Tout sur le rivetage aveugle

Dans le monde des célébrités, le prix à payer pour être bien connu est que le public en sait trop sur la vie privée d'une star. Mais, dans le monde de l'assemblage, le prix à payer pour être une technologie bien connue est que les utilisateurs finaux en savent parfois trop sur un avantage de processus et trop peu sur ses autres avantages.

C'est le cas du rivetage aveugle. De nombreuses personnes dans le secteur de la fabrication savent que le processus permet à un assembleur d'installer complètement un rivet dans un joint à partir d'un seul côté d'une pièce ou d'une structure. Beaucoup moins connaissent les autres avantages importants que ces rivets offrent par rapport aux fixations filetées.

Pour commencer, les rivets ne peuvent pas être sous-serrés, sur-serrés ou desserrés. Ils assemblent rapidement, simplement et à moindre coût les métaux, les plastiques, les composites, le bois, les panneaux de fibres et les structures tubulaires creuses. Les rivets aveugles résistent également aux vibrations, sécurisent les joints avec une courte longueur de serrage et éliminent la possibilité de marques de surface.

Fait intéressant, les rivets aveugles sont l'un des types de fixations les plus anciens, puisqu'ils existent depuis plus d'un siècle. Le rivet POP (ainsi nommé parce qu'il "sautait" lorsqu'il était installé) a été breveté par l'ingénieur britannique Hamilton Neil Wylie en 1916. En 30 ans, les rivets aveugles à rupture de tige en acier et en aluminium ont été largement utilisés dans plusieurs industries à travers l'Europe et les États-Unis.

Les rivets aveugles sont toujours populaires en Europe, avec certains des développements et des installations de rivets les plus intéressants qui s'y produisent. Par exemple, Sarev SRL Unipersonale, basée à Padoue, en Italie, fabrique différents types de rivets aveugles, dont le rivet Mass composé d'un corps en cuivre, d'un mandrin cuivré et d'une cosse faston en laiton.

En raison de ces caractéristiques, le rivet est également conducteur de courant et est souvent utilisé dans l'assemblage d'appareils électroménagers et de panneaux électriques. Il est conçu sur mesure par les ingénieurs de Sarev et basé sur le nombre de câbles à connecter et le type de matériaux à fixer dans l'application.

Beaucoup plus au nord-est, à Nizhny Novgorod, en Russie, le fabricant de turbocompresseurs automobiles CZ as utilise des rivets aveugles tubulaires pour fixer une plaque d'identification au boîtier du compresseur du produit. Les rivets sont installés avec un mandrin unidirectionnel à une cadence allant jusqu'à 70 par minute. Des vis à entraînement par marteau étaient initialement utilisées pour maintenir les plaques en place, mais le marteau endommageait souvent la tête de vis et les vis installées avaient l'air mauvaises.

Lorsque les rivets aveugles ont été introduits pour la première fois, ils étaient en aluminium et utilisés comme fixation de remplacement pour les rivets solides nécessitant une réparation. Plus de 100 ans plus tard, les rivets sont disponibles dans différents types, matériaux et styles de tête, et sont de plus en plus utilisés pour assembler des produits dans des industries aussi diverses que l'aérospatiale, l'automobile, l'électronique, l'énergie solaire, la joaillerie et le travail du bois.

Le rivetage aveugle a fait ses preuves depuis des décennies, en particulier avec les grands assemblages. En conséquence, les rivets aveugles sont utilisés dans les produits blancs, les camions lourds, les tracteurs, les portes de garage et les bâtiments métalliques préfabriqués. De plus en plus, cependant, les rivets sont également utilisés pour assembler de petits produits, tels que des composants électroniques dans les téléphones portables.

Un rivet aveugle est une fixation en deux parties composée d'un corps de rivet creux à tête et d'un mandrin solide (ou tige). Le corps ressemble à un petit tube évasé à une extrémité. Un trou, ou noyau, s'étend généralement sur la longueur du corps. Le mandrin dépasse du noyau et ressemble à un clou ou à un fil.

Après qu'un trou a été percé ou poinçonné à travers les pièces à assembler, le corps du rivet est inséré. Ensuite, les mâchoires du nez de l'outil de rivetage sont positionnées pour saisir correctement le mandrin. Lorsque l'outil tire la tête du mandrin dans le corps du rivet, la tête dilate radialement les parois du rivet pour remplir le trou. Cette traction déforme également le corps du rivet en une tête ou un bulbe porteur à l'extrémité du rivet, serrant les feuilles ensemble. Une fois que l'outil atteint une force de réglage ou une charge de traction prédéterminée, le mandrin se brise et soit tombe au sol, soit est déplacé par aspiration dans un dispositif de collecte.

Les fournisseurs d'équipement notent que la collecte des mandrins est particulièrement importante dans les usines automobiles et aérospatiales pour limiter les débris. De petits morceaux de métal en vrac dans une voiture peuvent produire des cliquetis qui agacent le conducteur, alors que dans un avion, ils peuvent causer de graves dommages structurels.

L'installation typique d'un rivet aveugle prend moins d'une seconde et nécessite que le travailleur n'appuie qu'une seule fois sur la gâchette de l'outil. L'installation de rivets extra-longs peut nécessiter deux pressions sur la gâchette si la course du piston de l'outil est trop courte ou si sa puissance de traction est trop faible.

"Même si le rivetage aveugle est une méthode de fixation fiable, il a ses limites", déclare Craig Bonnville, directeur commercial de la division de rivetage GESIPA chez SFS Group USA Inc. "L'installation de la fixation est rapide et permanente. Cependant, si le rivet doit être retiré et retravaillé, des précautions supplémentaires doivent être prises afin de retirer le rivet correctement sans endommager l'application. De plus, la formation de l'assembleur sur l'outil est utile pour s'assurer que tout fonctionne comme prévu et que le rivet est correctement fixé dans l'application."

GESIPA fabrique plusieurs outillages d'installation de montage, dont le modèle portatif électrique GAV 8000. La version éco de base est livrée sans surveillance de processus, tandis que la version électronique offre cette capacité.

Bonnville indique que les deux versions sont livrées avec des boutons de menu et de fonction faciles à utiliser sur un écran IHM. Les outils manipulent des rivets avec des longueurs de corps supérieures à 30 millimètres et un diamètre de bride jusqu'à 11,4 millimètres. Tous les mandrins usés sont évacués par un tuyau relié à un bac de collecte.

"Les ingénieurs automobiles sont souvent encouragés à concevoir des fixations, des clips et des rivets aveugles pour réduire la complexité de l'assemblage et de la logistique dans la gestion des composants de classe C", explique Steven Sherman, vice-président de l'ingénierie chez Industrial Rivet & Fastener Co. (IRFC), qui fabrique tous les types de rivets depuis 1912. "D'après notre expérience, aussi souvent qu'ils sont conçus, ils sont conçus dans de nouvelles applications à un rythme beaucoup plus élevé pour une multitude de raisons."

Les rivets aveugles sont disponibles en différents types, matériaux, diamètres, plages de préhension et styles de tête. Les rivets à bout ouvert standard sont les plus courants et les moins chers, mais ne sont ni étanches ni très résistants.

Les rivets à extrémité fermée ont une configuration d'extrémité en forme de coupe qui élimine la pénétration d'eau depuis l'intérieur du corps du rivet, mais pas entre l'extérieur du corps et le matériau. Les rivets scellés sont similaires aux rivets standard, sauf que le mandrin est complètement fermé, ce qui permet d'obtenir un joint étanche après l'installation.

Les rivets multi-grip se compriment lorsqu'ils sont utilisés sur un matériau fin, laissant moins de matériau suspendu à l'arrière. Les rivets non structuraux cassent le mandrin près de la tête du côté aveugle, laissant une courte longueur de mandrin dans le corps du rivet et le noyau partiellement rempli.

Les rivets structurels, en revanche, retiennent une partie du mandrin après la rupture pour fournir une résistance élevée au cisaillement et à la traction, ainsi qu'une résistance aux vibrations. Ces rivets peuvent être utilisés pour compléter les adhésifs structuraux en fixant les pièces pendant que l'adhésif durcit.

Les rivets aveugles sont spécifiés par le matériau du rivet et du mandrin (dans cet ordre), et il est toujours recommandé de faire correspondre les deux matériaux. Les matériaux de rivet comprennent l'acier, l'acier inoxydable, l'aluminium, le cuivre, le laiton et le plastique. Les matériaux spécifiques à l'industrie comprennent les rivets en nylon, que les constructeurs automobiles de niveau 1 et les équipementiers utilisent pour joindre les composants en plastique moulé, et les rivets en alliage non ferreux Monel et Inconel, qui sont souvent spécifiés pour les applications aérospatiales.

Le diamètre standard d'un rivet varie de 0,094 à 0,375 pouce. Cependant, les fabricants de marchés spécifiques exigent fréquemment des rivets d'un diamètre allant jusqu'à 0,625 pouce.

"Certains types de rivets, comme notre série Speed ​​Fastening, gagnent en popularité", note Samir Custovic, chef de produit pour la fixation aveugle en Amérique du Nord chez Stanley Engineered Fastening. "Plusieurs versions, dont NeoSpeed, Briv et Chobert, sont disponibles et installées à l'aide d'un système de mandrin à répétition unique. Lors du placement, notre outil tire le mandrin à travers le rivet, ce qui entraîne une expansion axiale et radiale, tout en fournissant un serrage et un remplissage de trou."

L'outil auquel Custovic fait référence est le Stanley SB25PT-05 alimenté par batterie, qui est rétrocompatible avec la série hydropneumatique précédente sur laquelle il est basé. Les deux ont la même conception d'interface, ce qui permet à l'opérateur de passer plus facilement d'un outil filaire à un outil sans fil.

Tout aussi important, l'outil crée rapidement des joints reproductibles avec une grande précision. Ses caractéristiques standard incluent une gâchette à un seul doigt à faible force, une poignée ergonomique à prise souple pour le confort de l'opérateur et une lumière LED pour assurer une ligne de vue dégagée sur l'application.

Depuis environ un an, un fabricant américain utilise les rivets aveugles SB25PT-05 et NeoSpeed ​​pour assembler des échelles industrielles. L'entreprise a installé des millions de rivets de ce type au cours de cette période et les préfère aux rivets solides qu'elle utilisait auparavant. Il apprécie particulièrement que le système permette un rechargement rapide des rivets et ne laisse aucun déchet de mandrin.

Chaque rivet aveugle a une plage d'adhérence spécifiée qui indique la combinaison de matériaux la plus épaisse et la plus fine qu'il peut correctement maintenir ensemble. Plus la gamme est large, plus la variation d'épaisseurs est importante lorsqu'un seul rivet peut être utilisé.

Les styles de tête à rivet aveugle incluent le dôme (standard), le dôme surdimensionné et le plat. La tête bombée surdimensionnée est généralement utilisée dans des matériaux plus souples pour augmenter la zone portante. Une tête plate est fraisée pour un ajustement affleurant.

Pour fixer des assemblages en matériaux composites, tels que le plastique, la fibre de verre et le contreplaqué, des rivets de différents styles de refoulement sont utilisés. Ces rivets produisent une expansion trifurquée (comme l'ouverture de pétales de fleurs) à l'arrière du matériau, de sorte que la force de serrage est répartie.

Le Bulb-Tite fabriqué par GESIPA en fait partie. Il est doté d'une tête de fermeture de grand diamètre qui répartit en douceur la pression sur les matériaux sensibles et poreux. Les applications automobiles courantes incluent l'assemblage de matériaux composites lors du montage de haut-parleurs, de modules de porte, de panneaux de carrosserie et d'instruments et de sièges.

La tête de fermeture empêche le rivet d'être retiré de l'application et le mandrin verrouillé maintient le joint en toute sécurité même lorsqu'il est exposé à des charges élevées. Les utilisateurs finaux apprécient également le fait que la tête de fermeture soit esthétique, avec un profil bas. Le rivet a une large plage d'adhérence et produit un joint serré qui reste sans cliquetis lorsqu'il est exposé à des vibrations.

Les écrous à sertir et les goujons à sertir sont également populaires parmi les fabricants. L'écrou à rivet monobloc est doté de filetages internes porteurs pour la fixation de pièces amovibles dans un matériau qui peut être trop fin pour accueillir un filetage. Un goujon à écrou combine un écrou à rivet avec une vis et remplace efficacement un goujon à souder. Il peut également être installé dans un matériau prépeint.

L'installation de rivets aveugles nécessite un outil qui maintient le corps en place pendant que le mandrin est tiré dans ou à travers le rivet. Une large gamme d'outils manuels et automatisés est disponible. Ces derniers incluent l'hydropneumatique et l'électrique sans fil qui, depuis 25 ans, sont devenus plus légers, plus puissants et plus ergonomiques.

Chaque outil est fourni avec un ou plusieurs embouts pour définir la gamme de tailles de rivets la plus fréquemment utilisée. Des embouts spéciaux sont disponibles pour des applications particulières où une portée supplémentaire dans des canaux étroits ou une fonctionnalité de pivot est requise.

Les outils manuels ressemblant à des pinces sont généralement limités aux applications à faible volume. Ils ne peuvent installer que des rivets de plus petit diamètre et ceux fabriqués à partir de matériaux plus souples. D'autre part, les outils manuels sont légers et polyvalents.

Les outils d'installation automatisés, qui comprennent des pistolets à riveter à poignée pistolet et des riveteuses en ligne ou verticales, offrent une plus grande capacité de traction et sont mieux à même de résister au coup de pied créé lors de la pose d'un rivet. Les outils à poignée pistolet sont conçus pour être utilisés dans un plan horizontal.

Les riveteuses en ligne offrent une option pour le rivetage vertical et peuvent être suspendues à un contrepoids, tout comme un tournevis en ligne. Pour les applications à volume élevé, les outils de rivetage peuvent être équipés de plusieurs têtes qui installent plus d'une fixation à la fois. Les outils peuvent également être fournis avec des unités d'alimentation automatique pouvant contenir plusieurs milliers de rivets.

"Environ 98 % des outils utilisés pour installer des rivets aveugles pour l'assemblage sont de type portatif", explique Sherman. "C'est parce que les outils portatifs sont le moyen le plus simple de joindre plusieurs couches de métal et de plastique. Les fabricants utilisent également des outils en ligne et montés sur robot, mais uniquement lorsque l'application l'exige."

IRFC propose une gamme complète d'outils pour installer des rivets aveugles, y compris des outils manuels et à levier, à alimentation automatique, pneumatiques, à piles et en bout de bras qui se montent sur un robot. Ce dernier outillage est indépendant des robots, fabriqué et conçu sur mesure par les ingénieurs de l'IRFC pour chaque application.

Il y a moins de deux ans, IRFC présentait la troisième génération de son outil à batterie Freeset. Des capteurs de force et de distance dans l'outil permettent de surveiller le processus de chaque installation de rivet. Les autres caractéristiques comprennent un écran LCD, un compteur de rivets et une carte Wi-Fi qui envoie sans fil des données au contrôleur d'outil, ainsi qu'au centre de données de l'usine, pour le suivi et l'analyse de la gestion.

L'automne dernier, GESIPA a présenté son PowerBird Pro Gold Edition, un outil sans fil d'une force de pose de 20 kilonewtons pour des rivets extra-forts. Il gère des rivets de 2,4 à 6,4 millimètres de diamètre et est alimenté par une batterie Cordless Alliance System (CAS) basée sur la technologie lithium-ion ou lithium-ion haute densité. Une batterie de 2 ampères-heures est livrée en standard avec l'outil, une batterie compacte de 4 ampères-heures étant proposée en accessoire.

"En plus d'être plus ergonomique, cet outil permet aux assembleurs d'installer un grand volume de rivets sur une seule charge de batterie", explique Bonnville. "Les utilisateurs finaux apprécient également la batterie CAS car elle peut être utilisée dans tous nos outils d'installation de rivets PowerBird, et de nombreux clients ont plus d'un type d'outil PowerBird."

Le pistolet à riveter PB2500 SMART de Stanley est également alimenté par batterie. Son intelligence, pour ainsi dire, provient d'un système de surveillance de processus embarqué avec écran tactile intégré. Après avoir obtenu les données force-distance pour chaque pose de rivet, le système les compare immédiatement à une « bonne » courbe force-distance. L'opérateur est ensuite informé si le rivet installé est OK ou non. Jusqu'à 500 000 résultats de réglage peuvent être stockés dans l'outil pour une analyse ultérieure.

L'outil est également compatible Wi-Fi et Bluetooth et conçu pour le rivetage aveugle sur une chaîne de montage ou à distance. Custovic affirme qu'il offre la qualité et la robustesse de l'outil PB2500 d'origine, en plus d'être sans fil pour améliorer encore l'accessibilité, la mobilité et la productivité des travailleurs.

L'outil d'installation de rivets aveugles à alimentation automatique d'IRFC s'appelle Kingset, qui alimente des rivets standard (diamètre de 0,1875 pouce) à partir d'une bande de plastique chargée dans l'outil. Il pèse 5,5 livres et a un temps de cycle de deux secondes et un temps de rechargement de huit à 10 secondes. Tous les mandrins usés sont collectés pour éviter qu'ils n'encombrent la zone de travail.

Un fabricant de composants électroniques utilise le Kingset depuis trois ans pour assembler des châssis en tôle. Sherman dit que l'entreprise apprécie le fait que l'outil rationalise le processus et réduit les mouvements de l'opérateur. L'opérateur insère simultanément le rivet tout en alignant les trous pré-percés dans le métal, réduisant ainsi le temps de cycle pour chaque assemblage d'environ 2 minutes. Des cycles plus courts permettent à l'entreprise de produire environ 600 000 unités chaque année.

Jim est rédacteur en chef de ASSEMBLY et possède plus de 30 ans d'expérience éditoriale. Avant de rejoindre ASSEMBLY, Camillo était rédacteur en chef de PM Engineer, Association for Facilities Engineering Journal et Milling Journal. Jim a un diplôme d'anglais de l'Université DePaul.