Photo: AUDI

L’union fait la force

Installé à Giessen, en Allemagne, STANLEY Engineered Fastening a sélectionné une broche électromécanique pour poser des rivets auto-poinçonneurs dans l’aluminium.

Par Michael Lawton Photos AUDI & Jörn Sackermann

Automobile Conception Vis à rouleaux

En bref

STANLEY ENGINEERED FASTENING
Siège : Giessen, près de Francfort.
Effectif : 750 en Allemagne, 5 000 dans le monde entier.
Chiffre d’affaires mondial : 1 milliard d’euros.
Produits : systèmes de fixation et d’assemblage, pour la construction automobile, l’électronique et d’autres industries.

www.stanleyengineeredfastening.com

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Swen Wenig Torsten Krause

Depuis qu’Audi a lancé la première voiture à carrosserie en aluminium, l’A8, en 1994, ce métal s’impose de plus en plus dans l’industrie automobile, d’autant que les constructeurs tentent désormais de fabriquer des véhicules plus respectueux de l’environnement. L’un des moyens les plus efficients de réduire la consommation de carburant et, par conséquent, les émissions de CO2, est de réduire le poids. D’où le choix de l’aluminium.

Mais ce métal a ses inconvénients. Il est notamment difficile à souder et impossible à souder à l’acier. STANLEY Engineered Fastening a trouvé la parade.

Filiale du géant américain de l’outillage Stanley Black & Decker, l’entreprise est plus connue en Europe sous son ancien nom : Tucker. Elle est spécialisée dans les systèmes qui assemblent des éléments entre eux. L’un des marchés ciblés est celui de la construction automobile : sa gamme inclut les goujons et leur soudage, les éléments de fixation plastiques, les rivets aveugles, les rivets auto-poinçonneurs, etc..

Selon Manfred Müller, président automobile monde, les rivets auto-poinçonneurs (SPR) sont la solution logique pour assembler des tôles d’aluminium entre elles ou pour les assembler à des tôles d’acier. « Le rivet transperce la couche supérieure puis se déforme dans la couche inférieure. Cela permet de créer une liaison extrêmement résistante, plutôt probante par rapport au rivet aveugle car elle évite de percer un trou au préalable, permet une automatisation et offre une étanchéité totale aux liquides et aux gaz. »

La première incursion de Tucker dans ce domaine remonte à l’Audi 8 lorsque la marque allemande lui a demandé d’adapter le distributeur de goujons d’un appareil de soudage déjà existant aux SPR. « C’est à ce moment-là que nous avons entrevu le potentiel. »

À cette époque, les SPR étaient posés par un système hydraulique, mais, reconnaît Manfred Müller, Tucker n’y connaissait rien : « Notre domaine, c’est le soudage. L’électricité n’a pas de secret pour nous, donc nous avons décidé de mettre au point un système électromécanique. » Ce manque d’expérience s’est révélé bénéfique car la solution électromécanique offre de nombreux avantages.

En collaboration avec SKF, Tucker a conçu une broche qui pose le rivet de manière très contrôlée et efficace. Un motoréducteur électrique entraîne une vis à rouleaux satellites SKF, laquelle exerce une pression sur le rivet.

« On peut régler la pression et la vitesse avec une grande précision », souligne Manfred Müller. On peut obtenir un maximum de pression même lorsque le système est stationnaire, ajoute Swen Wenig, directeur des ventes roulements de précision chez SKF en Allemagne et Suisse : « La charge de la presse est de 100 % dans toutes les positions et quelle que soit la vitesse de la tige de pose. Elle est très économe en énergie également car elle ne consomme de l’électricité que lorsque le moteur est en marche. »

Les premières riveteuses ont été livrées au début des années 1990. Depuis, STANLEY et SKF ont amélioré leur création. « Nous avons constamment accompagné le développement de la vis à rouleaux satellites, précise Manfred Müller, et notre service de R&D a travaillé dessus. » Swen Wenig ajoute : « L’un de nos principaux objectifs a été d’améliorer la rentabilité du système. »

Le distributeur de rivets et le logiciel, qui commande la puissance et la frappe, ont été perfectionnés. Les riveteuses sont montées sur des robots. Une ligne de montage de carrosseries en aluminium peut être composée de quelque 250 robots, lesquels posent de l’ordre de 3 500 rivets par véhicule. Chaque broche est conçue en fonction de la tâche qui lui est assignée. Plusieurs configurations peuvent être envisagées car le porte-outil dans lequel passent les tôles peut gérer toute une série de tailles et de formes. Parfois, cet étrier en forme de C doit se mettre en place par rapport à certains éléments déjà formés avant que commence le rivetage. Dans ce cas, la broche doit être dégagée afin que l’étrier puisse se positionner à la surface des éléments. À chaque pose de rivet, le premier mouvement sera minimal afin d’économiser temps et énergie.

Ces étriers en métal sont un élément étonnamment essentiel du montage. « Ils sont usinés dans un acier spécial et doivent résister à des forces élevées », explique Burkhard Butz, directeur de l’usine. Pour que tout se passe bien, la partie supérieure et la partie inférieure des étriers C doivent toujours être parallèles et ce, en dépit des forces importantes qui pourraient les faire dévier. « Ils peuvent peser jusqu’à 600 kg », ajoute le directeur des achats Carsten Hess.

Les forces s’exerçant dans ces riveteuses pourraient augmenter à l’avenir. « L’utilisation grandissante d’acier haute résistance censé alléger les produits fabriqués va nous poser un véritable défi, annonce Manfred Müller. Cet acier qui est très résistant et mince est toujours mis en première couche. La riveteuse devra donc le transpercer. La broche devra absorber la force importante appliquée afin que le rivet ne dévie pas de sa trajectoire. Le rivet lui-même devra être assez solide pour traverser l’acier mais aussi suffisamment déformable pour s’écraser dans la couche d’aluminium. »

Les vis à rouleaux satellites
Les vis à rouleaux satellites SKF permettent un contrôle très précis des mouvements linéaires. Elles sont composées d’une vis, de rouleaux satellites et d’un écrou. Ces composants possèdent tous un filetage hélicoïdal identique. Quand l’écrou tourne, la vis se déplace sur un axe linéaire sans jeu axial. Le filetage est bombé afin d’offrir une grande zone de contact pour une capacité de charge élevée. La précision extrême de ces vis à rouleaux satellites permet d’obtenir également une précision extrême de la pression et de la vitesse du mouvement linéaire.

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