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Les avantages de l'utilisation de goupilles élastiques spiralées pour applications légères par rapport aux goupilles élastiques fendues dans les assemblages avec des matériaux tendres

Christie Jones, directrice du marketing, vice-présidente

Depuis plusieurs années, la tendance a été de tester de nouveaux matériaux dans le but de réduire le poids et le cout de fabrication ou de trouver des alternatives là où les matériaux traditionnels tels que l’acier et la fonte ne convenaient pas totalement.

Dans ces circonstances, l’utilisation du plastique, de l’aluminium et des alliages doux s’est nettement développée et rien ne semble indiquer que cette tendance va s’arrêter. Au contraire, comme les plastiques et les procédés de moulage progressent, de plus en plus d’applications utilisant l’acier sont revues pour être réalisées dans des matériaux souples et légers qui ont une performance équivalente voire supérieure.

On peut trouver de nombreux composants plastiques dans des conditions critiques telles qu’une haute température, une force élevée ou un environnement chimique. Cependant, même si le composant principal est conçu avec grande attention, l’élément de fixation et sa méthode d’installation sont généralement mis de coté jusqu’à la fin du projet. On pense aussi souvent que les pièces et designs qui ont fonctionné dans l’acier conviendront dans les alliages doux et les plastiques. 

Lorsqu’on parle de goupillage dans de nouveaux matériaux, le choix s’oriente souvent vers l’option la plus économique et la plus courante. Dans la plupart des cas, il s’agit de la Goupille Fendue ISO 8752 (aussi appelée « goupille roulée »), qui est utilisée depuis plusieurs années et développée selon l’ancienne norme DIN 1481. Cette goupille a été conçue bien avant que l’avancement des techniques de production et des matériaux donne des productions de poids faible et gros volumes. La goupille ISO 8752 peut, et c’est souvent le cas,  créer des problèmes d’assemblage et de qualité dans ces nouveaux matériaux. Sa paroi épaisse combinée à sa forme en fer à cheval, ne procure pas la flexibilité nécessaire pour des matériaux assez mous – Les contraintes exercées sur la goupille sont souvent transmises aux parois du logement hôte. De ce fait, le trou est endommagé ce qui entraine une défaillance prématurée de l’assemblage. Dans le but de réduire les inconvénients de l’ISO 8752, une Goupille Elastique Fendue Série Légère (ISO 13337) a été conçue. La principale différence est l’épaisseur de la bande. Sa paroi plus fine augmente la flexibilité mais réduit significativement la résistance au cisaillement ; Certains autres soucis importants restent non résolus. En réalité, la paroi plus fine crée des limites de résistance à la fatigue plus restreintes.

Goupille Spiralée pour usage léger (à gauche) et Goupille Élastique Fendue (à droite)

Figure 1
Goupille Spiralée pour usage léger (à gauche) et Goupille Élastique Fendue (à droite)

Les Goupilles Elastiques Fendues ISO13337, comme les goupilles ISO 8752, présentent une coupe transversale en forme de fer à cheval, qui peut, dans la plupart des cas, créer un biseautage de la paroi lors de l’insertion. De plus, le diamètre de la goupille, supérieur à celui du logement, a pour effet de créer une goupille à fente très large. Ceci engendre une force d’insertion et une pression radiale sur les parois du trou élevées, ce qui n’est pas adapté aux matériaux souples, particulièrement quand le trou est au bord du composant. Mais la présence de cette fente engendre également d’autres problèmes:

Exemple de goupilles fendues emboîtées

Figure 2
Exemple de goupilles fendues emboîtées

  • Elle entraine un enchevêtrement des goupilles (Figure 2), rendant l’alimentation et l’installation difficiles et longues, ce qui pose souvent problème notamment dans les applications de grandes séries. Cet inconvénient empêche l’alimentation et l’installation automatiques de la goupille ISO 13337.

 

  • Normalement, une fois installée dans le logement, la fente peut se refermer complètement et la goupille devient alors une pièce solide, incapable d’absorber les chocs et vibrations (Figure 3) subis lors de la vie de l’assemblage. Comme la goupille n’absorbe pas les chocs, les contraintes sont transférées sur la paroi du logement, ce qui entraine un endommagement (agrandissement) (Figure 5) de celle-ci et  une défaillance prématurée de l’assemblage.
Goupille Fendue installée avec une fente fermée ou « aboutée »

Figure 3
Goupille Fendue installée avec une fente fermée ou « aboutée »

CONDITION STATIQUE. Goupille fendue en butée, incapable d’absorber les efforts dynamiques.

Figure 4
CONDITION STATIQUE.
Goupille fendue en butée, incapable d’absorber les efforts dynamiques.

Direction de la force appliquée et élargissement du logement associé.

Figure 5
Direction de la force appliquée et élargissement du logement associé.

 

  • Pendant l’insertion, la fente va se refermer, créant une ligne de concentration de contrainte à l’opposé de la fente (Figure 6).

 

  • Lors de la fabrication des goupilles fendues, les contraintes du matériau sont concentrées à 180° à l’opposé de la fente. Quand la goupille se comprime, elle f léchit à ce même endroit. Le matériau plus fin de la goupille ISO 13337 est incapable d’absorber facilement ces contraintes additionnelles ce qui engendre une fatigue prématurée et une défaillance de l’assemblage.

 

  • La résistance au cisaillement dépend de l’orientation de la goupille par rapport à l’orientation des forces appliquées. Pour une résistance maximale, les goupilles fendues doivent être orientées.

 

 

CONDITION DE CASSURE. Goupille fendue après une rupture de fatigue, à 180° de la fente.

Figure 6
CONDITION DE CASSURE.
Goupille fendue après une rupture de fatigue, à 180° de la fente.

CONDITION NORMALE. Goupille fendue avec trois points de concentration d’efforts dans le logement.

Figure 7
CONDITION NORMALE.
Goupille fendue avec trois points de concentration d’efforts dans le logement.

Une meilleure solution

Tous ces problèmes peuvent être évités en choisissant la goupille élastique appropriée. Les goupilles élastiques spiralées sont une meilleure solution. Elles peuvent facilement être identifiées grâce à leur section spiralée de 2-¼.

L’absence de fente élimine l’imbrication et l’enchevêtrement des goupilles.

Lorsque les goupilles élastiques spiralées sont poussées dans le logement, la compression commence de la spire extérieure et se propage en spiral vers le centre des goupilles. Par conséquent, la fixation aura une distribution homgène des contraintes, une flexibilité et une résistance uniformes, indépendamment de la direction des forces appliquées.

 

270° de contact avec la paroi.

Figure 8
270° de contact avec la paroi

Flexibilité de l’installation

Figure 9
Flexibilité de l’installation

Figure 10: (CCW) Mouvement de compression vers l’intérieur. (CW) Mouvement inverse quand la pression est relachée.

Figure 10
(CCW)Mouvement de compression vers l’intérieur.
(CW) Mouvement inverse quand la pression est relachée.

Comme elles ne buttent pas une fois installées, ces goupilles spiralées peuvent se compresser beaucoup plus sous des forces, chocs et vibrations plus importants. Les goupilles fendues, elles, auraient transmis ces forces à la paroi du logement causant des dommages permanents. Les goupilles élastiques spiralées deviennent alors un élément actif de l’assemblage et prolongent la durée de vie des produits finis.

Du point de vue fabrication, les goupilles élastiques spiralées sont aussi de meilleure qualité. Ces goupilles ont des chanfreins estampés aux deux extrémités (le chanfrein biseauté des goupilles fendues ISO 13337 est optionnel d’un coté pour les diamètres <10mm). Elles sont aussi faites selon des tolérances de diamètre plus précises (270° de la circonférence sera dans la tolérance spécifiée contrairement à une moyenne de trois mesures pour les goupilles fendues). Conséquence, il y a plus de surface de contact entre la goupille et la paroi du logement pour une goupille spiralée en comparaison à seulement trois points de contact pour une goupille fendue. Les extrémités en équerre et sans bavure  sont  également d’importantes caractéristiques des goupilles spiralées.

Les goupilles élastiques spiralées standards sont produites en trois séries : Série haute-résistance (ISO 8748), série standard (ISO 8750) et série légère (ISO 8751).

Les goupilles spiralées ISO 8751 série légère ont été spécialement conçues pour une utilisation dans les matériaux souples. Ses spires spécifiques et plus fines apportent davantage de flexibilité ce qui se traduit par une force d’insertion réduite, des forces axiales homogènes et des forces radiales parfaites pour les applications en matériaux souples. Les goupilles spiralées permettent une installation automatisée, évitant d’endommager leur logement. En définitive, choisir les goupilles spiralée série légère dans des matériaux souples protégera le logement, réduira les couts de préparation du composant et améliorera la productivité et la qualité globale du produit fini.

 

Comparaison des goupilles élastiques ISO 13337 et ISO 8751

Goupille fendue
(ISO 13337)

Goupille spiralée
(ISO 8751)

Avantages de la goupille élastique spiralée

Fente

 

 Pas de fente

 

Pas d’enchevêtrement, distribution égale des efforts, flexibilité et résistance uniformes, pas d’orientation de la goupille pour maximiser la résistance au cisaillement, adaptée à l’automatisaton

Forme en fer à cheval (mesurée par la moyenne de trois points)

270° de contact avec la paroi du logement

 

Force de rétention supérieure, meilleur transfert des charges dynamiques

Chanfrein biseauté (optionnel d’un coté pour les diamètres <10mm)

Chanfreins estampés concentriques aux deux extrémités

 

 Installation facilitée, le chanfrein lisse et sans arrêtes vives protège le logement

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