FR2537672A1

FR2537672A1 - Blind fastener with work gripping head

Info

Publication number: FR2537672A1
Application number: FR8220730A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-12-10
Filing date: 1982-12-10
Publication date: 1984-06-15
Also published as: DE3246625A1; FR2537672B1

Abstract

The tubular fastener has an axially extending tubular shank receivable in a work bore and an annular head receivable in forcible engagement with the work material forming a counterbore. The fastener also has, on the head, an annular end face, a tapered section located forwardly of the end face to forcibly engage the work counterbore and a second forwardly tapered section located forwardly of the first section. The taper angularity of the second section exceeds the taper angularity of the first. A stem extends through the tubular shank and head. An actuator plug responsive to retraction of the stem toward the head end of the fastener to expand at the opposite end of the fastener and axially retain it in position.

Description

La présente invention se rapporte à des appareils de fixation aveugle et plus particulièrement à la liaison d'un appareil de fixation aveugle à une structure, de manière à conférer à celle-ci une excellente résistance à la corrosion et une résistance au cisaillement élevée. The present invention relates to blind fastening devices and more particularly to the connection of a blind fastening device to a structure, so as to give the latter excellent corrosion resistance and high shear strength.

Les appareils de fixation aveugle se sont caractérisés jusqu'ici par l'utilisation d'une queue tubulaire et d'une tête annulaire conique destinée à être reçue en engagement à force dans la matière de la structure qui forme un évasement, ainsi que d'une tige qui est rétractable à l'extrémité exposée ou avant de la structure, afin d'élargir des moyens situés du côté "aveugle" ou non exposé de cette structure et de retenir axialement l'appareil de fixation en position. Blind fasteners have so far been characterized by the use of a tubular shank and a conical annular head intended to be received in force engagement in the material of the structure which forms a flare, as well as a rod which is retractable at the exposed or front end of the structure, in order to widen means located on the "blind" or unexposed side of this structure and to axially retain the fixing device in position.

Toute longueur en excès de la tige du côté exposé peut ensuite être sectionnée. Any excess length of the stem on the exposed side can then be cut.

L'utilisation d'appareils de fixation de ce type n'est pas toujours à conseiller en raison des grands trous nécessités par le diamètre accru de la tête. The use of fasteners of this type is not always advisable due to the large holes required by the increased diameter of the head.

Par ailleurs, dans la plupart des cas, un évidement excessif des têtes des appareils de fixation était jugé nécessaire pour l'engagement d'outils de maintien de la tête et de la queue contre tout mouvement de rotation lors de la rétractation par rotation de la tige filetée. Furthermore, in most cases, excessive recess of the heads of the fixing devices was considered necessary for the engagement of tools for holding the head and the tail against any rotational movement during the retraction by rotation of the threaded shaft.

De plus, les appareils de fixation aveugle utilisés jusqu'ici tendent à se desserrer et à sortir de leur position sous l'effet de la vibration structurale, ce qui a pour conséquence une diminution de leur durée de vie, par fatigue, et la destruction de l'engagement étanche de la tête et de l'alésage fraisé, de sorte que du fluide corrosif peut avoir accès à l'interface et corroder la connexion. In addition, the blind fasteners used so far tend to loosen and come out of their position under the effect of structural vibration, which results in a decrease in their life, fatigue, and destruction tight engagement of the head and countersunk bore, so that corrosive fluid can access the interface and corrode the connection.

De même, les appareils de fixation aveugle précédents ne sont, en général, pas applicables à des installations de forme originale, pour des applications mettant en jeu des charges de cisaillement qui utilisent des panneaux minces, parce que les hauteurs de tête nécessaires conduisent à des évidements fraisés qui sont proche de la condition d'une lame de couteau, ce qui réduit l'aire de support du cisaillement avec pour conséquence un affaiblissement de la résistance à la fatigue et'un desserrement de l'appareil de fixation. Likewise, the above blind fastening devices are not generally applicable to installations of original shape, for applications involving shear loads which use thin panels, because the necessary head heights lead to milled recesses which are close to the condition of a knife blade, which reduces the shear support area, resulting in a weakening of the fatigue strength and a loosening of the fixing device.

Un but de l'invention est de fournir un appareil de fixation aveugle et une combinaison d'appareil de fixation aveugle et de structure qui rédui- sent les problèmes et les difficultés ci-dessus. An object of the invention is to provide a blind fastening apparatus and a combination of blind fastening apparatus and structure which reduce the above problems and difficulties.

Ainsi, la présente invention a pour objet un appareil de fixation tubulaire du type décrit ci-dessus, au deuxième paragraphe, dont la tête comporte une face d'extrémité annulaire, une première section conique tournée vers l'avant et située en avant de la face d'extrémité pour engager de force l'alésage fraisé de la structure et une seconde section conique tournée vers l'avant, située en avant de la première section, la conicité de la première section réduite vers l'avant étant de plus de 20 et de moins de 150 et nettement inférieure à celle de la seconde section conique rétrécie vers l'avant. Thus, the subject of the present invention is a tubular fixing device of the type described above, in the second paragraph, the head of which has an annular end face, a first conical section facing forwards and located in front of the end face for forcibly engaging the milled bore of the structure and a second conical section facing forward, located in front of the first section, the taper of the first section reduced towards the front being more than 20 and less than 150 and significantly less than that of the second conical section narrowed forward.

Fondamentalement, l'invention permet l'utilisation d'un appareil de fixation aveugle qui n'exige pas un enlèvement excessif de la matière de la structure ou du revêtement pour la réception de la tête de l'appareil de fixation, de sorte que la résistance à la fatigue et au cisaillement dé la structure n'est pas compromise. Basically, the invention allows the use of a blind fastener which does not require excessive removal of the material from the structure or coating for the reception of the head of the fastener, so that the fatigue and shear strength of the structure is not compromised.

En conséquence, la réduction de la quantité de matière de la structure qui est enlevée pour la réception de la tête de l'appareil de fixation aveugle réduit d'autant le diamètre hors tout de l'évasement fraisé, ce qui fait que la structure n'est pas affaiblie de manière indésirable; déplus, l'engagement d'interaction de la première section conique de la tête et de la structure produit une compression radiale et une tension périphérique-qui tendent à augmenter la résistance de la structure à la fatigue et au cisaillement et en comprimant radialement la tige à empêcher le relâchement du joint et à réduire le pro- blème de la chute; la résistance à l'accès des fluides corrosifs entre la structure et la tête est assurée par cette interaction et la liaison entre l'appareil de fixation et la structure est renforcée.De tels appareils de fixation peuvent être utilisés comme appareils de fixation originaux ou comme appareils de fixation de remplacement. Consequently, the reduction in the quantity of material of the structure which is removed for the reception of the head of the blind fixing device reduces the overall diameter of the countersunk flange all the more, which means that the structure n is not undesirably weakened; more, the engagement of interaction of the first conical section of the head and of the structure produces a radial compression and a peripheral tension-which tend to increase the resistance of the structure to fatigue and to shearing and by compressing the rod radially prevent loosening of the seal and reduce the problem of falling; resistance to the access of corrosive fluids between the structure and the head is ensured by this interaction and the connection between the fixing device and the structure is reinforced. Such fixing devices can be used as original fixing devices or as replacement fixtures.

D'autres avantages résident dans le fait que la première section de la tête peut être suffisamment engagé à force dans le contre alésage pour produire un frottement qui bloque la tête en rotation lorsque la tige tourne afin de mettre en place l'appareil de fixation et pour rendre sure que la tête ne tourne pas lorsqu'elle est en position par rapport à la structure. Other advantages reside in the fact that the first section of the head can be sufficiently engaged by force in the counterbore to produce a friction which blocks the head in rotation when the rod turns in order to set up the fixing device and to make sure that the head does not rotate when it is in position relative to the structure.

Des formes de réalisation spécifiques de l'invention seront maintenant décrites à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels
- la Fig.l est une vue en élévation de côté, avec coupe partielle, montrant un appareil de fixation aveugle selon l'invention, après qu'il ait été inséré dans un alésage d'une structure,
- la Fig.2 est une vue analogue à la Fig.l, mais montrant l'appareil de fixation complètement inséré,
- la Fig.3 est une vue en élévation de côté montrant un appareil de fixation aveugle modifié incorporant l'invention, et
- la Fig.4 est une vue en élévation en coupe de l'appareil de fixation de la Fig.3 après insertion dans un alésage d'une pièce.Specific embodiments of the invention will now be described by way of non-limiting examples, with reference to the accompanying drawings, in which
- Fig.l is a side elevation view, partly in section, showing a blind fixing device according to the invention, after it has been inserted into a bore of a structure,
- Fig.2 is a view similar to Fig.l, but showing the fully inserted fixing device,
- Fig.3 is a side elevation view showing a modified blind fastener incorporating the invention, and
- Fig.4 is a sectional elevation view of the Fig.3 fastening device after insertion into a bore of a part.

Comme le montrent les dessins annexés, et notamment les Fig. 1 et 2, l'appareil de fixation tubulaire 10 comporte une queue tubulaire Il s'éten- dant axialement et recevable dans des alésages 12 et 13 formés dans des panneaux ou des tôles de structure 14 et 15 à relier entre eux. L'appareil de fixation a également uné tête annulaire 16 recevable en engagement à force avec la matière de la pièce qui forme un contre alésage conique désigné par la réfé- rence générale 17, et qui est typiquement fraisé. As shown in the accompanying drawings, and in particular in FIGS. 1 and 2, the tubular fixing device 10 comprises a tubular shank It extending axially and can be received in bores 12 and 13 formed in panels or sheets of structure 14 and 15 to be connected together. The fixing apparatus also has an annular head 16 which can be received in force engagement with the material of the part which forms a conical counterbore designated by the general reference 17, and which is typically milled.

L'appareil de fixation peut, par exemple, être en un métal tel qu'un acier allié, l'aluminium ou le titane, en un alliage d'aluminium ou de titane, un autre alliage de métaux légers ou en Monel, la pièce ou structure telle qu'un revêtement a d'avion, peut par exemple également être en un métal tel que 1'alu- minium ou le titane, en un alliage d'aluminium ou de titane, ou en un autre alliage de métaux légers.The fixing device may, for example, be made of a metal such as alloy steel, aluminum or titanium, an aluminum or titanium alloy, another light metal alloy or Monel, the part or structure such as an aircraft coating, may for example also be made of a metal such as aluminum or titanium, an alloy of aluminum or titanium, or another alloy of light metals.

La tête 16 a une face d'extrêmité 18, une première section conique tournée vers l'avant 19, située immédiatement en avant de la face d'extre'rnité, et une seconde section conique tournée vers l'avant 20 située en avant de la première section. La conicité
B du cône de la seconde section est nettement plus grande que la conicité A du cône de la première section, de sorte que, lorsque la queue est partiellement insérée dans 1'alésage de la structure, comme le montre la Fig.l, et qu'un choc est reçu ou une pression exercée, sur la face arrière de la tête, cette derniere s'appuie, comme le montre la Fig.2.The head 16 has an end face 18, a first conical section facing forward 19, located immediately in front of the end face, and a second conical section facing forward 20 located before the first section. Taper
B of the cone of the second section is significantly larger than the taper A of the cone of the first section, so that when the tail is partially inserted into the bore of the structure, as shown in Fig.l, and qu 'a shock is received or a pressure exerted on the rear face of the head, the latter is supported, as shown in Fig.2.

Un percuteur tubulaire destiné à frapper la tête est désigné par la référence générale 24. La construction de appareil de fixation peut être telle qu'il s'applique complètement, comme le montre la Fig.2, en réaction à un ou plusieurs coups portés par ce percuteur; il n'est pas nécessaIre, cependant, de frapper la tête à coups répétés, ce qui réduit considérablement le niveau de bruit dans les zones d'assemblage
La queue tubulaire 11 comprend typiquement une section primaire allongée llas'étendant en avant de la seconde section 20 de la tête et une section secondaire llb
. . . . . . . . . .A tubular striker intended to strike the head is designated by the general reference 24. The construction of the fixing device may be such that it is completely applied, as shown in FIG. 2, in reaction to one or more blows struck by this striker; there is no need, however, to strike the head repeatedly, which considerably reduces the noise level in the assembly areas
The tubular tail 11 typically comprises an elongated primary section 11 extending in front of the second section 20 of the head and a secondary section 11 b
. . . . . . . . . .

qui s'étend en avant de la section lla et est conique et rétrécie vers l'avant afin d'être utilisée pour expanser radialement vers l'extérieur la portion arrière 50a d'une bague 50, en vue de retenir un rivet dans la position de liaison des panneaux de structure, comme le montre la Fig.29
Pour obtenir de meilleurs résultats, en ce qui concerne l'appareil de fixation les conicités A et C des cônes 19 et 22 de la tige et du contre alésage conique correspondant 22 de la structure sont typiquement à peu près les mêmes et peuvent varier entre 20 et 150; quand A est d'environ 20, la longueur L de la première section 19 est d'environ 3,5mu et quand A est~d'environ 15 , la longueur L est d'environ 0125hum (c'est-a-dire que la longueur L est d'autant plus grande que l'angle
A est plus petit) et ces deux coordonnées (20 et 3,5mm et 150 et 0,25mm) définissent une ligne dans un système de coordonnées rectangulaires qui relie L à A.which extends in front of the section 11a and is conical and narrowed forward so as to be used to expand radially outwards the rear portion 50a of a ring 50, in order to retain a rivet in the position connecting the structural panels, as shown in Fig. 29
For best results, as regards the fixing device, the conicities A and C of the cones 19 and 22 of the rod and of the corresponding conical counterbore 22 of the structure are typically about the same and can vary between 20 and 150; when A is around 20, the length L of the first section 19 is around 3.5mu and when A is ~ around 15, the length L is around 0125hum (i.e. the length L is all the greater as the angle
A is smaller) and these two coordinates (20 and 3.5mm and 150 and 0.25mm) define a line in a rectangular coordinate system that connects L to A.

De plus sur la Fig.2, la première section 19 de la tête est typiquement en engagement d'interaction avec la surface du contre alesage 22 partout le long de la longueur de cette section 19, la longueur totale de cette interaction se situant dans l'intervalle d'environ 0,02 à 0,25mm; et la section primaire lla de la tige peut être en engagement d'interaction avec les alésages 12 et 13, la longueur totale de cette interaction se situant de même dans l'intervalle d'environ 0, 000 à 0,20mm. In addition, in FIG. 2, the first section 19 of the head is typically in engagement with the surface of the counterbore 22 everywhere along the length of this section 19, the total length of this interaction being in the '' interval of about 0.02 to 0.25mm; and the primary section 11a of the rod may be in interaction engagement with the bores 12 and 13, the total length of this interaction also being in the range of about 0, 000 to 0.20mm.

L'appareil de fixation de la Fig.l comprend aussi une tige 30 se prologeant à travers la queue tubulaire et la tête annulaire. La tige représentée est filetée extérieurement en 31 et vissée dans un taraudage 32 de la queue, de sorte que la tige peut être rétractée par rapport à la queue si elle est entraînée en rotation après la venue en appui de la tête, comme le montre' la Fig.2, cette venue-en appui assurant un blocage par frottement pour résister à la rotation de la tête et de la queue. Un organe 50 prévu à lXex- extrémité en saillie de l'appareil de fixation s'élargit sous l'effet de ce retrait de la tige de façon à retenir axialement l'appareil en position, la première section 19 de la tête étant verrouillée par frottement au contre alésage 22.A cet égard, le blocage par frottement en 22 est suffisant pour résister à la rotation de la tête et de la queue, pour résister à ou bloquer la rotation de la tête et de la queue sous l'effet de l'application à la tige du couple agissant pour rétracter cette tige et élargir radialement la bague 50. En conséquence, une étanchéité à la corrosion est assurée en 22 et le blocage par le frottement entre les cones 19 et 22 aide à l'obtention de la liaison. Dans certains cas, un dispositif de maintien tel qu'un évidement Philipps montré en 16a est prévu dans la tête pour aider à l'interdiction du pivotement; mais la dimension de cet évidement peut être très réduite, ce qui renforce la tête du fait du blocage en 22. Le diamètre de la tête peut aussi être réduit. The fixing device of Fig.l also includes a rod 30 extending through the tubular tail and the annular head. The rod shown is externally threaded at 31 and screwed into a thread 32 of the tail, so that the rod can be retracted with respect to the tail if it is rotated after the head comes into contact, as shown in ' Fig.2, this coming-in support ensuring a friction blocking to resist rotation of the head and tail. A member 50 provided at the projecting end of the fixing device widens under the effect of this withdrawal of the rod so as to axially hold the device in position, the first section 19 of the head being locked by friction against the counter bore 22. In this respect, the friction blocking at 22 is sufficient to resist the rotation of the head and the tail, to resist or block the rotation of the head and the tail under the effect of the application to the rod of the torque acting to retract this rod and radially widen the ring 50. Consequently, a seal against corrosion is ensured at 22 and the blocking by friction between the cones 19 and 22 helps to obtain the link. In some cases, a holding device such as a Philipps recess shown in 16a is provided in the head to help prevent the pivoting; but the dimension of this recess can be very small, which strengthens the head due to the blocking at 22. The diameter of the head can also be reduced.

L'extrêmité de la tige éloignée de la tête porte une bride 34 définissant un épaulement annulaire 34a . Ce dernier déplace, au moment du retrait de la tige, la bague 50 vers et sur la surface de came llb de la queue pour élargir la bague, comme le montre la
Fig.2. I1 faut noter que le diamètre extérieur de l'épaulement 34a est inférieur au diamètre extérieur de la section 19 de la tête. La flèche 36 indique la direction du retrait de la tige pincée à son extrémité filetée 30a de diamètre réduit.The end of the rod remote from the head carries a flange 34 defining an annular shoulder 34a. The latter moves, when the rod is withdrawn, the ring 50 towards and on the cam surface llb of the tail to widen the ring, as shown in the
Fig. 2. It should be noted that the outside diameter of the shoulder 34a is less than the outside diameter of section 19 of the head. The arrow 36 indicates the direction of withdrawal of the pinched rod at its threaded end 30a of reduced diameter.

On remarquera que les trois aires de support ( 12 et 13 et 22) agissent pour centrer l'appareil de fixation dans l'ensemble normalement à la structure lorsque cette dernière est soumise au cisaillement, pour aider à la résistance à--celui-ci et pour retenir le serrage. It will be noted that the three support areas (12 and 13 and 22) act to center the fixing device in the assembly normally to the structure when the latter is subjected to shearing, to help the resistance to - the latter and to retain the tightening.

Dans l'appareil de fixation 60 des Fig. 3 et 4, la construction de la tête annulaire 61 reste la même que celle de la tête des Fig. t et 2. Par conséquent, les mêmes références que sur les Fig. 1 et 2 sont utilisées pour la tête et les éléments du contre alésage, et l'appui de la--section 19 de latête dans le contre alésage conique 22 est le même que celui qui a été décrit précédemment
Dans cet exemple de réalisation, le prolongement 62a de la tige 62 à l'intérieur de la queue tubulaire 63 n'est pas fileté ., et l'alésage de'la queue ne l'est pas non plus. L'organe expansible comprend une portion d'extrémité 63a d'épaisseur de paroi réduite, de la queue tubulaire.La Fig.4 montre cette portion dans une forme gondolée et élargie pour retenir axialement l'appareil de fixation en position. La portion gondolée 63a est en contact avec la surface 15a de la structure de la même manière que la portion 50a de la bague expansée sur la Fig;2. Une bride 64 de la tige 62 a un épaulement 64a susceptible d'entrer en contact avec la portion 63a d'extrêmité de la queue pour fléchir celleci lors du retrait axial vers l'arrière de la tige relativement à la queue. Une bague de blocage 66 est déformée et forme un cône entre une rainure 67 de la tige et un alésage conique 68 de la tête pour bloquer la tige sur la tête. De cette manière, la bague 66 contribue au blocage en 22 et ce dernier contribue aussi au blocage de la bague 66 en place.In the fixing device 60 of Figs. 3 and 4, the construction of the annular head 61 remains the same as that of the head of FIGS. t and 2. Consequently, the same references as in FIGS. 1 and 2 are used for the head and the counterbore elements, and the support of the head section 19 in the conical counterbore 22 is the same as that which has been described above.
In this exemplary embodiment, the extension 62a of the rod 62 inside the tubular tail 63 is not threaded, and the bore of the tail is not either. The expandable member comprises an end portion 63a of reduced wall thickness, of the tubular tail. FIG. 4 shows this portion in a curled and enlarged shape for axially retaining the fixing device in position. The curled portion 63a is in contact with the surface 15a of the structure in the same way as the portion 50a of the expanded ring in FIG; 2. A flange 64 of the rod 62 has a shoulder 64a capable of coming into contact with the end portion 63a of the tail in order to bend it during the axial withdrawal towards the rear of the rod relative to the tail. A locking ring 66 is deformed and forms a cone between a groove 67 of the rod and a conical bore 68 of the head to block the rod on the head. In this way, the ring 66 contributes to the blocking at 22 and the latter also contributes to the blocking of the ring 66 in place.

La construction des appareils de fixation aveugle qui vient d'être décrite permet de résoudre~ les problèmes de desserrement 'et de réduction, par fatigue, de la durée de vie des structures lorsque ces appareils de fixation sont utilisés, en procurant des appareils de fixation aveugle ayant une tête qui coopère avec la structure pour fournir un point d'ancrage qui contribue à maintenir les appareils de fixation dans l'ensemble perpendiculaires à la structure ainsi qu'aux forces de serrage. The construction of the blind fasteners which has just been described makes it possible to solve the problems of loosening and of reduction, by fatigue, of the lifetime of the structures when these fasteners are used, by providing fasteners blind having a head which cooperates with the structure to provide an anchor point which helps to keep the fixtures on the whole perpendicular to the structure and to the clamping forces.

Claims

- CLAIMS

1.- Tubular fixing device comprising a tubular tail extending axially to be received in a bore of a structure and a conical annular head to be received, by force engagement, in a counter bore formed by the material of the structure , as well as a rod (30 or 62) which is retractable on the exposed or front side of the structure in order to widen a member (50a or 63a) located on the blind or unexposed side of this structure and to retain the device axially of fixing in position, characterized in that the head 'of the fixing apparatus has an annular end face (18), a first conical section facing forwards (19) situated in front of the end face moved to force into the counterbore (17) of the structure and a second conical section facing forward (20) located in front of the first section, the taper of the first conical section reduced towards the before being over 20 and under 150 and being significantly less larger than that of the second conical section reduced towards the front.

2. A fixing device according to claim 1, characterized in that the axial length of the first conical section is of the order of 3.5mm to 0.25mm, and increases in this interval when the conicity of this first section decreases in the angular interval, the entire axial length of the first conical section (19) being spaced radially outward from the second conical section (20) formed by the head and spaced outwardly from the rod (30 or 62).

3. A fixing device according to one of claims 1 and 2, characterized in that the rod 30 is capable of rotation during its withdrawal to apply the torque transmitted from the rotary rod to the head and the tail of the device fixing, and has a flange shoulder (34a) near its end remote from the head, and in that the member comprises an expandable ring (50a) which is mounted on the rod and capable of rotation around it ci, and comes into contact with the shoulder, and a cam (llb) formed on the tail to expand the ring in reaction to the retraction of the rod, the outside diameter of the shoulder being less than the outside diameter of the first section of the head.

4.- Fixing device according to one.

claims 1 and 2, characterized in that it comprises an annular shoulder (64a) carried by the rod near its end remote from the head, and in that the expandable member comprises a tubular portion (63a) of the tail which is liable to bend axially near the shoulder.

5. An assembly comprising in combination a fixing device according to one of the preceding claims, and a structure having a bore for receiving the fixing device, characterized in that the bore of the structure comprises a counter bore (22 ) forcibly engaged with the first conical section (19) of the head (16), an interaction existing between this first conical section of the head and the conical counterbore over a length of the order of 0.025mm to 0.25mm , and this engagement by force of the first conical section of the head with the counter bore of the structure creating a radial compression on the rod (30) which prevents the loosening of the latter relative to the head and to the tail 11 and produces a friction friction of the head in rotation in reaction to the application of a torque on the rod during the withdrawal of the latter during the positioning of the fixing device in the bore of the structure.