FR3042831A1 - Rivet auto-perceur a haute resistance mecanique a l'arrachement et au cisaillement - Google Patents

Rivet auto-perceur a haute resistance mecanique a l'arrachement et au cisaillement Download PDF

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Abstract

Rivet (1) auto-perceur comprenant une collerette (2) d'appui et une extrémité de perçage (3), avec entre la collerette (2) et l'extrémité de perçage (3) un corps (4) tubulaire creux expansible radialement s'étendant axialement, le corps (4) comprenant une première partie (5) cylindrique adjacente à la collerette (2) et une seconde partie (6) cylindrique adjacente à l'extrémité de perçage (3), et une troisième partie (7) expansible entre les première et seconde parties (5, 6) cylindriques, le rivet (1) comprend en outre une tige (14) qui s'étend axialement dans le corps (4) creux. La tige (14) coopère avec le corps creux pour l'entrainer en rotation axiale et pour le déformer radialement au niveau de la troisième partie (7) expansible sous l'effet d'une traction axiale. La tige (14) comporte une zone sécable (21) disposée en affleurement avec la collerette (2) lorsque la troisième partie (7) du corps (4) est complètement expansée radialement.

Description

Domaine technique L'invention concerne un rivet auto-perceur comprenant une collerette d'appui et une extrémité de perçage, avec entre la collerette et l'extrémité de perçage un corps tubulaire creux expansible radialement s'étendant axialement, le corps tubulaire comprenant une première partie cylindrique adjacente à la collerette et une seconde partie cylindrique adjacente à l'extrémité de perçage, et une troisième partie expansible en forme de fût entre les première et seconde parties cylindriques, le rivet comprend en outre une tige qui s'étend axialement dans le corps creux.
Technique antérieure
Il est connu d'utiliser une cheville auto-foreuse à expansion pour assembler de manière simple deux éléments comme une pièce à un support.
Les documents FR2927382 et FR2992698 décrivent des chevilles auto-foreuses avec une tête sous forme de collerette, une extrémité de perçage et un corps de cheville entre la collerette et l'extrémité de perçage. Le corps de cheville comprend une partie taraudée apte à coopérer avec le filet d'une vis. Néanmoins, dans l'industrie automobile ces types de chevilles autoforeuses ne satisfont pas les constructeurs car elles présentent des résistances faibles au cisaillement et à l'arrachement, surtout en cas de choc.
Le document de brevet FR2868818 décrit une cheville auto-foreuse avec un corps de cheville qui comporte un fourreau interne de réception d'un outil d'entraînement en rotation du corps de cheville puis en traction par translation axiale du corps de cheville pour déformer radialement le corps de cheville. Néanmoins, après retrait de l'outil, un orifice de passage de l'outil est laissé vacant, ne permettant pas de renforcer de façon optimum la structure de la cheville auto-foreuse pour améliorer la résistance mécanique.
Le document US4293258 et US3935786 décrivent des rivets auto-perceurs avec un corps creux dans lequel s'étend axialement une tige d'entrainement du rivet en rotation. Néanmoins, après perçage, ces rivets présentent encore des faiblesses au niveau de leur résistance mécanique.
De plus, lorsqu'ils sont utilisés pour percer des éléments composites, ces chevilles ou rivets ne permettent pas de faire des trous « propres » car ils induisent souvent un arrachement de fibres et du délaminage lors du perçage, en plus d'un dégagement de poussière non maîtrisé.
Enfin, les constructeurs cherchent à accélérer la cadence pour l'assemblage de deux plaques, et plus particulièrement lorsque la fixation est faite avec un accès à un seul coté des plaques à assembler.
Exposé de l'invention
Le but de l'invention est de proposer un rivet présentant une meilleure résistance à l'arrachement et au cisaillement tout en étant compatible aux contraintes de l'industrie automobile.
Plus particulièrement, l'invention a pour objet un rivet auto-perceur comprenant une collerette d'appui et une extrémité de perçage, avec entre la collerette et l'extrémité de perçage un corps tubulaire creux expansible radialement qui s'étend axialement, le corps tubulaire comprenant une première partie cylindrique adjacente à la collerette et une seconde partie cylindrique adjacente à l'extrémité de perçage, et une troisième partie expansible en forme de fût entre les première et seconde parties cylindriques, le rivet comprend en outre une tige qui s'étend axialement dans le corps creux, caractérisé en ce que la tige coopère avec le corps creux pour 1'entraîner en rotation axiale et pour le déformer radialement au niveau de la troisième partie expansible sous l'effet d'une traction axiale, et en ce que la tige comporte une zone sécable disposée en affleurement avec la collerette lorsque la troisième partie du corps est complètement expansée radialement.
Le rivet auto-perceur selon l'invention peut encore présenter les particularités suivantes : la tige comprend à une extrémité une première partie qui s'étend dans la première partie du corps creux et qui se projette au-delà de la collerette à l'extérieur du corps ; - la tige comprend à l'autre extrémité une seconde partie agencée pour se loger en partie dans la seconde partie du corps de sorte à être bloquée axialement dans le corps ; - la tige comprend une troisième partie de tige entre les première et seconde parties de tige avec la zone sécable, la troisième partie de tige est agencée de sorte qu'une portion de la troisième partie de tige s'insère dans la première partie du corps quand la troisième partie du corps est complètement expansée radialement ; - la première partie du corps tubulaire a une surface intérieure pourvue de griffes pour bloquer en translation axiale la tige ; - la tige est fixée à la seconde partie du corps tubulaire par un système languette / encoche ; - la tige est fixée à la seconde partie du corps tubulaire par soudage ; - la troisième partie expansible du corps tubulaire comprend des fentes, des bandelettes intercalées entre les fentes et une zone annulaire d'affaiblissement dans un plan transversal médian ; les bandelettes ont une surface extérieure abrasive ; - l'extrémité de perçage se présente sous la forme d'une scie cloche ; -le rivet est en tôle roulée et soudée ; - le rivet est en tôle emboutie.
Avec le rivet auto-perceur selon l'invention, il est possible d'assembler rapidement et facilement deux plaques entre elles, ou une pièce à un support. Les plaques peuvent être aussi des tapis de sol automobile.
Avec cet agencement selon l'invention, on peut obtenir une fixation présentant une haute résistance à l'arrachement et au cisaillement supérieure à 750daN.
En effet, après perçage des éléments à assembler par la mise en rotation du rivet à travers un outil de vissage coopérant avec la tige insérée dans le corps creux et en saillie par rapport au corps de rivet, la collerette vient en appui contre l'élément supérieur à assembler. Une traction axiale sur l'outil entraîne alors l'expansion radiale du corps de rivet pour ancrer le rivet aux plaques. Quand le corps de rivet est complètement expansé radialement, la troisième partie de tige se retrouve bloquée en partie dans la première partie du corps adjacente à la collerette, réalisant alors un renfort remplissant entièrement le corps de rivet au niveau de la première partie du corps pour solidifier la structure du rivet expansé. De plus, après assemblage des plaques, la traction axiale exercée sur la tige entraîne la rupture de la tige pour une valeur de traction appropriée au niveau de la zone sécable de sorte que la tige cassée ne dépasse pas la collerette. L'assemblage de deux plaques, comprenant les étapes de perçage et d'ancrage du rivet de part et d'autre des deux plaques, peut être rapide et simplifié car il peut être réalisé en une seule opération avec un outil de vissage/traction adapté.
Le corps de rivet expansé avec une portion de tige restante dans le corps permet d'assurer l'étanchéité d'un coté à l'autre des plaques assemblées.
De plus, l'agencement de l'extrémité de perçage et du corps tubulaire creux avec la zone abrasive permet de réaliser des trous « propres » et de contenir le dégagement de poussière et les débris de perçage dans l'extrémité de perçage.
Présentation sommaire des dessins
La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit et des dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective du rivet autoperceur selon l'invention ; la figure 2 est une vue de dessus du rivet auto perceur selon l'invention ; la figure 3 est une vue de profil du rivet auto perceur selon l'invention ; la figure 4 est une vue en coupe axiale du rivet auto-perceur de la figure 3 selon l'invention ; la figure 5 est une vue en coupe axiale du rivet auto-perceur expansé radialement selon l'invention.
Description d'un mode de réalisation
Les figures 1 à 5 illustrent un rivet 1 selon l'invention, pour assembler deux plaques (P et P' représentées sur la figure 5) . A titre d'exemple non limitatif, les plaques peuvent être en fibre de verre.
Le rivet 1 comprend une collerette 2, venant en appui par exemple sur l'une des plaques à assembler, et une extrémité de perçage 3.
La collerette 2 s'étend dans un plan perpendiculaire à un axe AA du rivet 1. La collerette 2 peut présenter des crans (non représentés) venant mordre la surface d'appui pour bloquer sa rotation axiale. L'extrémité de perçage 3 est ici de type scie cloche circulaire avec une denture à deux étages. La scie cloche comporte un alésage interne avec les dents réparties circonférentiellement autour de l'alésage pour diminuer la poussière et l'arrachement de fibre lors du perçage.
Sans sortir du cadre de l'invention, l'extrémité de perçage pourrait être du type mèche de perceuse avec un revêtement diamanté (non représenté).
Entre la collerette 2 et l'extrémité de perçage 3, le rivet 1 présente un corps 4 tubulaire en forme de fût ou tonneau.
Le corps 4 comprend un alésage divisible en trois parties s'étendant selon l'axe AA : une première partie 5 cylindrique adjacente à la collerette 2, une seconde partie 6 cylindrique adjacente à l'extrémité de perçage 3, et une troisième partie 7 intermédiaire entre les deux parties 5, 6 cylindriques, qui est ici en forme de fût expansible radialement.
La troisième partie 7 intermédiaire comporte des fentes 8 d'ancrage longitudinal s'étendant parallèlement à l'axe AA entre deux œillets 9, 10 percés aux deux extrémités de la troisième partie 7 intermédiaire expansible.
Les fentes 8 dégagent entre elles des bandelettes inférieures 11 et supérieures 12 qui lors de l'expansion radiale du corps 4, vont se replier sur les unes sur les autres, extérieurement au corps 4 pour assurer l'expansion de la troisième partie 7 intermédiaire.
Pour encore faciliter cette expansion radiale, d'autres œillets intermédiaires 13 sont percés sur la zone médiane de la troisième partie 7 intermédiaire expansible, formant une zone annulaire d'affaiblissement dans un plan transversal médian.
Les bandelettes inférieures 11 présentent ici une surface extérieure abrasive permettant d'améliorer la qualité du perçage. Les bandelettes supérieures 12 peuvent aussi présenter une surface extérieure abrasive.
La surface intérieure de la première partie 5 du corps 4 adjacente à la collerette 2 présente ici des griffes 17 inclinées vers l'intérieur de l'alésage du corps 4.
La figure 2 montre une vue de dessus du rivet 1. La collerette 2 présente des découpes autour d'un orifice d'entrée de l'alésage du corps 4.
Selon l'invention, une tige 14, ici globalement cylindrique, dont la structure est visible sur la figure 4, s'insère dans l'alésage du corps 4 de rivet. Elle comprend trois parties s'étendant selon l'axe AA : une première partie 18 à une extrémité de la tige 14 destinée à s'insérer dans la première partie 5 du corps 4 et dont la longueur est adaptée de sorte qu'elle se projette aussi au-delà de la collerette 2 à l'extérieur du corps 4 de rivet ; une seconde partie 19 à l'autre extrémité de la tige 14 destinée à se loger en partie dans la seconde partie 6 du corps 2 de rivet ; et une troisième partie 20, entre les première et seconde parties 18, 19 de tige 14 qui vient se loger dans la troisième partie 7 du corps 4 de rivet.
La partie en saillie de la première partie 18 de la tige 14 par rapport au corps 4 de rivet va servir à entraîner le rivet 1 en rotation dans le sens classique de vissage, par action d'un outil avec cette partie s'étendant à l'extérieur du corps 4, mais aussi en traction axiale.
La seconde partie 19 de la tige 14 sert à solidariser en rotation axiale la tige 14 à la seconde partie 6 du corps 4 de rivet, ici illustré par un système de fixation du type languette 15/encoche 16. La solidarisation pourrait aussi se faire par soudure ou sertissage de la tige 14 au corps 4.
La troisième partie 20 de tige 14 présente ici une zone de rétrécissement radial correspondant à une zone sécable 21.
Ainsi, selon l'invention, la tige 14 comble entièrement l'alésage du corps 4 de rivet à partir de la seconde partie 6 du corps 4 en direction de la collerette 2. La tige 14 permet ainsi d'assurer une étanchéité d'un coté à l'autre des éléments à assembler.
La mise en place du rivet 1, ici dans les deux plaques P, P' pour les assembler entre elles, s'opère en entraînant le rivet 1 en rotation dans le sens classique de vissage, par action de l'outil de vissage/traction sur la première partie 18 de la tige 14 en saillie du corps 4, pour réaliser un trou dans les deux plaques P et P' de la figure 5.
Quand la collerette 2 vient en appui contre la plaque P supérieure à assembler, on opère avec l'outil une traction en translation axiale sur la tige 14 de sorte que la seconde partie 6 du corps 4 se rapproche de la collerette 2 ce qui provoque la déformation radiale de la troisième partie 7 expansible du corps 4 de rivet, les bandelettes inférieures 11 et supérieures 12 s'écartant obliquement de l'axe AA du rivet 1 en ouvrant les fentes d'ancrages 8, jusqu'à ce que les bandelettes 11 et 12 forment un bourrelet sous les plaques P, P' assemblées.
La troisième partie 7 étant complètement expansée, comme illustré sur la figure 5, une portion de la troisième partie 20 de tige 14 se trouve alors insérée dans la première partie 5 du corps 4 où elle se trouve bloquée axialement par les griffes 17 agencées sur la face interne de la première partie 5 du corps 4. Les griffes 17 inclinées s'enfoncent par arc-boutement dans la matière de la tige 14 en cas de retrait de la tige 14 de la première partie 5 du corps 4.
La zone sécable 21 sur la troisième partie 20 de tige 14 est agencée de sorte qu'après assemblage des éléments, la rupture de la tige 14 par traction exercée sur la tige 14 ne laisse pas la portion de la troisième partie 20 de tige 14 restante dans le corps 4 de rivet s'étendre au delà du corps 4 de rivet, et que la tige 14 cassée vienne en affleurement avec la collerette 2.
Selon l'invention, les bandelettes inférieures 11 abrasives de forme conique permettent un ponçage de l'intérieur du trou pour éliminer des fibres dépassantes et/ou des zones localement délaminées.
Selon l'invention, le rivet 1 avec la tige 14 peuvent être en tôle roulée et soudée, ou en tôle emboutie.
Le rivet 1 peut aussi être réalisé complètement par moulage de matière plastique ou par injection de matière plastique pour être fabriqué à faible coût et servir à assembler deux tapis de sol automobile, ou un tapis de sol à une plaque par exemple.
Sans être limitatif, le rivet 1 pourrait aussi servir à fixer des passages de câbles, servir à positionner des systèmes de fixation lourde ou légère, ou encore pour la fixation interne pour les voitures avec caisse métallique ou composite.
Il pourrait aussi être fabriqué par addition de matière dans une imprimante 3D si par exemple il s'agissait d'une fabrication en petites séries.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS
    1. Rivet (1) auto-perceur comprenant une collerette (2) d'appui et une extrémité de perçage (3), avec entre ladite collerette (2) et ladite extrémité de perçage (3) un corps (4) tubulaire creux expansible radialement s'étendant axialement, ledit corps (4) tubulaire comprenant une première partie (5) cylindrique adjacente à ladite collerette (2) et une seconde partie (6) cylindrique adjacente à ladite extrémité de perçage (3), et une troisième partie (7) expansible en forme de fût entre lesdites première et seconde parties (5, 6) cylindriques, ledit rivet (1) comprend en outre une tige (14) qui s'étend axialement dans ledit corps (4) creux, caractérisé en ce que ladite tige (14) coopère avec ledit corps creux pour 1'entraîner en rotation axiale et pour le déformer radialement au niveau de ladite troisième partie (7) expansible sous l'effet d'une traction axiale, et en ce que ladite tige (14) comporte une zone sécable (21) disposée en affleurement avec ladite collerette (2) lorsque ladite troisième partie (7) dudit corps (4) est complètement expansée radialement.
  2. 2. Rivet (1) auto-perceur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite tige (14) comprend à une extrémité une première partie (18) qui s'étend dans ladite première partie (5) du corps (4) creux et qui se projette au-delà de ladite collerette (2) à l'extérieur dudit corps (4) .
  3. 3. Rivet (1) auto-perceur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite tige (14) comprend à l'autre extrémité une seconde partie (19) agencée pour se loger en partie dans ladite seconde partie (6) dudit corps (4) de sorte à être bloquée axialement dans ledit corps (4).
  4. 4. Rivet (1) auto-perceur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite tige (14) comprend une troisième partie (20) de tige (14) entre lesdites première et seconde parties (18, 19) de tige avec ladite zone sécable (21) et ladite troisième partie (20) de tige (14) est agencée de sorte qu'une portion de ladite troisième partie (20) de tige (14) s'insère dans ladite première partie (5) dudit corps (4) quand ladite troisième partie (7) dudit corps (4) est complètement expansée radialement.
  5. 5. Rivet (1) auto-perceur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite première partie (5) dudit corps (4) tubulaire a une surface intérieure pourvue de griffes (17) pour bloquer en translation axiale ladite tige (14).
  6. 6. Rivet (1) auto-perceur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite tige (14) est fixée à ladite seconde partie (6) dudit corps (4) tubulaire par un système languette (15) / encoche (16).
  7. 7. Rivet (1) auto-perceur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite tige (14) est fixée à ladite seconde partie (6) dudit corps (4) tubulaire par soudage.
  8. 8. Rivet (1) auto-perceur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite troisième partie (7) expansible dudit corps (4) tubulaire comprend des fentes (8), des bandelettes (11, 12) intercalées entre lesdites fentes (8) et une zone annulaire d'affaiblissement dans un plan transversal médian.
  9. 9. Rivet (1) auto-perceur selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites bandelettes (11, 12) ont une surface extérieure abrasive.
  10. 10. Rivet (1) auto-perceur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite extrémité de perçage (3) dudit corps (4) se présente sous la forme d'une scie cloche.
  11. 11. Rivet (1) auto-perceur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est en tôle roulée et soudée.
  12. 12. Rivet (1) auto-perceur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est en tôle emboutie.
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