Domaine technique

L'invention concerne un rivet auto-perceur, comprenant une collerette d'appui et un corps tubulaire creux expansible, le corps comprenant à une extrémité une première partie cylindrique adjacente à la collerette et à l'autre extrémité du corps une seconde partie cylindrique agencée pour recevoir un élément de perçage, et une troisième partie expansible entre les première et seconde parties cylindriques.

Technique antérieure

Il est connu d'utiliser une cheville auto-foreuse à expansion pour assembler de manière simple deux éléments comme une pièce à un support.

Les documents FR2927382 et FR2992698 décrivent des chevilles auto-foreuses avec une tête sous forme de collerette, une extrémité de perçage et un corps de cheville entre la collerette et l'extrémité de perçage. Le corps de cheville comprend une partie taraudée apte à coopérer avec le filet d'une vis. Néanmoins, dans l'industrie automobile ces types de chevilles auto ^¬ foreuses ne satisfont pas les constructeurs car après l'opération de perçage/assemblage, l'extrémité de perçage saillante peut blesser un opérateur manipulant les éléments fixés.

De plus, l'extrémité de perçage des chevilles auto ^¬ foreuses augmente l'encombrement de la cheville lorsque celle-ci est fixée aux éléments à fixer.

Les documents US 2015/0043995 et CA 2080065 décrivent des chevilles auto-foreuses, avec une extrémité de perçage qui peut être retirée manuellement par un opérateur après opération de perçage/assemblage. Le retrait manuel de l'extrémité de perçage peut être délicat lorsqu'elle n'est pas visible ou lorsque son accès n'est pas aisé une fois montée, ces chevilles auto ^¬ foreuses ne permettent donc pas d'améliorer la cadence pour assembler des éléments dans un véhicule automobile.

De plus, les chevilles auto-foreuses utilisées actuellement, présentent généralement un corps de cheville et des extrémités de cheville avec des orifices. Ces orifices ne permettent pas d'assurer une étanchéité d'un coté à l'autre des éléments à assembler liés par les chevilles auto-foreuses de l'art antérieur.

D'autre part, lorsqu'elles sont utilisées pour percer des éléments composites, les chevilles auto-foreuses ne permettent pas de faire des trous « propres » car elles induisent souvent un arrachement de fibres et du délaminage lors du perçage, en plus d'un dégagement de poussière non maîtrisé. Les constructeurs cherchent donc aussi à éviter le dépôt de poussière ou de débris de matière lors de l'assemblage de deux éléments.

Enfin, les constructeurs cherchent toujours à utiliser des chevilles auto-foreuses présentant de meilleures résistances mécaniques à l'arrachement et au cisaillement .

Exposé de l'invention

Le but de l'invention est de proposer un rivet auto- perceur moins encombrant, non « agressif », limitant le dégagement de résidus lors du perçage tout en étant compatible aux contraintes de l'industrie automobile pour assembler deux éléments.

Plus particulièrement, l'invention a pour objet un rivet auto-perceur, comprenant une collerette d'appui et un corps tubulaire creux expansible, le corps comprenant à une extrémité une première partie cylindrique adjacente à la collerette et à l'autre extrémité du corps une seconde partie cylindrique agencée pour recevoir un élément de perçage, et une troisième partie expansible entre les première et seconde parties cylindriques, caractérisé en ce que la troisième partie du corps et l'élément de perçage comprennent chacun des moyens de liaison qui sont agencés de sorte à désolidariser l'élément de perçage du corps au cours de l'expansion de la troisième partie du corps.

Le rivet auto-perceur selon l'invention peut encore présenter les particularités suivantes :

- le corps tubulaire creux peut présenter une paroi axiale pleine ;

le corps peut présenter un fond du coté de la seconde partie cylindrique ;

la seconde partie cylindrique peut être filetée intérieurement ;

- la troisième partie expansible peut être agencée pour se déformer radialement lorsque la seconde partie cylindrique filetée intérieurement est entraînée par traction en translation axiale vers la collerette ;

- la seconde partie cylindrique peut être agencée pour recevoir une tige cylindrique s 'étendant axialement dans le corps ;

- la tige peut comprendre à une extrémité une première partie de tige qui s'étend dans la première partie du corps creux et qui se projette au-delà de la collerette à l'extérieur du corps ;

la tige peut comprendre à l'autre extrémité une seconde partie de tige agencée pour se loger dans la seconde partie du corps, la seconde partie de tige présente un épaulement pour coopérer avec un rétrécissement de section de la seconde partie du corps de sorte à être bloquée axialement dans le corps ;

la troisième partie expansible du corps peut être agencée pour se déformer radialement lorsque la première partie de la tige est entraînée par traction en translation axiale ;

la tige peut comprendre une troisième partie de tige entre les première et seconde parties de tige avec une zone sécable, la troisième partie de la tige est agencée de sorte qu'une portion de la troisième partie de tige s'insère dans la première partie du corps quand la troisième partie du corps est complètement expansée radialement ;

la portion de la troisième partie de tige peut être limitée par la zone sécable disposée en affleurement avec la collerette lorsque la troisième partie du corps est complètement expansée radialement ;

l'élément de perçage peut se présenter sous la forme d'un cylindre creux destiné à s'emmancher par une première extrémité sur la seconde partie cylindrique du corps ;

la seconde partie du corps peut présenter des méplats pour bloquer une rotation de l'élément de perçage par rapport au corps lorsque l'élément de perçage est emmanché sur le corps ; - l'élément de perçage peut présenter sur une deuxième extrémité un outil de perçage sous forme d'une scie cloche ;

le cylindre creux de l'élément de perçage peut présenter des arêtes se projetant vers l'intérieur du cylindre creux entre la première extrémité et la deuxième extrémité de l'élément de perçage pour bloquer l'emmanchage du cylindre creux sur la seconde partie cylindrique du corps ;

l'élément de perçage peut présenter des premiers moyens de liaison au corps ;

les premiers moyens de liaison de l'élément de perçage au corps peuvent se présenter sous forme de pattes flexibles s 'étendant axialement au-delà de la première extrémité ;

les pattes flexibles de l'élément de perçage peuvent avoir une surface extérieure abrasive ;

- la troisième partie expansible du corps peut présenter des seconds moyens de liaison à l'élément de perçage ;

les seconds moyens de liaison de la troisième partie expansible du corps avec l'élément de perçage peuvent se présenter sous forme d'encoches agencées pour recevoir les pattes flexibles de l'élément de perçage ;

le rivet peut être en tôle roulée et soudée ;

le rivet peut être en tôle emboutie.

Avec le rivet auto-perceur selon l'invention, il est possible d'assembler rapidement et facilement deux plaques entre elles, ou une pièce à un support. Les plaques peuvent être aussi des tapis de sol automobile. Avec cet agencement selon l'invention, on peut obtenir une fixation présentant un encombrement réduit et une structure de rivet moins agressive pour un opérateur.

En effet, après perçage des éléments à assembler par la mise en rotation du rivet à travers un outil de vissage coopérant avec la partie filetée ou avec la tige en saillie, la collerette vient en appui contre l'élément supérieur à assembler, puis une traction en translation axiale sur l'outil entraine l'expansion radiale du corps réalisant alors une éjection simultanée automatique de l'élément de perçage du corps poussée par la déformation de la troisième partie du corps de rivet.

L'éjection de l'élément de perçage permet à un opérateur de continuer à travailler sans risque de se blesser à l'outil de perçage et diminue l'espace occupé par le rivet .

L'assemblage de deux éléments, comprenant les étapes de perçage et d'ancrage du rivet auto-perceur de part et d'autre des deux plaques, peut être rapide et simplifié car il peut être réalisé en une seule opération avec un outil de vissage/traction adapté.

De plus, l'agencement de l'élément de perçage, avec la zone abrasive et le cylindre creux, permet respectivement de réaliser des trous « propres » et de contenir dans l'élément de perçage le dégagement de poussière et de débris de perçage. Ainsi, une « galette de matière » sera éjectée du corps de rivet en même temps que l'élément de perçage.

Le corps de rivet avec la partie filetée ayant un fond et une paroi pleine ou avec une portion de tige, permet d'assurer une étanchéité d'un coté à l'autre des éléments à assembler. Suite à la traction sur la tige, une portion de la troisième partie de la tige se retrouve bloquée en partie dans la première partie du corps adjacente à la collerette remplissant entièrement la première partie du corps de rivet pour renforcer la structure du rivet expansée. Une traction axiale supplémentaire et calibrée sur la tige entraîne la rupture de la tige au niveau de la zone sécable de sorte que la tige cassée ne dépasse pas de la collerette, qu'elle soit en affleurement de la collerette.

Le rivet en tôle avec le corps expansé comprenant une portion de tige assure une haute résistance mécanique à l'arrachement et au cisaillement pour répondre aux contraintes de l'industrie automobile.

Présentation sommaire des dessins

La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit et des dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 est une vue en perspective du rivet auto ^¬ perceur selon un premier mode de réalisation de 1 ' invention ;

la figure 2 est une vue éclatée du rivet auto-perceur de la figure 1 ;

- la figure 3 est une vue de profil du rivet auto ^¬ perceur selon le premier mode de réalisation de 1 ' invention ;

la figure 4 est une vue en coupe axiale du rivet auto-perceur de la figure 3 ;

- la figure 5 est une vue en coupe axiale du rivet auto-perceur avec le corps expansé radialement selon le premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 6 une vue en perspective du rivet auto ^¬ perceur selon un second mode de réalisation de l'invention ;

la figure 7 est une vue éclatée du rivet auto-perceur de la figure 6 ;

la figure 8 est une vue de profil du rivet auto ^¬ perceur selon le second mode de réalisation de l'invention ;

la figure 9 est une vue en coupe axiale du rivet auto-perceur de la figure 8 ;

la figure 10 est une vue en coupe axiale du rivet auto-perceur avec le corps expansé radialement selon le second mode de réalisation de l'invention. Description de modes de réalisation

Les figures 1 à 5 illustrent un rivet 1 selon un premier mode de réalisation de l'invention, pour assembler deux éléments, ici deux plaques (P et P', représentées sur la figure 5) . A titre d'exemple non limitatif, les plaques peuvent être en fibre de verre.

Le rivet 1 comprend un corps 2 tubulaire avec à une extrémité une collerette 3 venant en appui par exemple sur l'une des plaques à assembler et à l'autre extrémité du corps 2 une zone (décrite plus loin) sur laquelle vient s'agencer par emmanchement un élément de perçage 4 visible de façon isolée sur la figure 2 éclatée.

Comme illustrée sur la figure 2, la collerette 3 s'étend dans un plan perpendiculaire à un axe AA du rivet 1.

La collerette 3 peut présenter des crans (non représentés) venant mordre la surface d'appui pour bloquer sa rotation axiale. La collerette 3 peut aussi avoir des découpes autour d'un orifice d'entrée à l'intérieur du corps 2 tubulaire.

Le corps 2 tubulaire est creux et est en forme de fût ou tonneau avec une paroi axiale pleine.

Le corps 2 comprend trois parties s 'étendant selon l'axe AA : une première partie 5 cylindrique adjacente à la collerette 3, une seconde partie 6 cylindrique correspondant à la zone d'agencement de l'élément de perçage 4 par emmanchement axial, et une troisième partie 7 intermédiaire entre les deux parties 5, 6 cylindriques.

La hauteur de la première partie 5 cylindrique correspond généralement à l'épaisseur des plaques P, P' à assembler .

Selon le premier mode de réalisation, comme visible sur la figure 4, la seconde partie 6 cylindrique peut être filetée intérieurement pour coopérer avec le filet d'un outil de vissage traversant le corps 2 tubulaire par l'orifice de la collerette 3. Ici, le filetage intérieur vient d'une douille 8 emboutie taraudée et fixée à la seconde partie 6, en dessous d'un rétrécissement radiale de section formant un épaulement 20. La douille 8 est fixée au corps 2 par soudure ou sertissage.

La surface extérieure de la seconde partie 6 cylindrique peut présenter des méplats 9 s 'étendant axialement, ici trois méplats 9 sont présents, pour faciliter l'emmanchement de l'élément de perçage 4 sur la seconde partie 6 du corps 2 de rivet et bloquer la rotation de l'élément de perçage 4 par rapport au corps 2 de rivet.

La seconde partie 6 cylindrique du corps 2 de rivet peut présenter une paroi de fond, comme cela est illustré sur la figure 4. La troisième partie 7 intermédiaire du corps 2 de rivet est ici en forme de fût embouti avec une zone annulaire d'affaiblissement 10 dans un plan transversal médian pour que la troisième partie 7 du corps 2 soit expansible radialement.

La troisième partie 7 intermédiaire expansible du corps 2 de rivet présente des premiers moyens de liaison 11 avec l'élément de perçage 4. Ici, trois encoches 11 en saillies vers l'intérieur du corps 2 sont agencées en continuité axiale avec les méplats 9 de la seconde partie 6 du corps 2 de rivet.

L'élément de perçage 4 est sous forme d'un cylindre creux qui peut s'emmancher par une première extrémité 12 sur la seconde partie 6 cylindrique du corps 2. La face interne cylindrique de l'élément de perçage 4 présente des arêtes 13, visibles sur la figure 4, qui se projettent vers l'intérieur du cylindre pour bloquer axialement la seconde partie 6 du corps 2 de rivet lorsque l'élément de perçage 4 est emmanché sur la seconde partie 6 cylindrique du corps 2.

L'élément de perçage 4 présente sur une deuxième extrémité un outil de perçage 14, ici sous forme d'une scie cloche circulaire avec une denture à deux étages. La scie cloche comporte un alésage interne avec des dents réparties circonférentiellement autour de l'alésage pour diminuer la poussière et l'arrachement de fibre lors du perçage. Au cours du perçage, les résidus de matière s'accumulent ainsi dans le cylindre creux de l'élément de perçage 4.

Sans sortir du cadre de l'invention, la deuxième extrémité de l'outil de perçage 14 pourrait être un embout de type mèche de perceuse avec un revêtement diamanté (non représenté) .

L'élément de perçage 4 présente des seconds moyens de liaison 15 au corps 2 de rivet et plus particulièrement à la troisième partie 7 intermédiaire du corps 2 de rivet, ici par exemple sous forme de pattes 15 flexibles s 'étendant axialement au-delà de la première extrémité 12 de l'élément de perçage 4.

Les pattes 15 flexibles de l'élément de perçage 4 présente ici une surface extérieure abrasive permettant d'améliorer la qualité du perçage et des extrémités 16 inclinées vers l'intérieur de l'élément de perçage 4.

Avant utilisation, l'élément de perçage 4 du rivet 1 auto-perceur doit être monté sur le corps 2 de rivet 1. Pour cela, au cours de l'emmanchement axial de l'élément de perçage 4 sur le corps 2 de rivet 1, les pattes 15 flexibles s'écartent au contact de la seconde partie 6 et glissent le long des méplats 9 de la seconde partie 6 du corps 2 de rivet 1. Puis la seconde partie 6 cylindrique s'enfonce axialement dans le cylindre creux de l'élément de perçage 4 jusqu'à ce que les extrémités 16 inclinées des pattes 15 flexibles viennent se loger dans les encoches 11 de la troisième partie 7 expansible du corps 2 de rivet 1. Le corps 2 de rivet 1 est bloqué axialement dans le cylindre creux de l'élément de perçage 4 par les arêtes 13 internes en saillies de l'élément de perçage 4. Selon l'invention, les premiers et seconds moyens de liaison 11, 15 doivent être choisis de sorte à résister à la rotation appliquée au rivet 1 au cours du perçage.

Selon l'invention, les méplats 9 sur la seconde partie 6 du corps 2 permettent aussi de bloquer en rotation l'élément de perçage 4 par rapport au corps 2 de rivet 1 lorsque l'élément de perçage 4 est emmanché au corps 2 de rivet 1 et ainsi transmettre la rotation, exercée par un outil de vissage sur le corps 2 de rivet 1, à l'élément de perçage 4.

La mise en place du rivet 1 dans les deux plaques P,

P' pour les assembler entre elles s'opère en entraînant le rivet 1 en rotation dans le sens classique de vissage, par action de l'outil avec la douille 8, l'outil passant à travers la collerette 3, pour réaliser un trou dans les deux plaques P, P' et les assembler selon la figure 5.

Quand la collerette 3 vient en appui contre la plaque P supérieure à assembler, on fait remonter, par traction de l'outil sur le filet de la douille 8, la seconde partie 6 du corps 2 vers la collerette 3 ce qui provoque une déformation radiale de la troisième partie 7 expansible. Cette déformation radiale de la troisième partie 7 du corps 2 entraine un écartement des pattes flexibles 15 et une perte de contact des extrémités 16 avec les encoches 11 libérant ainsi par éjection l'élément de perçage 4 du corps 2 de rivet 1. Cet agencement permet donc une éjection axiale simultanée automatique de l'élément de perçage 4, contenant les résidus de perçage, du corps 2 par une poussé engendrée par la déformation de la troisième partie 7 du corps 2 de rivet 1.

Lorsque la troisième partie 7 est complètement expansée, comme illustré sur la figure 5, la troisième partie 7 du corps 2 forme alors un bourrelet 17 sous les plaques P, P' assemblées. Le bourrelet 17 assure une meilleure résistance mécanique à l'arrachement et au cisaillement. Le rivet 1 est alors ancré de part et d'autre des deux plaques P, P'. Selon l'invention, la surface extérieure abrasive des pattes 15 flexibles de l'élément de perçage 4 permet un ponçage de l'intérieur du trou pour éliminer des fibres dépassantes et/ou des zones localement délaminées.

Selon un second mode de réalisation de l'invention, au lieu d'avoir une douille 8 dans le corps 2 de rivet pour coopérer avec l'outil de vissage, on pourrait avoir une tige 18 agencée dans le corps 2 de rivet. Cette variante de l'invention est illustrée sur les figures 6 à 10.

Les éléments communs aux deux modes de réalisation portent les mêmes références et ne seront pas détaillés.

Les figures 6 et 7 illustrent un rivet l' selon le second mode de réalisation de l'invention, pour assembler deux éléments, ici les deux plaques (P et P', représentées sur la figure 10) .

Le rivet 1 ' comprend le corps 2 tubulaire creux en forme de fût avec la paroi axiale pleine, les première, seconde et troisième parties cylindriques 5, 6, 7 s 'étendant selon l'axe AA, la collerette 3 et la zone sur laquelle vient s'agencer par emmanchement l'élément de perçage 4 visible de façon isolée sur la figure 7 éclatée .

Selon le second mode de réalisation, le rivet l' comprend une tige 18, ici globalement cylindrique comme visible de façon isolée sur la figure 7.

La tige 18, à insérer dans le corps 2 de rivet l', comprend trois parties s 'étendant selon l'axe AA : une première partie 19 de la tige 18 destinée à s'insérer dans la première partie 5 du corps 2 de rivet l' et qui a une longueur de sorte qu'elle se projette aussi au-delà de la collerette 3 à l'extérieur du corps 2 de rivet l' ; une seconde partie 21 de la tige 18 destinée à se loger dans la seconde partie 6 du corps 2 de rivet l' ; et une troisième partie 22 entre les première et seconde parties 19, 21 de la tige 18 qui vient se loger dans la troisième partie 7 du corps 2 de rivet l'.

La partie en saillie de la première partie 19 de la tige 18 par rapport au corps 2 de rivet va servir à entraîner le rivet l' en rotation dans le sens classique de vissage, par action de l'outil avec cette partie s'étendant à l'extérieur du corps 2, mais aussi en traction axiale.

La seconde partie 21 de la tige 18 est ici sous forme d'ogive avec un épaulement 23 qui coopère avec le rétrécissement de section 20 de la seconde partie 6 du corps 2 formant 1 'épaulement pour bloquer axialement la tige 18 dans le corps 2 de rivet l'. Des seconds méplats (non visibles) du corps 2 présents, par contre-forme notamment, sur la surface interne de la seconde partie 6 du corps 2 de rivet vont bloquer, par coopération avec la seconde partie 21 de tige 18, la rotation de la tige 18 par rapport au corps 2 de rivet l'. Ainsi le corps 2 et la tige 18 sont solidarisés en rotation axiale.

La troisième partie 22 de la tige 18 présente ici une zone de rétrécissement correspondant une zone sécable 24 sous l'effet d'une traction axiale appropriée. L'élément de perçage 4 s'emmanche sur la seconde partie 6 cylindrique du corps 2 de rivet l' de la même façon que décrit précédemment.

Selon le second mode de réalisation, la mise en place du rivet l' dans les deux plaques P, P' pour les assembler entre elles s'opère en entraînant le rivet l' en rotation dans le sens classique de vissage, par action de l'outil avec la tige 18, pour réaliser un trou dans les deux plaques P, P' et les assembler selon la figure 10.

Comme précédemment, quand la collerette 3 vient en appui contre la plaque P supérieure à assembler, on fait remonter, par traction de l'outil sur la tige 18, la seconde partie 6 du corps 2 vers la collerette 3 ce qui provoque la déformation radiale de la troisième partie 7 expansible libérant ainsi par éjection automatique l'élément de perçage 4 du corps 2 de rivet l'.

Lorsque la troisième partie 7 est complètement expansée, comme illustré sur la figure 10, en plus de la présence du bourrelet 17 sous les plaques P, P' assemblées, la résistance mécanique à l'arrachement et au cisaillement est renforcée par la présence d'une portion de la troisième partie de 22 de la tige 18 au niveau de la première partie 5 du corps 2 de rivet l'. La zone sécable 24 est agencée de sorte qu'après assemblage des éléments P, P', la rupture de la tige 18 au niveau de la zone sécable 24 ne laisse pas la portion de tige 18 restante dans le corps 2 de rivet l' s'étendre au delà du corps 2 de rivet l', et que la portion de tige 18 restante dans le corps 2 de rivet 1 ' vienne en affleurement avec la collerette 3.

De part ce second mode de réalisation, lorsque le rivet l' est ancré de part et d'autre des deux plaques P, P', la portion de tige 18 restante dans le corps 2 de rivet l' permet de remplir l'intégralité du corps creux expansé pour assurer un renfort mécanique au rivet et assurer l'étanchéité de l'assemblage.

Selon l'invention, le rivet 1, l', peut être en tôle roulée et soudée, ou en tôle emboutie. L'élément de perçage 4 peut aussi être réalisé en tôle roulée avec clinchage par queue d'aronde, soudure ou sertissage, ou en tôle emboutie.

Le rivet 1, l' peut aussi être réalisé complètement par moulage de matière plastique ou par injection de matière plastique pour être fabriqué à faible coût et servir à assembler deux tapis de sol automobile, ou un tapis de sol à une plaque par exemple.

Sans être limitatif, le rivet 1 pourrait aussi servir à fixer des passages de câbles, servir à positionner des systèmes de fixation lourde ou légère, ou encore pour la fixation interne pour des voitures avec caisse métallique ou composite.

Le rivet 1 pourrait aussi être fabriqué par addition de matière dans une imprimante 3D si par exemple il s'agissait d'une fabrication en petites séries.