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CA 02738227 2011-03-23
WO 2010/046611 PCT/FR2009/052041
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Procédé de fabrication d'une pièce de boulonnerie, outil pour la mise en
oeuvre du procédé, dispositif de vissage et de dévissage d'une telle
pièce de boulonnerie
La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une
vis.
Plus particulièrement, elle concerne un procédé de fabrication d'une
pièce de boulonnerie, tel qu'une vis ou un écrou, comportant une tête
s'étendant longitudinalement entre deux extrémités, la tête présentant en
section dans un plan perpendiculaire à la direction longitudinale une forme
sensiblement circulaire, la tête comportant un pourtour comprenant au moins
un épaulement s'étendant dans un plan radial.
Il est connu de l'état de la technique de réaliser des vis par découpage.
Toutefois cette méthode entraîne une perte de matière qui est éjectée lors de
la formation de la vis dans l'outil.
Il est connu du document GB 1913 113555 de réaliser des vis par
forgeage à chaud. Plus particulièrement ce document décrit une tête de vis qui
est réalisée de manière à autoriser le vissage de la vis dans un premier sens,
mais à empêcher le dévissage de celle-ci. A cet effet la vis comprend une tête
qui comporte des épaulements et qui présente une forme conique.
Toutefois la fabrication des vis par forgeage à chaud est longue et
coûteuse et ne répond plus aux besoins actuels des industries utilisant les
vis
de ce type.
Le but de la présente invention est de pallier ces inconvénients et de
proposer un procédé de fabrication de vis inviolables ou démontables avec
des outils spécifiques, le procédé offrant des cadences de fabrication
augmentées, sans perte de matière première constituant la vis, tout en offrant
une précision de fabrication compatible avec les seuils de tolérance admise.
A cet effet le procédé de fabrication tel que décrit précédemment est
caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes de mise en forme
suivantes : cisaillage d'un fil de matière de manière à obtenir une pièce de
longueur déterminée, calibrage de la pièce de manière à corriger la géométrie
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de la pièce, c'est-à-dire d'obtenir des faces d'extrémités parallèles entre
elles
et perpendiculaires au corps, ébauchage de la pièce calibrée, de manière à
obtenir la tête de la pièce de boulonnerie, finition de la pièce ébauchée au
moyen d'un troisième poinçon de manière à former au moins un épaulement
sur la tête de la pièce de boulonnerie, les étapes de calibrage, d'ébauchage
et
de finition étant réalisées uniquement par frappage à froid.
Grâce au procédé de fabrication par frappe à froid la matière est
déformée pour obtenir la forme finale, sans perte de matière, et les cadences
de fabrication sont améliorées par rapport à celles de l'art antérieur.
Selon d'autres caractéristiques
- préalablement à chaque étape de mise en forme, la pièce de
boulonnerie est mise en place respectivement dans une première, une
deuxième et une troisième matrice et en ce qu'elle est frappée à froid, lors
de chaque étape de mise en forme, au moyen respectivement d'un
premier, d'un deuxième et d'un troisième poinçon.
L'invention concerne aussi un outil pour la mise en oeuvre du procédé
décrit précédemment, dans lequel :
- la première, la deuxième et la troisième matrices sont disposées
respectivement les unes à la suite des autres sur une ligne de frappe
à froid ;
- le deuxième poinçon présente une empreinte adaptée à former une
tête conique ;
- le deuxième poinçon est adapté à former une tête présentant un
pourtour de forme bombée ;
- l'angle formé entre la tête et la direction longitudinale est compris entre
Oet45 ;
- le troisième poinçon est adapté à former n épaulements s'étendant
dans des plans radiaux, n étant compris entre 1 et 12, chaque
épaulement formant avec l'épaulement consécutif un angle (3 tel que
(3 =360/n ;
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la
description détaillée qui suit réalisée sur la base des dessins annexés dans
lesquels :
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- la figure 1 représente une vue d'ensemble de la ligne d'outillage selon
l'invention,
- la figure 2a représente une vis comportant trois épaulements,
- les figures 2b et 2c représentent respectivement une vue de côté et
une vue de dessous de la vis représentée à la figure 2a,
- les figures 2d et 2 e sont des vues similaires à celles des figures 2b et
2c, les épaulements étant orientés dans le sens opposé,
- les figures 3a, 3b et 3c représentent respectivement une vue en
perspective, une vue de côté et une vue de dessus d'une une vis dont
la tête présente une forme conique et comporte trois épaulements,
- les figures 4, 4b et 4c représentent des vues similaires aux figures 3a,
3b et 3c d'une vis dont la tête présente une forme conique et comporte
quatre épaulements,
- les figures 5, 5b et 5c représentent des vues similaires aux figures 3a,
3b et 3c d'une vis dont la tête présente une forme conique et comporte
cinq épaulements,
- les figures 6a, 6b, 7a et 7b représentent une vis dont la tête présente
respectivement une forme sphérique et une forme bombée,
- les figures 8a, 8b représentent respectivement une vue en coupe et
une vue de dessous d'un dispositif de vissage / dévissage associé à
une pièce de boulonnerie selon l'invention, illustrée en vue de dessous
sur la figure 8c,
- les figure 9a et 9b représentent une vis avec une tête creuse
comportant une empreinte femelle,
- la figure 10 est une vue de dessous d'un poinçon et d'un insert de
poinçon selon l'invention ;
- les figures 10b et 10c représentent une vue en coupe et une vue de
dessous d'un poinçon selon l'invention.
- La figure 11 illustre un dispositif de vissage et dévissage selon une
variante de l'invention,
- Les figures 12 et 13 illustrent un dispositif de vissage et dévissage
selon une variante de l'invention
Sur les différentes figures, les références identiques correspondent à
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des éléments identiques ou similaires.
Les figures 2 à 5 illustrent des vis 10 présentant une tête 12
comportant des moyens spécifiques permettant d'empêcher ou de rendre
difficile le dévissage de celles-ci.
Chaque vis 10 comporte un corps 11 et une tête 12, et s'étend
longitudinalement entre une première extrémité 14 du côté de la tête 12 de
vis et une deuxième extrémité 16 opposée à la première. Les têtes 12 de
vis présentent dans un plan perpendiculaire à la direction longitudinale X
une forme sensiblement circulaire. Chaque tête 12 de vis présente un
pourtour 18 extérieur sur lequel est réalisé au moins un épaulement 20.
Chaque épaulement 20 présente une face d'appui 22 et une partie
convexe 24. La face d'appui 22 s'étend dans un plan radial et est disposée
de préférence sur toute la largeur I du pourtour 18.
Tel que visible sur la figure 2a, 2b et 2c la tête 12 de vis comporte trois
épaulements 20a, 20b, 20c orientés à droite, disposés selon le sens direct,
c'est-à-dire dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Les faces
d'appui 22, sur lesquelles un dispositif de vissage / dévissage peut venir
en appui, permettent un vissage facile de la vis 10, dans le sens des
aiguilles d'une montre, et un dévissage dans le sens inverse des aiguilles
d'une montre. .
Les figures 2d et 2 e illustrent une tête 12 de vis pour laquelle les
épaulements 20 sont orientés à gauche c'est-à-dire dans le sens des
aiguilles d'une montre.
Tels qu'illustré sur les figures 3, 4 et 5 les têtes 12 de vis comportent
respectivement trois, quatre et cinq épaulements 20. Le nombre n
d'épaulements 20 réalisés sur la tête de vis est choisi en fonction des
besoins de l'utilisateur. Toutefois sur des vis de taille standard, le nombre
n
d'épaulement 20 ne sera pas supérieur à 12. Chaque épaulement forme
avec l'épaulement consécutif un angle R tel que R =360/n.
Sur les figures 3, 4 et 5 la tête 12 de vis présente une forme conique,
dont le sommet est disposé du côté de la première extrémité 14. L'angle a
formé entre la direction longitudinale et la droite passant par le pourtour
incliné est tel que a est compris entre 0 et 45 .
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Le dévissage est possible pour les têtes présentant un angle a compris
entre 0 et 7,30 .
Pour asupérieur ou égal à 8 , la partie convexe 24 des épaulements 20
entraîne un dévissage difficile, voire impossible avec un outil standard, car
5 la forme convexe rend pratiquement impossible la prise de la tête 12 de
vis dans un outil pour la desserrer.
Sur la figure 3 a=7,30 , sur la figure 4 a=15 et sur la figure 5, a=45 .
Plus la valeur de l'angle a est élevée, plus la difficulté de dévissage de vis
avec des outils standard augmente.
La combinaison des épaulements 20 et de la forme conique confère
donc une double garantie pour empêcher le dévissage de la vis. La valeur
a sera donc déterminée en fonction des besoins de l'utilisateur.
La figure 1 représente de manière schématique une ligne de
fabrication d'une vis décrite précédemment. La ligne de fabrication est
constituée de trois matrices 26, 28, 30 coopérant respectivement avec
trois poinçons 32, 34, 36 disposés respectivement dans un insert de
poinçon 31 a, 31b et 31c. La vis est obtenue à partir d'un fil de matière 38
qui est frappé à froid entre les matrices 26, 28, 30 et les trois poinçons 32,
34, 36correspondants, selon les étapes suivantes.
Le fil est d'abord disposé dans une première matrice 26 au moyen
d'une pince de transfert 40. Puis le premier poinçon vient en contact de la
première matrice 26 pour calibrer le lopin ou morceau de fil 38, c'est-à-dire
lui donner la forme cylindrique pleine. Puis la pièce obtenue calibrée est
disposée dans une seconde matrice 28 au moyen d'une pince de transfert.
Le deuxième poinçon 34 vient au contact de la deuxième matrice 28, au
moyen d'une presse automatique 42a, pour l'étape d'ébauchage de la vis.
Grâce à cette étape, la tête 12 de la vis est formée sans perte de matière.
La tête 12 de la vis peut présenter une forme cylindrique ou une forme
conique telle que décrit précédemment. Le deuxième poinçon 34 sera
choisi en fonction de la forme désirée de la tête 12.
Afin d'obtenir les épaulements 20, la pièce ébauchée obtenue est
disposée dans une troisième matrice 30 associée à un troisième poinçon
36 par l'intermédiaire de la presse automatique 42b.
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Le troisième poinçon 36 est illustré sur la figure 10. Il comporte une
cavité 44 représentant l'empreinte permettant d'obtenir la tête 12 de vis
finale avec un ou plusieurs épaulements 20.
Selon les dimensions de la tête de la pièce de boulonnerie, le nombre
de matrices et de poinçons peut varier.
Chacune de ces trois étapes sont réalisées en frappe à froid, c'est-à-
dire par forgeage des matériaux à température ambiante. Ce procédé est
particulièrement avantageux car il permet des cadences de fabrication
élevées, et il n'y a presque pas de perte de matière, et donc peu de
déchet. De plus, contrairement à la frappe à chaud, la frappe à froid ne
nécessite pas d'étape supplémentaire coupant les fibres, c'est-à-dire une
opération de détourage, lorsqu'il y a débordement de la matière, pour
obtenir le produit final.
De plus ce procédé permet d'obtenir une précision plus importante lors
de la fabrication des pièces et ainsi de diminuer les tolérances de
fabrication.
A cet effet les outils permettant de mettre en oeuvre le procédé, et
notamment les poinçons 32, 34, 36 et les matrices 26, 28, 30 sont réalisés
par électroérosion, qui offre une grande précision des dimensions de la vis
obtenue après frappe.
De plus les pièces obtenues présentent une résistance améliorée par
rapport à celles fabriquées à partir des procédés de l'art antérieur, car les
fibres de la matière ne sont pas déformées.
Selon d'autres variantes de réalisation, la tête 12 de vis présente une
forme bombée, telle que visible sur les figures 6 et 7. La forme bombée
peut être une partie d'une forme sphérique ou ellipsoïde. Sur les figures 6a
et 6b la tête 12 présentant la forme d'une rotule formée par une partie de
sphère. Ce type de forme présente un intérêt pour les angles difficiles
d'accès, par exemple lorsque l'alignement de l'axe de vis nécessaire au
vissage et au dévissage standard est placé dans un environnement
encombré et difficile d'accès. Par exemple une boîte de vitesse automobile
ou tout ensemble mécanique concentré empêchant l'accès ou la vision
directe sur la tête de vis. Lors de la fabrication en frappe à froid, les
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poinçons utilisés sont rétractables pour obtenir des formes négatives
sphériques.
Sur les figures 7a et 7b, la tête présente une forme bombée. Cette
variante est applicable à l'assemblage d'éléments qui peuvent être
utilisées par des enfants, par exemple pour des jouets. La forme arrondie
évite les blessures au frottement et empêche le démontage intempestif.
La figure 8 représente un dispositif de vissage 46 d'une vis selon
l'invention présentant une forme partiellement sphérique. Le dispositif 46
comporte une douille 48 comprenant une empreinte femelle comportant au
moins un épaulement 50 adapté à coopérer avec au moins un épaulement
de la tête de vis de manière à pouvoir entraîner la vis dans le sens de
vissage et dans le sens de dévissage. L'empreinte femelle de la douille 48
présente la forme d'une cavité comportant des épaulements 50 disposés
sans le sens inverse de celui de la tête de vis et adapté à entraîner la tête
15 de vis dans le sens de vissage par coopération des surfaces d'appui et
des parties convexes de l'outil et de la tête.
Lorsque l'outil est amené dans le sens de dévissage de la tête, la
partie convexe de l'outil vient en appui tangentiel de la partie convexe 24
de la tête. La partie convexe 24 agit comme une came et la tête est
20 entrainée dans le sens de dévissage.
La figure 11 illustre un autre type de dispositif de vissage et dévissage
52 d'une pièce de boulonnerie selon l'invention. Plus particulièrement elle
illustre une clé mixte oeil et plate qui présente, à une première extrémité
54, une empreinte femelle symétrique, selon une symétrie orthogonale par
rapport à un plan, de la forme de la tête de la pièce de boulonnerie selon
l'invention.
A la deuxième extrémité, la clé présente une fourche 56 comportant au
moins un épaulement orienté dans le sens inverse de celui de la tête de la
pièce de boulonnerie.
Ce type de dispositif fonctionne de la même manière que celui décrit et
illustré à la figure 8 pour visser et dévisser la pièce de boulonnerie.
D'autres dispositifs de vissage et dévissage peuvent être utilisés pour
visser ou dévisser une tête d'une pièce de boulonnerie selon l'invention.
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Par exemple cela peut être des clés contrecoudées, des clés à douille, des
clés à pipe débouchées, des clés mixtes plates et tube, des embouts de
tournevis, des embouts de tournevis à cliquet.
Les figures 12 et 13 illustrent une variante de réalisation d'un outil ou
dispositif permettant de visser et dévisser une pièce de boulonnerie selon
l'invention. L'outil permet d'appliquer une force de compression et un
couple permettant d'entrainer la vis en rotation.
A cet effet, l'outil comporte un bras longitudinal 58 sensiblement
cylindrique et monté libre en rotation dans un manche tubulaire 60. Le manche
60 et le bras 58 sont disposés coaxialement. Le bras 58 comporte une
première 62 et une deuxième 64 extrémités s'étendant au-delà du manche.
Sur la première extrémité 62 est emmanchée une douille 64. La douille
64 est emmanchée de manière amovible sur l'extrémité du bras, et peut ainsi
être retirée du bras. L'utilisateur peut ainsi choisir la douille 64 adaptée
aux
différentes formes d'écrou ou de vis selon l'invention. A cet effet il est
prévu un
jeu de douilles présentant des empreintes 66 différentes et adapté à être
emmanchées sur la première extrémité du bras 58.
L'outil comporte en outre une bague 68 de laiton coaxiale et disposée
du côté de la première extrémité 62 du bras. La bague 68 agit comme une
butée pour la douille 64, lorsque cette dernière est sollicitée en translation
dans un sens de dévissage.
Un moyen élastique 70, formant ressort de compression, est disposé
adjacent à la butée 68, et absorbe le mouvement de translation de la douille
64, transmis par l'intermédiaire de la bague 68, lors du dévissage.
L'outil fonctionne de la manière suivante. Lorsque l'utilisateur souhaite
visser un écrou ou une vis selon l'invention, il choisit la douille 64 adaptée
à la
vis ou l'écrou déterminé, et engage la douille 64 sur la première extrémité 62
du bras 58 de l'outil. L'utilisateur applique manuellement ou l'aide d'une
presse, visible à la figure 13, un effort de sorte à déplacer l'outil en
translation
axiale dans un premier sens vers la vis ou l'écrou. Lorsque la vis ou l'écrou
est engagée dans la douille, l'utilisateur exerce sur le bras un couple de
force
tendant à faire tourner le bras 58 dans un premier sens de rotation
correspondant au vissage, tout en maintenant l'effort axial. Le couple est
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transmis à la douille 64 via la liaison solidaire entre la première extrémité
62
du bras et la douille 64.
Lorsque l'utilisateur souhaite dévisser la vis ou l'écrou, il exerce
toujours un effort axial de sorte à maintenir l'écrou ou la vis engagée dans
la
douille 64. Puis il exerce sur le bras un couple d'effort tendant à dévisser
la vis
ou l'écrou. La vis ou l'écrou tend alors à se déplacer en translation dans un
deuxième sens, inverse au premier sens et exerce une pression axiale sur
l'outil. Cette pression est transmise au moyen élastique 70 par
l'intermédiaire
de la douille et de la bague 68 formant butée. Ainsi la pression exercée sur
la
vis n'empêche pas le dévissage et par conséquent son mouvement en
translation dans le deuxième sens.
La figure 9 illustre un autre mode de réalisation d'une pièce de
boulonnerie fabriquée à partir du procédé selon l'invention. Dans ce mode de
réalisation, la tête comporte une empreinte femelle creuse comportant trois
épaulements. Ce mode de réalisation présente les mêmes caractéristiques et
les mêmes avantages que ceux décrits précédemment. L'outil associé
présente alors une douille présentant des épaulements orientés vers
l'extérieur et adaptés à coopérer avec l'empreinte femelle de la tête de la
pièce de boulonnerie.
L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et
illustrés qui ne sont donnés qu'à titre d'exemple. Notamment l'invention peut
s'appliquer à une pièce de boulonnerie telle qu'un écrou.
