CN112549557A - 金属塑料混合部件的制造方法以及金属塑料混合部件 - Google Patents

金属塑料混合部件的制造方法以及金属塑料混合部件 Download PDF

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CN112549557A CN202010935405.XA CN202010935405A CN112549557A CN 112549557 A CN112549557 A CN 112549557A CN 202010935405 A CN202010935405 A CN 202010935405A CN 112549557 A CN112549557 A CN 112549557A
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Abstract

一种用于制造金属塑料混合部件的方法，包括：提供金属成形件(10)、提供由硬质热塑性塑料制成的刚性的塑料成形件(18)，其中，塑料成形件(18’)的外形的几何形状至少部分地与金属成形件(10)的外形的几何形状相匹配，将塑料成形件(18)机械地连接到金属成形件(10)，使得塑料成形件(18)和金属成形件(10)通过内应力保持彼此抵靠，并且使得在塑料成形件(18)和金属成形件(10)之间在至少一个界面(30；32；34)处存在实质上表面接触的区域，在至少一个界面(30；32；34)处将塑料成形件(18)感应焊接到金属成形件(10)上。

Description

金属塑料混合部件的制造方法以及金属塑料混合部件
技术领域
本发明涉及一种制造金属塑料混合部件的方法。本发明还涉及一种金属塑料混合部件。
背景技术
本发明的金属塑料混合部件尤其可以用作车辆的车身的结构部件。例如，这种类型的部件可以是交叉构件的结构部件，或者可以是支承仪表板并且例如安装有转向柱的交叉构件本身。然而，本发明的金属塑料混合部件通常也可以是车辆的车身的任何结构部件。
车身构造对待制造的结构部件施加了两个相反的要求。一方面，发明将使这些结构部件的重量尽可能地最小化，但是另一方面，这些结构部件必须长期承受机械应力并且具有高刚度和高强度。尽管以常规方式由具有大壁厚的钢制造的结构部件具有高机械强度，但是这些结构部件由于相对较高的重量而是不利的。通过使用铝代替钢解决了重量问题，但是铝的强度低于钢的强度。
一种较新的用于车身构造的方法包括制造金属塑料混合部件，即将金属材料和塑料材料彼此结合的部件。使用这些混合部件，既可以减轻重量，又可以获得足够的机械强度。
在现有技术中，这些混合部件是通过在注塑机中用聚合材料对钢制嵌件进行包覆成型来制造的，所述聚合材料例如为液相的粒状聚合物或经历反应性聚合的多组分液体系统。然而，这些制造方法很慢，并且聚合物基体在钢嵌件上的粘附通常也不是令人满意的。因此，这些常规的制造方法限制了生产率和可能的解决方案的几何形状。单个混合部件的最终成本很高，每次单独设计、实现和开发的成本也很高。
发明内容
本发明的目的是提供一种制造金属塑料混合部件的方法，金属塑料混合部件可以以相对高的加工速度来进行并且这节省了成本。
本发明的另一个目的是提供一种可以以低成本和简单的方式制造的金属塑料混合部件。
根据本发明，一种制造金属塑料混合部件的方法包括以下步骤：
提供金属成形件，
提供由硬质热塑性塑料制成的刚性的塑料成形件，其中塑料成形件的外形的几何形状至少部分地与金属成形件的外形的几何形状相匹配，
将塑料成形件机械地连接到金属成形件，使得塑料成形件和金属成形件通过内应力保持彼此抵靠，并且使得在塑料成形件和金属成形件之间在至少一个界面处存在实质上或大部分表面接触的区域，
在至少一个界面处将塑料成形件感应焊接到金属成形件上。
本发明的方法不受将金属嵌件包覆成型以用于制造金属塑料混合部件的常规概念的限制。相反，本发明的方法提供了已经预制的塑料成形件。塑料成形件已经由硬质热塑性塑料制成，并且具有高的固有刚度和相应的尺寸稳定性。例如，以下材料可用作热塑性材料：聚酰胺(PA)、聚醚醚酮(PEEK)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、具有共聚物的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)等，但是出于本发明的目的，也可以使用其他硬质热塑性塑料。此外，热塑性塑料可以被加强，例如玻璃纤维加强或碳纤维加强。热塑性塑料是可以在某一高温范围内变形的塑料，在该高温范围内该工序是可逆的，例如，只要避免材料由于过热而热分解，就可以通过冷却和再加热将工序重复任何期望的次数，直到材料熔化为止。特别地，热塑性塑料可以被焊接。
在本发明的方法中提供了预制的塑料成形件和预制的金属成形件，预制的金属成形件优选地呈壳的形式。考虑到刚性的塑料成形件与金属成形件在此所需的机械连接，塑料成形件的外形的几何形状至少部分地与金属成形件的外形的几何形状相匹配(反之亦然)。塑料成形件的外形的几何形状与金属成形件的外形的几何形状的至少部分匹配(反之亦然)尤其用于随后通过焊接将两个成形件彼此良好地粘附。
在将塑料成形件焊接到金属成形件之前，两个成形件彼此机械地连接。机械连接的特性在此使得塑料成形件和金属成形件通过内应力保持彼此抵靠，并且具体地使得在塑料成形件和金属成形件之间在至少在一个界面处存在实质上表面接触的区域。由于焊接工序，塑料成形件和金属成形件之间的紧密接触有助于塑料成形件粘附在金属成形件上。内应力的特性可以使得塑料成形件在至少一个界面处被压靠在金属成形件上，如在本发明的优选实施例中所提供的。
可以借助于具有高电流的射频电流来进行将塑料成形件在所述至少一个界面处局部地感应焊接到金属成形件，特别是在短时间内，例如在几秒钟内，或在约1秒或更短的时间内，优选通过非接触过程来进行。具有处于例如在kHz范围内的频率的射频电流在优选地呈壳的形式的金属成形件中产生涡流，该涡流通过电阻热损失而非常迅速地产生三维加热，即将金属成形件瞬间加热到高温。高温引起在塑料成形件与金属成形件接触的界面区域中，塑料成形件的表面熔化或更深的熔化。射频电流仅维持很短的时间，并且由于塑料成形件本身是不良的热导体，因此金属成形件的高温仅在塑料成形件的与金属成形件紧密接触的区域内引起塑料成形件的表面熔化或更深的熔化。将金属成形件加热到高温，引起金属成形件在至少一个界面的区域内与塑料成形件一起膨胀，并且塑料成形件同样在至少一个界面的区域内与金属成形件一起膨胀，热塑性塑料的热膨胀系数通常比诸如钢或铝之类的金属的热膨胀系数高很多倍。
塑料成形件在其接触区域的区中和金属成形件在金属成形件的相对的接触区域的区中的这种相互膨胀，以及由于内应力导致的机械连接使接触区域与相对的接触区域的紧密接触，增加了由金属成形件(优选地呈壳形式)和塑料成形件相互施加的压力，从而在至少一个界面的区域中实现了塑料成形件在金属成形件上的特别良好的粘附。在缓慢冷却所得到的混合部件之后(优选地不采用主动冷却)，塑料成形件与金属成形件的连接于是达到了其最终强度。
塑料成形件可以在多个界面处与金属成形件接触，该多个界面彼此成各种角度并且位于各种平行或不平行的平面中。因此，焊接工序在多个维度上实现了具有良好粘附的连接。
本发明的方法可以以短周期时间和低成本快速地进行。本发明的方法特别适合大量制造混合部件。
下面描述该方法的优选实施例。
在优选实施例中，金属成形件可以设置为金属形成的壳形件或设置为管。金属成形件也可以由多个壳组成。金属成形件的几何形状可以是期望的。在金属形成的壳形件的情况下，可以具有任何期望的横截面，例如矩形的“C”或“L”形状。金属成形件的纵向几何形状同样可以是期望的，并且可以包括直和弯曲的形状；在管的情况下也是如此。管状金属成形件也可以由沿周向方向组装的两个或更多个半壳组成以形成管，其中该管可以具有任何期望的横截面形状。
优选地，将塑料成形件设置为注塑件。如上所述，塑料成形件的制造方式使得塑料成形件的外形的几何形状至少部分地与金属成形件相匹配，并且塑料成形件可以在内应力或预应力的帮助下被机械地连接到金属成形件。
优选地，塑料成形件包括加强结构。
该加强结构可以有利地提高所得到的金属塑料混合部件的机械强度或稳定性，特别是弯曲刚度。因此，特别地，能够提供一种金属成形件，其壁厚比在车身构造中通常遇到的约1.5mm的结构部件的壁厚更小。因此，在本发明的方法中可以提供壁厚在1mm以下的金属成形件，同时塑料成形件有助于混合部件所需的机械刚度。
上述加强结构可以包括槽壁、网格和/或肋。可以在设计待制造的混合部件的过程中预先限定加强结构，使得成品混合部件具有期望的机械稳定性能。
塑料成形件与金属成形件的机械连接可以包括将塑料成形件插入到金属成形件的腔中。在此，塑料成形件的外部形状可以至少在某些区域中与金属成形件的内部形状相匹配。
金属成形件的这种腔可以具有至少一个敞开的外周侧(例如，在金属成形件的半壳设计的情况下)，或者可以具有封闭的外周(在管状金属成形件的情况下)。
将塑料成形件插入到金属成形件的腔中可以导致两个成形件由于内应力而以机械方式保持彼此抵靠，并且在至少一个界面处在实质表面区域上彼此压靠。特别是在塑料成形件和/或金属成形件被设置预应力的情况下。
插入到金属成形件的腔中的塑料成形件可以在成品混合部件中对混合部件的机械强度特别是弯曲刚度和扭转刚度产生决定性作用。
然而，如果金属成形件的几何形状允许，塑料成形件与金属成形件的机械连接还可以包括将塑料成形件放置在金属成形件的外侧上。为此，塑料成形件可以被匹配以实现精确地配合到金属成形件的外侧的形状上。
在这种情况下，塑料成形件与金属成形件的机械连接再次提供了在塑料成形件和金属成形件的随后将彼此焊接的区域之间的紧密接触。
同样可以将多个塑料成形件连接到金属成形件以获得混合部件，其中将一个或更多个塑料成形件被放置在金属成形件的外侧，和/或将一个或更多个塑料成形件插入到金属成形件的腔中。
为了增加内应力并因此增加在至少一个界面的区域中由塑料成形件施加到金属成形件上的内压力，塑料成形件和/或金属成形件可以包括机械互锁结构，其中，塑料成形件与金属成形件的机械连接包括将金属成形件和塑料成形件彼此机械锁定。
这些机械互锁机构首先可以增加在机械连接时使塑料成形件和金属成形件保持彼此抵靠的内应力，并且同样可以增加由接触区域向相对的接触区域施加的压力；这附加地改善了在焊接工序之后将塑料成形件在金属成形件上的粘附。此外，这些机械互锁结构还可以进一步提高混合部件的最终强度，并且甚至可以更加可靠地避免两个成形件的不期望的分离。此外，简化了两个成形件的机械连接，并且机械锁定结构为两个成形件相对于彼此的位置提供了清晰的限定。
进一步优选地，给塑料成形件和/或金属成形件提供机械预应力，以便在塑料成形件与金属成形件的机械连接期间产生合适的内应力。
例如，如果所提供的金属成形件采取轮廓件或型材的形式，该轮廓件的横截面具有直角的“C”形，则轮廓的一侧或两侧可能具有朝向彼此轻微的倾斜，并且当塑料成形件插入到金属成形件的腔中时，这两侧于是略微地被推开，因此预应力会使将塑料成形件夹紧金属成形件。在将塑料成形件放置在金属成形件的外侧上的情况下，侧面可能远离彼此略微倾斜，并且当将塑料成形件放置在金属成形件上时，金属成形件的侧面于是被略微推动压缩，使得塑料成形件夹紧金属成形件。
感应焊接优选地通过被供应射频电流的线圈来进行。
在金属成形件和塑料成形件的机械连接之后，由金属成形件和塑料成形件制成的组件可以例如并且优选地被以其整体的方式被引入到线圈中，或者线圈可以越过该组件，从而允许将射频场均匀地施加到由金属成形件和塑料成形件制成的组件。如上所述，对于焊接工序，电流足以以相应高的电流强度短时间供应到线圈或以脉冲方式供应到线圈，例如几秒或大约1秒。
焊接工序的有利标准是在将两个成形件彼此机械连接之后对两个成形件进行均匀处理，并且因此有利标准是金属成形件的加热的最大均匀性和均一性。
为了进一步改善金属成形件和塑料成形件彼此粘附，金属成形件和/或塑料成形件可以在至少一个界面的区域内设置有粘附促进剂(底料层)。
底料层可以在焊接期间进一步改善塑料成形件在金属成形件上的粘附。所提供的底料层可以例如采用底料膜的形式，或者可以通过喷撒以气溶胶的形式施加。底料可以具有三层或三个子层，其中与塑料成形件的接触区域接触的第一外层在塑料成形件上显示出特别良好的粘附性，并且另一外侧层相对于金属成形件的金属表现出特别良好的粘附性。中间层的特性可以使得中间层对两个外层都具有特别良好的粘附性。在焊接期间，底料首先通过底料与金属壳的接触而被立即熔化，并且由于热惯性而在至少一个界面的区域内施加了内应力的和/或预应力的塑料成形件发生表面熔化。如今，可获得具有聚合物涂层的金属板，并且可以对其进行金属形成以制造金属成形件。
作为底料的替代或补充，金属成形件在界面的区域中可能具有表面结构，例如突起、齿、脊、或者宏观的表面粗糙度特征或微观的表面粗糙度特征，以便提高塑料成形件在金属成形件上的粘附。这些结构扩大了成形件之间的粘附区域，并且在焊接期间熔化的塑料可以包围这些表面结构和/或渗入这些表面结构中，从而改善冷却后所述塑料在金属上的粘附。
此外，根据本发明提供一种混合部件，包括金属成形件、由热塑性塑料制成的刚性塑料成形件，其中，塑料成形件至少部分地与金属成形件的几何形状相匹配，其中在塑料成形件和金属成形件之间在至少一个界面处存在实质上表面接触的区域，并且其中塑料成形件在至少一个界面处焊接到金属成形件。
本发明的方法具有上面已经提到的能够快速、容易且廉价地制造的优点。此外，这种混合部件具有重量轻以及机械强度高的特点。
混合部件具有权利要求中所述的优选实施例，并且具有与以上已经参考本发明的方法描述的优点相似或相同的优点。
此外，金属成形件的壁厚可以小于1.5mm，特别是在0.5mm到1mm的范围内。此外，金属成形件可以由钢、钛或铝制成。
从以下描述和附图中，其他优点和特征将变得显而易见。
不言而喻，在不超出本发明的范围的情况下，上述特征和下面有待解释的特征不仅可以以所陈述的相应组合的方式使用，还可以以其他组合的方式使用或单独使用。
附图说明
在附图中描绘了实施例并在下文中参考所述附图详细地描述实施例，其中：
图1示出可以在制造金属塑料混合部件的方法中使用的金属成形件的平面图；
图2以沿图1中的线II-II截取的截面的方式示出图1中的金属成形件；
图3示出用于在制造金属塑料混合部件的方法中与图1和图2中的金属成形件一起使用的塑料成形件的平面图；
图4以沿图3中的线IV-IV的截面的方式示出图3中的塑料成形件；
图5以对应于图2或图4的截面的方式示出由图3或图4中的塑料成形件以及图1或图2中的金属成形件制成的机械连接组件，其中机械连接组件被布置在线圈中以便将塑料成形件焊接到金属成形件；
图6示出与图1或图2中的金属成形件一起使用以用于制造金属塑料混合部件的另一塑料成形件的平面图；
图7以沿图6中的线VII-VII的截面的方式示出图6中的塑料成形件；
图8以对应于图2或图7的截面的方式示出由图6或图7中的塑料成形件以及图1或图2中的金属成形件制成的机械连接组件，其中机械连接组件被布置在线圈中以便将塑料成形件焊接到金属成形件；
图9示出向金属成形件施加预应力使得在将塑料成形件插入到金属成形件期间两个成形件在内应力的帮助下保持彼此抵靠的原理的示意图；
图10示出类似于图9的对金属成形件和塑料成形件施加预应力的原理的示意图，其中机械锁定结构被额外地配置到所述塑料成形件和金属成形件上；
图11示出在焊接期间塑料成形件和金属成形件的相互热膨胀的原理的示意图；
图12示出类似于图11的另一示意图，示出将塑料成形件分别焊接到金属成形件的两侧上的原理，其中图12再次示出了金属成形件和两个塑料成形件的热膨胀；
图13示出用于制造金属塑料混合部件的金属成形件的实际实施例的透视图；
图14示出连同图13中的金属成形件一起用于制造金属塑料混合部件的塑料成形件的实际实施例的透视图；
图15示出由金属成形件和塑料成形件制成的机械连接组件的透视图；
图16示出由塑料成形件和金属成形件制成的组件的另一透视图；
图17示出处于射频线圈中以用于将塑料成形件焊接到金属成形件的由塑料成形件和金属成形件制成的组件的透视图；
图18示出另一金属塑料混合部件的透视图；
图19示出图18中的金属塑料混合部件的塑料成形件的单独的透视图；
图20示出可以与管状金属成形件一起使用以制造金属塑料混合部件的另一塑料成形件的透视平面图；
图21示出图20中的塑料成形件从下方观察的透视图；以及
图22示出用于与根据图20和图21的一个或更多个塑料成形件一起使用以制造金属塑料混合部件的管状金属成形件。
具体实施方式
参照图1至图5描述了制造金属塑料混合部件的方法的一般实施例。
在该方法中提供了图1和图2中所示的壳形的金属成形件10。这里仅举几个例子，壳形的金属成形件可以是由金属例如钢、钛或铝制成的金属形成件。在根据图1至图5的实施例中，金属成形件被设置为金属形成件。壳形的金属形成件的横截面可以具有根据图2的“U”或“C”形，金属成形件10的几何形状通常可以是如期望的那样。在所示的实施例中，金属成形件10具有侧壁12和侧壁14，以及底部16。整个金属成形件10可以是单件式配置或多件式配置。
此外，提供了图3和图4中所示的刚性的或硬质塑料成形件18。塑料成形件18由刚性热塑性塑料制成，并且在通常的室温或通常的环境温度下是刚性的或硬质的。塑料成形件18可以用注塑方法制造。通过示例，以下材料可以用作热塑性塑料：聚酰胺(PA)、聚醚醚酮(PEEK)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等，但也可以使用其它刚性的热塑性塑料来制造金属塑料混合部件。热塑性塑料可以被加强，例如碳纤维加强或玻璃纤维加强，例如PAGF 30，即具有30％玻璃纤维含量的聚酰胺。
在本实施例中提供的塑料成形件18是壳形式的注塑件。在根据图4的横截面中，塑料成形件18是“U”形的或“C”形的，并且具有侧壁20、侧壁22和底部24。塑料成形件18的外形的几何形状与金属成形件10相匹配。塑料成形件18还包括由槽壁28制成的加强结构26。加强结构26还可以包括在塑料成形件的注塑期间由热塑性塑料形成的栅格、肋、支柱等。
在制造金属塑料混合部件的方法中，首先将壳形的金属成形件10和塑料成形件18彼此机械连接，如图5所示。塑料成形件18与金属成形件10的机械连接以如下方式实现：塑料成形件18和金属成形件10通过内应力保持彼此抵靠，并且在塑料成形件18和金属成形件10之间在两个成形件10和18彼此邻接的至少一个界面处存在实质上表面接触的区域。在本实施例中存在界面30、界面32、界面34。
如所示出的，塑料成形件18与壳形的金属成形件10的机械连接可以通过将塑料成形件18以精确配合的方式插入到金属成形件10的腔36中来实现。根据金属成形件10的半壳形状，腔36具有至少一个开口侧。
内应力可以由塑料成形件18的与壳形的金属成形件10的内部尺寸相比稍微过大的外部尺寸而产生，使得当塑料成形件18以精确配合的方式插入到金属成形件10中时，金属成形件10的侧壁12、侧壁14稍微展开，并且由于侧壁的弹性而夹紧塑料成形件。由于内应力，塑料成形件18和壳形的金属成形件在界面30、界面32、界面34处的实质区域上彼此压在一起。
在塑料成形件18机械连接到金属成形件10之后，如图5所示，将组件引入射频线圈40中，以便将塑料成形件18感应焊接到金属成形件。由于将例如处于kHz范围内的射频电流短时间地供应到射频线圈40，电磁射频场在金属成形件10中产生瞬时涡电流；这些涡电流经由电阻热损失使金属成形件10加热到高温。在界面30、界面32、界面34的紧邻区域中，塑料成形件18因此经历表面熔化或更深的熔化并且在界面30、界面32、界面34处焊接到金属成形件10。因为内应力提供塑料成形件18与金属成形件10的机械连接，所以在感应焊接工序期间不需要额外的压力来将塑料成形件18施加到金属成形件10。
射频电流可以短时间地被供应到线圈40，例如几秒，或约1秒或甚至更短。在切断射频电流并冷却之后，塑料成形件18和壳形的金属成形件10之间的焊接连接于是实现其最终强度。
图6和图7示出了塑料成形件18’的改进实施例，与塑料成形件18不同，塑料成形件18’没有被配置成插入部件，而是被配置成可以放置到金属成形件10(图2)的外侧上的部件，如图8所示。同样，在这种情况下，可以使用塑料成形件18’和/或壳形的金属成形件10的预应力，以允许两个成形件10和18’在内应力的帮助下机械连接。
图8示出了在线圈40中由金属成形件10和塑料成形件18’制成的整个机械连接组件，该线圈用于经由产生电磁射频场将塑料成形件18’焊接到金属成形件10。
图9和图10示出了为塑料成形件18和/或壳形的金属成形件10提供预应力的示意图，在两个成形件彼此机械连接期间，在内应力的帮助下预应力保持两个成形件10、18’彼此机械地抵靠。
图9示出了将可选地具有加强结构26的塑料成形件18插入到壳形的金属成形件10中的情况。在这种情况下，金属成形件10具有预应力，其中侧壁12和侧壁14或这些侧壁中的至少一个朝向另一个倾斜。在将塑料成形件插入到金属成形件10的腔36中期间，壳形的金属成形件10的侧壁12、侧壁14稍微弹性地展开，并且因此，一旦塑料成形件18已经插入到金属成形件10中，塑料成形件就被夹紧在金属成形件10中。箭头42指示将塑料成形件18插入金属成形件10中的工序。
图10示出了将塑料成形件18’放置到壳形的金属成形件10的外侧上的情况。例如，在此可以通过使金属成形件10的侧壁12、侧壁14略微背离彼此倾斜和/或使塑料成形件18’的侧壁20、侧壁22略微朝向彼此倾斜来实现预应力。在将塑料成形件18’放置到壳形的金属成形件10的外侧上时，再次如箭头42所示，侧壁12、侧壁14朝向彼此略微弹性地移动和/或塑料成形件18’的侧壁20、侧壁22略微弹性地展开。
此外，图10示出了在塑料成形件18’和壳形的金属成形件10上可以具有机械锁定结构44、46；在金属成形件10与塑料成形件18’的机械连接期间，所述结构提供两个成形件到彼此的机械锁定。这些机械锁定结构或表面结构，例如突起、齿、脊、或者宏观的表面粗糙度特征或微观的表面粗糙度特征，特别是在塑料成形件18或18’将被焊接到金属成形件10的一个或更多个界面的区域中的金属成形件10的机械锁定结构或表面结构，可以进一步改善塑料材料在金属成形件10的金属上的粘附。
图11和图12示出了在将塑料成形件18感应焊接到金属成形件10期间的物质结合/形状配合连接，其中图11示出了塑料成形件18的侧壁20和金属成形件10的侧壁14的细节。当金属成形件10的温度在线圈40的射频场中升高时(见图5)，塑料成形件18的塑料和金属成形件10的金属两者在界面30的区域中膨胀。箭头46指示塑料朝向金属成形件10的热膨胀，并且箭头48指示金属成形件10的金属朝向塑料成形件18的热膨胀。箭头46、箭头48的尺寸指示塑料成形件18的热塑性材料的热膨胀大于金属的热膨胀。塑料成形件18和金属成形件10的相互热膨胀在界面30处将这两个成形件10、18彼此压靠，即在抵靠金属成形件10的压力下塑料18经受表面熔化或更深的熔化。
还可以通过例如在界面30的区域中向金属成形件10提供底料(即粘附促进剂)来进一步改善塑料成形件18的塑料和金属成形件10之间的粘附。图11中显示了底料层52。当提供金属成形件10时，该底料可以已经存在于其上。例如，可以获得涂覆有薄聚合物层的金属板，其中聚合物层用作底料。在加热所述壳形的金属成形件10期间底料非常快速地熔化，并且塑料成形件18的塑料随后也由于热惯性而熔化。底料层52促进塑料成形件18在界面30处粘附在金属成形件10上。
图11同样示出了表面结构50，在此所述表面结构采用接合在壳形的金属成形件10中的凹陷中的凸起或突起的形式。这些表面结构50也可以用作机械锁定结构，如上所述。
在界面30处，金属成形件10可以具有微观的表面粗糙度特征或宏观的表面粗糙度特征，或突起、齿、脊等，塑料成形件18的塑料在熔化或表面熔化期间与这些特征接合。
图12示出了也可以使用感应焊接将多个塑料成形件18和18’牢固地连接到壳形的金属成形件，例如金属成形件10。因此可以将外侧上的塑料成形件18’和内侧上的塑料成形件18两者焊接到金属成形件10上，如上所述，其中在此仅示出了金属成形件的侧壁14。
图13至图17示出了可以通过本文所述的方法制造的金属塑料混合部件的具体实施例。
对于与图1至图5中的元件相对应的元件，图13至图17使用与图1至图5中相同的附图标记。
图13示出了壳形的金属成形件10的设置。壳形的金属成形件10例如在金属成形工序中由起始于钢板的钢制成。金属成形件10是半壳，并且具有侧壁12、侧壁14、侧壁15，以及底部16。例如，在底部16中存在孔口17、孔口19，并且在侧壁12和侧壁14中在此示例性地示出了孔口13、孔口15、孔口17、孔口19，这些孔口可以用作用于机械连接到塑料成形件18的机械锁定结构。金属成形件10具有腔36，该腔36用于插入塑料成形件18。侧壁12、侧壁14和侧壁15的内侧以及底部16的内侧用作随后将塑料成形件焊接到金属成形件10的界面。
图14单独地示出了塑料成形件18。塑料成形件18的外部形状已经与壳形的金属成形件10的腔36的内部形状相匹配。塑料成形件18本身是刚性的，并且由热塑性塑料制成，如上所述。塑料成形件18具有侧壁20、侧壁22和底部24。其他侧壁21、23以及具有槽壁28的加强结构26有助于塑料成形件18的刚度。塑料成形件18被制造为注塑件。突起25、27和在相对的侧壁22的外侧上不可见的其他突起形成机械锁定结构，该机械锁定结构分别与孔口19、孔口17以及相应的孔口13、孔口15接合以在将塑料成形件18插入金属成形件10中期间提供机械锁定。
图15示出了在彼此机械连接之后的塑料成形件18和金属成形件10，在此，机械连接的特性再次使得塑料成形件18和金属成形件在内应力的帮助下保持彼此抵靠，并且侧壁20、侧壁22、侧壁21的外部区域与侧壁12、侧壁14、侧壁15的内部区域具有实质上表面接触的区域，并压靠这些侧壁。为此，可以使壳形的塑料成形件18的外形的几何形状与金属成形件10中的腔36的边界相匹配，使得塑料成形件通过摩擦力被保持或夹紧在金属成形件10中。图16以从斜下方观察的透视图示出了由塑料成形件18和金属成形件10制成的整个所得到的机械连接组件。
塑料成形件18的侧壁20、侧壁22和侧壁21的外表面以及金属成形件10的侧壁12、侧壁14和侧壁15的内部区域形成多个界面，在这些界面处两个成形件彼此焊接。在这些界面处可以存在如上所述的改善粘附性的表面结构(未示出)。
图17示出了通过使线圈40越过由两个成形件10、18制成的组件，或将由成形件10、18制成的组件移动到线圈40中，来将塑料成形件18焊接到金属成形件10的工序。图17所示的线圈40的长度小于由成形件10、18制成的组件的长度，但是在此不言而喻，线圈40的长度可以与成形件10、18的组件的长度相同。如果线圈40的长度较短，如图17所示，则在焊接期间由成形件10、18制成的组件可以相对于线圈40移动，以便到达成形件10、18将彼此焊接的所有界面。在冷却之后完成混合部件。
图18和图19示出了与图6至图8中的实施例相对应的实际实施例。在此再一次地，用于可比较的或相当的元件的附图标记与图6至图8中的附图标记相同。
图18示出了通过将塑料成形件18’感应焊接到金属成形件10、由图13中的壳形的金属成形件10和塑料成形件18’制造的金属塑料混合部件。图19单独地示出了在连结到金属成形件10之前的塑料成形件18’。在该实施例中，与根据图6至图8的上述实施例一样，将塑料成形件18’放置在金属成形件10的外侧上，并且通过感应焊接、分别以物质结合和形状配合的方式连接到壳形的金属成形件10。在其他方面，参考与图6至图8有关的描述。
在以上实施例中，金属成形件10被配置为壳形的成形件。但是，在此描述的方法也可以用于制造金属成形件是管状的金属塑料混合部件，并且在此不仅可以使用直管而且可以使用弯管作为金属成形件。图22示出了呈直管形式的金属成形件10”。图20和图21示出了塑料成形件18”，该塑料成形件18”可以通过使用管状金属成形件(例如图22中的金属成形件10”)而用于金属塑料混合部件的制造。图20示出了从上方观察的塑料成形件18”的透视图，并且图21示出了从下方观察的塑料成形件18”的透视图。金属成形件10”的横截面也可以是非圆形的，而不是如图所示的圆形，例如可以是多边形的，例如矩形的、椭圆形的或卵形的。
塑料成形件18”是盘形的，并且具有与管状金属成形件的腔相匹配的圆形外周。然而，不言而喻的是，本文所述的方法还可以用于制造金属塑料混合部件，该金属塑料混合部件使用管状金属成形件，该管状金属成形件的外部和/或内部形状可以是非圆形的，替代地是多边形的，例如四边形的。
塑料成形件18”被配置为用于插入到管状金属成形件10”的腔中的嵌件。
塑料成形件18”内部包括区段66，该区段以圆锥形方式变窄并形成加强结构。多个塑料成形件18”相继插入到管状金属成形件10”中，并且具体地以这样的方式插入：两个相邻的塑料成形件18”的区段66的变窄的端部68彼此相对。在区段66的变窄的端部68处，可以成对地存在用于将塑料成形件18”彼此连接的连接结构。塑料成形件18”的外部区域70与管状金属成形件10”的内部区域一起形成界面，在该界面处塑料成形件18”以实质上表面接触的区域被焊接到管状金属件。当插入塑料成形件18”时，如上所述，借助于内应力，以这样的方式实现塑料成形件18”与管状金属成形件的机械连接：在界面处塑料成形件18”和金属成形件之间存在实质上表面接触的区域。然后使用感应焊接从内部将塑料成形件18”焊接到管状金属成形件上。
本文所述的金属成形件10以及管状金属成形件10”的壁厚可以小于通常为1.5mm的壁厚。金属成形件的壁厚例如可以在0.5mm至1mm的范围内。

Claims (22)

1.一种用于制造金属塑料混合部件的方法，其中，所述方法包括：
提供金属成形件(10；10”)，
提供由硬质热塑性塑料制成的刚性的塑料成形件(18；18’；18”)，其中所述塑料成形件(18；18’；18”)的外形的几何形状至少部分地与所述金属成形件(10；10”)的外形的几何形状相匹配，
以如下方式将所述塑料成形件(18；18’；18”)机械地连接到所述金属成形件(10；10”)：使得所述塑料成形件(18；18’；18”)和所述金属成形件(10；10”)通过内应力保持彼此抵靠，并且使得在所述塑料成形件(18；18’；18”)和所述金属成形件(10；10”)之间在至少一个界面(30；32；34)处存在实质上表面接触的区域，
在所述至少一个界面(30；32；34)处将所述塑料成形件(18；18’；18”)感应焊接到所述金属成形件(10；10”)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述塑料成形件(18；18’；18”)和所述金属成形件(10；10”)在所述至少一个界面(30；32；34)处通过所述内应力而彼此压靠。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述金属成形件(10；10”)被设置为金属形成的壳形件或被设置为由多个这种壳构成的金属形成件，或者被设置为管。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述塑料成形件(18；18’；18”)被设置为注塑件。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，在所述界面(30；32；34)的区域中，所述金属成形件(10；10”)具有表面结构，例如突起、齿、脊，或者宏观的表面粗糙度特征或微观的表面粗糙度特征。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述塑料成形件(18；18’；18”)包括加强结构(26；66)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述加强结构(26)包括槽壁、网格和/或肋。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述塑料成形件(18；18”)与所述金属成形件(10；10”)的机械连接包括将所述塑料成形件(18；18”)插入到所述金属成形件(10；10”)的腔(36)中。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述金属成形件(10；10”)的所述腔(36)具有至少一个敞开的外周侧或具有封闭的外周。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述塑料成形件(18’)与所述金属成形件(10)的机械连接包括将所述塑料成形件(18’)放置到所述金属成形件(10)的外侧上。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述塑料成形件(18；18’)和/或所述金属成形件(10)包括机械锁定结构(46)，并且所述塑料成形件(18；18’)与所述金属成形件(10)的机械连接包括将所述金属成形件(10)和所述塑料成形件(18；18’)彼此机械地锁定。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，给所述塑料成形件(18；18’)和/或所述金属成形件(10)提供机械预应力，以在所述塑料成形件(18；18’)与所述金属成形件(10)的机械连接期间产生所述内应力。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，通过能够被施加射频电流的线圈(40)来执行所述感应焊接。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，所述金属成形件(10；10”)和/或所述塑料成形件(18；18’；18”)在所述至少一个界面(30；32；34)处设置有底料层(52)。
15.一种混合部件，包括金属成形件(10；10”)、由热塑性塑料制成的硬质塑料成形件(18；18’；18”)，其中，所述塑料成形件(18；18’；18”)至少部分地与所述金属成形件(10；10”)的几何形状相匹配，其中，在所述塑料成形件(18；18’；18”)与所述金属成形件(10；10”)之间在至少一个界面(30；32；34)处存在实质上表面接触的区域，并且其中，所述塑料成形件(18；18’；18”)在所述至少一个界面(30；32；34)处焊接到所述金属成形件(10；10”)。
16.根据权利要求15所述的混合部件，其中，所述金属成形件(10；10”)具有壳或管的形式。
17.根据权利要求15或16所述的混合部件，其中，所述塑料成形件(18；18”)包括加强结构(26；66)。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的混合部件，其中，所述塑料成形件(18；18”)被插入到所述金属成形件(10；10”)的腔中，并且所述腔具有至少一个敞开的外周侧或具有封闭的外周。
19.根据权利要求15至17中任一项所述的混合部件，其中，所述塑料成形件(18’)被放置到所述金属成形件(10)的外侧上。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的混合部件，其中，所述塑料成形件(18)和/或所述金属成形件(10)具有机械锁定结构。
21.根据权利要求15至20中任一项所述的混合部件，其中，所述金属成形件(10；10”)的壁厚小于1.5mm，特别是在0.5mm到1mm的范围内。
22.根据权利要求15至21中任一项所述的混合部件，其中，所述金属成形件(10；10”)由钢、钛或铝制成。
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