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(11) | EP 0 096 620 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Procédé de serrage d'un assemblage comportant un élément d'assemblage fileté |
| (57) La présente invention a pour objet un procédé de serrage permetant d'appliquer un
effort de serrage prédéterminé. Le procédé est caractérisé en ce que l'on détermine le coefficient réel de proportionalité (K) reliant l'effort de serrage de l'assemblage au couple de vissage appliqué à l'élément fileté après avoir réalisé un cycle de vissage préliminaire et un cycle de dévissage préliminaire. Application notamment à l'automatisation des serrages des assemblages précontraints. |
[0002] La présente invention a pour objet un procédé de serrage d'un assemblage comportant un élément d'assemblage fileté pour appliquer à cet assemblage un effort de serrage prédéterminé.
[0003] Tous les procédés de serrage actuellement utilisés pour maintenir des assemblages au moyen d'un élément d'assemblage fileté ont pour but d'appliquer à ces assemblages un effort de serrage prédéterminé dont dépend la tenue de l'assemblage lors de son utilisation.
[0004] Parmi les procédés de serrage connus on distingue notamment :
- Le vissage au couple. C'est la méthode de loin la plus utilisée, elle consiste à visser jusqu'à l'obtention d'un couple résistant donné. Elle est facile à mettre en oeuvre : manuellement, il suffit de disposer d'une clé dynamométrique, pour l'automatisation en chaîne de montage, on place un couplemètre dans la chaîne de vissage et l'on arrête le vissage lorsque l'on a mesuré le couple spécifié. Malheureusement, la dispersion au niveau de la force de précontrainte est très importante, le coefficient de frottement étant extrêmement variable. On a tenté de remédier à ce grave inconvénient en utilisant une lubrification solide au niveau des filets grâce à l'application de vernis spéciaux mais le traitement du boulon et de l'écrou augmente fortement le prix de revient de l'assemblage.
- Le vissage à l'angle. Le principe du vissage à l'angle est simple, il consiste à détecter la mise en contact des pièces de l'assemblage en observant la montée en couple, puis à visser d'un angle déterminé. La détermination par le calcul de l'angle ne donne qu'un angle très approximatif car il est difficile de faire intervenir tous les paramètres (le calcul de la rigidité de l'assemblage est délicat). Pour déterminer l'angle, on peut visser une série de boulons équipés de jauges qui fournissent la force de précontrainte et faire la moyenne des angles obtenus. Une autre méthode consiste à utiliser un assemblage témoin et un comparateur qui mesure l'allongement du boulon qui est proportionnel à la force de précontrainte. Les variations de rigidité sont faibles d'un échantillon à l'autre et cette méthode donne de meilleurs résultats que le contrôle du couple. Le principal problème étant toutefois la détection de la montée en couple qui sert de point de départ pour le comptage de l'angle.
- Le vissage à la limite d'élasticité. Cette méthode consiste à arrêter le vissage lorsque l'on atteint la limite élastique de l'élément d'assemblage fileté. Pour ce faire, après avoir remarqué sur la courbe donnant le couple de vissage en fonction de l'angle de rotation de l'élément d'assemblage que le vissage dans la plage élastique correspond à une montée linéaire, on considère le gradient de couple par rapport à l'angle ; celui- ci est constant dans la plage élastique et chute brutalement dans le. domaine plastique. Il suffit donc d'utiliser un système relativement simple pour détecter la chute du gradient.
[0005] L'utilisation du vissage à la limite d'élasticité a toutefois pour inconvénients, de parfaitement dimensionner l'assemblage, de ne permettre que l'utilisation d'une visserie dont on connaisse parfaitement la qualité, d'empêcher l'interposition de rondelles car le glissement éventuel de celle-ci fausse la détection de la chute du gradient.
[0006] L'invention a pour but de proposer un procédé de serrage qui remédie aux inconvénients des méthodes connues de l'art antérieur.
[0007] Dans ce but, l'invention propose un procédé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
a) appliquer audit élément d'assemblage un cycle de vissage préliminaire ;
b) mesurer le couple de vissage appliqué à l'élément d'assemblage en fonction du déplacement angulaire de ce dernier, lors de l'application dudit cycle de vissage préliminaire ;
c) appliquer audit élément un cycle de dévissage préliminaire ;
d) mesurer le couple de dévissage appliqué à l'élément d'assemblage en fonction du déplacement angulaire de ce dernier, lors de l'application dudit cycle de dévissage préliminaire ;
e) calculer le coefficient réel de proportionnalité reliant l'effort de serrage de l'assemblage au couple de vissage appliqué audit élément d'assemblage, en fonction des résultats obtenus au cours des étapes de mesure b) et d) ;
f) calculer le couple de vissage final à appliquer à l'élément d'assemblage pour obtenir ledit effort de serrage prédéterminé, en fonction dudit coefficient réel de proportionnalité ; et
g) appliquer ledit couple de vissage final audit élément d'assemblage.
[0008] Le procédé selon l'invention a pour avantage principal d'identifier pour chaque assemblage réalisé le coefficient réel de proportionnalité reliant l'effort de serrage au couple de vissage.
[0009] De plus, le procédé selon l'invention possède l'avantage de pouvoir être aisément substitué au procédé utilisant la méthode du vissage au couple et ce sans modification de l'assemblage ni étude supplémentaire de ce dernier. Une telle substitution n'est pas possible, ni dans le cas du vissage à la limite d'élasticité qui nécessite un dimensionnement précis de la vis, ni dans le cas du vissage à l'angle qui demande une étude préliminaire et des essais nombreux et coûteux.
[0010] Lors de la conception de l'assemblage, il suffit de déterminer l'effort de serrage prédéterminé que l'on désire y appliquer et il n'est pas nécessaire de calculer à priori la valeur du couple de vissage qu'il sera nécessaire d'appliquer afin d'obtenir un effort de serrage prédéterminé.
[0011] On décrira maintenant l'invention en détails en se référant au dessin annexé dans lequel la figure 1 représente un assemblage auquel l'invention est susceptible d'être appliquée.
[0012] On a représenté à la figure 1 un assemblage classique comprenant deux pièces planes 12 et 14 que l'on désire assembler au moyen d'un élément d'assemblage fileté. Dans l'exemple représenté, l'élément fileté 14 est constitué par un boulon 16 comprenant une tête 18, une tige filetée 20 et un écrou 22. La tige filetée 20 est reçue dans deux alésages 13 et 15 formés dans les pièces 12 et 14. On a également prévu une première rondelle 24 disposée entre la face inférieure 19 de la tête de boulon 18 et la face supérieure en vis-à-vis de la pièce 12, et une seconde rondelle 26 disposée entre la face supérieure 21 de l'écrou 22 et la face inférieure en vis-à-vis de la pièce 14.
[0013] Dans un assemblage tel que celui représenté à la figure 1, la relation approximative qui lie le couple de vissage Cv à appliquer à l'assemblage pour obtenir un effort de serrage axial prédéterminé F entre les pièces à assembler peut être donnée par la formule suivante :
dans laquelle :
Cv = couple de vissage,
p = pas du filet de l'élément fileté,
µ = coefficient de frottement moyen de l'assemblage,
D = bras de levier équivalent de la force tangentielle due aux frottements,
F = effort de serrage axial prédéterminé.
[0014] On constate donc que pour un assemblage donné auquel correspondent des valeurs particulières de et D propres à cet assemblage on a une formule du type :
dans lequel K est un coefficient de proportionnalité constant.
[0015] Lors du dévissage la formule (1) devient :
Si on considère le couple en fonction de la force on constate donc qu'il existe un hystérésis entre le vissage et le dévissage, et en combinant les formules (1) et (3) on obtient la formule suivante :
[0016] Le principe du procédé objet de la présente invention est d'identifier le coefficient réel de proportionnalité K pour chaque assemblage grâce à l'existence dudit hystérésis.
[0017] En combinant les formules (2) et (4) on obtient la formule suivante :
L'invention propose donc d'utiliser le procédé suivant :
a) appliquer à l'élément d'assemblage un cycle de vissage préliminaire ;
b) mesurer le couple de vissage Cv appliqué à l'élément d'assemblage en fonction du déplacement angulaire de ce dernier, lors de l'application du cycle de vissage préliminaire ;
c) appliquer à l'élément un cycle de dévissage préliminaire ;
d) mesurer le couple de dévissage Cd appliqué à l'élément d'assemblage en fonction du déplacement angulaire de ce dernier, lors de l'application du cycle de dévissage préliminaire ;
e) calculer le coefficient réel de proportionnalité K reliant l'effort de serrage de l'assemblage au couple de vissageappli- qué à l'élément d'assemblage, en fonction des résultats obtenus au cours des étapes de mesure b) et d);
f) calculer le couple de vissage final Cf à appliquer à l'élément d'assemblage pour obtenir l'effort de serrage prédéterminé Ff, en fonction du coefficient réel de proportionnalité K ; et
g) appliquer le couple de vissage final Cf à l'élément d'assemblage.
[0018] Selon un premier mode de réalisation, l'étape e) comprend les étapes intermédiaires suivantes :
e1) relever la valeur du couple de vissage C'v appliqué à l'élé-1 ment d'assemblage à la fin du cycle de vissage préliminaire;
e2) relever la valeur du couple de dévissage C'd appliqué à l'élément d'assemblage au début du cycle de dévissage préliminaire; et
e3) calculer le coefficient réel de proportionnalité K en fonction des valeurs des couples de vissage et de dévissage C'v, C'd relevées aux étapes intermédiaires e1) et e2).
[0019] Dans ce premier mode de réalisation, lors de l'étape intermédiaire e3), le coefficient réel de proportionnalité K est calculé à l'aide de la formule suivante :
[0021] Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, et en considérant que la rigidité de l'assemblage est constante ou bien que la loi de variation de cette rigidité est connue, l'étape e) comprend les étapes intermédiaires suivantes :
e'1) calculer le gradient Gv de la courbe, donnant le couple de vissage en fonction du déplacement angulaire de l'élément d'assemblage, établie à partir des résultats obtenus au cours de l'étape de mesure b) ;
e'2) calculer le gradient Gd de la courbe, donnant le couple de dévissage en fonction du déplacement angulaire de l'élément d'assemblage, établie à partir des résultats de l'étape de mesure d) ; et
e'3) calculer ledit coefficient réel de proportionnalité K en fonction des valeurs de gradients Gv, Gd calculées aux étapes intermédiaires e'1) et e'2).
[0022] Le gradient Gv est donné par la formule :
dans laquelle 6. est le déplacement angulaire de l'élément de vissage.
[0024] Dans ce deuxième mode de réalisation, lors de l'étape intermédiaire e'3), le coefficient réel de proportionnalité K doit être calculé à l'aide de la formule suivante :
[0025] Bien que les deux modes de réalisation qui viennent d'être décrits donnent de bons résultats, ces derniers peuvent être améliorés en répétant les étapes a) à e) n fois et en calculant le coefficient réel de proportionnalité K à l'aide de toute méthode statistique convenant telle que par exemple méthode de la moyenne, méthode des moindres carrés, etc.
[0026] Afin d'obtenir la plus grande précision possible quant à la valeur de K, il est souhaitable que la valeur finale du couple de vissage, lors du cycle préliminaire de vissage, soit égale à environ 80 % de la valeur approchée de Cf que l'on peut calculer lors de la conception de l'assemblage.
[0027] De même, lorsque l'on réitère au moins deux fois les étapes a) à e), il est souhaitable d'appliquer la première fois une valeur finale du couple de vissage correspondant à la valeur approchée de Cf que l'on peut calculer lors de la conception de l'assemblage en prenant pour µ la valeur minimale estimée de ce coefficient. Lors du second cycle, il est alors souhaitable d'appliquer un couple de vissage dont la valeur finale à la fin de l'étape a) correspond à environ 80% de la valeur Cf qui a pu être calculée à l'issue des étapes a) à e) du premier cycle.
a) appliquer audit élément d'assemblage un cycle de vissage préliminaire ;
b) mesurer le couple de vissage (Cv) appliqué à l'élément d'assemblage en fonction du déplacement angulaire de ce dernier, lors de l'application dudit cycle de vissage préliminaire ;
c) appliquer audit élément un cycle de dévissage préliminaire ;
d) mesurer le couple de dévissage (Cd) appliqué à l'élément d'assemblage en fonction du déplacement angulaire de ce dernier, lors de l'application dudit cycle de dévissage préliminaire ;
e) calculer le coefficient réel de proportionnalité (K) reliant l'effort de serrage de l'assemblage au couple de vissage appliqué audit élément d'assemblage, en fonction des résultats obtenus au cours des étapes de mesure b) et d) ;
f) calculer le couple de vissage final (Cf) à appliquer à l'élément d'assemblage pour obtenir ledit effort de serrage prédéterminé (F ), en fonction dudit coefficient réel de proportionnalité (K) ; et
g) appliquer ledit couple de vissage final (Cf) audit élément d'assemblage.
el) relever la valeur du couple de vissage (C'v) appliqué audit élément d'assemblage à la fin dudit cycle de vissage préliminaire ;
e2) relever la valeur du couple de dévissage (C'd) appliqué audit élément d'assemblage au début dudit cycle de dévissage préliminaire ; et
e3) calculer ledit coefficient réel de proportionnalité (K) en fonction des valeurs des couples de vissage et de dévissage (C'v, C'd) relevées auxdites étapes intermédiaires el) ete2).
dans laquelle p est le pas du filetage de l'élément d'assemblage.
e'1) calculer le gradient (Gv) de la courbe, donnant le couple de vissage en fonction du déplacement angulaire de l'élément d'assemblage, établie à partir des résultats obtenus au cours de ladite étape de mesure b) ;
e'2) calculer le gradient (Gd) de la courbe, donnant le couple de dévissage en fonction du déplacement angulaire de l'élément d'assemblage, établie à partir des résultats de ladite étape de mesure d) ; et
e'3) calculer ledit coefficient réel de proportionnalité (K) en fonction desdites valeurs de gradients (Gv, Gd) calculées auxdites étapes intermédiaires e'l) et e'2).
dans laquelle p est le pas de filetage de l'élément d'assemblage.