Procédé et dispositif de rivetage

Description

[0001] La présente invention a pour objet un procédé de pose de rivets et un dispositif de mise en oeuvre dudit procédé, destinés en particulier, mais non exclusivement, aux rivets sans tête (voir par exemple US-A-4 048 708 et FR-A-1 580 439 qui correspondent aux préambules des revendications 1 et 2 respectivement).

[0002] Le rivetage est une technique d'assemblage utilisée depuis très longtemps. Il consiste à introduire dans un orifice commun à deux pièces, un rivet comprenant une tête et une tige, puis à appliquer sur l'extrémité de la tige opposée à la tête, une pression provoquant la déformation de cette extrémité pour former une seconde tête. Les deux pièces assemblées sont ainsi emprisonnées entre les deux têtes. Mais on s'est aperçu que la liaison ainsi obtenue était confortée si le volume total de l'orifice commun aux deux pièces était rempli par la matière constituant le rivet.

[0003] Il a donc été proposé depuis longtemps d'utiliser des rivets sans tête, c'est-à-dire se présentant sous la forme d'une tige cylindrique, et de former dans un premier temps la tête d'un côté du rivet, en maintenant celui-ci et la pièce sur un support formant enclume, puis cette opération étant effectuée, de former la seconde tête en appliquant une pression sur le côté opposé du rivet, la première tête étant maintenue par une enclume donnant la force de réaction nécessaire.

[0004] Malheureusement, ces différentes pressions provoquent le plus souvent un déplacement des pièces à assembler, et la fixation obtenue n'est pas de bonne qualité.

[0005] US-A 4101 064 décrit un appareil de rivetage pour des rivets sans tête. L'ébauche du rivet est introduite dans l'orifice par la bouterolle supérieure en étant maintenue en position par un anneau élastique. Mais la bouterolle inférieure reste fixe, le serre-tôle inférieur effectuant un mouvement vers le bas lors de la formation des têtes. Celle-ci résulte d'une force unique s'exerçant du haut en bas.

[0006] US-A-4 048 708 décrit un procédé de rivetage dans lequel au moins une tête du rivet est formée dans l'évasement d'un trou fraisé. Une embauche cylindrique est insérée dans le trou et est symétriquement déformée dans les directions longitudinale et radiale. Les parties excédentaires de têtes sont ensuite éliminées par râpage.

[0007] US-A-4133 096 décrit un procédé et un appareil de rivetage dans lequel l'écrasement des têtes de rivet est obtenu par déplacement de deux enclumes l'une vers l'autre. Mais les pièces à assembler sont montées flottantes par rapport à un outil fixe de manière à ce qu'elles se déplacent avec l'outil mobile.

[0008] Dans US-A 4192 058, les pièces sont déplacées durant les opérations. Dans un premier temps, la tête inférieure est ébauchée, puis dans un deuxième temps, on forme définitivement le rivet.

[0009] La présente invention repose sur l'idée que pour obtenir un rivetage efficace, dont la tenue dans le temps soit optimale, les pièces ne doivent pas se déplacer durant la formation du rivet. Par un positionnement approprié de l'ébauche ou tige de rivet, la formation des têtes est obtenue par une même pression simultanée des deux bouterolles de sorte que l'ensemble soit, lors de la formation des têtes en équilibre parfait ce qui évite l'emploi de guidages mécaniques du type de ceux qui sont décrits dans l'art antérieur. Le mouvement des bouterolles est contrôlé à l'aide d'un manomètre sans aucun déplacement des pièces à riveter.

[0010] La présente invention a pour objet de pallier les inconvénients des dispositifs connus et de permettre une fixation mécaniquement optimale de deux pièces par rivetage.

[0011] Selon la présente invention, le procédé de rivetage d'au moins deux pièces par écrasement des extrémités d'une ébauche cylindrique entre deux bouterolles, portées par des tiges de vérins, mobiles perpendiculairement au plan de référence des pièces , comprenant les étapes suivantes :

• serrage des pièces l'une contre l'autre dans le plan de référence;
• perçage d'un trou dont le diamètre est sensiblement égal à celui de l'ébauche;
• introduction de l'ébauche dans le trou, l'ébauche étant, dans un premier temps, positionnée symétriquement par rapport au plan de référence et maintenue par contact à l'intérieur du trou, les deux bouterolles étant en contact avec les extrémités de l'ébauche;

est caractérisé en ce que:

• l'on applique, dans un deuxième temps, simultanément, une pression hydraulique produisant sur les bouterolles l'application de deux forces égales et de sens opposés,en direction des pièces l'équilibre entre la poussée des vérins supérieur et inférieur (11,12) étant constamment maintenu au cours de l'écrasement des têtes de rivet, le plan de référence restant fixe.

[0012] Ainsi, dans un premier temps, l'opération de pression limitée est destinée à écraser le rivet à l'intérieur de la cavité constituée par le trou. L'application d'une force axiale conduit, en raison de la réaction exercée de l'autre côté du rivet, à une expansion radiale de celui-ci qui applique fermement la surface externe du rivet contre la paroi interne du trou. Puis, dans un second temps, les têtes sont formées par application simultanée de pressions égales et de sens opposés exercées sur les extrémités du rivet, de manière à former les têtes. Ainsi, les deux pièces sont assemblées; non seulement par l'existence des têtes, mais également par un contact intime entre la paroi externe latérale du rivet et la surface interne du trou.

[0013] La présente invention vise également une riveteuse conçue pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus comprenant un bâti en "C" et deux vérins hydrauliques principaux montés sur un même axe en directions opposées, caractérisée en ce que : Les deux vérins sont actionnés par une pompe unique à travers les deux branches d'une même canalisation, la même pression contrôlée par un limiteur de pression étant appliquée sur les vérins, produisant la force d'écrasement, la pression dans la canalisation étant mesurée par un manomètre, un premier serre-tôle étant solidaire du bâti et un second serre-tôle étant monté sur la tige du vérin inférieur par l'intermédiaire d'un vérin auxiliaire, une valve de séquence étant montée dans ladite canalisation entre les vérins principaux.

[0014] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins qui représentent :

• les figures 1 à 7, les différentes étapes de constitution d'un rivet par le procédé selon l'invention ;
• la figure 8, une vue schématique d'une riveteuse selon l'invention;
• la figure 9, un diagramme représentant l'évolution des pressions au cours d'un cycle de rivetage.

[0015] Sur les figures 1 à 7, on a représenté deux pièces A et B à assembler. Les pièces sont, dans un premier temps, serrées par un serre-tôle comprenant une mâchoire supérieure 1 et une mâchoire inférieure 2. L'une des deux mâchoires 1 ou 2 est fixe (la mâchoire 1 sur la figure), alors que la seconde (mâchoire 2) est commandée par un vérin pneumatique ou tout autre moyen analogue. Le serrage des pièces A et B est bien entendu assuré par la mâchoire mobile 2, la réaction provenant de la mâchoire fixe 1. On distingue à la partie inférieure de la figure 1, une bouterolle 3 qui est en position basse. L'action du vérin pneumatique est symbolisée par la flèche F_S.

[0016] Comme cela apparaît sur la figure 2, l'opération suivante consiste dans le perçage à l'aide d'une mèche 4 qui peut traverser les pièces A et B pour former, dans celles-ci, un orifice cylindrique 5. Une pince 6 amène ensuite l'ébauche du rivet 7 et fait pénétrer celle-ci dans le trou 5. Dans le cas où l'ébauche est d'un diamètre légèrement inférieur à celui d'une trace, l'ébauche peut coulisser librement dans l'orifice 5, jusqu'à ce que son extrémité inférieure vienne en contact, comme représenté sur la figure 4, avec la bouterolle inférieure 3. Le terme "inférieure" fait référence aux dessins annexés. On notera que, bien que les pièces A et B aient été représentées en position horizontale, le procédé peut être mis en oeuvre quelle que soit la position des différents organes impliqués dans le processus. La pince 6 s'éclipse alors, et une bouterolle supérieure 9, réglable sur la tige 8 d'un vérin supérieur 10, descend, ou plus généralement se déplace, de manière à atteindre une position de niveau x₁ par rapport à la surface supérieure de la pièce A. A ce moment, la bouterolle inférieure 3 occupe une position telle que sa surface supérieure soit distante de x₂ de la surface inférieure de la pièce B. Comme représenté sur la figure 4, la tige 7 du rivet repose, par son extrémité inférieure, sur la surface supérieure de la bouterolle 3. Un premier déplacement de la bouterolle 3 provoque la remontée du rivet 7, de sorte que son extrémité supérieure vienne en appui contre la bouterolle 9 immobilisée à la distance x₁, cette cote permettant de partager correctement la matière du rivet de part et d'autre des pièces à assembler, de manière à obtenir des dimensions correctes des têtes du rivet. Puis, une pression résultant de l'application à la force F₁, symbolisée par une flèche, est appliquée à la partie inférieure du rivet, la bouterolle 9 jouant le rôle d'enclume. Cette pression permet d'obtenir le remplissage du trou 5 par expansion radiale de la tige du rivet, ce qui supprime le jeu et améliore la qualité mécanique de l'ensemble.

[0017] Cette première étape peut être remplacée par la suivante si la section de la tige de rivet est légèrement supérieure à la section du trou, pour obtenir, un assemblage par emmanchement. Après positionnement du rivet par la pince 6 et retrait de celle-ci, le rivet 7 est introduit à force dans le trou 5 par action de la bouterolle 9. L'effort d'insertion est contenu par le serre-tôle 2 de manière à ce que les pièces A et B ne subissent aucune contrainte verticale. La pression de la bouterolle supérieure est maintenue jusqu'à ce que la partie inférieure du rivet vienne brutalement au contact de la bouterolle 3. Il s'est avéré que ce choc provoquait une libération des tensions résultant de l'introduction en force du rivet.

[0018] L'étape définitive qui consiste dans la formation des têtes de rivet est représentée sur la figure 7. Conformément à l'invention, on applique la même force F₂, c'est-à-dire la même pression, sur les bouterolles 3 et 9, ce qui évite l'application sur les pièces A et B de contraintes indésirables. Il est ainsi possible d'obtenir une maîtrise de la valeur appliquée pour l'écrasement du rivet. La formation des têtes, de part et d'autre des pièces à assembler, est obtenue, selon une caractéristique de l'invention, par la poussée équilibrée connue et réglable de vérins dont les tiges sont solidaires respectivement des bouterolles 3 et 9. Les deux systèmes de pression sont mécaniquement indépendants. Les pièces A et B constituent le plan de référence fixe par rapport aux deux vérins constituant les éléments moteurs.

[0019] La figure 8 représente une machine riveteuse permettant la mise en oeuvre du procédé. On retrouve sur cette figure, des éléments précédemment mentionnés tels que les serre-tôles 1 et 2, les pièces à assembler A et B, la bouterolle inférieure 3 et la bouterolle supérieure 9, ces bouterolles, dans un souci de simplification, étant représentées comme les tiges de deux vérins antagonistes, respectivement 11 et 12, solidaires d'un bâti 13. Les deux vérins 11, 12 sont commandés par une pompe 14 entraînée par un moteur 15. La pompe 14 est connectée à un réservoir 16. Elle agit par l'intermédiaire d'un distributeur 17 à travers la canalisation 18 sur le vérin 11 dans un premier temps, ce qui permet de disposer la bouterolle 3 au niveau x₂ (figure 4). Sur la canalisation 18, est également montée une valve de séquence 19, dont la canalisation de sortie 20 est reliée au vérin 12. Des manomètres 21 sont montés sur les sorties 22 et 23 des vérin 12 et 11. Les vérins 11 et 12 ont, après ouverture de la valve de séquence 19, une alimentation commune à partir de la pompe 14. Il s'établit donc une pression identique dans les vérins 11 et 12 lors de la formation des têtes du rivet qui constitue la phase finale du procédé, de part et d'autre des têtes à assembler. Un limiteur de pression 24 est monté sur la canalisation 22 de sortie du vérin 12. Il fixe la pression maximale pouvant être appliquée par les vérins. Entre le limiteur de pression 21 et la sortie du vérin 12, est monté un réducteur de pression 25. Le réducteur 25 permet de faire varier la poussée résultante du vérin supérieur 12 afin que l'équilibre entre la poussée du vérin 11 et la poussée du vérin 12 soit constamment maintenu lors de la phase d'écrasement des têtes de rivet. Un distributeur 26, branché sur la canalisation 20, permet le déplacement vers le haut de la tige de vérin 9, lorsque l'opération de rivetage est terminée. Comme indiqué précédemment, le serre-tôle 2 est soumis à l'action d'un vérin pneumatique 28 solidaire de la tige du vérin 11, afin d'éviter des courses trop importantes du serre-flan 2. Une canalisation 27 relie la sortie 23 du vérin 11 au distributeur 17 pour permettre la descente de la tige 3.

[0020] Le fonctionnement du dispositif est le suivant :
Après perçage des deux pièces de tôle à assembler A et B, le rivet est introduit dans l'orifice 5 comme indiqué précédemment. Le moteur 15 entraîne la pompe 14 qui, par la canalisation 18, fait monter la bouterolle 3 solidaire de la tige du vérin 11 au niveau x₂ comme représenté plus en détail sur la figure 4. La bouterolle et la tige 9 du vérin 12 sont alors dans une position stationnaire à la cote x₁ prédéterminée en fonction du diamètre du trou 5 et du rivet 7. Le rivet est écrasé par la bouterolles 3, la bouterolle 9 faisant à ce moment fonction d'enclume, de manière à provoquer le gonflement de sa partie médiane se trouvant dans l'orifice 5. Lorsque la pression atteint une valeur P₁, comme représenté sur la figure 9, il se produit une ouverture de la valve de séquence 19, la pression P₁ se trouvant instantanément reportée par la canalisation 20 sur le piston du vérin 12. La pression continue à croître sensiblement linéairement, mais il s'agit de la même pression appliquée sur les tiges de vérin et leurs bouterolles 3 et 9. La pression continue à croître alors que les tiges de vérins se déplacent l'une vers l'autre, de manière à former les têtes de rivet, comme représenté sur la figure 7. Bien entendu, la forme des têtes (généralement plate ou bombée) dépend du profil intérieur de la bouterolle (non représenté). La pression appliquée sur les deux vérins antagonistes est limitée à une valeur P₂ prédéterminée (par exemple 7 tonnes) par le limiteur de pression 24. L'égalité de ces deux pressions est contrôlée par deux manomètres 21 qui peuvent asservir le réducteur 25. L'égalité des pressions, appliquées de part et d'autre, est en effet la condition nécessaire pour la bonne exécution du procédé selon l'invention, ce qui se traduit par l'absence de déformation des pièces A et B à assembler.

[0021] Lorsque l'écrasement des têtes de rivet est achevé, les distributeurs 17 et 26 s'inversent, et les tiges 3 et 9 des vérins reculent. Les pièces sont dégagées par le recul de la tige de vérin 11 et du serre-tôle 2, le vérin pneumatique 28 effectuant également un mouvement de retrait. Il y a alors déplacement relatif entre les pièces à assembler A et B et la riveteuse portée par le bâti 13.

[0022] On notera que, jusqu'à ce jour, l'application de pressions importantes, notamment pour la formation des têtes de rivet, conduisait à des machines de grandes dimensions et de forte section pour éviter les flèches dues à l'application de pressions importantes. Par un équilibrage des forces appliquées, la présente invention permet d'obtenir une machine de dimensions relativement faibles, lorsque la machine est mobile, ou en tous cas, lorsque la machine est fixe, à des sections de bras modérées.

Revendications

1. Procédé de rivetage d'au moins deux pièces (A,B) par écrasement des extrémités d'une ébauche cylindrique (7) entre deux bouterolles (3,9), portées par des tiges de vérins (11,12), mobiles perpendiculairement au plan de référence des pièces (A,B), comprenant les étapes suivantes :

- serrage des pièces (A,B) l'une contre l'autre dans le plan de référence;

- perçage d'un trou (5) dont le diamètre est sensiblement égal à celui de l'ébauche (7);

- introduction de l'ébauche (7) dans le trou (5), l'ébauche (7) etant, dans un premier temps, positionnée symétriquement par rapport au plan de référence et maintenue par contact à l'intérieur du trou (5), les deux bouterolles (3,9) étant en contact avec les extrémités de l'ébauche (7);

caractérisé en ce que:

- l'on applique, dans un deuxième temps, simultanément, une pression hydraulique (P2) produisant sur les bouterolles (3,9) l'application de deux forces (F2) égales et de sens opposés,en direction des pièces (A,B,) l'équilibre entre la poussée des vérins supérieur et inférieur (11,12) étant constamment maintenu au cours de l'écrasement des têtes de rivet, le plan de référence restant fixe.

2. Riveteuse pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant un bâti en "C" (13) et deux vérins hydrauliques principaux (11,12) montés sur un même axe en directions opposées, caractérisée en ce que : Les deux vérins (11,12) sont actionnés par une pompe unique (14) à travers les deux branches (18,20) d'une même canalisation, la même pression (P2) contrôlée par un limiteur de pression (24) étant appliquée sur les vérins (11,12), produisant la force d'écrasement (F2), la pression (P2) dans la canalisation étant mesurée par un manomètre (21a), un premier serre-tôle (1) étant solidaire du bâti (13) et un second serre-tôle étant monté sur la tige (3) du vérin inférieur (11) par l'intermédiaire d'un vérin auxiliaire (28), une valve de séquence (19) étant montée dans ladite canalisation entre les vérins principaux (11,12).

Claims

1. A method of riveting at least two parts (A, B) by crushing the ends of a cylindrical blank (7) between two dies (3, 9) which are carried on the rods of actuators (11, 12) movable in a perpendicular direction with respect to the reference plane of the parts (A, B), said method comprising the following steps:

· pressing the parts (A, B) against one another in the reference plane,

· piercing a hole (5) of diameter substantially equal to that of the blank (7),

· inserting the blank (7) into the hole (5), the blank (7) being positioned, during a first time period, symmetrically about the reference plane and being held by contact within the hole (5), the two dies (3, 9) being in contact with the ends of the blank (7);

the method being characterized in that:

· during a second time period, hydraulic pressure (P2) is applied simultaneously to both dies (3, 9) to apply two equal forces (F2) in opposite directions, along the direction of the parts (A, B), equilibrium between the thrusts of the upper and lower actuators (11, 12) being maintained constantly throughout the crushing of the rivet heads, the reference plane remaining fixed.

2. A riveting machine designed to carry out the method according to claim 1, the machine comprising a "C"-shaped frame (13) and two main hydraulic actuators (11, 12) mounted on the same axis in opposite directions, the machine being characterized in that:
both actuators (11, 12) are driven by a single pump (14) through two branches (18, 20) of a common pipe system, a common pressure (P2) controlled by a pressure limiter (24) being applied to the actuators (11, 12) to produce the crushing force (F2), the pressure (P2) in the pipe system being measured by a pressure gauge (21a), a first plate clamp (1) being integral with the frame (13) and a second plate clamp being mounted on the rod (3) of the lower actuator (11) via an auxiliary actuator (28), a sequencing valve (19) being mounted in said pipe system between the principal actuators (11, 12).

Ansprüche

1. Verfahren zum Vernieten von mindestens zwei Teilen (A, B) durch Anstauchen der Enden eines zylindrischen Rohlings (7) zwischen zwei Schließkopfgesenken (3, 9), die senkrecht zur Bezugsebene der Teile (A, B) beweglich angeordnet und durch Zylinder (11, 12) geführt sind, bei dem die Teile (A, B) in der Bezugsebene aneinandergepreßt werden, dann eine Ausnehmung (5), deren Durchmesser exakt gleich dem Durchmesser des Rohlings (7) ist, hergestellt und danach der Rohling (7) in die Ausnehmung (5) eingeführt wird, wobei letzterer zunächst symmetrisch im Hinblick auf die Bezugsebene positioniert sowie durch Kontakt innerhalb der Ausnehmung (5) festgehalten wird und die beiden Schließkopfgesenke (3, 9) in Kontakt mit den Enden des Rohlings (7) stehen,
dadurch gekennzeichnet,
daß anschließend durch gleichzeitige Beaufschlagung mit einem hydraulischen Druck (P2) auf die Schließkopfgesenke (3, 9) zwei gleich große, jedoch entgegengesetzt sowie auf die Teile (A, B) gerichtete Kräfte (F2) aufgebracht werden, daß während des Stauchvorganges das Gleichgewicht zwischen den oberen und unteren Zylindern (11, 12) aufrechterhalten wird und daß die Bezugsebene während des Anstauchens der Nietenden unverändert bleibt.

2. Nietmaschine zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem C-förmigen Rahmen (13) und zwei Haupt-Hydraulikzylindern (11, 12), die koaxial, aber einander entgegengerichtet angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Zylinder (11, 12) über zwei Zweige (18, 20) einer Druckleitung mittels einer Pumpe (14) antreibbar sind, wobei jeweils ein gleichhoher Druck (P2), der durch einen Druckbegrenzer (24) kontrolliert wird, an den Zylindern (11, 12) anliegt und die Stauchkraft (F2) erzeugt und der Druck (P2) in der Druckleitung durch ein Manometer (21a) gemessen wird, wobei ein erster Blechhalter (1) fest mit dem Rahmen (13) verbunden und ein zweiter Blechhalter am Schließkopfgesenke (3) des unteren Zylinders (11) über einen Hilfszylinder (28) angebracht ist sowie ein Stufenventil (19) in die besagte Druckleitung zwischen den Hauptzylindern (11, 12) eingeschaltet ist.

Dessins