Comment fonctionnent les rivets ? Guide de l'ingénieur

Spécifiez la mauvaise fixation sur un panneau à vibrations élevées et il se détachera bien avant que l'assemblage lui-même ne tombe en panne. C'est pourquoi tant d'ingénieurs se tournent vers les rivets avant d'opter pour une attache filetée. Un boulon ou une vis dépend de la friction du filetage pour rester en place, de sorte qu'une vie entière de secousses, de chocs et de cycles thermiques peut progressivement le détacher. Sur un boîtier encastré ou une enveloppe en tôle, vous ne pouvez souvent pas atteindre l'arrière du joint pour fixer un écrou ou une rondelle en premier lieu.

Un rivet permet de résoudre ces deux problèmes à la fois. Il forme un joint mécanique permanent sans aucun fil susceptible de s'en détacher au fil du temps. De nombreux types de rivets se fixent également entièrement d'un côté de la pièce. C'est pourquoi le rivetage conserve sa place dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile, de la marine, de la construction, des conduits CVC, de l'électronique et dans une part croissante des travaux d'assemblage de véhicules électriques, où la permanence et la résistance aux vibrations sont des exigences de conception obligatoires.

Ce guide explique les mécanismes du rivetage, les différences entre les principaux types de rivets, la manière dont un pistolet à riveter fixe un rivet aveugle, comment retirer un rivet, quand un rivet bat un boulon ou une soudure et comment spécifier le bon type de rivet sur le plan de travail.

Dans ce guide :

• Qu'est-ce qu'un rivet ?

• Comment fonctionnent les rivets ?

• Types de rivets et mode de fonctionnement

• Comment fonctionne un pistolet à riveter ?

• Comment retirer un rivet

• Quand faut-il utiliser des rivets ?

Qu'est-ce qu'un rivet ?

Un rivet est une attache mécanique permanente constituée d'une tige cylindrique lisse dotée d'une tête préformée à une extrémité. Contrairement à une vis ou à un boulon, un rivet ne comporte aucun filetage le long de son arbre principal. L'installation des rivets diffère de celle des écrous et boulons traditionnels ; ils sont fixés à travers un trou pré-percé et non fileté dans les pièces à assembler. Son extrémité lisse (la queue) est déformée en une seconde tête lors de l'installation à l'aide de l'outil de rivet approprié, qui verrouille le joint.

Dans les rivets Pop et Solid, le corps du rivet se déforme non seulement pour saisir les deux faces du joint, mais il gonfle également pour remplir le trou lors de la pose. Ce joint, lorsqu'il est correctement créé, générera d'énormes quantités de précharge et créera une fixation capable de supporter à la fois de fortes charges axiales et de traction.

En raison de l'absence de dépendance au frottement du fil, un rivet correctement installé ne peut pas vibrer sous des charges nominales normales. En élargissant encore leur fonctionnalité, un rivet aveugle ajoute un élément physique supplémentaire à la conception standard, une goupille centrale appelée mandrin, qui permet l'installation du rivet à partir d'un seul côté du panneau où l'accès est restreint ou totalement indisponible.

 

Comment fonctionnent les rivets ?

Chaque rivet, quel que soit son type, fonctionne selon un principe : une déformation plastique contrôlée. La pose d'un rivet simple se déroule en quatre étapes.

 

 

1) Préparez le trou. Un trou est percé dans les pièces à assembler, dimensionné pour laisser passer l'arbre avec un minimum d'espace ; le trou peut être percé, alésé ou même utiliser les caractéristiques existantes d'une pièce préfabriquée telle qu'un support.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) Insérez le rivet. Le rivet est enfoncé de manière à ce que sa tête préformée (connue sous le nom de tête d'usine) soit alignée contre la face extérieure de l'assemblage.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) Déformez la queue. La force est appliquée sur la queue à l'aide du bon outil ; dans le cas d'un Pop-Rivet, vous devez normalement utiliser un rivet-gun. Le matériau de la queue cède et se répand en une deuxième tête, appelée tête d'atelier ou queue de cheval, tandis que la tige se dilate radialement pour remplir le trou. En règle générale, la queue s'étend jusqu'à environ une fois et demie le diamètre de pré-installation de l'arbre.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4) Vérifiez le joint. Avec une tête maintenant de chaque côté, les parties sont étroitement pincées l'une contre l'autre. L'arbre dilaté supprime tout espace libre dans le trou, de sorte que le joint ne peut pas se déplacer ou se détacher à cause des vibrations.

 

 

 

 

 

 

 

 

Ce comportement de remplissage des trous est ce qui distingue les rivets des fixations filetées en termes de structure. Comme l'arbre est en appui sur toute la circonférence du trou à travers les deux pièces, un rivet supporte au mieux des charges de cisaillement, les forces agissant parallèlement aux faces jointes. La charge se répartit sur l'ensemble de la surface d'appui au lieu de se concentrer sur quelques points de contact du fil, ce qui améliore les performances de fatigue lors de charges répétées.

Choisir la bonne taille de rivet.

Il existe plusieurs règles générales pour vous aider à choisir le diamètre et la longueur de rivet adaptés à votre application.

En termes de diamètre, les tailles les plus courantes pour un usage général se situent entre 3 et 5 mm et pour un usage général, les rivets de 3,2 et 4,8 mm sont extrêmement populaires.
Le diamètre est étroitement lié à la résistance. Pensez donc à opter pour un rivet plus épais que celui-ci si vous avez besoin de plus de résistance, ou à augmenter le nombre de rivets utilisés dans un joint.

Il est essentiel de choisir la bonne longueur pour votre rivet, car trop court, il n'adhérera pas au matériau et trop long, il risque de se déformer sans comprimer le joint. La mesure dont nous avons besoin est appelée « longueur de prise », c'est-à-dire l'épaisseur maximale et minimale du joint pour lequel le rivet est conçu.

Une estimation approximative de la longueur de la poignée peut être calculée en séparant 1,5 fois le diamètre du rivet de sa longueur ; cependant, nous l'indiquons sur notre site Web, il n'est donc pas nécessaire de deviner ! En cas de doute, il vaut toujours la peine de mesurer l'épaisseur totale du joint avant d'installer un rivet et de procéder à un contrôle visuel en laissant tomber un rivet dans le trou si vous avez accès à la face arrière du joint.

Les types de rivets et leur mode de fonctionnement

Le principe de serrage est universel quel que soit le type de rivet que vous sélectionnez, mais la manière dont chaque sous-type est déformé diffère. Cette différence détermine où il peut être utilisé et comment. Les familles courantes comprennent les rivets pleins, aveugles (éclats), fendus, tubulaires, semi-tubulaires, autoperçants, filetés (écrou à riveter) et à verrouillage par friction.

Comment fonctionnent les rivets Pop (rivets aveugles) ?

Les rivets Pop, également appelés rivets aveugles, sont les rivets les plus utilisés dans l'assemblage moderne. La valeur réside dans le nom : ils sont placés « à l'aveugle », entièrement d'un côté, sans accès à la face arrière, ce qui permet un assemblage dans un grand nombre d'applications que les fixations filetées traditionnelles ne pourraient pas supporter.

Un rivet aveugle est un composant en deux parties, un corps creux traversé par une goupille pleine (le mandrin). Le mandrin possède une tête élargie à l'extrémité et un point de rupture délibérément affaibli le long de sa tige.
Lorsque le rivet est posé, l'outil saisit la tige et la ramène à travers le corps tout en maintenant le corps immobile. La tête du mandrin est enfoncée dans la queue creuse, l'évasant contre la face arrière. Une fois le joint complètement serré, la tension dans le mandrin atteint la charge de rupture prévue et la tige se détache avec le « pop » distinctif qui donne le nom à l'attache.

Le résultat est un joint permanent fabriqué d'un seul côté, sans chaleur et avec peu d'habileté de l'opérateur. C'est pourquoi les rivets aveugles dominent les boîtiers, les panneaux, la fabrication de tôle et la carrosserie des véhicules, où l'arrière du joint est souvent encastré.

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Comment fonctionnent les rivets solides ?

Les rivets solides sont la conception originale des rivets : une tige et une tête monoblocs déformées par une force directe. Historiquement, les assemblages étaient réalisés à l'aide d'un marteau à main, mais les assemblages modernes reposaient sur un marteau pneumatique ou un rivet hydraulique. Le marteau pneumatique enfonce la tête avec des impacts rapides et puissants d'un côté, tandis qu'un bloc de métal lourd (une barre de frappe) est maintenu contre la queue pour l'écraser dans la seconde tête.

La pose d'un rivet nécessite un accès aux deux côtés du joint et une force bien supérieure à celle d'un rivet aveugle, mais le gain est immense. Sans noyau creux ni mandrin, un rivet solide est en fait une seule pièce de métal forgé remplissant parfaitement le trou. Cela permet d'obtenir la plus haute résistance au cisaillement et à la fatigue de tous les types de rivets. C'est exactement pourquoi les rivets solides restent la norme pour les structures d'aéronefs et autres assemblages critiques pour la sécurité.

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Comment fonctionnent les écrous à riveter ?

Les écrous à riveter inversent le script du rivetage standard. Au lieu de joindre deux panneaux de façon permanente, ils résolvent un problème d'ingénierie différent : ajouter des fils robustes et réutilisables à des tôles trop fines pour être taraudées.

L'écrou à riveter lui-même est un insert creux à filetage intérieur. Lors de l'installation, l'outil de réglage se visse au centre et tire vers l'arrière, écrasant la partie non filetée de la tige pour former un renflement serré contre l'arrière du panneau. Cela permet de verrouiller solidement l'insert dans le matériau, créant ainsi un filetage mécanique qui répartit les charges bien mieux que ne le pourrait jamais faire une tôle mince. En fin de compte, un écrou à rivet n'est généralement pas utilisé pour fusionner définitivement deux pièces ; il constitue un moyen simple et facile d'ajouter du filetage à une pièce en tôle, vous offrant ainsi un assemblage qui peut être boulonné et déboulonné autant de fois que nécessaire.

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Autres types de rivets.

Outre les types standard solides, aveugles et filetés, vous trouverez également des rivets spécialisés adaptés à des problèmes d'ingénierie spécifiques :

• Rivets multiprises : couvrent une large gamme de prises avec une seule taille de fixation, ce qui réduit le besoin de stocker plusieurs longueurs. Cependant, cette polyvalence se fait au prix d'une résistance ultime au cisaillement et à la traction légèrement réduite par rapport à un rivet standard parfaitement dimensionné.

• Rivets scellés (à extrémité fermée) : ils sont dotés d'un corps solide qui, une fois installé, retient l'embout et ne présente aucun trou traversant. Ils sont mieux adaptés aux applications nécessitant un joint, par exemple la création de réservoirs, de cuves ou même la protection contre les intempéries d'un bâtiment. Le compromis est qu'ils exigent des tolérances de perçage plus strictes et offrent des plages de prise nettement plus étroites par rapport à un rivet pop standard.

• Rivets semi-tubulaires : nécessitent beaucoup moins de force pour être posés, ce qui les rend idéaux pour les chaînes de montage automatisées à volume élevé. Comme seule la queue creuse se déforme, elle ne gonfle pas pour remplir le trou, ce qui entraîne une résistance au cisaillement nettement inférieure à celle d'un rivet plein. Ils sont souvent utilisés dans des matériaux plus souples, tels que le cuir, le tissu et les plastiques

• Rivets autoperçants : percez leur propre trou au fur et à mesure, ce qui élimine le besoin de pré-percer ou de modeler. Le problème, c'est qu'ils nécessitent une force d'installation considérable ; celle-ci est généralement fournie par des outils à cadre en C lourds et coûteux, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas être utilisés sur des matériaux fragiles et nécessitent un accès des deux côtés de l'assemblage pour l'installation.

• Rivets en plastique : effectuez des travaux de finition et d'emboîtement légers où la quincaillerie en métal lourd serait excessive. Naturellement, ils n'offrent pratiquement aucune résistance structurelle et conviennent mieux à la fixation de garnitures en plastique sur des voitures et autres assemblages automobiles.
  
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De quels matériaux sont fabriqués les rivets ?

Les performances d'un rivet dépendent du matériau à partir duquel il est formé. Étant donné que la pose d'un rivet repose sur une déformation plastique contrôlée, le matériau doit être suffisamment ductile pour entrer proprement dans la tête de l'atelier, tout en étant suffisamment solide pour supporter la charge du joint pendant sa durée de vie nominale. Il doit également survivre à l'environnement de travail, qu'il s'agisse de brouillard salin sur un bateau, de cycles de pression dans la cabine d'un avion ou de rien de pire qu'une enceinte intérieure sèche. L'adaptation du matériau du rivet à la charge et à l'environnement est aussi importante que le choix du type de rivet approprié.

• Aluminium : léger, facile à fixer et naturellement résistant à la corrosion grâce à sa couche d'oxyde autoformante. Cela en fait le choix par défaut pour la plupart des rivets aveugles et des revêtements d'aéronefs (qui utilisent des alliages aérospatiaux spécialisés à haute résistance).
  Le compromis : il offre une résistance au cisaillement et à la traction bien inférieure à celle de l'acier.

• Acier : offre une résistance élevée à faible coût. Comme l'acier nu rouille, il est presque toujours doté d'une finition protectrice, telle que le zingage. Il est idéal pour les boîtiers structuraux et les joints à forte charge.
  Le compromis : même avec le placage, l'acier standard finira par succomber à la corrosion dans les environnements humides ou extérieurs.

• Acier inoxydable : combine une excellente résistance à une résistance agressive à la corrosion, ce qui en fait le produit idéal pour les assemblages extérieurs, marins et hygiéniques. L'acier inoxydable A4 de qualité marine résiste à l'eau salée qui dépasserait les grades standard.
  Le compromis : il est plus cher et nécessite beaucoup plus de force d'outil pour être réglé que l'aluminium ou l'acier standard.

• Cuivre : doux, très ductile et doté d'une excellente conductivité électrique. Il est souvent utilisé pour les rivets de maroquinerie, mais il est également largement sélectionné uniquement pour son attrait esthétique.
  Le compromis : il est très souple, ce qui signifie qu'il ne peut pas supporter de lourdes charges structurelles.

• Laiton : offre une conductivité fiable, une résistance modérée et un profil de résistance à la corrosion élevé. On le trouve couramment dans les équipements marins et les garnitures décoratives où l'apparence et la durabilité sont importantes.
  Le compromis : comme le cuivre, il ne peut égaler la puissance de maintien de l'acier dans les applications lourdes.
  
  

Les rivets en plastique se détachent des métaux situés au-dessus et conviennent à des travaux de finition légers et à emboîtement où la résistance structurale n'est pas la priorité.

La finition compte autant que le matériau de base. Les placages et les revêtements tels que le zinc prolongent la durée de vie des rivets en acier, tandis que l'anodisation peut durcir et colorer l'aluminium. La bonne combinaison de matériau et de finition permet à un rivet de correspondre à la durée de vie nominale de l'assemblage qui l'entoure.

Autre point à prendre en compte : veillez à ce que le rivet et la pièce soient dans la mesure du possible compatibles galvaniquement. Lorsque deux métaux différents entrent en contact dans un environnement humide, le métal le moins noble se corrode à l'interface du joint, d'où dépend l'endroit exact de la fixation. Lorsque vous ne pouvez pas faire correspondre exactement les matériaux, choisissez un rivet haut sur l'échelle galvanique en fonction des conditions (acier inoxydable ou Monel en milieu marin, par exemple), puis isolez les métaux dans la mesure du possible.

 

Comment fonctionne un pistolet à riveter ?

Comprendre comment utiliser un pistolet à riveter dépend entièrement du type de rivet que vous souhaitez régler, car le terme « pistolet à riveter » décrit en fait deux outils complètement différents.

Pistolets pneumatiques pour rivets solides (impact) : Pour les rivets solides, un pistolet à riveter pneumatique agit comme un marteau-piqueur de précision. Alimenté par de l'air comprimé, un piston interne heurte rapidement une pointe profilée (le jeu de rivets) contre la tête d'usine du rivet. Ces chocs à haute fréquence forcent l'attache à entrer dans le trou, tandis qu'une barre de serrage en métal lourd maintenue fermement contre la queue arrière l'écrase pour en faire une tête d'atelier solide. Il repose entièrement sur une force de compression brutale.

Outils de réglage pour rivets aveugles (tension) : Les pistolets à riveter aveugles (souvent simplement appelés riveteurs) résolvent un problème différent. En raison de la façon dont un rivet aveugle est conçu pour être installé, il n'est pas nécessaire d'accéder à l'arrière de la fixation.
Ils agissent plutôt comme des mécanismes de traction hautement sophistiqués. Pour obtenir la force nécessaire pour serrer les feuilles ensemble, ils effectuent trois actions distinctes en un seul coup :

1) Pince : un ensemble de mâchoires internes saisit la tige du mandrin, qui repose fièrement sur le corps du rivet.

2) Tirer : l'outil tire ces mâchoires vers l'arrière tout en maintenant son embout nasal contre la tête du rivet. Cela transforme la pression exercée par l'opérateur (ou la puissance de l'outil) en force axiale, tirant sur le mandrin, forçant la tête du mandrin vers le haut pour écraser la queue du corps du rivet.

3) Encliquetage : une fois que le corps est complètement évasé et que le joint est fermé, le mandrin atteint sa charge de rupture mécanique et se détache. La tige usée est ensuite éjectée, laissant le rivet terminé en place.

Pour le rivetage à l'aveugle, l'outil que vous choisissez adapte simplement ce processus. Les riveteuses manuelles utilisent un effet de levier mécanique, ce qui les rend idéales pour les travaux à faible volume et les réparations sur site. Les pistolets pneumatiques et alimentés par batterie fournissent le même résultat avec beaucoup plus de rapidité et de cohérence, ce qui en fait le choix de ligne de production par défaut. Pourtant, dans tous les cas, le principe de base est valable : l'outil ne touche jamais réellement l'articulation. Il suffit de tirer sur le mandrin et de laisser le rivet faire le travail.

 

Comment retirer un rivet

Contrairement à un boulon qui peut être facilement retiré à l'aide d'une clé, un rivet est une pièce métallique formée à froid qui fusionne de façon permanente deux panneaux. Comme il n'y a pas de filetage à défaire, le retrait signifie toujours la destruction complète de l'attache.
Bien qu'il soit tentant d'utiliser une meuleuse d'angle ou un burin, ces méthodes utilisant la force brute présentent un risque élevé d'entailler ou de déformer le matériau de base.

La méthode standard, la plus sûre et la plus précise consiste à percer le noyau, qui peut être effectué en trois étapes simples :

1) Poinçon central : frappez exactement le milieu de la tête de l'usine avec un poinçon central pour créer une petite fossette. Cela donne à la perceuse un endroit où mordre et empêche la mèche de se déplacer sur la surface métallique et de rayer le panneau.
Sur un rivet. Le trou laissé après la rupture de la tige peut être utilisé.

2) Percer : à l'aide d'un foret adapté au diamètre de la tige d'origine du rivet, percer directement dans la tête à une vitesse modérée. Continuez à percer jusqu'à ce que la tête se sépare de l'arbre principal.

3) Perforateur : Une fois la tête retirée, utilisez une perforatrice et un marteau pour faire sortir doucement le reste du rivet par l'arrière du trou.

La règle d'or du retrait des rivets est la précision. Vous devez maintenir la perceuse parfaitement perpendiculaire au panneau.

Pour garantir cette précision, le meilleur outil pour cette tâche est un guide de perçage portable (en fait une perceuse à colonne mobile) ou un dispositif de retrait de rivet dédié.
Ces outils bloquent le foret dans un alignement parfait, éliminant ainsi le risque d'erreur humaine. Si vous tentez de le faire à main levée et que vous inclinez accidentellement le foret, vous agrandirez ou déformerez le trou, ce qui endommagera définitivement la prise de votre rivet de rechange ou vous risquez de détruire complètement la pièce.

Quand utiliser des rivets ?

Les rivets sont en concurrence avec les fixations filetées et le soudage, chaque méthode ayant sa place. Le tableau ci-dessous montre où le rivetage gagne sa place.

La véritable leçon d'ingénierie se trouve juste derrière ce tableau : vous ne devriez jamais choisir une attache uniquement en fonction de sa résistance nominale. Le bon choix est toujours celui qui correspond parfaitement à la manière dont l'articulation sera réellement sollicitée sur le terrain.

Au-delà de la direction de la charge, les rivets maintiennent le bord partout où le mouvement est un ennemi. Parce qu'ils reposent sur une déformation permanente plutôt que sur le frottement du fil, ils éliminent les vibrations qui finiraient par provoquer le desserrage d'une vis. Ils sont également très pratiques lorsqu'il s'agit d'assemblages difficiles ou de matériaux variés.

Pour en savoir plus sur les rivets contre les vis et les boulons, y compris l'endroit où chacun tire vers l'avant, consultez notre article de comparaison dédié.

 

Conclusion : comment fonctionnent les rivets

Que vous souhaitiez spécifier des rivets aveugles pour un boîtier à panneaux ou que vous souhaitiez simplement savoir pourquoi un rivet éclate, comprendre le fonctionnement des rivets vous aidera à concevoir des joints permanents plus solides et plus fiables. Choisissez le type d'accès dont vous disposez, dimensionnez le rivet par rapport à la pile que vous voulez assembler et chargez-le en cisaille là où la conception le permet.

Accu propose une large gamme de rivets de précision, allant des rivets à éclats et des écrous à riveter aux types solides et spécialisés, dans un choix de matériaux et de finitions. Si vous ne savez pas quel rivet convient à votre application, nos ingénieurs sont là pour vous aider à spécifier le bon composant dès la première fois.

Lectures complémentaires :

• Quelles sont les causes de la corrosion galvanique et comment puis-je l'éviter ?
• Fixations et quincaillerie aérospatiales
• Éléments de fixation en tôle : guide de l'ingénieur

 

FAQs

Q : Les rivets sont-ils plus solides que les boulons ?

R : Cela dépend de la charge : les rivets excellent en termes de cisaillement et résistent au relâchement des vibrations, tandis que les boulons supportent une charge de traction plus pure, donc le choix le plus judicieux est celui adapté au joint. Le guide dédié d'Accu couvre la comparaison complète.

Q : Pourquoi le rivetage n'est-il plus utilisé dans certaines structures ?

R : Les boulons à souder et à friction à haute résistance ont remplacé le rivetage à chaud dans la majorité des structures métalliques, mais les rivets restent dominants dans les assemblages aérospatiaux, en tôle, à accès aveugle et en métaux différents.

Q : Quels sont les inconvénients des rivets ?

R : Ils forment un joint permanent difficile à inverser. Il est préférable de les charger pour leur résistance au cisaillement plutôt qu'à leur tension. Les trous dont ils ont besoin créent également des concentrations de contraintes, ce qui peut provoquer des ruptures du boîtier d'assemblage.

Q : Les rivets peuvent-ils être aussi solides que les soudures ?

R : Un joint riveté bien conçu peut correspondre à une soudure en termes de cisaillement et de fatigue tout en tolérant des matériaux différents, bien que les soudures soient toujours en tête pour des trajectoires de charge continues et entièrement étanches.

Q : Devez-vous percer à l'avance pour les rivets ?

R : Oui, pour les rivets pleins et aveugles, qui nécessitent un trou préformé, mais les rivets autoperçants forment leur propre trou au fur et à mesure de la pose.

Q : Pouvez-vous riveter sans pistolet à riveter ?

R : Les rivets solides peuvent être posés à l'aide d'un marteau et d'une barre de tronçonnage, mais les rivets aveugles nécessitent un pistolet à riveter pour tirer le mandrin.