CN115734835A - 用于制造涂有塑料层的金属构件的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造至少部分地涂有塑料层(3)的、焊接的金属构件(2)的方法和设备，所述方法包括以下制造步骤：‑借助焊接激光装置(4)将至少两个金属的单独部件(1a、1b)焊接连接(A)成焊接的金属构件(2)，‑通过同一个焊接激光装置(4)对所述焊接的金属构件(2)的表面的至少一部分进行表面加工(B)，以产生适用于与所述塑料层(3)进行形状锁合地具有底切的粗糙表面结构(5)，‑对所述金属构件(2)进行塑料涂覆(C)，以形成与所述表面结构(5)形状锁合地连接的塑料层(3)。

Description

用于制造涂有塑料层的金属构件的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于制造至少部分地涂有塑料层的、焊接的金属构件的方法和设备，所述金属构件通过借助焊接激光装置焊接连接至少两个金属的单独部件来制造。

本发明的应用领域主要延伸到机动车技术的构件中。因此，例如在使用在油箱内燃料泵中的电动马达中，通常用聚合物层、例如用聚甲醛来注塑包封衔铁，以便最小化涡流损失。其上施加有塑料注塑包封部的其他金属构件是电插塞接头、金属构件的铭文表面、抗侵蚀性介质的防腐层、燃料直接喷射系统的部件等等。这里感兴趣的类型的金属构件在制造过程中由不同的单独部件组装并彼此焊接。

在此，在没有对金属的构件表面进行预处理的情况下，不能够在后续的塑料注塑包封的范畴内制造粘性的(haftfest)塑料金属复合材料。通常，为了实现塑料金属复合材料相对于外部介质影响的足够密封性或者为了引入运行力，必须费力地将附加的几何形状(例如底切、迷宫式密封件、槽、啮合部等)引入到金属部件中。

背景技术

从DE102011058674A1中得知一种由多个金属的单独部件焊接在一起的构件，在这里以用于电机的衔铁的形式，所述构件的圆柱形外侧表面覆盖有聚合物层，其中，所述外侧表面在聚合物层与未涂覆的区域的边界区域处具有微结构化部。这个微结构化部主要由不规则的结构构成，所述不规则的结构通过金属表面和热固性塑料表面的选择性(punktuelles)蒸发和凝结来产生。在此，这种微结构化部能够借助激光器来施加，然而，所述激光器的规格未被详细说明。

根据一般已知的现有技术，通过所提到的超短脉冲激光器能够对金属构件进行表面加工以用于后续的塑料涂覆，该超短脉冲激光器在金属构件的表面上产生一种不规则的菜花结构，该菜花结构形成用于塑料层的充分附着基础。为此，这种特殊的激光射束源(包括合适的加工站)能够被集成到制造过程中。

作为对此的替代，根据一般已知的现有技术也可能的是，使用其他成型方法——例如铣削、车削、磨削——对金属构件进行表面加工，使得这些切削加工工具形成表面结构，所述表面结构实现了与随后待施加的塑料的形状锁合，例如通过铣削槽来实现迷宫式密封件。为此，也需要利用相应工具开销的附加的工作步骤。

本发明的任务是，提出一种用于制造涂有塑料的、先前焊接的金属构件的方法和设备，所述金属构件的塑料层能够以生产技术上简单的方式制造成抗疲劳的整体复合材料。

发明内容

该任务在方法技术上通过权利要求1来解决。关于用于执行方法的设备请参阅权利要求6。进一步并列的权利要求10说明了焊接工具的新型应用。

本发明包括这种方法技术的教导：在借助焊接激光装置将至少两个金属的单独部件焊接连接成焊接的金属构件之后，通过同一个或另一个焊接激光装置对所述焊接的金属构件的表面的至少一部分进行表面加工，以产生适用于与塑料层进行形状锁合地具有底切的粗糙表面结构，然后用塑料涂覆所述金属构件，以形成与所述粗糙表面结构形状锁合地连接的塑料层。

应注意的是，表面加工也能够在焊接连接之前进行。然而，对于根据本发明的解决方案来说重要的是这种生产技术措施：通常设置用于焊接构件的焊接激光装置现在以非同寻常的方式用于表面加工，其目的是产生适用于与塑料层进行形状锁合的粗糙表面结构，为此根据迄今已知的现有技术使用了其他特殊工具。特别粗糙的、形状锁合地起作用的表面结构的特征在于微小的底切，所述微小的底切形成优选蘑菇状的形状。由此变得可以勾住塑料层。

在此，本发明基于这种认识：焊接激光装置的、优选单模光纤激光器的扫描仪的像场大小也适用于加工工件上的远离焊缝的部位。因而，本发明的核心在于，通过焊接激光产生改变的金属表面，从而接着能够产生具有整体复合材料的相应改进特性(更确切地说，在高密封性、改进地接收外部力和避免工件部分的相对运动方面)的形状锁合的塑料金属连接部。

为了在金属构件上产生合适地形状锁合地起作用的粗糙表面结构化，利用焊接激光装置优选如此进行表面加工，使得通过能编程的射束振荡执行一种摆动运动(Wobbelbewegung)。这种摆动运动代表在空间上快速的射束振荡，其中，激光射束例如在圆形轨道、8字形轨道或椭圆形轨道上运动。也可设想无跃变地能重复的其他轨道形状。由此，在合适地调设诸如射束强度、射束聚焦、加工速度等的工艺参数的情况下，实现了根据本发明的适用于形状锁合的表面结构化，该表面结构化设有底切区域。原则上，通过射束振荡实现熔液的空间移位，以便产生具有底切的珠状结构，该珠状结构具有优选蘑菇状的形状。这些底切区域用作用于随后注塑包封金属构件的固定点，以便改进上述意义上的构件复合结构。

根据改进本发明的另一个措施，能够将由焊接激光装置为了表面加工而产生的摆动运动与沿着金属构件的表面的附加的进给运动叠加。由此，金属构件能够被牢固地夹紧并且不需要在工件侧实施进给运动的附加设备。

上面一般性描述的方法能够以简单的方式利用设备来执行，该设备原则上仅由焊接激光装置和塑料涂覆装置构成。焊接激光装置用于将金属的单独部件焊接连接成焊接的金属构件，以及用于在焊接之前或之后对金属构件的表面的至少一部分进行表面加工，以产生适用于形状锁合的粗糙表面结构。将塑料涂覆装置配属给这个焊接激光装置，以便随后用塑料至少部分地涂覆焊接的且表面结构化的金属构件。由此，能够实现持久地形状锁合地与粗糙表面结构连接的塑料涂层。

在此，塑料涂覆装置能够在生产线的范畴内直接布置在焊接激光装置的下游。然而，也可能的是，对为此目的准备的金属构件执行远程的塑料涂覆。在这一点上应再次注意，根据本发明的解决方案当然仅在焊接激光装置本来就设置为用于使金属的单独部件材料锁合地连接的情况下才是特别高效的，使得根据本发明的解决方案原则上示出在用于后续塑料涂覆的表面加工方面的功能扩展。

单模光纤激光器已被证明特别适用于此目的，利用所述单模光纤激光器能够在金属构件的表面上通常产生20μm至40μm、优选为约30μm的光斑尺寸。利用具有1070nm的波长的单模光纤激光器结合扫描仪的试验提供了对于表面加工来说足够快的射束偏转。作为工艺参数优选考虑150W至200W的激光功率、每秒1至5转的旋转速度结合每秒2至8m的扫描仪的扫描速度。在此，激光源能够在诸如氦气、氮气或氩气的任何惰性气体下运行。

为了涂覆考虑使用塑料涂覆装置，该塑料涂覆装置优选处理塑料，该塑料选自以下塑料组中的一个塑料组：热塑性塑料、热固性塑料、弹性体。因此，以有利的方式，根据本发明的表面结构化适用于多个塑料组，所述塑料组应根据涂覆目的来选择。

附图说明

下面，结合参照附图对本发明的优选的实施例的描述更详细地示出改进本发明的另外的措施。附图示出：

图1具有焊接激光装置和塑料涂覆装置的设备的示意图，以及

图2涂有塑料的、焊接的金属构件的示意性横截面，该金属构件是利用根据图1的设备制造的。

具体实施方式

根据图1，用于制造由两个金属的单独部件1a和1b焊接成的金属构件2的设备基本上由焊接激光装置4构成，该金属构件具有随后施加塑料层3的可能性，该焊接激光装置用于将两个圆柱形的金属的单独部件1a和1b焊接连接A成焊接的金属构件2。

随后，利用同一个焊接激光装置4对焊接的金属构件2的表面的前部部分进行表面加工B，以产生适用于形状锁合的粗糙表面结构5。为此，将旋转对称的金属构件2围绕纵向轴线旋转运动。该表面加工B是通过利用焊接激光装置4的射束振荡产生这里由旋转箭头指示的、沿着圆形轨道的摆动运动来实现的。

在焊接激光加工之后，用经由粗糙表面结构5而形状锁合地连接的塑料层3来涂覆C焊接的且表面结构化的金属构件2，这在本身已知的塑料涂覆装置6中实施。

根据图2，在使用前述设备执行所述方法之后，产生了这里示意性示出的、涂有塑料层3的焊接的金属构件2。在此，焊缝7在先前分离的金属的单独部件1a和1b之间走向。通过根据本发明的表面加工，在焊接的金属构件2的表面上已经产生了适用于与所施加的塑料层3进行形状锁合的粗糙表面结构5，该粗糙表面结构就这方面而言具有多个底切区域8(示范性地)，所述底切区域已通过激光射束的快速射束振荡产生并且实现了与粗糙表面结构5形状锁合地连接的塑料层3。

本发明不限于上述优选实施例。更确切地说，也可设想其变型方案，所述变型方案被包括在以下权利要求的保护范围内。因此，例如也可能的是，将其他焊接激光装置作为单模光纤激光器用于根据本发明的表面加工，如果以此能够产生适合地快速振荡的且足够强的激光辐射，例如通过盘式激光器、二极管激光器等，尽管这类激光器通常具有相对较差的射束质量。

Claims (10)

1.一种用于制造至少部分地涂有塑料层(3)的、焊接的金属构件(2)的方法，所述方法包括以下制造步骤：

-借助焊接激光装置(4)将至少两个金属的单独部件(1a、1b)焊接连接(A)成焊接的金属构件(2)，

其特征在于，

-通过同一个或另一个焊接激光装置(4)对所述焊接的金属构件(2)的表面的至少一部分进行表面加工(B)，以产生适用于与所述塑料层(3)进行形状锁合地具有底切的粗糙表面结构(5)，

-对所述金属构件(2)进行塑料涂覆(C)，以形成与所述粗糙表面结构(5)形状锁合地连接的塑料层(3)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过利用所述焊接激光装置(4)的射束振荡产生摆动运动来执行所述表面加工(B)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，沿着圆形轨道或椭圆形轨道执行所述射束振荡。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，如此调设用于所述射束振荡的工艺参数，使得产生具有多个底切区域(8)的粗糙表面结构(5)。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将由所述焊接激光装置(4)产生的摆动运动与沿着所述金属构件(2)的表面的进给运动叠加。

6.一种用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的设备，所述设备包括：

-焊接激光装置(4)，所述焊接激光装置用于将至少两个金属的单独部件(1a、1b)焊接连接(A)成焊接的金属构件(2)以及用于对所述焊接的金属构件(2)的表面的至少一部分进行表面加工(B)以产生适用于形状锁合地具有底切的粗糙表面结构(5)，

-塑料涂覆装置(6)，所述塑料涂覆装置用于用塑料对焊接的且表面结构化的金属构件(2)至少部分地进行塑料涂覆(C)，以便产生与所述粗糙表面结构(5)形状锁合地连接的塑料层(3)。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述焊接激光装置(4)根据单模光纤激光器的方式构造。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述单模光纤激光器为了所述表面加工(B)而在所述金属构件(2)的表面上产生10至50微米的光斑尺寸。

9.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述塑料涂覆装置(6)处理塑料，所述塑料选自以下塑料组中的一个塑料组：热塑性塑料、热固性塑料、弹性体。

10.一种将焊接激光装置(4)用于对焊接的金属构件(2)的表面的至少一部分进行表面加工(B)的应用，以产生适用于与待施加的塑料层(3)进行形状锁合地具有底切的粗糙表面结构(5)。

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