Pourquoi les avions utilisent-ils des rivets plutôt que des soudures ? La réponse réside dans les défis uniques de l'ingénierie aérospatiale. Le rivetage offre une stabilité et une fiabilité accrues, essentielles pour les matériaux fins et légers utilisés dans les avions. Contrairement aux soudures, qui peuvent souffrir de dommages causés par la chaleur et de fatigue au fil du temps, les rivets offrent une qualité constante et une facilité d'entretien. Cet article explique pourquoi l'industrie préfère les rivets et explore les avantages qu'ils offrent en termes de production, de performance et de sécurité.
En examinant de près un avion, on peut observer de nombreux rivets sur sa carlingue. Ce procédé de rivetage est également couramment utilisé dans la construction de grands ponts.
On dit qu'un avion C919 nécessite des millions de rivets, tandis que l'A380 en utilise plus de cinq millions.
Alors, pourquoi ne pas simplement souder l'avion au lieu d'opter pour cette solution apparemment lourde ? processus de rivetage?
Dans l'industrie aérospatiale, la devise est la suivante : "S'efforcer de perdre le moindre gramme". Pour alléger les avions, les constructeurs utilisent les matériaux les plus légers possibles, adaptés à des applications spécifiques.
La peau d'un avion est généralement très fine afin d'en réduire le poids. Le défi que représente le soudage de peaux aussi fines est énorme.
En outre, certaines carrosseries d'avions sont fabriquées en aluminium, qui résiste relativement mal à la chaleur. Les processus de soudage génère une grande quantité de chaleur, ce qui est clairement inadapté aux avions dont la carrosserie est en aluminium.
Les avions commerciaux les plus avancés au niveau international font un usage intensif de matériaux composites. Ces matériaux peuvent également être endommagés par le soudage. La connexion entre les différents matériaux doit être sécurisée d'une manière physique.
Lors de mon premier voyage en avion, j'étais assis près du hublot de l'aile. Lorsque l'avion a rencontré des turbulences, l'aile a sensiblement tremblé, ce qui a provoqué une poussée d'anxiété en moi.
Je pense que beaucoup d'entre vous ont été témoins de ces scénarios où, si les turbulences sont fortes, l'aile de l'avion oscille de façon spectaculaire.
Tout au long de ce processus de balancement continu, la peau de l'aile est soit étirée, soit comprimée. Si un procédé de soudage était utilisé, la résistance aux points de soudure diminuerait considérablement sous l'effet de ces changements de contrainte récurrents.
Avec le temps, ces zones soudées peuvent développer de minuscules fissures. Si elles ne sont pas découvertes à temps, elles constituent un risque important pour la sécurité.
Les avions commerciaux sont généralement utilisés pendant plus de dix ans, et les soudures sont sujettes à des problèmes de fatigue du métal, ce qui se traduit par une connexion sous-optimale. Inversement, le rivetage peut réduire la transmission des vibrations entre les pièces connectées, diminuant ainsi le risque de fissuration par vibration. En ce qui concerne les variations de contraintes récurrentes, le rivetage offre une fermeté supérieure et plus fiable.
Qualité du soudage dépend en grande partie de l'habileté de l'opérateur, et il est très aléatoire de savoir s'il est trop fin ou trop épais. Il est difficile d'établir des normes uniformes.
En revanche, les rivets utilisés dans le processus de rivetage présentent des erreurs de paramètres minimes, ce qui facilite le contrôle de la qualité et la production standardisée.
Tout le monde sait que lors de la construction d'un avion, la demande de standardisation est élevée.
L'aspect le plus critique dans l'industrie aéronautique est la constance de la qualité. Un avion comporte des millions de rivets, et le premier rivet produit doit être identique aux dizaines de millions suivants.
La résistance requise pour les rivets d'un avion peut atteindre 1100 mégapascals, ce qui équivaut au poids de dix berlines sur un centimètre carré. La précision du traitement des rivets est de l'ordre du micron.
Ce concept est similaire à celui des grands avions eux-mêmes. La fabrication d'un gros avion de pointe n'est pas trop difficile pour un grand pays, mais la production de milliers de produits identiques est un défi monumental.
D'aucuns pourraient se demander si ces rivets visibles n'augmentent pas la traînée aérodynamique de l'avion. En fait, les rivets utilisés dans la construction aéronautique sont principalement des rivets à tête saillante et des rivets à tête fraisée.
À l'intérieur de l'avion, où il n'est pas nécessaire de donner une forme aérodynamique, on utilise principalement des rivets à tête saillante, moins coûteux et plus faciles à mettre en œuvre.
Les rivets à tête fraisée, quant à eux, sont principalement utilisés sur les parties extérieures de l'avion qui doivent être lisses. Ils peuvent réduire efficacement la traînée de l'avion. Le processus de fabrication exige des tolérances strictes pour les capuchons des rivets et les structures voisines. Lorsque vous touchez la surface de l'avion, vous pouvez à peine sentir la présence des rivets.
Cette application a donné des résultats significatifs. Selon des données datant de la Seconde Guerre mondiale, l'utilisation de rivets à tête fraisée peut réduire la traînée de l'avion d'environ 3%.
En général, nous utilisons un rivet congelé pour le remplacement. Ce rivet est rapidement refroidi après le traitement thermique et doit être riveté dans les quinze minutes qui suivent son utilisation.
La résistance d'un tel rivet congelé augmente dans des conditions de température normales, ce qui améliore la stabilité de la structure rivetée.
Un seul rivet mal fixé pourrait déclencher une alerte de dysfonctionnement de l'avion, ce qui obligerait le personnel de maintenance à faire des heures supplémentaires 24 heures sur 24 pour localiser le rivet en question.
En 2016, pour résoudre un problème sur un avion A320, le personnel de maintenance a travaillé sans relâche pendant trois jours et trois nuits. Après avoir systématiquement examiné toutes les défaillances possibles, ils ont finalement identifié une broche desserrée parmi des centaines de broches de données, chacune d'un diamètre inférieur à 1 millimètre.
Si l'identification et la réparation des rivets défectueux peuvent s'avérer difficiles, il n'y a pas lieu de s'inquiéter. Les vis d'aviation sont autobloquantes, ce qui rend le risque de desserrage infime.
En raison de diverses contraintes, la plupart des avions que nous voyons aujourd'hui sont assemblés à l'aide de rivets.
Les différentes pièces de la peau de l'avion sont reliées entre elles à l'aide de rivets, formant ainsi une armure aéroportée. Cela permet aux volets de l'avion de se déplacer avec souplesse.
Le rivetage à la presse est une méthode de fixation qui consiste à appliquer une pression externe pour modifier la plasticité du matériau dans le processus d'ingénierie. Cette technique permet d'insérer les vis et les écrous des rivets dans des fentes préfabriquées spécialisées dans la structure, réalisant ainsi une connexion fiable entre les composants.
L'acier ordinaire à faible teneur en carbone, les tôles d'alliage d'aluminium et les tôles de cuivre sont généralement utilisés pour les goujons d'écrous à sertir. Pour les matériaux d'une dureté excessive, tels que l'acier inoxydable et les plaques d'acier à haute teneur en carbone, on utilise des goujons d'écrous à rivets très durs spécialement fabriqués. Par conséquent, l'acier inoxydable est rarement utilisé dans les goujons et les écrous à sertir. tôle pièces. Il en va de même pour les vis et les écrous à sertir, pour lesquels l'acier inoxydable est rarement utilisé.
Grâce à l'analyse des processus de rivetage de la presse, ainsi qu'à des introductions à la presse commune En se basant sur les composants de rivetage et leurs techniques, ainsi que sur les méthodes de contrôle de la qualité des opérations de rivetage à la presse, une discussion approfondie sur les processus de rivetage à la presse a été entreprise.
1. La taille des trous pour la pose des rivets doit être déterminée conformément au tableau des tailles de trous standard.
2. Sauf dans des cas particuliers (par exemple lorsqu'il y a interférence avec le rivetage après tous les travaux d'usinage et d'assemblage), il est nécessaire d'effectuer des travaux d'entretien et de réparation. traitement de surface est terminé), le traitement de surface du produit doit être achevé avant le processus de rivetage.
3. Lors du choix de la couleur des pièces rivetées, si un zingage de couleur est choisi sur les pièces du produit, les pièces rivetées doivent être assorties. Pour le zingage bleu, le zingage blanc, le nickel et l'oxydation des pièces du produit, on utilise généralement des pièces rivetées nickelées. Pour les pièces spéciales qui doivent être rivetées avant le traitement de surface et qui nécessitent un traitement de surface, les pièces rivetées nickelées sont généralement utilisées. brasage Pour le renforcement, les pièces rivetées nickelées sont également choisies, car les propriétés chimiques de la couche de placage ont une incidence sur la qualité du soudage.
(I) Noix de rivet et leurs exigences en matière de transformation
Lorsque l'épaisseur (t) de l'écrou du rivet à dents fleuries est supérieure à celle de l'écrou à dents fleuries, l'épaisseur de l'écrou est réduite. plaque d'aluminium est inférieur ou égal à 1,0 mm, le code de traitement -0 est utilisé. Pour le rivetage avec des matériaux en acier inoxydable, parce que l'acier inoxydable est dur et a tendance à faire tomber l'écrou du rivet après le rivetage, soudage par points est généralement utilisé autour de l'écrou pour le renforcer.
Lors du processus de rivetage, la matrice doit être mise en place en une seule fois, toutes les parties saillantes de l'écrou doivent pénétrer dans la plaque sans laisser d'espace, afin de garantir une bonne perpendicularité entre l'écrou et la plaque.
(II) Les rivets à sertir et leurs exigences en matière de processus
Les goujons pour rivets à sertir comprennent les goujons pour rivets à sertir à trous traversants entièrement filetés et les goujons pour rivets à sertir à trous borgnes. Cet article présente principalement ces deux types de rivets. La différence entre le goujon à trou traversant entièrement fileté et le goujon à trou borgne réside dans le fait que le trou intérieur est complètement ouvert ou non et dans la longueur du filetage, tandis que les autres dimensions sont essentiellement les mêmes.
Les exigences en matière de traitement des goujons rivetés à la presse sont les suivantes : en général, le rivetage à la presse des trous borgnes et des goujons n'est pas effectué avant l'électrodéposition. L'objectif est de permettre à la solution de galvanoplastie de s'écouler complètement, afin d'éviter la corrosion des filets.
Pendant le processus de rivetage à la presse, la matrice doit être positionnée avec précision en une seule fois. Tous les coins du goujon doivent être complètement enfoncés dans la tôle et affleurer la surface de la pièce. Cela garantit une bonne planéité de la tôle et une bonne perpendicularité avec le goujon.
Pour les goujons d'une longueur (L) de 30 mm ou plus, un renforcement par soudage par points est nécessaire, conformément à l'analyse structurelle et aux exigences du processus, afin d'empêcher le goujon de basculer. Lors de l'utilisation de tôles en acier inoxydable pour le rivetage à la presse, la tolérance entre le diamètre extérieur du goujon et la taille du trou de la tôle doit être de ±0,05 mm.
(III) Vis rivetées à la presse et leurs exigences en matière de processus
Les vis rivetées à la presse sont principalement divisées en deux types : celles à tête ronde et celles à tête hexagonale. La partie "S" de la vis à tête ronde est constituée de la tête ronde et de la dentelure, et la méthode de rivetage est essentiellement la même que celle de l'écrou dentelé à sertir présenté plus haut.
La partie "S" de la vis à tête hexagonale est constituée d'une tête hexagonale et de protubérances, et la méthode de rivetage est conforme à celle du goujon à enfoncer.
Voici les exigences de traitement pour les goujons à coller : En général, les tôles d'une épaisseur inférieure à 1 mm ne sont pas utilisées pour le rivetage à la presse. L'utilisation du moule de rivetage à la presse doit être positionnée correctement dès la première tentative, en veillant à ce que tous les coins du goujon soient entièrement enfoncés dans la tôle et à ce qu'ils affleurent la surface du composant, assurant ainsi une bonne planéité de la tôle et une bonne perpendicularité avec le goujon.
Comme la valeur S des vis à sertir est généralement élevée, l'extrusion du matériau est facile à produire pendant le sertissage, ce qui entraîne une déformation de la pièce. Lors de l'insertion de vis en acier inoxydable dans des tôles en acier inoxydable, la tolérance du diamètre extérieur de la vis et de la taille du trou doit être maintenue à ±0,05 mm.
(IV) Vis de pressage à l'épreuve du desserrement et leurs exigences en matière de processus :
Les vis à sertir résistantes au desserrement sont souvent utilisées dans des endroits qui doivent être fixés et qui sont fréquemment démontés et installés.
Les exigences en matière de traitement des vis à sertir à l'épreuve du desserrement sont les suivantes : L'utilisation du moule de pressage doit être positionnée correctement dès la première tentative, en veillant à ce que tous les coins de la vis soient entièrement enfoncés dans la tôle et qu'ils affleurent la surface du composant, assurant ainsi une bonne planéité de la tôle et une bonne perpendicularité avec la vis.
(V) La broche de positionnement et ses exigences en matière de processus
Les exigences de fabrication de la goupille de positionnement rivetée à la presse sont les suivantes : lorsque la longueur de la goupille de positionnement (L) est supérieure à 20 mm, il est nécessaire, sur la base de l'analyse structurelle et des normes de processus, de renforcer la goupille de positionnement par brasage (soudage par points au niveau de la tête ronde) afin d'éviter tout désalignement.
L'utilisation de la matrice lors du rivetage à la presse doit être précise et en place dès la première fois, et la partie saillante de la goupille de positionnement doit être entièrement noyée dans la tôle, en affleurant la surface des composants. Cela garantit la planéité de la tôle et une bonne perpendicularité avec la goupille de positionnement.
1. Le processus de rivetage comprend la fixation d'écrous, de vis, de goujons et de rivets de quincaillerie personnalisés (tels que des goupilles de guidage, des colonnes de support de localisation, etc.), de bases de cuvettes manuelles électrostatiques et de clés à riveter.
2. Le rivetage à proximité du bord d'un produit ou de la circonférence d'un trou peut entraîner une déformation importante. En fonction de l'ampleur de la déformation, les mesures nécessaires (telles que le remodelage ou le meulage) doivent être prises pour satisfaire aux exigences dimensionnelles et esthétiques conformément aux dessins de conception.
3. Après le rivetage, il ne doit pas y avoir de désalignement ou de décalage. Il est essentiel de s'assurer que les filets s'alignent de manière concentrique avec les trous correspondants.
4. Le matériau, les spécifications et le modèle des pièces rivetées doivent correspondre à ceux des dessins. L'utilisation de spécifications incorrectes n'est pas autorisée.
5. Après le rivetage, une déformation, une protubérance ou une indentation visible autour des pièces rivetées est inacceptable. Il ne doit pas y avoir d'empreintes ou de marques de moulage visibles qui ne puissent être dissimulées par un traitement de surface.
6. Les pièces rivetées ne doivent pas se décoller ou se détacher après le rivetage. Leur solidité doit être testée ; les valeurs de la force de poussée et du couple doivent être conformes aux exigences spécifiées par le PEM pour les spécifications de la pièce rivetée.
7. Il est impératif de vérifier rapidement si les spécifications du matériau et du modèle des rivets utilisés dans la chaîne de production, telles qu'elles sont indiquées sur l'emballage, sont conformes aux dessins de conception. Vérifier que l'emballage ne contient pas de matériaux mélangés.
8. Après le rivetage, les filetages des pièces rivetées doivent être contrôlés : les jauges go/no-go doivent fonctionner correctement.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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