédés présentent des coûts de fabrication conséquents.

Résumé de l'invention L'invention a au moins pour but de permettre de réduire le coût de fabrication d'un accessoire d'assemblage à sertir qui est du type précité et qui possède une tenue mécanique améliorée. Selon l'invention, ce but est atteint grâce à un procédé qui est du type précité et qui, après le forgeage à froid, comprend une trempe appliquée à toute la pièce. Les aciers destinés à être trempés possèdent des teneurs en carbone moyennes ou hautes. Les aciers à basse teneur en carbone en sont exclus.

Soumettre une pièce en acier à basse teneur en carbone à une trempe est contraire à la pratique courante et va à l'encontre des connaissances généralement admises en métallurgie. Malgré l'emploi d'un acier à basse teneur en carbone, une trempe est appliquée et elle améliore la capacité mécanique de l'accessoire d'assemblage en termes de charge maximale applicable. En outre, l'emploi d'un acier à basse teneur en carbone et la trempe constituent une combinaison grâce à laquelle le tronçon pliable reste suffisamment peu cassant et suffisamment malléable ou ductile pour pouvoir se plier toujours ou pratiquement toujours correctement en la configuration renflée, sans nécessiter l'usage d'efforts démesurés, et sans qu'apparaissent des défauts rédhibitoires tels que des fissures. Le procédé défini ci-dessus peut incorporer une ou plusieurs autres caractéristiques avantageuses, isolément ou en combinaison, en particulier parmi celles définies ci-après.

Avantageusement, la masse métallique est faite d'acier C10C ayant une teneur en carbone de l'ordre de 0,1% en masse.

Avantageusement, ladite trempe a lieu avant ladite opération de filetage. Avantageusement, dans l'opération de filetage, on forme le filetage par fluage au niveau d'une portion superficielle du fût.

Avantageusement, la trempe comprend un chauffage de la pièce, puis un refroidissement de cette pièce dans de l'huile. Avantageusement, le procédé de fabrication d'un accessoire d'assemblage comprend un traitement de surface appliqué à une partie au moins de la pièce. Avantageusement, le traitement de surface est choisi parmi un dépôt électrolytique, une projection d'un revêtement anticorrosion, une immersion dans un bain de produit de revêtement anticorrosion, une mise en place d'un revêtement d'isolation électrique, une mise en place d'un revêtement de conduction électrique, une mise en place d'un revêtement d'aspect, une mise en place d'un revêtement de freinage d'un vissage dans le filetage et une mise en place d'un revêtement d'étanchéité.

L'invention a également pour objet un accessoire d'assemblage qui est du type précité et dont la pièce d'acier à basse teneur en carbone forgée à froid est une pièce trempée dans sa totalité. L'accessoire d'assemblage défini ci-dessus peut incorporer une ou plusieurs autres caractéristiques avantageuses, isolément ou en combinaison, en particulier parmi celles définies ci-après.

Avantageusement, la pièce d'acier à basse teneur en carbone forgée à froid est faite d'acier C10C ayant une teneur en carbone de l'ordre de 0,1% en masse.

Avantageusement, l'accessoire d'assemblage résulte de la mise en oeuvre d'un procédé tel que défini précédemment.

Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1 est une vue mixte, pour moitié en coupe axiale et pour moitié de côté, d'un accessoire d'assemblage conforme à l'invention, la figure 2 est une vue mixte analogue à la figure 1 et montre comment se trouve l'accessoire de la figure 1 après avoir été fixé par sertissage, dans un trou d'une plaque de support, la figure 3 est un schéma synoptique d'un procédé selon un premier mode de réalisation de l'invention, qui est plus précisément un procédé de fabrication de l'accessoire de la figure 1, la figure 4 est une vue latérale d'un lopin en acier destiné à être forgé à froid dans une première étape du procédé de la figure 3, la figure 5 est une vue mixte analogue à la figure 1 et représente une pièce semi-finie résultant du forgeage à froid du lopin de la figure 4, la figure 6 est un schéma synoptique d'un procédé de fabrication selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, et la figure 7 est une vue en coupe où un accessoire conforme à l'invention est fixé à une plaque de support et sert à l'ancrage d'une vis de fixation.

Description d'un mode préférentiel de l'invention Sur la figure 1, la référence 1 désigne un accessoire d'assemblage conforme à l'invention. Cet accessoire d'assemblage 1 est plus précisément un écrou à sertir pouvant être monté en aveugle. L'accessoire d'assemblage 1 comporte un fût creux 2 et une tête de retenue axiale 3, qui présente la forme d'un rebord extérieur équipant une extrémité de ce fût creux 2. Venus de matière l'un avec l'autre, le fût 2 et la tête 3 sont coaxiaux, en étant centrés sur le même axe X-X'. Un trou axial 4 pour le passage d'une tige s'étend à travers la tête 3 et dans le fût 2. Dans l'exemple représenté, il s'agit d'un trou débouchant. En alternative, le trou axial 4 peut être borgne.

Le fût 2 comporte deux tronçons décalés axialement l'un de l'autre, à savoir un tronçon taraudé d'association par vissage 5 pour l'ancrage d'une tige filetée et un tronçon pliable 6 qui est disposé entre ce tronçon taraudé 5 et la tête 3. Au niveau de son tronçon pliable 6, la paroi du fût 2 est moins épaisse qu'au niveau du tronçon d'association par vissage 5.

Le filetage que porte le tronçon d'association par vissage 5 est référencé 7. Ce filetage 7 est interne et constitue plus précisément un taraudage dans l'exemple représenté où l'accessoire d'assemblage 1 est un écrou à sertir.

Le tronçon pliable 6 est suffisamment malléable pour pouvoir se raccourcir selon un mouvement d'accordéon, en se pliant sur lui-même, lorsque le tronçon d'association par vissage 5 est tiré vers la tête 3. Lorsqu'il se plie, ce tronçon pliable 6 se déforme vers une configuration renflée de retenue axiale référencée 8 à la figure 2, qui illustre l'accessoire d'assemblage 1 après son sertissage sur un support 9 constitué par une plaque.

Sur la figure 2, la configuration renflée 8 est un bourrelet annulaire extérieur, qui est serti sur le support 9, vers la tête 3. Toutes deux en saillie à l'extérieur de l'accessoire d'assemblage 1, la configuration renflée 8 et la tête 3 serrent axialement entre elles le support 9.

Le procédé de fabrication de l'accessoire d'assemblage 1 comporte une succession d'étapes schématisées par des rectangles à la figure 3. L'une de ces étapes est un forgeage à froid 20, dans lequel une masse métallique à l'état de lopin référencé 21 à la figure 4 est conformée en une ébauche, c'est-à-dire en une pièce semi-finie. Ce lopin 21 est fait d'un acier à basse teneur en carbone, encore appelé acier bas taux de carbone. Un acier à basse teneur en carbone est un acier ayant une teneur en carbone qui est inférieure à 0,22 % en masse ou de l'ordre de 0,22 % en masse.

De préférence, le lopin 21 est fait d'acier qui a une teneur en carbone de l'ordre de 0,10 % en masse et qui peut notamment être de l'acier C10C selon la norme européenne EN 10027. La teneur en carbone de l'acier employé peut toutefois être différent de 0,1 % en masse. Par exemple, elle peut être supérieure à 0,1% en masse. En particulier, de l'acier C20C ayant une teneur en carbone de l'ordre de 0,20 % en masse peut également convenir. De manière connue en soi, le forgeage à froid peut, par exemple, comporter deux opérations successives qui sont un estampage et un filage succédant à cet estampage. La pièce semi-finie obtenue par le forgeage à froid 20 est représentée seule et référencée 22 à la figure 5. Elle est d'un seul tenant et possède la même conformation que l'accessoire d'assemblage 1 prêt à l'emploi, sauf en ce que le filetage 7 n'est pas encore présent. Les aciers destinés à être trempés possèdent des teneurs en carbone moyennes ou hautes. Les aciers à basse teneur en carbone en sont exclus. Soumettre une pièce en acier à basse teneur en carbone à une trempe est contraire à la pratique courante et va à l'encontre des connaissances généralement admises en métallurgie. Malgré cela, la pièce semi-finie 22 faite d'acier C10C à basse teneur en carbone est soumis à une trempe 23.

La trempe 23 possède une étape 24 appelée classiquement la mise en solution, dans laquelle on fait chauffer la pièce semi-finie 22 jusqu'à une température cible de l'ordre de 870°C. Lors de sa montée progressive, la température de la pièce semi-finie 22 franchit la valeur de 650 °C, à laquelle il se produit un recuit de cette pièce semi-finie 22 et une libération des contraintes générées par le forgeage à froid 20. Après la montée en température, la mise en solution 24 comporte un maintien de la pièce semi-finie 22 à une température sensiblement constante, qui est la température cible de l'ordre de 870°C.

Succédant à la mise en solution 24, un refroidissement accéléré 25 de la pièce semi-finie 22 fait partie de la trempe 23. De préférence, ce refroidissement accéléré 25 s'effectue par immersion de la pièce semi-finie 22 dans de l'huile, grâce à quoi il reste suffisamment lent pour qu'il n'y ait pas de choc thermique susceptible de générer des contraintes résiduelles néfastes d'un point de vue mécanique. On a trouvé que, malgré l'emploi d'un acier C10C à basse teneur en carbone, la trempe 23 améliore la capacité mécanique de l'accessoire d'assemblage 1 en termes de charge maximale applicable. En outre, l'emploi d'un acier C10C à basse teneur en carbone et la trempe 23 constituent une combinaison grâce à laquelle le tronçon pliable 7 reste suffisamment peu cassant et suffisamment malléable ou ductile pour pouvoir se plier toujours ou pratiquement toujours correctement en la configuration renflée 8, sans nécessiter l'usage d'efforts démesurés, et sans qu'apparaissent des défauts rédhibitoires tels que des fissures. La trempe 23 est suivie d'une opération de filetage 26, qui est une opération de taraudage dans l'exemple représenté. Avantageusement, l'opération de filetage 26 est un filetage par refoulement, encore appelé filetage par déformation, dans lequel on forme le filetage 7 en faisant fluer l'acier localement, au niveau d'une portion superficielle du fût 2, et dans lequel il se produit ainsi un écrouissage produisant un durcissement de la matière au niveau du filetage 7. Alternativement, le filetage 7 peut être ménagé par enlèvement de matière.

L'accessoire d'assemblage 1 obtenu au moyen du forgeage à froid 20, de la trempe 23 et de l'opération de filetage 26 est compatible avec un traitement de surface 27. Dans l'exemple représenté, l'accessoire d'assemblage 1 fait l'objet d'un tel traitement de surface 27, qui est toutefois optionnel. Ce traitement de surface 27 peut être un dépôt électrolytique ou une projection d'un revêtement anticorrosion, aussi bien qu'une immersion dans un bain de produit de revêtement anticorrosion. Le traitement de surface 27 peut doter l'accessoire d'assemblage 1 d'un revêtement d'isolation électrique, ou d'un revêtement de conduction électrique, ou bien encore d'un revêtement d'aspect. Le revêtement apporté par le traitement de surface 27 peut également être un revêtement d'étanchéité comme un revêtement de freinage d'un vissage dans le filetage 7. Un procédé de fabrication selon un deuxième mode de réalisation de l'invention est schématisé à la figure 6. Comme celui de la figure 3, le procédé schématisé à la figure 6 permet la fabrication d'un accessoire d'assemblage 1 conforme à l'invention et fait d'acier C10C à basse teneur en carbone. Le procédé de la figure 6 comporte les mêmes étapes que celui de la figure 3. Il se distingue du procédé de la figure 3 uniquement en ce que la trempe 23 succède à l'opération de filetage 26. Grâce à la trempe 23, la capacité mécanique d'un accessoire d'assemblage 1 obtenu au moyen du procédé de la figure 6 est améliorée en termes de charge maximale applicable. En outre, le tronçon pliable 7 d'un accessoire d'assemblage 1 obtenu toujours au moyen du procédé de la figure 6 est suffisamment malléable pour pouvoir former la configuration renflée 8, après avoir été comprimé axialement. A des fins de comparaison, des accessoires d'assemblage ayant des dimensions identiques ont été fabriqués à partir d'un même acier C10C, mais selon trois procédés différents, puis coupés selon un plan axial. Les sections mises au jour selon ce plan axial ont ensuite été préparées pour une mesure de dureté Vickers HV 1. Le premier procédé de la comparaison a vocation à servir de référence. Il s'agit du procédé mentionné en premier dans la partie introductive du présent texte, c'est-à-dire du procédé de l'art antérieur au moyen duquel sont fabriqués des écrous à sertir de classe 6 à 8. Les deux autres procédés de la comparaison sont le procédé de la figure 3 et celui de la figure 6. Sur chacun des accessoires d'assemblage de la comparaison, des mesures de dureté Vickers HV 1 selon la norme EN ISO 6507-1 ont été effectuées en plusieurs points de la section préparée à cet effet. Ces points sont les points référencés a, b, c, d, e, f, g, h, i et j à la figure 1. Les résultats obtenus sont regroupés dans le tableau suivant :30 Dureté Vickers HV 1 Tronçon taraudé d'association par vissage organe d'assemblage obtenu par : a un procédé de l'art antérieur forgeage - recuit - taraudage 148 150 131 le procédé de la figure 3, conforme à l'invention 204 229 216 le procédé de la figure 6, conforme à l'invention 162 158 174 d g 90 95 80 92 164 162 161 161 164 161 161 161 Tronçon pliable 6 h 114 94 91 171 168 169 170 175 167 Le tableau ci-dessus confirme que les accessoires d'assemblage 1 conformes à l'invention possèdent des résistances mécaniques supérieures, par rapport à un accessoire d'assemblage obtenu au moyen du procédé de 5 l'art antérieur comportant un recuit global. On notera également la plus grande résistance du filetage 7 résultant d'une mise en oeuvre du procédé de la figure 3, par rapport au filetage 7 résultant d'une mise en oeuvre du procédé de la figure 6.

Egalement, que l'accessoire d'assemblage 1 soit réalisé au moyen du procédé de la figure 3 ou de celui de la figure 6, on a constaté que sa tête 3 présente l'avantage de présenter une résistance améliorée au matage. A la figure 7, un accessoire d'assemblage 1 obtenu au moyen du procédé de la figure 3 possède un tronçon taraudé d'association par vissage 5 complémentaire d'une tige filetée de vis M10. Il participe à l'assemblage d'un équipement 30 à un support 9, au moyen d'une vis M10 référencée 31, dont la tige filetée est vissée dans le tronçon d'association par vissage 5. Des essais en traction axiale sur la tête de la vis 31 dans le sens de la flèche T, alors que les autres éléments représentés à la figure 7 étaient retenus dans le sens inverse, ont montré que le vissage de cette vis 31 dans le tronçon d'association par vissage 5 possède une tenue à l'arrachement supérieure à 60 300 N. D'autres essais ont consisté à appliquer un couple dans le sens de vissage V, à la tête de la vis 31 complètement vissée. Ils ont montré que le vissage de la vis 31 dans le tronçon d'association par vissage 5 possède une tenue au couple supérieure à 110 Nm.

L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits précédemment. En particulier, le filetage 7 peut être non pas un taraudage, mais un filetage externe ménagé sur une tige.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un accessoire d'assemblage (1) à sertir sur un support (9), cet accessoire d'assemblage (1) comprenant une tête (3) et un fût creux (2) qui est équipé de cette tête (3) et qui comporte un tronçon d'association par vissage (5) pourvu d'un filetage (7) et un tronçon (6) pliable en une configuration renflée de retenue axiale (8), le procédé comprenant : un forgeage à froid (20) par lequel on conforme une masse d'acier à basse teneur en carbone (21) en une pièce (22) qui est semi-finie et qui comprend la tête (3) et le fût creux (2) dépourvu du filetage (7), et - une opération de filetage (26) dans laquelle on forme ledit filetage (7), caractérisé en ce que, après le forgeage à froid (20), le procédé comprend une trempe (23) appliquée à toute la pièce (1 ; 22).
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse métallique (21) est faite d'acier C10C ayant une teneur en carbone de l'ordre de 0,1% en masse.
3. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite trempe (23) a lieu avant ladite opération de filetage (26).
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans l'opération de filetage (26), on forme le filetage (7) par fluage au niveau d'une portion superficielle du fût (2).30
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la trempe (23) comprend un chauffage (24) de la pièce (1 ; 22), puis un refroidissement (25) de cette pièce (1 ; 22) dans de l'huile.
6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un traitement de surface (27) appliqué à une partie au moins de la pièce (1 ; 22).
7. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le traitement de surface (27) est choisi parmi un dépôt électrolytique, une projection d'un revêtement anticorrosion, une immersion dans un bain de produit de revêtement anticorrosion, une mise en place d'un revêtement d'isolation électrique, une mise en place d'un revêtement de conduction électrique, une mise en place d'un revêtement d'aspect, une mise en place d'un revêtement de freinage d'un vissage dans le filetage et une mise en place d'un revêtement d'étanchéité.
8. 8. Accessoire d'assemblage à sertir sur un support (9), comprenant une tête (3) et un fût creux (2) qui appartiennent à une même pièce d'acier à basse teneur en carbone forgée à froid (1), la tête (3) équipant le fût creux (2) qui comporte un tronçon d'association par vissage (5) pourvu d'un filetage (7) et un tronçon (6) pliable en une configuration renflée de retenue axiale (8), caractérisé en ce que la pièce d'acier à basse teneur en carbone forgée à froid (1) est une pièce trempée dans sa totalité.
9. 9. Accessoire d'assemblage selon la revendication 8, caractérisé en ce que la pièce d'acier à basse teneur en carbone forgée à froid (1) est faite d'acier C10C ayant une teneur en carbone de l'ordre de 0,1% en masse.
10. 10. Accessoire d'assemblage selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'il résulte de la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.