WO2014087108A1 - Écrou a bague auto-freinante et procédé de fabrication d'un tel écrou - Google Patents

Écrou a bague auto-freinante et procédé de fabrication d'un tel écrou Download PDF

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WO2014087108A1
WO2014087108A1 PCT/FR2013/052961 FR2013052961W WO2014087108A1 WO 2014087108 A1 WO2014087108 A1 WO 2014087108A1 FR 2013052961 W FR2013052961 W FR 2013052961W WO 2014087108 A1 WO2014087108 A1 WO 2014087108A1
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WO
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nut
recess
manufacturing
nominal diameter
flange
Prior art date
Application number
PCT/FR2013/052961
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English (en)
Inventor
Guy PAILHORIES
Original Assignee
Lisi Aerospace
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B39/00—Locking of screws, bolts or nuts
    • F16B39/22—Locking of screws, bolts or nuts in which the locking takes place during screwing down or tightening
    • F16B39/28—Locking of screws, bolts or nuts in which the locking takes place during screwing down or tightening by special members on, or shape of, the nut or bolt
    • F16B39/34—Locking by deformable inserts or like parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/64—Making machine elements nuts
    • B21K1/70—Making machine elements nuts of special shape, e.g. self-locking nuts, wing nuts
    • B21K1/707—Self-locking nuts

Definitions

  • the invention relates to self-braking nuts, of the type comprising a braking ring set in the nut and ensuring the captivity of the screw on which this type of nut is mounted.
  • the invention also relates to a method of manufacturing such nuts.
  • Such nuts and manufacturing processes are known from the prior art and are for example described in patents GB 662 298 or US 2,348,308.
  • These nuts comprise a body having on their outer surface a key-catch consisting of hexagonal faces. allowing their training by a key.
  • the body of the nut is drilled and threaded on part of the height of the bore.
  • a transverse face of the nut is intended to rest on a structure. At the opposite end to this face, the body is extended by a thin-walled flange which delimits a chamber.
  • a braking ring of deformable material is disposed in this recess, and the end of the collar is folded towards the axis of the nut so as to trap the brake ring.
  • An improved nut described in FR 2 142 201, comprises a body without a chimney, whose thick wall is chamfered externally, the chamfer being then partially flattened by a suitable tool for trapping the brake ring.
  • Titanium alloy Ti6AI-4V widely used for aeronautic fastener applications, meets these requirements but its low ductility does not fully reduce the cylindrical chimney of the known type on the brake ring. The material cracks during bending, rendering the nut unusable.
  • a T6A-4V nut made in the improved form described in the patent FR 2 142 201 is not interesting, because of the large volume of material disposed around the recess, which increases the mass of the nut.
  • the height of the finished nut is increased relative to a nut with a flap stack, since only a small portion of the chamfer is flattened.
  • the invention thus relates to a nut comprising a body having a bearing face intended to rest on a structure, an outer surface driving the nut by a tool.
  • the nut also includes a through bore along a longitudinal axis, said bore being threaded.
  • the nut also comprises an annular flange internally delimiting a recess of internal diameter greater than a nominal diameter of the nut.
  • Said flange comprises a first portion of constant thickness and a second portion of variable thickness, said second portion having a concave radially outer surface such that the thickness of said second portion decreases in a direction parallel to the longitudinal axis.
  • the concave radiated shape of the outer surface makes it possible to rapidly reduce the thickness of the flange of the nut over a small height.
  • the chambering is thus not weakened since it includes a sufficiently thick part to hold the required mechanical properties, as well as that a free end sufficiently thin to be folded on the brake ring without cracking.
  • the nut comprises one or more of the following features, taken separately or in combination:
  • the ratio between the radius of the concave outer surface and the nominal diameter of the nut is between 1, 5 and 0.75;
  • the ratio between the internal diameter of the recess and the nominal diameter of the nut is between 1, 10 and 1, 25;
  • the ratio between the recess height before the folding of the flange and the nominal diameter of the nut is between 0.2 and 0.3;
  • the body is made of titanium alloy or a low-ductile alloy and / or work hardened;
  • the chamber contains a brake ring of elastic plastic material.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a self-braking nut as described above, said method comprising the following steps:
  • the method of manufacturing a nut preferably comprises a or more of the following steps, taken alone or in combination:
  • the forming is carried out by hot or cold forging, -
  • the realization of the counterbore and the outer radius is achieved by hot forging, cold forging or machining,
  • the forming of the outer driving surface comprises the formation of twelve teeth.
  • the subject of the invention is also a method for manufacturing a fastening device from a nut as described above, said method comprising the following steps:
  • the folded portion of the end portion is crimped on the brake ring to block any movement of the latter.
  • crimping is performed in the form of at least one locking point on the end portion folded facing a vertex or a hollow of a tooth.
  • the invention also relates to a fixing device, which may be derived from a method as described above.
  • FIG. 1 is a sectional view of a semi-finished nut according to a mode of the invention, before folding of the collar,
  • FIG. 1A is a flange detail of FIG. 1,
  • FIG. 2 is a sectional view of a finished nut according to a mode of the invention, after folding of the collar,
  • FIG. 2A is a flange detail of FIG. 2,
  • FIG. 3 is a view from above showing the crimping face of a finished nut of FIG. 2, after folding of the collar
  • FIG. 4 is a view from above showing the crimping face of a finished nut according to another embodiment of the invention, after folding of the collar,
  • FIG. 5A is a torque measurement result for a finished nut manufactured according to the method of the invention.
  • Figure 5B is a zoom made on part of the curve of Figure 5A.
  • FIG. 1 shows a section of a hexagonal hexagonal nut T6A-4V in a semi-finished state, comprising a body 12 and a through bore 14 formed along a longitudinal axis 16. Drilling comprises a tapping 18 on part of the height of the nut, nominal diameter Dn. By “nominal diameter” is meant the diameter at the bottom of nets.
  • the body comprises a transverse bearing surface 20, intended to rest on a structure not shown, and a key socket 22 comprising in this example twelve teeth.
  • the body comprises an annular flange 24, which has a symmetry of revolution about the longitudinal axis 16. This flange internally delimits a recess 26 of inner diameter greater than the diameter of the tapping 18.
  • counterbore 26 is intended to receive a plastic brake ring, able to ensure the captivity of the nut by friction when the nut is screwed onto the thread of a screw.
  • the recess 26 has a cylindrical inner wall 28, of axis of revolution coaxial with the longitudinal axis 16, and a bottom 30, preferably perpendicular to the wall 28.
  • the collar 24 extends in a direction parallel to the 16 axis, from the bottom 30 of the recess to the free end 31 of the nut.
  • the flange 24 comprises a first annular portion G of constant thickness, said first portion being close to a bottom of the room.
  • the flange 24 comprises a second end annular portion H, said second portion being adjacent to the first portion G on the free end 31 side.
  • the second portion H is of variable thickness along the axis 16 and has a cylindrical inner wall and a radially concave outer wall of radius R. The value of the radius R is chosen so as to allow a rapid decrease in the thickness of the second annular end portion H, and therefore the flange, for a minimum distance, parallel to the axis 16.
  • the ratio between the radius R and the nominal diameter Dn of the nut is between 1, 5 for small diameter nuts and 0.75 for larger diameters. This ratio makes it possible to obtain at the nut end a flange thickness that is sufficiently fine to be able to be folded over the ring without cracking.
  • FIG 2 is a sectional view of a fastener such as a nut in the finished state, made from the semi-finished nut.
  • the nut 100 comprises a braking ring 32, preferably of elastic plastic material such as nylon or polyamide.
  • the brake ring is for example VESPEL® material manufactured by Dupont de Nemours.
  • the second portion H of the flange comprises a portion H1 disposed at the end of the flange 24. Said portion H1 is folded towards the inside of the nut so as to trap the brake ring.
  • Figure 2A is a detail of Figure 2, clearly showing this portion H1 folded. Locking points 34 are printed on the periphery folded part H1, so as to block any rotation of the brake ring 32.
  • the second portion H of the collar also comprises a portion
  • the outer surface of the flange is convex on the portion H1 folded and concave on the portion H2 not folded, said portion H2 being thicker than the portion H1 folded.
  • the semi-finished nut 10 has a ratio between the height of the second portion H flange 24 before folding and the nominal diameter Dn, said ratio being between 0.2 and 0.3.
  • This report guarantees that the flange will be folded on the brake ring without the folded portion H1 interferes with the screw that will be used with the nut.
  • the flange 24 has a non-folded portion H2.
  • the average thickness of H2 all around the ring is sufficient to eliminate any lateral deformation of the wall during a subsequent operation of folding the flange. Even after folding, this part H2 flange has a concave radially outer surface.
  • the nut 10 has a ratio between the inside diameter Of the recess and the nominal diameter Dn of the nut, said ratio being between 1, 10 and 1, 25.
  • This ratio makes it possible to obtain an outer diameter of the brake ring greater than the diameters of the braking rings of the prior art. The efficiency and braking performance of multiple cycles are thus significantly improved.
  • a nut 100 in the finished state having dimensions included in the ratios indicated above, will have a high key 22 without increasing the total height of the nut. The clamping capacity of such a nut is thus improved.
  • FIG. 3 shows a plan view of a nut of the finished type, of the twelve-tooth type, manufactured according to a method described hereinafter.
  • the nut 100 comprises a braking ring 32 disposed in the recess 26 of the semi-finished nut 10.
  • a portion H1 of the flange 24 is folded over the brake ring 32 and has locking points 34 opposite the top 36 of each tooth of the keyhole 22. These locking points ensure the anti-rotation of the ring braking.
  • the position of the locking points 34 in relation to the bottoms 38 of teeth, as illustrated in FIG. 4 representing a finished nut 200, is also conceivable.
  • This variant presents a risk of interference with the drive bushing greater than with the variant embodiment of locking points at the top of the teeth.
  • the figures show only bi-hexagonal nuts, the invention applies to any nut, and in particular to those having a hexagonal drive surface.
  • the method of manufacturing a nut according to one embodiment comprises the following steps: A metal billet is worked by forming, that is, by hot or cold forging, to form a body having an outer surface thereof. drive 22, for example to twelve teeth.
  • the material is not ductile, that is to say that the material tends to crack as soon as it is plastically deformed.
  • This type of material has a very small area of plastic deformation.
  • Several titanium alloys including the alloy T6A-4V as well as materials hardened and then aged directly such as alloy A286, Inconel® 718 fall into this category. These materials have indeed lost their original ductility due to the mechanical and thermal treatments they have undergone.
  • the body is fully drilled and tapped to a nominal diameter Dn at one end.
  • a recess 26 of inner diameter greater than the diameter of the thread is made by removal of material.
  • An annular flange 24 of constant thickness is thus produced.
  • a portion of the outer surface of the collar is shaped to have a concave radius R.
  • the thickness of the end portion H obtained thus decreases in a direction parallel to the longitudinal axis, towards the end 31 of the nut.
  • the cylindrical inner surface of the recess, and the radially concave outer surface delimit at this stage the finished collar 24.
  • the chambering and the racking can be made by forming or machining. These two steps can be performed one after the other or simultaneously.
  • a locking ring 32 is disposed in the recess 26, the portion H1 of the flange 24 is folded towards the inside of the nut 10 by means of a tool which bears on the outer concave radius R and winds the end of the flange 24 on itself and on the ring 32. Finally, a tool crimping press prints on the collapsed flange 12 locking points 34 at the top or hollow of teeth 36 in order to prevent any rotation of the brake ring.
  • the number of locking points printed on the folded flange portion may vary, depending on the desired result.
  • the locking points can be made in various forms: round, dash, V, etc.
  • the nuts are neither coated nor lubricated.
  • the test screws are titanium alloy T6A-4V and are coated with an aluminum layer by a vacuum vapor deposition (IVD) process.
  • IVD vacuum vapor deposition
  • a first series of tests to test the braking performance of the nuts was to tighten a screw-nut assembly on a metal spacer, fifteen times following the conditions of NASM25027. During each screwing and unscrewing, the self-braking torque is measured. The maximum screwing and minimum values in the unscrewing direction are reported.
  • Figure 5A shows the self-braking torque of the nut No. 1, that is to say the torque that opposes the rotation of the nut, obtained on the fifteen cycles.
  • One cycle includes screwing, clamping on the spacer, loosening and unscrewing. The results are perfectly stable and homogeneous.
  • Figure 5B the fifteen traces are visible and in particular that of the first screw which impregnates the male thread of the screw in the ring, resulting in a relatively high torque distinct from that of other cycles. The other traces are almost superimposed, which shows to the faith a homogeneity and a remarkable constancy of the self-braking.
  • an examination with the naked eye of the nuts shows that no extraction of the brake ring, no rotation, no cracking or even burr of the brake ring has occurred.
  • the measurement curves of the other five nuts are similar and are not produced here.
  • FIG. 5B is a detailed view of FIG. 5A just before the docking - corresponding to the upper traces between 0.9 Nm and 1.8 Nm - and just after loosening - corresponding to the lower traces between - 1.2 Nm and -2 Nm
  • the LV deviations before the angle of 2200 ° in negative torque correspond for each cycle to the "Breakaway Torque" zone, defined normatively as the "start to unscrew after unblocking the assembly”.
  • the rotation is stopped and reversed to loosen the assembly - the couples then go negative - until there is no contact between the base of the nut and the spacer. The unscrewing is continued a half turn and then stopped.
  • the nuts manufactured according to the manufacturing method described in the present invention therefore have a braking ring perfectly maintained and reusable at least fifteen times, which is particularly advantageous compared to screw-nut systems of titanium alloys self-braking by deformation, known not to accept more than three to five installation cycles before having to be replaced.
  • These nuts show an axial mechanical strength comparable to that of steel nuts - with equivalent nominal diameter - and a lighter mass provided in the examples by the use of the titanium alloy.

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Abstract

L'invention porte sur un écrou à bague de freinage, par exemple en alliage de titane, et sur le procédé de fabrication d'un tel écrou. L'écrou comprend un corps présentant une face d'appui destinée à reposer sur une structure, une surface extérieure d'entraînement de l'écrou par un outil, un perçage traversant comprenant un taraudage sur une partie de la hauteur du perçage et un chambrage de diamètre intérieur supérieur au diamètre du taraudage. Une bague de freinage (32) est disposée à l'intérieur du chambrage, une face de sertissage (H1 ) opposée à la face d'appui est rabattue vers l'axe de révolution de l'écrou de manière à emprisonner la bague de freinage. Le corps de l'écrou comporte autour d'une partie du chambrage une collerette présentant une surface extérieure rayonnée concave (H2) permettant l'opération de rabattement de la collerette sans fissuration du matériau constituant l'écrou.

Description

ECROU A BAGUE AUTO-FREINANTE
ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL ECROU
L'invention concerne les écrous auto-freinants, du type comportant une bague de freinage sertie dans l'écrou et assurant l'imperdabilité de la vis sur laquelle ce type d'écrou est monté. L'invention concerne également un procédé de fabrication de tels écrous.
De tels écrous et procédés de fabrication sont connus de l'art antérieur et sont par exemple décrits dans les brevets GB 662 298 ou US 2 348 308. Ces écrous comportent un corps présentant sur leur surface extérieure une prise de clé consistant en des faces hexagonales permettant leur entraînement par une clé. Le corps de l'écrou est percé et fileté sur une partie de la hauteur du perçage. Une face transversale de l'écrou est destinée à reposer sur une structure. A l'extrémité opposée à cette face, le corps est prolongé par une collerette à paroi mince qui délimite un chambrage. Une bague de freinage en matière déformable est disposée dans ce chambrage, puis l'extrémité de la collerette est rabattue vers l'axe de l'écrou de manière à emprisonner la bague de freinage.
De telles cheminées présentent l'inconvénient de se comprimer lors du sertissage en augmentant de diamètre. Il se crée alors un vide entre le diamètre extérieur de la bague et le diamètre intérieur du chambrage, ce qui ne permet pas d'assurer que l'axe de la bague de freinage est correctement aligné avec l'axe de l'écrou. De plus, l'extrémité de la cheminée peut présenter de nombreux défauts géométriques et visuels une fois rabattue. Un écrou amélioré, décrit dans le brevet FR 2 142 201 , comporte un corps sans cheminée, dont la paroi épaisse est chanfreinée extérieurement, le chanfrein étant ensuite partiellement aplani par un outil approprié pour emprisonner la bague de freinage.
Lorsqu'un écrou à bague de freinage est destiné à un usage aéronautique, la résistance mécanique et la légèreté de l'écrou sont des caractéristiques essentielles, qui pilotent le choix du matériau dans lequel l'écrou sera réalisé. L'alliage de titane TÎ6AI-4V, largement utilisé pour des applications de visserie aéronautique, permet de répondre à ces exigences mais sa faible ductilité ne permet pas de rabattre totalement la cheminée cylindrique du type connu sur la bague de freinage. La matière se fissure lors du pliage, rendant l'écrou inutilisable. Un écrou en TÎ6AI-4V réalisé sous la forme améliorée décrite dans le brevet FR 2 142 201 n'est pas intéressant, du fait du volume important de matière disposé autour du chambrage, ce qui alourdit la masse de l'écrou. De plus, pour une même hauteur de prise de clé, la hauteur de l'écrou fini est augmentée par rapport à un écrou avec une cheminée rabattable, du fait que seule une petite portion du chanfrein est aplanie.
Un but de l'invention est donc de remédier aux inconvénients précités et notamment de fournir un écrou léger, présentant de bonnes performances mécaniques et évitant la création de défaut lors de sa fabrication. Un autre objet de l'invention est de fournir un procédé de fabrication d'un tel écrou.
L'invention a ainsi pour objet un écrou comprenant un corps présentant une face d'appui destinée à reposer sur une structure, une surface extérieure d'entraînement de l'écrou par un outil. L'écrou comprend également un perçage traversant selon un axe longitudinal, ledit perçage étant taraudé. L'écrou comprend également une collerette annulaire délimitant intérieurement un chambrage de diamètre intérieur supérieur à un diamètre nominal de l'écrou. Ladite collerette comprend une première portion d'épaisseur constante et une deuxième portion d'épaisseur variable, ladite deuxième portion présentant une surface extérieure rayonnée concave telle que l'épaisseur de ladite deuxième portion décroît dans une direction parallèle à l'axe longitudinal.
La forme rayonnée concave de la surface extérieure permet de diminuer rapidement l'épaisseur de la collerette de l'écrou sur une faible hauteur. Le chambrage n'est donc pas fragilisé puisqu'il comporte une partie suffisamment épaisse pour tenir les propriétés mécaniques requises, ainsi qu'une extrémité libre suffisamment fine pour être pliée sur la bague de freinage sans se fissurer.
Suivant des modes particuliers de l'invention, l'écrou comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou en combinaison :
- le rapport entre le rayon de la surface extérieure concave et le diamètre nominal de l'écrou est compris entre 1 ,5 et 0,75 ;
- le rapport entre le diamètre intérieur du chambrage et le diamètre nominal de l'écrou est compris entre 1 ,10 et 1 ,25 ;
- le rapport entre la hauteur de chambrage avant le rabattement de la collerette et le diamètre nominal de l'écrou est compris entre 0,2 et 0,3 ;
- le corps est en alliage de titane ou en un alliage peu ductile et/ou écroui ;
- le chambrage contient une bague de freinage en matière plastique élastique.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un écrou auto-freinant tel que décrit ci-dessus, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- formage sur un lopin d'une surface extérieure d'entraînement,
perçage selon un axe longitudinal et taraudage à un diamètre nominal,
formation d'un chambrage à une extrémité du perçage, d'un diamètre intérieur supérieur au diamètre nominal de manière à obtenir une collerette annulaire d'épaisseur constante,
formation d'un rayon concave sur une portion d'extrémité de la surface extérieure de la collerette de sorte que l'épaisseur de ladite portion décroît dans une direction parallèle à l'axe longitudinal, Le procédé de fabrication d'un écrou comporte préférentiellement une ou plusieurs des étapes suivantes, prises isolément ou en combinaison :
- le formage est réalisé par forgeage chaud ou à froid, - la réalisation du chambrage et du rayon extérieur est réalisé par forgeage chaud, forgeage à froid ou par usinage,
- le formage de la surface extérieure d'entraînement comprend la formation de douze dents.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif de fixation à partir d'un écrou tel que décrit ci-dessus, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- disposition d'une bague de freinage en matière plastique élastique dans le chambrage ;
- rabattement d'une partie de la portion d'extrémité rayonnée de la collerette vers l'intérieur de l'écrou.
Préférentiellement, la partie rabattue de la portion d'extrémité est sertie sur la bague de freinage afin de bloquer tout mouvement de cette dernière.
Préférentiellement, le sertissage est réalisé sous la forme d'au moins un point de blocage sur la portion d'extrémité rabattue en regard d'un sommet ou d'un creux d'une dent.
L'invention a également pour objet un dispositif de fixation, susceptible d'être issu d'un procédé tel que décrit ci-dessus.
L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui suit, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe d'un écrou semi-fini selon un mode de l'invention, avant pliage de la collerette,
- la figure 1 A est un détail de collerette de la figure 1 ,
- la figure 2 est une vue en coupe d'un écrou fini selon un mode de l'invention, après pliage de la collerette,
- la figure 2A est un détail de collerette de la figure 2,
- la figure 3 est une vue de dessus montrant la face de sertissage d'un écrou fini de la figure 2, après pliage de la collerette, - la figure 4 est une vue de dessus montrant la face de sertissage d'un écrou fini selon un autre mode de l'invention, après pliage de la collerette,
- la figure 5A est un résultat de mesure de couple pour un écrou fini fabriqué selon le procédé de l'invention,
- la figure 5B est un zoom réalisé sur une partie de la courbe de la figure 5A.
Dans les figures annexées, les mêmes éléments sont référencés avec les mêmes numéros. On a représenté sur la figure 1 une coupe d'un écrou 10 bi-hexagonal en alliage de titane TÎ6AI-4V, dans un état semi-fini, comprenant un corps 12 et un perçage traversant 14 réalisé selon un axe longitudinal 16. Le perçage comprend un taraudage 18 sur une partie de la hauteur de l'écrou, de diamètre nominal Dn. Par « diamètre nominal », on entend le diamètre à fond de filets.
A une première extrémité, le corps comprend une face transversale d'appui 20, destinée à reposer sur une structure non représentée, ainsi qu'une prise de clé 22 comprenant dans cet exemple douze dents. A une seconde extrémité opposée à la première, le corps comprend une collerette 24 annulaire, qui possède une symétrie de révolution autour de l'axe longitudinal 16. Cette collerette délimite intérieurement un chambrage 26 de diamètre intérieur De supérieur au diamètre du taraudage 18. Le chambrage 26 est destiné à recevoir une bague de freinage en matière plastique, apte à assurer l'imperdabilité de l'écrou par friction lorsque l'écrou est vissé sur le filetage d'une vis. Le chambrage 26 présente une paroi interne cylindrique 28, d'axe de révolution coaxial à l'axe longitudinal 16, et un fond 30, de préférence perpendiculaire à la paroi 28. La collerette 24 s'étend, dans une direction parallèle à l'axe 16, depuis le fond 30 du chambrage jusqu'à l'extrémité libre 31 de l'écrou.
Comme cela est visible sur la figure 1 et plus particulièrement sur le détail de la figure 1 A, la collerette 24 comprend une première portion G annulaire d'épaisseur constante, ladite première portion étant proche d'un fond du chambrage. La collerette 24 comprend une deuxième portion annulaire H d'extrémité, ladite deuxième portion étant adjacente à la première portion G du côté de l'extrémité libre 31 . La deuxième portion H est d'épaisseur variable selon l'axe 16 et présente une paroi intérieure cylindrique et une paroi extérieure concave rayonnée de rayon R. La valeur du rayon R est choisie de manière à permettre une décroissance rapide de l'épaisseur de la deuxième portion H annulaire d'extrémité, et donc de la collerette, sur une distance minimale, parallèle à l'axe 16. De préférence, le rapport entre le rayon R et le diamètre nominal Dn de l'écrou est compris entre 1 ,5 pour les écrous de petit diamètre et 0,75 pour les plus gros diamètres. Ce rapport permet d'obtenir en extrémité d'écrou une épaisseur de collerette suffisamment fine pour pouvoir être rabattue sur la bague sans se fissurer.
La figure 2 est une vue en coupe d'un dispositif de fixation tel qu'un écrou 100 à l'état fini, fabriqué à partir de l'écrou 10 semi-fini. L'écrou 100 comporte une bague de freinage 32, préférentiellement en matière plastique élastique comme du nylon ou du polyamide. La bague de freinage est par exemple en matière VESPEL® fabriquée par Dupont de Nemours. La deuxième portion H de la collerette comprend une partie H1 , disposée à l'extrémité de la collerette 24. Ladite partie H1 est rabattue vers l'intérieur de l'écrou de manière à emprisonner la bague de freinage. La figure 2A est un détail de la figure 2, montrant clairement cette partie H1 rabattue. Des points de blocage 34 sont imprimés sur le pourtour rabattu de la partie H1 , de manière à bloquer toute rotation de la bague de freinage 32.
La deuxième portion H de la collerette comprend également une partie
H2, non rabattue. La surface extérieure de la collerette est convexe sur la partie H1 rabattue et concave sur la partie H2 non rabattue, ladite partie H2 étant plus épaisse que la partie H1 rabattue.
De préférence, l'écrou 10 semi-fini présente un rapport entre la hauteur de la deuxième portion H de collerette 24 avant pliage et le diamètre nominal Dn, ledit rapport étant compris entre 0,2 et 0,3. Ce rapport garantit que la collerette sera rabattue sur la bague de freinage sans que la partie rabattue H1 n'interfère avec la vis qui sera utilisée avec l'écrou. De plus, comme cela est visible sur les figures 2 et 2A, la collerette 24 possède une partie non rabattue H2. L'épaisseur moyenne de H2 tout autour de la bague est suffisante pour supprimer toute déformation latérale de la paroi lors d'une opération ultérieure de pliage de la collerette. Même après pliage, cette partie H2 de collerette présente une surface extérieure rayonnée concave.
De préférence, l'écrou 10 présente un rapport entre le diamètre intérieur De du chambrage et le diamètre nominal Dn de l'écrou, ledit rapport étant compris entre 1 ,10 et 1 ,25. Ce rapport permet d'obtenir un diamètre extérieur de bague de freinage supérieur aux diamètres des bagues de freinage de l'art antérieur. L'efficacité et la tenue du freinage aux cycles multiples sont ainsi nettement améliorées.
Un écrou 100 à l'état fini, présentant des dimensions comprises dans les rapports indiqués ci-dessus, aura une prise de clé 22 haute sans augmentation de la hauteur totale de l'écrou. La capacité de serrage d'un tel écrou est donc améliorée.
La figure 3 montre une vue de dessus d'un écrou 100 à l'état fini, de type douze dents, fabriqué selon un procédé décrit ci-après. L'écrou 100 comporte une bague de freinage 32 disposée dans le chambrage 26 de l'écrou 10 semi-fini. Une partie H1 de la collerette 24 est rabattue sur la bague de freinage 32 et comporte des points de blocage 34 en regard du sommet 36 de chaque dent de la prise de clé 22. Ces points de blocage assurent l'anti-rotation de la bague de freinage. La position des points de blocage 34 en vis-à-vis des fonds 38 de dents, comme illustré par la figure 4 représentant un écrou fini 200, est également envisageable. Cette variante présente toutefois un risque d'interférence avec la douille d'entraînement plus important qu'avec la variante de réalisation de points de blocage en sommet de dents. Bien que les figures ne montrent que des écrous bi-hexagonaux, l'invention s'applique à tout écrou, et notamment à ceux comportant une surface d'entraînement hexagonale.
Le procédé de fabrication d'un écrou selon un mode de réalisation comprend les étapes suivantes : Un lopin métallique est travaillé par formage, c'est-à-dire par forgeage à chaud ou à froid, pour conformer un corps présentant une surface extérieure d'entraînement 22, par exemple à douze dents.
Préférentiellement, le matériau est peu ductile, c'est-à-dire que le matériau a tendance à se fissurer dès qu'il est déformé plastiquement. Ce type de matériau présente une très petite zone de déformation plastique. Plusieurs alliages de titane dont l'alliage TÎ6AI-4V ainsi que les matériaux écrouis puis vieillis directement tels que l'alliage A286, l'Inconel® 718 entrent dans cette catégorie. Ces matériaux ont en effet perdu leur ductilité originelle suite aux traitements mécaniques et thermiques qu'ils ont subis.
Le corps est entièrement percé puis taraudé à un diamètre nominal Dn à une extrémité. A l'extrémité opposée de l'écrou, un chambrage 26 de diamètre intérieur De supérieur au diamètre du taraudage est réalisé par enlèvement de matière. Une collerette 24 annulaire d'épaisseur constante est ainsi réalisée. Une partie de la surface extérieure de la collerette, est conformée de manière à présenter un rayon R concave. L'épaisseur de la portion H d'extrémité obtenue décroît ainsi dans une direction parallèle à l'axe longitudinal, vers l'extrémité 31 de l'écrou. La surface intérieure cylindrique du chambrage, et la surface extérieure concave rayonnée délimitent à ce stade la collerette 24 finie. Le chambrage et le rayonnage peuvent être réalisés par formage ou par usinage. Ces deux étapes peuvent être réalisées l'une après l'autre ou simultanément.
Une bague de freinage 32 est disposée dans le chambrage 26, la partie H1 de la collerette 24 est rabattue vers l'intérieur de l'écrou 10 au moyen d'un outil qui s'appuie sur le rayon R concave extérieur et enroule l'extrémité de la collerette 24 sur elle-même et sur la bague 32. Enfin, un outil de sertissage imprime sur la collerette rabattue douze points de blocage 34 en sommet ou en creux de dents 36 afin d'empêcher toute rotation de la bague de freinage. Le nombre de points de blocage imprimés sur la portion de collerette rabattue peut varier, en fonction du résultat recherché. Les points de blocage peuvent être réalisés sous diverses formes : rond, tiret, V, etc ..
L'homme du métier comprendra que toutes les étapes de fabrication de l'écrou ne sont pas décrites ici, telles que les étapes de traitement thermique ou de finition, bien connues par ailleurs et non nécessaires à la compréhension de la présente invention.
Des essais ont été réalisés sur une série d'écrous de taille 1 /4" (6,35 mm) comprenant cinq filets, série fabriquée selon la méthode précédemment décrite, et présentant les dimensions indiquées dans le tableau 1 :
Figure imgf000011_0001
Tableau 1
Les écrous ne sont ni revêtus, ni lubrifiés. Les vis d'essai sont en alliage de titane TÎ6AI-4V et sont revêtues d'une couche d'aluminium par un procédé de dépôt sous vide en phase vapeur (IVD). Une première série d'essais pour tester la performance de freinage des écrous a consisté à serrer un ensemble vis-écrou sur une entretoise métallique, quinze fois consécutives suivant les conditions de la norme NASM25027. Pendant chacun des vissages et dévissages, le couple auto-freinant est mesuré. Les valeurs maximales au vissage et minimales dans le sens du dévissage sont reportées.
La figure 5A montre le couple auto-freinant de l'écrou n °1 , c'est-à-dire le couple qui s'oppose à la rotation de l'écrou, obtenu sur les quinze cycles. Un cycle comprend le vissage, le serrage sur l'entretoise, le desserrage et le dévissage. Les résultats sont parfaitement stables et homogènes. Sur la figure 5B, les quinze traces sont visibles et notamment celle du premier vissage qui imprègne le filet mâle de la vis dans la bague, avec pour résultat un couple relativement élevé distinct de celui des autres cycles. Les autres traces sont quasi superposées, ce qui montre à la foi une homogénéité et une constance remarquable de l'auto-freinage. Après les quinze cycles, un examen à l'œil nu des écrous permet de constater qu'aucune extraction de la bague de freinage, aucune rotation, aucune fissuration ni même aucune bavure de la bague de freinage ne s'est produit. Les courbes de mesure des cinq autres écrous sont similaires et ne sont pas produites ici.
La figure 5B est une vue de détail de la figure 5A juste avant l'accostage - correspondant aux traces supérieures entre 0,9 N.m et 1 ,8 N.m - et juste après le desserrage - correspondant aux traces inférieures entre - 1 ,2 N.m et -2 N.m. Les déviations BT avant l'angle de 2200° en couple négatif correspondent pour chaque cycle à la zone du "Breakaway Torque", défini normativement comme étant le "démarrage au dévissage après avoir débloqué l'assemblage". Autrement dit, après avoir serré l'écrou sur l'entretoise, la rotation est arrêtée puis inversée pour desserrer l'assemblage - les couples passent alors en négatif - jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de contact entre l'embase de l'écrou et l'entretoise. Le dévissage est continué d'un demi-tour puis stoppé. Le couple est de nouveau nul. Le dévissage est repris et le « Breakaway Torque » est alors mesuré et enregistré. Ensuite le dévissage continu jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de couple de freinage, et le cycle de mesure suivant débute. Dans les deux sens positif et négatif de l'enregistrement du couple, les traces sont concentrées vers les valeurs les plus faibles, entre +0,9 N.m et +1 ,1 N.m en positif et entre -1 ,2 N.m et -1 ,4 N.m en négatif. Seules trois traces sur quinze sont supérieures à +1 ,5 N.m, et quatre traces sur quinze sont inférieures à -1 ,5 N.m. Les traces les plus fortes et les plus faibles sont celles des premiers cycles. Cela montre que l'effet de freinage se réduit mais devient de plus en plus stable comme l'indique la concentration des courbes au fur et à mesure que le nombre de cycles croît. Il devient même asymptotique au-delà d'une douzaine de cycles. Puisqu'il n'y a quasiment plus d'évolution du couple freinant, on pourrait théoriquement en conclure que l'écrou est réutilisable indéfiniment. En réalité, l'écrou peut supporter un grand nombre d'installations et ne présente de fait aucun risque de grippage même sur un assemblage écrou Titane sur vis Titane.
Une seconde série d'essais pour tester la résistance à la rupture des écrous et vérifier leur mode de rupture a consisté à soumettre l'écrou assemblé sur une vis à un essai de traction statique du type décrit par la norme NASM1312-8. La charge ultime admissible par l'assemblage ainsi que le mode de rupture est observé et reporté Les résultats relevés sur la même série d'écrous sont indiqués dans le tableau 2 ci-dessous :
Figure imgf000013_0001
Tableau 2
Avec une résistance équivalente supérieure à 1500 MPa, les écrous testés supportent largement la charge à rupture d'une vis en TÎ6AI-4V de résistance 1 100 MPa, alors même que les écrous testés ont un nombre réduit de filets.
Les écrous fabriqués selon le procédé de fabrication décrit dans la présente invention possèdent donc une bague de freinage parfaitement maintenue et réutilisable au moins quinze fois, ce qui est particulièrement avantageux par rapport aux systèmes vis-écrous en alliages de titane auto- freinés par déformation, connus pour ne pas accepter plus de trois à cinq cycles d'installation avant de devoir être remplacés. Ces écrous montrent une tenue mécanique axiale comparable à celle d'écrous en acier - à diamètre nominal équivalent - et une masse allégée apportée dans les exemples par l'utilisation de l'alliage de titane.

Claims

REVENDICATIONS
Ecrou (10) comprenant un corps (12) présentant une face d'appui (20) destinée à reposer sur une structure, une surface extérieure (22) d'entraînement de l'écrou par un outil, un perçage traversant selon un axe longitudinal (16) comprenant un taraudage (18) et une collerette annulaire délimitant intérieurement un chambrage (26) de diamètre intérieur (De) supérieur à un diamètre nominal (Dn) de l'écrou, ladite collerette comprenant une première portion (G) d'épaisseur constante et une deuxième portion (H) d'épaisseur variable, ladite deuxième portion présentant une surface extérieure rayonnée (R) concave telle que l'épaisseur de ladite deuxième portion décroît dans une direction parallèle à l'axe longitudinal.
Ecrou (10) selon la revendication 1 , tel qu'un rapport entre le rayon (R) de la surface extérieure concave et le diamètre nominal (Dn) de l'écrou est compris entre 1 ,5 et 0,75.
Ecrou (10) selon la revendication 1 ou la revendication 2, tel qu'un rapport entre le diamètre intérieur (De) du chambrage et le diamètre nominal (Dn) de l'écrou est compris entre 1 ,10 et 1 ,25.
Ecrou (10) selon l'une des revendications précédentes, tel qu'un rapport entre la hauteur de la deuxième portion (H) d'extrémité et le diamètre nominal (Dn) de l'écrou est compris entre 0,2 et 0,3.
5. Ecrou (10) selon l'une des revendications précédentes, tel que le corps (12) est en alliage de titane ou en un alliage peu ductile et/ou écroui. Ecrou (10) selon l'une des revendications précédentes, tel que le chambrage (26) contient une bague de freinage en matière plastique élastique.
Procédé de fabrication d'un écrou (10) auto-freinant selon l'une des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes :
- formage sur un lopin d'une surface extérieure d'entraînement (22),
- perçage selon un axe longitudinal (16) et taraudage à un diamètre nominal (Dn),
- formation d'un chambrage (26) à une extrémité du perçage, d'un diamètre intérieur (De) supérieur au diamètre nominal (Dn) de manière à obtenir une collerette (24) annulaire d'épaisseur constante,
- formation d'un rayon concave (R) sur une portion d'extrémité (H) de la surface extérieure de la collerette (24) de sorte que l'épaisseur de ladite portion décroît dans une direction parallèle à l'axe longitudinal.
Procédé de fabrication selon la revendication 7, tel que le formage est réalisé par forgeage chaud ou à froid.
Procédé de fabrication selon la revendication 7 ou la revendication 8, tel que la réalisation du chambrage et du rayon extérieur est réalisé par forgeage chaud, forgeage à froid ou par usinage.
10. Procédé de fabrication selon la revendication 7 ou la revendication 8, dans lequel le formage de la surface extérieure d'entraînement (22) comprend la formation de douze dents. Procédé de fabrication d'un dispositif (100, 200) de fixation à partir d'un écrou (10) selon l'une des revendications 1 à 5, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- disposition d'une bague de freinage (32) en matière plastique élastique dans le chambrage (26) ;
- rabattement d'une partie (H1 ) de la portion d'extrémité (H) rayonnée de la collerette vers l'intérieur de l'écrou.
Procédé de fabrication selon la revendication 1 1 , tel que la partie (H1 ) rabattue de la portion d'extrémité est sertie sur la bague de freinage afin de bloquer tout mouvement de cette dernière.
Procédé de fabrication selon la revendication 12, dans lequel le sertissage est réalisé sous la forme d'au moins un point de blocage (34) sur la portion d'extrémité rabattue en regard d'un sommet (36) ou d'un creux (38) d'une dent.
14. Dispositif (100, 200) de fixation, susceptible d'être issu d'un procédé selon l'une des revendications 1 1 à 13.
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