CN103072276B - 连接塑料工件至另一工件的方法 - Google Patents

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    • B29C66/73113—Thermal conductivity

Abstract

连接塑料工件至另一工件的方法，包括：提供包括第一抵靠面的塑料工件，第一抵靠面上设置有端面背对第一抵靠面的销；提供包括第二抵靠面和工作表面的另一工件，另一工件还提供有适于销的横截面且从第二抵靠面延伸至工作表面的通孔；以第二抵靠面铺放在第一抵靠面上、销延伸穿过通孔超过工作表面彼此抵靠放置另一工件和塑料工件；相对所述另一工件放置摩擦工具，摩擦工具具有以转动方式驱动且包括相对转动轴垂直延伸的摩擦表面的摩擦销和包括夹紧表面的夹紧环，摩擦表面平放在端面上且夹紧表面平放在工作表面上；转动摩擦销以便摩擦表面和端面之间的摩擦产生的摩擦热使销进入塑性状态，且平行转动轴朝工作表面移动转动的摩擦销以便销发生塑性变形。

Description

连接塑料工件至另一工件的方法
技术领域
本发明涉及一种连接塑料工件至另一工件的方法。
背景技术
在汽车和航天工业中，越来越多的使用如下的组件：该组件中塑料工件必须刚性连接(positively connected)至由金属或复合材料制成的其他工件上。利用塑料工件的变形性的方法尤其适用于此。
现有技术中公开了一系列的借助塑料材料的变形性将塑料工件连接至另一工件的方法。例如，众所周知的是，塑料工件具有远离抵靠面(abutting surface)延伸的凸起。在该抵靠面上，放置具有通孔的另一工件。该通孔以这样的方式形成：该通孔容纳所述凸起，所述凸起穿过所述通孔在所述另一工件外凸出。为了将所述塑料工件连接至所述另一工件，凸出在另一工件外的凸起的部分发生机械变形(mechanically deformed)。在该方法的最简单的实施方式中，借助工具在凸起上施加较大的压力以使得凸起发生塑性变形。塑料工件和另一工件形为所谓的冷连接。这种连接方法为已知的铆接且具有非常短的循环时间。
然而，在许多塑料中，冷连接期间在凸起中产生的裂纹影响限制了另一工件和塑料工件之间的连接的耐久性。为了降低由于变形所引起的负载，该凸起在变形前进入塑性状态。例如，这可通过在吹入热空气来实现。然而，在这种情况下，通过热空气，塑料仅是缓慢地加热，这就大大增加了该方法的循环时间。在其他实施方式中，加热工具用于凸起的变形。在这种情况下，根据实施方式，通过加热电阻器、超声波、红外线辐射、激光辐射或其他方式加热该工具。在不承受很大负载的情况下凸起进入塑性状态可塑性变形。以这种方式产生的“热”连接比前述的“冷”连接更加耐用。
然而，所有提供热连接的方法具有特别高的能量消耗，这是由于工具必须非常热以得到较短的周期时间。经常用于此的红外和激光加热器在生产和维护中也极其复杂。
最后，从US7497917中已知的是：当塑料工件连接至金属工件时，在金属工件的环绕开口(该开口为塑料工件的凸起所延伸穿过的)的表面区域处与摩擦工具发生接触。转动的摩擦工具将能量引入金属工件，导致其加热且随后对塑料工件以及提供在其上的凸起进行加热。因此，使得凸起进入塑性状态，并得到刚性连接。
这里存在的缺点是：由于金属工件和塑料工件之间所需热量的转移，再次循环时间较长，在塑料工件和金属工件之间的抵靠面的性质决定性的影响所述热量的转移。
发明内容
因此，基于现有技术，本发明的目的在于提供一种刚性连接塑料工件至另一工件的方法，所述方法无需复杂的构件，利用很少的能量且具有较短的循环时间。
通过以下步骤的方法实现该目的：
-提供包括第一抵靠面的塑料工件，所述第一抵靠面上设置有远离所述第一抵靠面凸起的销，所述销具有背对所述第一抵靠面的端面；
-提供另一工件，所述另一工件包括第二抵靠面和与所述第二抵靠面相对的工作表面，所述另一工件还提供有适于所述销的横截面且从所述第二抵靠面延伸至所述工作表面的通孔；
-以所述第二抵靠面铺放在所述第一抵靠面上、所述销延伸穿过所述通孔超过所述工作表面这样彼此抵靠的方式放置所述另一工件和所述塑料工件；
-相对所述另一工件放置摩擦工具，
所述摩擦工具具有摩擦销和夹紧环，所述摩擦销具有以绕转动轴的转
动方式驱动且包括相对所述转动轴垂直延伸的摩擦表面，所述夹紧环包括
相对所述转动轴垂直延伸的夹紧表面，
所述夹紧环环绕所述摩擦销，所述摩擦销和所述夹紧环能够平行于所述转动轴移动，
所述放置包括将所述摩擦表面平放在所述端面上且将所述夹紧表面平
放在所述工作表面上，
-转动所述摩擦销，以便所述摩擦表面和所述端面之间的摩擦所产生的摩擦热使得所述销进入塑性状态，以及
-平行于所述转动轴朝向所述工作表面移动所述转动的摩擦销，以使所述销发生塑性变形。
根据本发明的方法，提供包括第一抵靠面的塑料工件。所述抵靠面上设置有远离所述抵靠面凸起的销，所述销具有背对所述第一抵靠面的端面。
还提供有另一工件，所述另一工件优选由金属、金属合金、陶瓷或复合材料构成。在另一优选的实施方式中，所述另一工件也可由塑料构成。所述另一工件具有第二抵靠面和与所述第二抵靠面相对的工作表面。所述另一工件还提供有适于所述销的横截面且从所述第二抵靠面延伸至所述工作表面的通孔。
所述另一工件和所述塑料工件以这样的方式彼此抵靠放置：所述另一工件的第二抵靠面铺放在所述塑料工件的第一抵靠面上。因此，所述销延伸穿过所述通孔且超过所述工作表面。
在进一步的步骤中，摩擦工具相对所述另一工件放置。所述摩擦工具具有摩擦销和夹紧环，所述摩擦销以绕转动轴的转动方式驱动且包括相对所述转动轴垂直延伸的摩擦表面，所述夹紧环包括相对所述转动轴垂直延伸的夹紧表面。在这种情况下，所述夹紧环环绕所述摩擦销，所述摩擦销和所述夹紧环能够平行于所述转动轴移动。所述摩擦工具以这样的方式放置：所述摩擦表面平放在所述端面上且所述夹紧表面平放在所述工作表面上。
在随后的步骤中，所述摩擦销转动，同时所述夹紧环固定在所述工作表面上且并不移动，以便于仅通过所述摩擦表面和所述端面之间的摩擦所产生摩擦热来使得所述销进入塑性状态。此后，所述转动的摩擦销平行于所述转动轴朝向所述工作表面移动，以便于所述销塑性变形。
根据本发明的方法的优点是其具有极其高的效率。一方面，该方法可采用用于摩擦焊接的同一设备实施，另一方面，与根据现有技术的方法相比，其能量消耗非常低，这是由于动能通过摩擦非常有效地转换成热能。尤其是摩擦热直接引入所述塑料工件而无需进行任何热传导过程。
此外，根据本发明的用于生成连接所需的循环时间比根据现有技术中的方法的循环时间要短。
除此之外，通过摩擦销的移动直接使得销的自由端变形，确保了工件之间的可靠的联锁啮合(reliable interlocking engagement)。
此外，所述摩擦工具用于维持完全地机械性且没有用于热量产生的复杂系统。因此，降低了维护和生产成本。
最后，根据本发明的方法的情况下，避免了连接区域的周围被工件的材料所污染，这是因为环绕所述连接的夹紧环或销确保了不会发生材料的泻出。
在特别优选的实施方式中，这样选择所述摩擦表面的尺寸：当所述销绕所述转动轴转动时，在所有旋转角度中整个所述端面完全平贴在所述摩擦表面上。这就确保了所述销均匀地加热且因此也均匀地进入塑性状态。
优选地，所述销为明显的圆筒形式。这是尤其有利的，通过简单的钻削(drilling)，可使得通孔的内径与所述销的外径相符，因此增加了连接的强度。
在另一优选的实施方式中，所述摩擦工具具有套筒，所述套筒包括相对于所述转动轴垂直延伸的套筒摩擦表面。套筒以绕所述转动轴的转动方式驱动，且可平行所述转动轴移动且布置在所述摩擦销和所述夹紧环之间。
在第一替代的情况下，当所述摩擦销转动时，所述套筒同样转动且当所述摩擦销朝向所述工作表面移动时，所述套筒远离所述工作表面移动。所述摩擦销的放置包括贴靠所述工作表面放置所述套筒摩擦表面。
在该替代的情况下，如果所述套筒也设置为转动，所述套筒摩擦表面最初也加热所述另一工件，所述另一工件散发热量至所述销。因此，所述销更加迅速地均匀加热，从而缩短加热循环时间，且所述销在塑料变形期间承受较小的负载，这就再次提高了连接的耐久性。此外，摩擦能量不仅经由端面引入所述销还经由所述销平行于转动轴的外表面进入销。最后，相对于所述摩擦销的移动方向，所述套筒远离所述工作表面的移动，使得可控制销的变形。
在第二替代中，在所述摩擦销的转动期间，所述套筒也同样转动，而在所述转动的摩擦销的移动期间，所述转动的套筒也平行所述摩擦表面朝向所述工作表面移动。一方面，在移动期间所述套筒摩擦表面可能在所述摩擦表面的平面内。
因此，带有具有比摩擦表面更大尺寸的端面的销也可通过工具被加工，这是由于摩擦能接下来被引入销不仅经由摩擦销的摩擦表面也经由套筒摩擦表面。当不同尺寸的销在同一塑料工件上被加工时是尤其可取的，这是由于在不同尺寸的两个销之间不需要更换工具。
另一方面，在移动期间，可布置套筒摩擦表面偏离摩擦表面的平面。在特别优选的实施方式中，套筒的内径与销的外径相符。摩擦工具的放置包括套筒以这样的方式定位：套筒的面向摩擦销的内表面铺放在销上。如果在该配置中，套筒也设置为转动，销的外表面也被加热，从而销尤其快速地进入塑性状态，从而缩短了循环时间且降低了销在塑性变形期间承受的机械负载。
在优选的方式中，通孔以这样的方式制得：横靠所述工件表面处提供有部分，在所述部分中，通孔的尺寸朝向所述工作表面增加。尤其是在圆柱形通孔的情况下，直径可在该部分中可增加。这种配置具有的优点是：也有可能在变形期间通过销在通孔内的膨胀得到刚性连接。这就增加了连接的强度，并可免除用于变形的销从通孔延伸超过工作表面且相对工作表面贴靠的需要。
优选地，在所述另一工件的通孔的内壁上设置一个或多个相对所述通孔垂直地延伸的间隙。通过销变形进入间隙也可得到刚性连接，从而获得上述优点。
在另一优选的实施方式中，在所述另一工件的通孔的内壁上设置螺旋地延伸的凹穴。同样可仅通过销变形进入螺旋地延伸的凹穴产生刚性连接。前述的优点也同样可用于该得到的刚性连接。
附图说明
基于下列仅示出优选的示例性实施方式的附图解释本发明，其中：
图1示出了根据本发明的方法的第一优选的示例性实施方式；
图2示出了根据本发明的方法的第二优选的示例性实施方式；
图3示出了根据本发明的示例性实施方式中的另一工件中的通孔的放大示意图；
图4示出了根据本发明的另一示例性实施方式中的另一工件中的通孔的放大示意图；以及
图5示出了根据本发明的另一示例性实施方式中的另一工件中的通孔的放大示意图。
具体实施方式
在图1中表示了根据本发明的方法的第一优选的示例性实施方式将塑料工件1连接至另一工件3的多个步骤。塑料工件1具有第一抵靠面5，在所述第一抵靠面5上设置有圆筒销7，所述圆筒销7远离所述第一抵靠面5延伸且具有端面9。在塑料工件1下方布置有反转轴承(counter bearing)11。
所提供的另一工件3优选由金属或复合材料形成，其具有第二抵靠面13以及与第二抵靠面13相对的工作表面15。此外，另一工件3中还提供有适于销7的横截面且从第二抵靠面13延伸至工作表面15的通孔17。
在图3详细示出了，通孔17可具有横靠工件表面15的部分19，在所述部分19中，通孔17的尺寸朝向工作表面15增加。尤其是，在所示的优选的方式以圆筒形形成的通孔17的情况下，通孔17的尺寸在所述部分19中增加。
图4中示出了通孔17的细节中可见：除了所述部分19外，通孔17的尺寸在朝向工作表面15增加，在另一工件3的通孔17的内壁21中可提供一个或多个相对于通孔17垂直地延伸并因此径向地远离转动轴37的间隙23。图5详细示出在通孔17的横靠所述部分19的内壁21中，提供螺旋地延伸的凹穴27。另外，可以想象的是：通孔17的内壁21仅具有一个或多个间隙23或仅具有一个螺旋延伸的凹穴27且不具有部分19，或也可具有一个或多个间隙23和一个螺旋的凹穴27的组合。
在图1中的a)中示出了另一工件3相对塑料工件1以这样的方式放置：第二抵靠面13铺放在第一抵靠面5上且销7延伸穿过通孔17且超出工作表面15。
此外，摩擦工具29相对另一工件3放置。所述摩擦工具29包括均为圆筒形的摩擦销31、套筒33以及夹紧环35。摩擦销31以绕转动轴37转动的方式驱动且具有相对于转动轴37垂直延伸且面向销7的端面9的摩擦表面39。摩擦表面39具有与端面9相同的尺寸且布置在端面9上，以便于当摩擦销31绕转动轴37转动时，在所有旋转角度中端面9完全平贴在摩擦表面39上。
套筒33布置在摩擦销31和夹紧环35之间且同样以绕转动轴37的转动方式驱动。套筒33具有相对于转动轴37垂直延伸的套筒摩擦表面41。套筒33的内径与销7的外径相符。当所述摩擦工具29与另一工件3相对放置时，套筒摩擦表面41平贴在工作表面15上且套筒33的面向摩擦销31的内表面43贴靠在销7上。
环绕套筒33的夹紧环35具有夹紧表面45，所述夹紧表面45平贴在所述工作表面15上且相对于转动轴37垂直地延伸。此外，在夹紧环35中提供熔体间隙(melt clearance)47，所述熔体间隙47代表了夹紧环35的面向套筒33的内表面与夹紧表面45之间的过渡，并且从转动轴37平行所述工作表面15远离延伸至夹紧环35。摩擦工具29以这样的方式形成：摩擦销31、套筒33以及夹紧环可平行转动轴37移动。
一旦所述摩擦工具29以如上所述的方式贴靠另一工件3放置，所述摩擦销31以及套筒33设置为沿与转动的方向相同的方向、绕转动轴37转动。与此不同的是，夹紧环35未转动且夹紧表面45固定铺放在所述工作表面15上。因此，摩擦热的产生是通过摩擦表面39相对于端面9、内表面43相对于销7以及套筒摩擦表面31相对于工作表面15的摩擦。优选地，另一工件3由具有良好的热传导性的材料构成，以便于销7均匀地加热且因此进入塑性状态。
根据图1中的另一个步骤b)，转动的摩擦销7平行于转动轴37朝向工作表面15移动且转动套筒33在同一时间远离工作表面15移动。这就使得已经至少部分进入塑性状态的销7沿着工作表面15变形进入熔体间隙47。
根据图1中的c)，直至销7塑性变形至完全充满熔体间隙47时，转动的销7和转动的套筒33停止移动。摩擦表面39和套筒摩擦表面41位于一个平面内，并与塑性变形的销7的端面9齐平。随后，摩擦工具29可从工件1、3中移除，一旦塑性变形的销7冷却下来，两个工件1、3形成刚性连接。
如图1中所示的根据本发明的示例性实施方式具有的优点是：直接引入将销7带入塑性状态的摩擦能量。事实上从端面9和从外表面49一起对销7加热意味着销7将特别迅速地带入塑性状态。在这种方式下，在非常短的时间内变形塑性的销7并在同一时间使其仅仅承受较低的机械负载。
在图2中示出了另一示例性实施方式，与第一示例性实施方式不同的是：置入的摩擦工具29的摩擦销31的摩擦表面39具有比提供的塑料工件1的销7的端面9更大的尺寸。因此，套筒33的内径也大于销7的外径，且内表面43也不贴靠销7上。当摩擦工具29与另一工件3相对放置时，套筒摩擦表面41与摩擦表面39在一个平面内且因此不贴靠工作表面15上。然而夹紧环35铺放在工具表面15上。
一旦摩擦销31和套筒33也设置成转动，夹紧环35固定铺放在工作表面15上，摩擦热仅通过摩擦表面39和端面9之间的摩擦产生。因此销7的加热仅来自端面9。转动的摩擦销31和转动的套筒33平行转动轴37朝向工作表面15移动，摩擦表面39和套筒摩擦表面41既可以在一个平面内或也可摩擦表面39和工作表面15之间的距离小于套筒摩擦表面41和工作表面15之间的距离，根据图2中b)。在后者的情况下，借助套筒33的偏移量，可以控制销7的变形。
根据图2中c)，转动的摩擦销31和转动的套筒33可一起移动直至销7塑性变形至完全充满熔体间隙47且摩擦表面39和套筒摩擦表面41在一个平面内。
该示例性实施方式尤其具有的优点是：只要销7的横截面小于摩擦表面39和套筒摩擦表面41的联合横截面，可加工任何形式的销7。这就消除了当在用于同一塑料工件1连接至另一工件3的不同大小的销时对摩擦工具9的更换的耗时需求。
如果，如图3中所示，通孔17中提供的部分19具有朝向工作表面15增加的尺寸，则所得到的优点是：也有可能在变形期间通过销7在通孔17内的膨胀而得到刚性连接。这就增加了连接的强度，并可能免除用于变形的销7从通孔17延伸超过工作表面15且相对工作表面15贴靠的需要。
如图4所示，通过形成从通孔17垂直延伸至内壁21的一个或多个间隙可进一步增加连接的强度。这里，同样可仅通过销7变形进入间隙23得到刚性连接。或者，根据图5所示，在通孔的内壁21提供有螺旋地延伸的间隙27。当销7变形进入螺旋地延伸的间隙27时，同样产生刚性连接。
根据本发明的方法，在没有复杂设备的情况下，使得在塑料工件1和另一工件3之间形成刚性连接成为可能。由于销7在起塑性变形前被带入塑性状态，销的材料承受特别小的机械负载。因此，以这样的方式产生的连接具有特别高的强度。同样，与其他方法相比，将销7在塑性变形前带入塑性状态，根据本发明的方法具有能量消耗极低的特点，这是由于摩擦能量被直接引入待变形的元件，即销7中。

Claims (15)

1.一种连接塑料工件(1)至另一工件(3)的方法，所述方法包括下列步骤：
-提供包括第一抵靠面(5)的塑料工件(1)，所述第一抵靠面(5)上设置有远离所述第一抵靠面(5)凸起的销(7)，所述销(7)具有背对所述第一抵靠面(5)的端面(9)；
-提供另一工件(3)，所述另一工件(3)包括第二抵靠面(13)和与所述第二抵靠面(13)相对的工作表面(15)，所述另一工件(3)中还提供有适于所述销(7)的横截面且从所述第二抵靠面(13)延伸至所述工作表面(15)的通孔(17)；
-以所述第二抵靠面(13)铺放在所述第一抵靠面(5)上、所述销(7)延伸穿过所述通孔(17)超过所述工作表面(15)这样彼此抵靠的方式放置所述另一工件(3)和所述塑料工件(1)；
-相对所述另一工件(3)放置摩擦工具(29)，
所述摩擦工具(29)具有摩擦销(31)和夹紧环(35)，所述摩擦销(31)以绕转动轴(37)的转动方式驱动且包括相对所述转动轴(37)垂直延伸的摩擦表面(39)，所述夹紧环(35)包括相对所述转动轴(37)垂直延伸的夹紧表面(45)，
所述夹紧环(35)环绕所述摩擦销(31)，所述摩擦销(31)和所述夹紧环(35)能够平行于所述转动轴(37)移动，
所述放置包括将所述摩擦表面(39)平放在所述端面(9)上且将所述夹紧表面(45)平放在所述工作表面(15)上，
-转动所述摩擦销(31)，以便所述摩擦表面(39)和所述端面(9)之间的摩擦所产生的摩擦热使得所述销(7)进入塑性状态，以及
-平行于所述转动轴(37)朝向所述工作表面(15)移动所述转动的摩擦销(31)，以使所述销(7)发生塑性变形,
其中，所述摩擦工具(29)具有环形套筒(33)，所述环形套筒(33)以绕所述转动轴(37)的转动方式驱动，且可平行于所述转动轴(37)移动且包括相对所述转动轴(37)垂直延伸的套筒摩擦表面(41)，
其中，所述套筒(33)布置在所述摩擦销(31)和所述夹紧环(35)之间，
其中，当所述摩擦销(31)转动时，所述套筒(33)转动，
其中，
a)当所述摩擦销(31)朝向所述工作表面(15)移动时，所述套筒(33)远离所述工作表面(15)移动，或者
b)在所述摩擦销(31)朝向所述工作表面(15)移动期间，所述套筒(33)也平行于所述转动轴(37)朝向所述工作表面(15)移动。
2.根据权利要求1所述的方法，所述摩擦表面(39)具有这样的尺寸：当所述摩擦销(31)绕所述转动轴(37)转动时，在所有旋转角度中所述端面(9)完全平贴在所述摩擦表面(39)上。
3.根据权利要求1或2所述的方法，所述销(7)为圆筒形式。
4.根据权利要求3所述的方法，所述套筒(33)的内径与所述销(7)的外径相符，且
所述摩擦工具(29)的放置包括以这样的方式定位所述套筒(33)：所述套筒(33)的面向所述摩擦销(31)的内表面(43)铺放在所述销(7)上。
5.根据权利要求3所述的方法，所述摩擦销(31)的外径与所述销(7)的外径相符。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在a)当所述摩擦销(31)朝向所述工作表面(15)移动时，所述套筒(33)远离所述工作表面(15)移动的情况下，所述摩擦工具(29)的放置包括贴靠所述工作表面(15)放置所述套筒摩擦表面(41)。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在b)在所述摩擦销(31)朝向所述工作表面(15)移动期间，所述套筒(33)也平行于所述转动轴(37)朝向所述工作表面(15)移动的情况下，在所述移动期间，所述套筒摩擦表面(41)偏离所述摩擦表面(39)的平面。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在b)在所述摩擦销(31)朝向所述工作表面(15)移动期间，所述套筒(33)也平行于所述转动轴(37)朝向所述工作表面(15)移动的情况下，在所述移动期间，所述套筒摩擦表面(41)位于所述摩擦表面(39)的平面内。
9.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，所述套筒(33)的内径与所述销(7)的外径相符，且
所述摩擦工具(29)的放置包括以这样的方式定位所述套筒(33)：所述套筒(33)的面向所述摩擦销(31)的内表面(43)铺放在所述销(7)上。
10.根据权利要求1所述的方法，所述另一工件(3)由金属、陶瓷或复合材料构成。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述金属包括金属合金。
12.根据权利要求1所述的方法，所述另一工件(3)由塑料构成。
13.根据权利要求1所述的方法，所述通孔(17)具有横靠所述工件表面(15)的部分(19)，在所述部分(19)中，所述通孔(17)的尺寸朝向所述工作表面(15)增加。
14.根据权利要求1所述的方法，在所述另一工件(3)的通孔(17)的内壁(21)上设置一个或多个相对所述通孔(17)垂直地延伸的间隙(23)。
15.根据权利要求1所述的方法，在所述另一工件(3)的通孔(17)的内壁(21)中设置有螺旋地延伸的凹穴(27)。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108381932B (zh) * 2013-11-21 2020-10-23 上海航空电器有限公司 一种在金属面板上镶嵌透明有机热塑性材料的方法
JP5971273B2 (ja) * 2014-03-26 2016-08-17 トヨタ自動車株式会社 接合方法
JP2015186870A (ja) * 2014-03-27 2015-10-29 トヨタ自動車株式会社 接合方法
EP2990178B1 (en) * 2014-08-29 2018-12-26 Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH A method for joining a plastic workpiece to a further workpiece
EP3069812B1 (en) 2015-03-18 2017-11-29 Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH Apparatus for friction stir welding with a shoulder comprising first and second through holes
ES2745406T3 (es) 2015-04-10 2020-03-02 Helmholtz Zentrum Geesthacht Método para conectar una pieza de trabajo de superficie estructurada y una pieza de trabajo de plástico
JP6988559B2 (ja) * 2018-02-23 2022-01-05 トヨタ自動車株式会社 接合装置
CN117055301A (zh) * 2021-07-30 2023-11-14 迪盛(武汉)微电子科技有限公司 工作平台的上下料方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3543105A1 (de) * 1985-12-06 1987-06-11 Erbsloeh Julius & August Verfahren und vorrichtung zum formschluessigen verbinden von werkstuecken
US5153978A (en) * 1990-02-05 1992-10-13 Textron Inc. Apparatus and method for upsetting composite fasteners
CN101076427A (zh) * 2004-12-10 2007-11-21 Ejot合资有限公司 金属板件和旋转体之间的摩擦焊接连接
CN101200020A (zh) * 2006-12-11 2008-06-18 西门子威迪欧汽车电子(长春)有限公司 旋转摩擦焊接加工方法和采用该方法制造的结构件

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51133371A (en) * 1975-05-14 1976-11-19 Lihit Industrial Method of fixing two members
JPS53266A (en) * 1976-06-23 1978-01-05 Kanto Seiki Co Method of jointing of parts consisted of thermoplastic resin
JPS5375280A (en) * 1976-12-16 1978-07-04 Fujitsu Ltd Method for fixing resin molding
US4427471A (en) * 1980-04-11 1984-01-24 Holland Co. Method of making composite spin welded coupler carrier assembly
DE3109500A1 (de) * 1981-03-12 1982-10-07 Repa Feinstanzwerk Gmbh, 7071 Alfdorf Verfahren und werkzeug zur plastischen verformung von durch druck und waerme verformbarem material
JPS61189925A (ja) * 1985-02-19 1986-08-23 Kioritz Corp 部品組立装置
JPS6287323A (ja) * 1985-10-15 1987-04-21 Omron Tateisi Electronics Co 熱可塑性樹脂製部品の接合方法
JPH01278331A (ja) * 1988-04-30 1989-11-08 Rhythm Watch Co Ltd プラスチック部品の結合方法
JPH0227317A (ja) 1988-07-15 1990-01-30 Idemitsu Petrochem Co Ltd 液晶カラー表示装置
JPH0518131Y2 (zh) * 1988-08-10 1993-05-14
WO1991011309A2 (en) * 1990-02-05 1991-08-08 Textron Inc. Apparatus and method for upsetting composite fasteners
JPH0741675B2 (ja) * 1990-10-04 1995-05-10 三菱電機エンジニアリング株式会社 熱かしめ装置
US5298098A (en) * 1991-03-22 1994-03-29 Hoedl Herbert K Industrial pallets and methods of manufacture of panel structures
JP2002178405A (ja) * 2000-12-15 2002-06-26 Nippon Seiki Co Ltd 樹脂材料の溶着装置及びその溶着方法
FR2854606B1 (fr) * 2003-05-06 2006-06-16 Valeo Vision Agencement et procede pour l'assemblage par rivetage a froid de deux elements d'un equipement d'eclairage de vehicule automobile
US7497917B2 (en) * 2005-08-31 2009-03-03 Gm Global Technology Operations, Inc. Friction heating for joining dissimilar materials
JP4886277B2 (ja) * 2005-11-17 2012-02-29 日野自動車株式会社 材料の接合方法
JP2008168437A (ja) * 2007-01-09 2008-07-24 Aisin Seiki Co Ltd 熱溶着装置
EP2286093A4 (en) * 2008-05-13 2015-04-08 Co Operative Res Ct For Advanced Automotive Technology Ltd BLIND RIVET AND ASSEMBLY METHOD THEREOF

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3543105A1 (de) * 1985-12-06 1987-06-11 Erbsloeh Julius & August Verfahren und vorrichtung zum formschluessigen verbinden von werkstuecken
US5153978A (en) * 1990-02-05 1992-10-13 Textron Inc. Apparatus and method for upsetting composite fasteners
CN101076427A (zh) * 2004-12-10 2007-11-21 Ejot合资有限公司 金属板件和旋转体之间的摩擦焊接连接
CN101200020A (zh) * 2006-12-11 2008-06-18 西门子威迪欧汽车电子(长春)有限公司 旋转摩擦焊接加工方法和采用该方法制造的结构件

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