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(11) | EP 0 323 931 B1 |
| (12) | FASCICULE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) |
Procédé et outillage de fabrication de rivets matricés Verfahren und Werkzeugausrüstung zur Herstellung geschmiedeter Niete Method and tooling equipment for making forged rivets |
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| Il est rappelé que: Dans un délai de neuf mois à compter de la date de publication de la mention de la délivrance de brevet européen, toute personne peut faire opposition au brevet européen délivré, auprès de l'Office européen des brevets. L'opposition doit être formée par écrit et motivée. Elle n'est réputée formée qu'après paiement de la taxe d'opposition. (Art. 99(1) Convention sur le brevet européen). |
[0001] La présente invention concerne d'une façon générale les assemblages mécaniques rivés et elle est plus particulièrement relative à un procédé industriel nouveau de fabrication de rivets par matriçage.
[0002] Le procédé actuel de fabrication de rivets par matriçage présente des inconvénients en ce qu'à la suite de cette opération, et du fait que le rivet est chassé de l'empreinte de la matrice par un éjecteur exerçant une pression sur une partie de son extrémité, celle-ci est déformée, ce qui provoque l'apparition de perturbations susceptibles de donner naissance à des criques ou à des fissures lorsque cette extrémité est écrasée lors de l'opération de rivetage, ce qui diminue notablement les caractéristiques mécaniques et nuit beaucoup à la tenue à la corrosion de la rivure obtenue.
[0003] Le but de l'invention est de remédier à ces inconvients en fournissant un procédé industriel et un outillage de fabrication de rivets par matriçage permettant d'éviter l'apparition de ces perturbations et des vices qui en résultent.
[0004] L'invention a pour objet à cet effet un procédé industriel de fabrication de rivets par matriçage d'une ébauche cylindrique dans une empreinte d'une matrice, dans lequel on dispose une extrémité de ladite ébauche en appui contre une surface creuse de forme quasi complémentaire à celle de l'ébauche du rivet, ladite surface creuse étant formée à l'extrémité d'un organe cylindrique formant éjecteur, logé dans l'empreinte, et dont la géométrie de la surface creuse est variable sous l'effort de la pression de matriçage appliquée à l'autre extrémité de l'ébauche, de manière à obtenir un effet d'auto-étanchéité de l'extrémité active de l'éjecteur contre les parois de l'empreinte de la matrice pendant toute la durée du processus de matriçage et d'éjection du rivet ainsi obtenu.
[0005] L'invention a également pour objet un outillage pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, comprenant une matrice ayant une empreinte, un poinçon et un éjecteur, caractérisé en ce que ladite empreinte est un alésage cylindrique de diamètre constant sur toute l'étendue qui reçoit l'ébauche et l'éjecteur, ledit éjecteur ayant une extrémité présentant une forme creuse limitée par un solide de révolution dont la forme est quasi complémentaire de celle de l'extrémité de l'ébauche du rivet, ce solide de révolution étant d'égale résistance à la flexion, et déformable sous l'action de la pression exercée par l'extrémité de l'ébauche du rivet lors du matriçage de ladite ébauche d'une part, ainsi que lors de l'éjection du rivet ainsi obtenu, pour s'appliquer de façon à obtenir l'auto-étanchéité contre les parois de l'empreinte, ledit éjecteur ayant un diamètre à peu près égal à celui de l'alésage, et étant monté coulissant et réglable dans celui-ci.
[0006] La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique.
[0008] Les figures 2 et 3 montrent les différentes phases de l'opération de matriçage de l'ébauche d'un rivet représentée à la figure 1, suivant le procédé classique utilisé jusqu'à présent.
[0010] La figure 5 montre un ensemble riveté au moyen d'un rivet fabriqué suivant l'art antérieur illustré aux figures 2 à 4.
[0011] Les figures 6 à 8 montrent la mise en oeuvre du procédé de l'invention ainsi que la forme de la matrice et celle de l'éjecteur suivant l'invention.
[0012] Dans les différentes figures, les parties ou éléments analogues sont désignés par les mêmes références, suivies pour l'invention de l'indice " ′ " pour la distinguer de l'art antérieur.
[0013] Le rivet R représenté à la figure 1 est classique. Il comporte une tête 1 et une tige 2 dont l'extrémité 3 dite avant, par opposition à la tête 1 présente une forme tronconique en vue de favoriser l'introduction dans les trous des ensembles à river, dans les processus d'assemblages industriels automatisés.
[0014] L'ébauche du rivet R subit une opération de matriçage dans une empreinte 4 d'une matrice 5, dans laquelle le rivet est matricé au moyen d'un poinçon de frappe 6, avec son extrémité 3 en appui dans celle de l'empreinte 4, qui présente une forme tronconique complémentaire de celle du rivet à obtenir.
[0015] Un alésage 4a est ménagé dans la matrice 5 et s'étend coaxialement dans le prolongement de l'empreinte 4, mais présente un diamètre plus petit que celui de celle-ci, et un éjecteur 7 est monté coulissant dans cet alésage.
[0016] Sous l'action du poinçon 6, la tige 2 du rivet se dilate et s'applique étroitement contre la paroi de l'empreinte, contre laquelle elle exerce une pression indiquée par les flèches f à la figure 3.
[0017] En même temps le matériau du rivet soumis à la pression du poinçon 6 flue autour de l'extrémité de l'éjecteur 7, dans l'interstice 8 entre celui-ci et l'alésage 4a dans lequel il coulisse, qui constitue son jeu normal de fonctionnement, en formant une couronne annulaire en saillie 9.
[0018] Le poinçon de frappe 6 étant alors écarté de la tête 1 du rivet, l'éjecteur 7 est actionné afin de chasser le rivet de la matrice en exerçant sur son extrémité une force axiale suffisante pour surmonter la résistance de frottement due à la somme des forces f.
[0019] La pression nécessaire, appliquée par une surface aussi réduite que celle de l'éjecteur 7,conduit inévitablement à un enfoncement du matériau du rivet au centre de la couronne 9 (figure 4).
[0020] Les forces élevées auxquelles est ainsi soumis le matériau à l'extrémité 3 du rivet engendrent des perturbations de sa structure interne. En effet, lorsque le rivet est posé sur un ensemble à river 10, la couronne 9 qui appartient à la zone perturbée est écrasée et repliée vers l'intérieur, comme représenté en 11 (figure 5) ce qui peut provoquer la formation de micro-criques dans cette zone. Ces micro-criques sont nuisibles à la tenue mécanique de l'assemblage réalisé et, avec le repli, constituent des réceptacles pour des éléments corrosifs.
[0021] En outre, avec ce procédé et cet outillage classiques, des matrices de longueurs différentes sont nécessaires pour obtenir une gamme de rivets de longueurs de tiges différentes.
[0022] Suivant l'invention, on utilise une matrice 5′ dont l'empreinte 4′ et l'alésage 4′a coaxial dans lequel coulisse l'éjecteur 7′ ont une forme cylindrique ayant un diamètre commun constant. En d'autres termes l'empreinte 4′ ne comporte pas d'extrémité ayant un épaulement de forme tronconique complémentaire de celle de l'extrémité avant 3′ de la tige du rivet.
[0023] De plus, l'extrémité de l'éjecteur 7′ en contact avec celle du rivet présente une forme creuse limitée par un solide de révolution constituant une cavité régulière 12 de forme quasi complémentaire de celle de l'extrémité 3′ de l'ébauche du rivet, et ce solide de révolution étant d'égale résistance à la flexion, est donc déformable sous l'action de la pression exercée par l'extrémité de l'ébauche lors du matriçage de ladite ébauche d'une part, ainsi que lors de l'éjection du rivet ainsi obtenu, pour s'appliquer de façon à obtenir l'auto-étanchéité contre les parois de l'empreinte, l'intersection du volume cylindrique de l'éjecteur 7′ avec ladite surface creuse 12 formant une arête 13 vive et circulaire contenue dans un plan perpendiculaire à l'axe X-X de l'empreinte 4′ dans laquelle coulisse l'éjecteur 7′, suivant la figure 6.
[0024] L'éjecteur 7′, est monté coulissant dans l'empreinte 4′, mais est adapté pour être réglé à volonté en position dans l'empreinte par des moyens connus ne faisant pas partie de l'invention.
[0025] Grâce à cet agencement, il suffit de régler la position axiale de l'éjecteur 7′, dans son alésage pour pouvoir matricer des ébauches de rivets en appui sur l'extrémité de l'éjecteur, ces rivets pouvant avoir une longueur de tige quelconque désirée L au moyen d'un seul et même outil. On comprend que non seulement il suffit d'un seul outil remplaçant toute la gamme des outils utilisés jusqu'à présent, mais en outre qu'il est possible de réaliser des rivets ayant toutes les longueurs différentes de tiges désirées.
[0026] Dans la pratique il convient de maintenir et de guider l'éjecteur 7′ sur une longueur minimale de sécurité G. On a trouvé que cette longueur G doit être d'environ 3,5 fois le diamètre de l'empreinte 4′ (figure 6).
[0027] Lors de l'opération de matriçage, le matériau, à l'extrémité tronconique 3′ du rivet, se trouve enfermé et comprimé sous l'action du poinçon 6′ dans la cavité 12 de l'éjecteur 7′ qui forme butée en un point de l'empreinte 4′ choisi en fonction de la longueur désirée du rivet.
[0028] Sous la pression appliquée par le poinçon 6′ ce matériau est soumis à des forces f qui le font plaquer contre les parois de l'empreinte 4′ ainsi que contre les parois de la cavité 12 de l'éjecteur 7′ avec les forces f.
[0029] Ainsi, la géométrie de la surface creuse de l'éjecteur est déformable de façon variable sous l'effort de la pression de matriçage appliquée à l'autre extrémité de l'ébauche.
[0030] Ceci est obtenu grâce à la forme de l'extrémité de l'éjecteur qui délimite la cavité 12 qui est un solide de révolution ''d'égale résistance à la flexion'' et, sous la pression croissante de matriçage, il s'établit, par une flexion harmonieuse de ce solide, une auto-étanchéité de celui-ci, contre la paroi de l'empreinte 4′, d'abord par son arête circulaire 13 et ensuite par une flexion plus soutenue des sections s1, s2, s3......sn du solide de révolution situées immédiatement au-dessous de l'arête 13 (figure 8) qui forme un ''coin" d'étanchéité entre l'extrémité 3′ et la paroi de l'empreinte, dont l'action d'auto-étanchéité augmente avec la pression; cette flexion étant autorisée par le jeu normal de l'éjecteur dans l'empreinte 4′.
[0031] Lors de l'éjection du rivet sous la pression de l'éjecteur 7′ cet effet "d'auto-étanchéité" est le même, et la totalité de la surface de la cavité 12 est appliquée sur la surface correspondante de l'extrémité 3′ du rivet, dont la matière ne peut pas fluer autour de l'éjecteur 7′.
[0032] Cette surface de l'extrémité 3′ étant soumise en totalité à la pression ne présente par suite aucune déformation partielle localisée susceptible d'en perturber la structure interne, ni aucun relief parasite comme dans l'art antérieur.
1. Procédé industriel de fabrication de rivets par matriçage d'une ébauche cylindrique
(2′) dans une empreinte (4′) d'une matrice (5′), dans lequel on dispose une extrémité
(3′) de ladite ébauche (2′) en appui contre une surface creuse (12) de forme quasi
complémentaire à celle de l'ébauche du rivet, ladite surface creuse (12) étant formée
à l'extrémité d'un organe cylindrique formant éjecteur (7′), logé dans l'empreinte
(4′), et dont la géométrie de la surface creuse (12) est variable sous l'effort de
la pression de matriçage appliquée à l'autre extrémité de l'ébauche, de manière à
obtenir un effet d'auto-étanchéité de l'extrémité active (S1-Sn) de l'éjecteur contre
les parois de l'empreinte de la matrice (5′) pendant toute la durée du processus de
matriçage et d'éjection du rivet ainsi obtenu.
2. Outillage pour la mise en oeuvre du procédé défini suivant la revendication 1,
comprenant une matrice (5′) ayant une empreinte (4′), un poinçon (6′) et un éjecteur
(7′), caractérisé en ce que ladite empreinte (4′, 4′a) est un alésage cylindrique
de diamètre constant sur toute l'étendue qui reçoit l'ébauche et l'éjecteur (7′),
ledit éjecteur ayant une extrémité présentant une forme creuse (12) limitée par un
solide de révolution dont la forme est quasi complémentaire de celle de l'ébauche
(3′) du rivet, ce solide de révolution étant "d'égale résistance à la flexion" et
déformable sous l'action de la pression exercée par l'extrémité de l'ébauche de rivet
lors du matriçage de ladite ébauche d'une part, ainsi que lors de l'éjection du rivet
ainsi obtenu, pour s'appliquer de façon à obtenir l'auto-étanchéité contre les parois
de l'empreinte (4′, 4′a), ledit éjecteur (7′) ayant un diamètre à peu près égal à
celui de l'alésage, et étant monté coulissant et réglable dans celui-ci.
3. Outillage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ladite surface creuse
(12) de l'éjecteur (7′) est de révolution, tronconique, à génératrice droite, courbe
ou complexe, le fond de ladite surface étant plat ou courbe concave.
4. Outillage suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'intersection du volume
cylindrique de l'éjecteur (7′) avec ladite surface creuse (12) forme une arête (13)
vive et circulaire, contenue dans un plan perpendiculaire à l'axe X-X de l'empreinte
(4′).
5. Outillage suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la longueur minimale
de l'éjecteur (7′) engagée dans ledit alésage au moment du matriçage est d'environ
3,5 fois le diamètre dudit alésage.
1. Industrial process for manufacturing rivets by forging from a cylindrical blank
(2′) in a die cavity (4′) of a press tool (5′), in which one end (3′) of the said
blank (2′) is placed in engagement against a hollow surface (12) of approximately
complementary shape to that of the rivet blank, the said hollow surface (12) being
formed at the end of a cylindrical member forming an ejector (7′) mounted in the cavity
(4′), and of which the geometry of the hollow surface (12) changes under the load
of the forging pressure applied to the other end of the blank, such as to cause a
self-sealing effect of the operative end (s1-sn) of the ejector against the wall of
the die cavity of the press tool (5′) throughout the duration of the process of forging
and ejection of the resulting rivet.
2. Tooling for putting into practice the process defined according to claim 1, comprising
a press tool (5′) having a die cavity (4′), a punch (6′) and an ejector (7′), characterised
in that the said cavity (4′,4′a) is a cylindrical bore of constant diameter throughout
its length and receiving the blank and the ejector (7′), the said ejector having an
end with a hollow shape (12) defined by a solid of revolution of which the shape is
approximately complimentary to that of the blank (3′) of the rivet, this solid of
revolution being "of constant resistance to deflection" and deformable under the action
of the pressure exercised by the end of the rivet blank during forging of the said
blank on the one hand, as well as during ejection of the resulting rivet, to act in
a manner such as to obtain self-sealing against the walls of the cavity (4′,4′a),
the said ejector (7′) having a diameter almost equal to that of the bore and being
mounted to slide and adjustable in the latter.
3. Tooling according to claim 2, characterised in that the said hollow surface (12)
of the ejector (7′) is a frusto-conical surface of revolution with a generatrix which
is straight, curved, or complex, the base of the said surface being flat or a concave
curve.
4. Tooling according to claim 3, characterised in that the intersection of the cylindrical
volume of the ejector (7′) with the said hollow surface (12) defines a sharp circular
ridge (13) lying in a plane perpendicular to the axis X-X of the cavity (4′).
5. Tooling according to claim 4, characterised in that the minimum length of the ejector
(7′) engaged in the said bore at the moment of forging is around 3.5 times the diameter
of the said bore.
1. Industrielles Verfahren zur Herstellung von Nieten durch Gesenkverformung eines
zylinderförmigen Rohlings (2′) in einer Abdruckform (4′) einer Matrize (5′), bei
welchem das eine Ende (3′) des Rohlings (2′) an eine mit einer Ausnehmung versehene
Oberfläche (12) zur Anlage gebracht wird, deren Gestalt im wesentlichen komplementär
zu der des Nietrohlings ist, wobei die mit der Ausnehmung (12) versehene Oberfläche
am Ende eines einen Auswerfer (7′) bildenden zylindrischen Teils angeformt ist, der
in der Abdruckform (4′) angebracht ist, und wobei die Geometrie der mit der Ausnehmung
(12) versehenen Oberfläche unter der vom anderen Ende des Rohlings her eingeleiteten
Druckbeanspruchung bei der Gesenkverformung derart veränderbar ist, daß ein Selbstabdichtungseffekt
zwischen dem aktiven Ende (S1 - Sn) des Auswerfers und der Seitenwand der Abdruckform
der Matrize (5′) während der gesamten Dauer der Gesenkverformung und des Auswurfs
des auf diese Art und Weise erhaltenen Niets erreicht wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer
Matrize (5′) mit einer Abdruckform (4′), einem Stempel (6′) und einem Auswerfer
(7′), dadurch gekennzeichnet, daß die Abdruckform (4′, 4′a) eine zylindrische Bohrung
ist, deren Durchmesser über ihre gesamte Länge konstant ist, und die den Rohling
und den Auswerfer (7′) aufnimmt, wobei der Auswerfer ein Endstück mit einer Ausnehmung
(12) aufweist, die durch einen Rotationskörper begrenzt ist, dessen Form im wesentlichen
komplementär zu derjenigen des Nietrohlings (3′) ist, wobei der Rotationskörper von
"gleicher Biegefestigkeit" ist und unter Einwirkung der auf das Ende des Nietrohlings
bei der Gesenkverformung ausgeübten Kraft ebenso wie beim Auswurf des so erhaltenen
Niets verformbar ist, um sich an die Seitenwände der Abdruckform (4′, 4′a) derart
anzulegen, daß eine Selbstabdichtung erreicht wird, wobei der Auswerfer (7′) einen
Durchmesser aufweist, der beinahe gleich der Bohrung ist und in dieser verstell- und
einstellbar geführt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (12) in
der Oberfläche des Auswerfers (7′) drehsymmetrisch, kegelstumpfförmig, mit gerader,
gebogener oder komplexer Mantellinie ausgebildet ist und der Boden dieser Oberfläche
flach oder konkav geformt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittlinie des
zylinderförmigen Volumens des Auswerfers (7′) mit der Ausnehmung (12) in der Oberfläche
einen scharfen, kreisförmigen Grat (13) bildet, der in einer Ebene senkrecht zur
X-X-Achse der Abdruckform (4′) liegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerfer (7′) zum
Zeitpunkt der Gesenkverformung mit einer Länge in die Zylinderbohrung hinein vorsteht,
die wenigstens ungefähr das 3,5fache des Durchmessers dieser Zylinderbohrung beträgt.