DE10031697A1 - Making surface-finished composite of metal and plastic sheet, molds metal for use as deep-drawing stamp forming and bonding with plastic sheet - Google Patents

Making surface-finished composite of metal and plastic sheet, molds metal for use as deep-drawing stamp forming and bonding with plastic sheet

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Abstract

The required contours of the metal component (12) are formed in a mold (18). The plastic sheet is introduced into a tempered, deep-drawing mold (20), in which the metal component is employed as a stamp or matrix. In a combined pressing and molding operation, the plastic sheet (16) is brought to its final shape and bonded to the metal component. An Independent claim is included for the composite so produced, with plastic sheet or film over at least part of the metal surface. Preferred features: A bonding agent is applied to the region where plastic and metal are joined. In an alternative, otherwise similar process, the plastic sheet is first molded in a separate deep-drawing mold. The plastic sheet is a paint-like film. The bonding agent is a primer or adhesive. Composition of the plastic sheet is selected such that bonding agent need not be applied.

Description

Die Erfindung betrifft zwei Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstücks, ein nach dem Verfahren hergestelltes Verbundwerkstück sowie dessen Verwendung.The invention relates to two methods for producing a composite workpiece, one after composite workpiece produced by the method and its use.

An in der Transportmittelindustrie eingesetzten Werkstücken bestehen unterschiedlichste Anforderungen. So sollen beispielsweise Steifigkeit, Wärmeisolation und Handhabbarkeit in Fertigungsverfahren möglichst einfach und kostengünstig sichergestellt werden, ohne dass eine Gewichtszunahme und damit eventuell ein Kraftstoffmehrverbrauch in Kauf genommen werden muss. Darüber hinaus werden viele dieser Werkstücke, insbesondere Werkstücke mit Metallbauteilen, aus Gründen des Korrosionsschutzes und/oder aus ästhetischen Aspekten heraus mit einer oder mehreren Schutzschichten - meist zumindest einem Lack - versehen. Somit besteht das nach der Lackierung entstehende Verbundwerkstück zumindest aus einem Metallbauteil, das zumindest bereichsweise auf seiner Oberfläche die Lackierung trägt.There are a wide variety of workpieces used in the transportation industry Conditions. For example, rigidity, heat insulation and manageability are said to be in Manufacturing processes can be ensured as simply and inexpensively as possible without a weight gain and thus possibly an increase in fuel consumption must become. In addition, many of these workpieces, especially workpieces with metal components, for reasons of corrosion protection and / or for aesthetic reasons Aspects with one or more protective layers - usually at least one varnish - Mistake. Thus, the composite workpiece created after painting at least from a metal component, the at least partially on its surface Paint carries.

Ferner sind zahlreiche Lackierprozesse bekannt, um Metallbauteile mit einem Lack und gegebenenfalls weiteren Schutzschichten zu beschichten. Häufig ist die Herstellung von Lackierungen hoher Oberflächenqualität, insbesondere auf den besonders gewichtsgünstigen Magnesium-Bauteilen, nur aufwendig und mit hohen Kosten realisierbar. So müssen häufig Vorbehandlungsschritte zur Aktivierung der Oberflächen der Metallbauteile vorgenommen werden und ebenso müssen die zu lackierenden Metallteile während des Lackierprozesses in zahlreichen Verfahrensschritten eingetaucht, besprüht, getempert, wieder abgekühlt, getrocknet und so weiter werden. Sofern mehrschichtige Lackierungen aufgebracht werden sollen, müssen diese Verfahrensschritte zumeist mehrfach wiederholt werden. Häufig fallen bei den Lackierprozessen Lösungsmittelrückstände an, deren Entsorgung sehr kostenintensiv ist.Furthermore, numerous painting processes are known to paint and metal components if necessary, to coat further protective layers. The production of Paint finishes of high surface quality, especially on the particular low-weight magnesium components, only complex and can be realized at high costs. Pretreatment steps for activating the surfaces of the Metal components are made and also the metal parts to be painted immersed, sprayed in numerous process steps during the painting process, annealed, cooled again, dried and so on. Unless multilayered These process steps usually have to be applied can be repeated several times. Often fall in the painting processes Solvent residues, the disposal of which is very cost-intensive.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein kostengünstiges Herstellungsverfahren für Verbundwerkstücke aus einem Metallbauteil mit einer zumindest teilweisen Oberflächenbeschichtung zur Verfügung zu stellen. The invention is therefore based on the object, the disadvantages of the prior art the technology to overcome and an inexpensive manufacturing process for Composite workpieces made of a metal component with an at least partial To provide surface coating.  

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstücks mit den im Anspruch 1 und den im Anspruch 2 genannten Merkmalen gelöst. Nach einem ersten Verfahren wird
According to the invention, this object is achieved by the method for producing a composite workpiece with the features mentioned in claim 1 and in claim 2. After a first procedure

  • a) das Metallbauteil in einem Formwerkzeug konturgerecht hergestellt;a) the metal component is produced in a mold according to the contours;
  • b) die in einem vorgelagerten Verfahren erzeugte Kunststofffolie in ein temperierbares Formtiefzieh-Werkzeug eingebracht, in dem das Metallbauteil als Stempel oder Matrize eingesetzt wird;b) the plastic film produced in an upstream process into a temperature-controlled one Deep-drawing tool introduced in which the metal component as a stamp or Die is used;
  • c) gegebenenfalls ein Haftmittel auf einen Fügebereich der Kunststofffolie und/oder des Metallbauteils aufgebracht undc) optionally an adhesive on a joining area of the plastic film and / or of the metal component applied and
  • d) anschließend in einem kombinierten Press- und Formgebungsvorgang durch Schließen des Formtiefzieh-Werkzeugs die Kunststofffolie konturgerecht umgeformt und mit dem Metallbauteil verbunden.d) then in a combined pressing and shaping process Closing the deep-drawing tool, the plastic film is shaped according to the contour and connected to the metal component.

Nach einem alternativen Verfahren wird
According to an alternative procedure

  • a) das Metallbauteil in einem Formwerkzeug konturgerecht hergestellt und die Kunststofffolie in einem Formtiefzieh-Werkzeug konturgerecht umgeformt;a) the metal component manufactured in a mold according to the contour and the Plastic film formed in a deep-drawing tool to conform to the contour;
  • b) die Kunststofffolie und das Metallbauteil in ein temperierbares Presswerkzeug eingebracht;b) the plastic film and the metal component in a temperature-controlled pressing tool brought in;
  • c) gegebenenfalls ein Haftmittel vor und/oder nach Einbringung in das Presswerkzeug auf einen Fügebereich der Kunststofffolie und/oder des Metallbauteils aufgebracht undc) if appropriate, an adhesive before and / or after introduction into the pressing tool applied to a joining area of the plastic film and / or the metal component and
  • d) anschließend in einem Pressvorgang durch Schließen des Presswerkzeugs die Kunststofffolie und das Metallbauteil verbunden.d) then in a pressing process by closing the pressing tool Plastic film and the metal component connected.

Nach beiden Verfahren kann demnach in sehr einfacher Weise und ohne Abstriche an die Qualität ein Verbundwerkstück mit den gewünschten Eigenschaften hergestellt werden. Die Verfahren eignen sich vorzugsweise dazu, lackähnliche Kunststofffolien einzusetzen, so dass eine Lackierung nach herkömmlicher Art entfällt. Derartige Kunststofffolien können selbstverständlich für die unterschiedlichsten Anforderungen mehrschichtig aufgebaut sein, so dass die nach herkömmlichen Verfahren notwendigen, aufwendigen Verfahrensführungen zur Aufbringung dieser Schichten entfallen können.According to both methods, it can be done in a very simple manner and without compromising on the Quality a composite workpiece can be produced with the desired properties. The Methods are preferably suitable for using lacquer-like plastic films, so that conventional painting is no longer necessary. Such plastic films can of course be structured in multiple layers for the most varied requirements,  so that the complex procedures necessary according to conventional processes to apply these layers can be omitted.

Bevorzugt ist ferner, dass das Metallbauteil aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung hergestellt wird. Derartige Magnesium-Bauteile können insbesondere durch Magnesium- Spritzgießen oder Magnesium-Druckguss unter Rückgriff auf bestehende Techniken gefertigt werden. Als Werkstoffe für die Bauteile eignen sich auch Aluminiumlegierungen, Zinklegierungen, Stahl oder dergleichen.It is further preferred that the metal component made of magnesium or a magnesium alloy will be produced. Such magnesium components can be Injection molding or magnesium die casting using existing techniques are manufactured. Aluminum alloys are also suitable as materials for the components, Zinc alloys, steel or the like.

Das ebenfalls beanspruchte, nach dem Verfahren hergestellte Verbundwerkstück findet bevorzugt Verwendung als strukturrelevantes Karosseriebauteil und/oder Karosserie- Außenhaut-Komponente im Kraftfahrzeug-, Zweirad-, Omnibus-, Eisenbahn- oder Flugzeugbau.The composite workpiece, which is also claimed and manufactured according to the method, is found preferred use as structure-relevant body component and / or body Outer skin component in motor vehicles, two-wheelers, buses, trains or Aircraft construction.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred refinements of the invention result from the others in the Characteristics mentioned subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below in exemplary embodiments on the basis of the associated Drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des Verfahrens zur Herstellung eines Verbundwerkstückes in vier Verfahrensschritten (I) bis (IV) und Fig. 1 is a schematic diagram of the method for producing a composite workpiece in four process steps (I) to (IV) and

Fig. 2 eine alternative Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens in den Verfahrensschritten (II) und (III). Fig. 2 shows an alternative embodiment of the manufacturing process in process steps (II) and (III).

Die Fig. 1 offenbart ein Herstellungsverfahren für ein Verbundwerkstück 10, das zumindest aus einem Metallbauteil 12 und einer zumindest bereichsweise auf eine Oberfläche 14 des Metallbauteils 12 aufgebrachten Kunststofffolie 16 besteht. Derartige Verbundwerkstücke 10 finden Verwendung als strukturrelevante Karosseriebauteile und/oder Karosserie- Außenhaut-Komponenten im Kraftfahrzeug-, Zweirad-, Omnibus-, Eisenbahn- oder Flugzeugbau. Das Metallbauteil 12 ist aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung nach einem hier nur schematisch im Teilschritt (I) dargestellten Magnesium-Spritzgieß- oder Magnesium-Druckgussverfahren hergestellt. Dazu wird ein Formwerkzeug 18 mit einer für die Geometrie des Metallbauteils 12 entsprechend ausgeformten Kavität genutzt. Da die eingesetzten Magnesium-Schmelzen häufig Temperaturen von über 500°C haben, muss das Metallbauteil 12 zunächst abgekühlt werden, ehe es für den nachfolgenden Teilschritt (II) dieses Herstellungsverfahrens genutzt werden kann. Gegebenenfalls kann die durch das Urformen des Metallbauteils 12 enthaltene Wärme noch für einen Formgebungsprozess der Kunststofffolie 16 genutzt werden.The Fig. 1 discloses a manufacturing method of a composite workpiece 10, and at least one at least is made of a metal member 12 partially to a surface 14 of the metal member 12 applied plastic sheet 16. Composite workpieces 10 of this type are used as structure-relevant body components and / or body shell components in motor vehicle, two-wheeler, bus, railroad or aircraft construction. The metal component 12 is made of magnesium or a magnesium alloy according to a magnesium injection molding or magnesium die casting method shown only schematically in sub-step (I). For this purpose, a molding tool 18 with a cavity that is shaped appropriately for the geometry of the metal component 12 is used. Since the magnesium melts used often have temperatures of over 500 ° C., the metal component 12 must first be cooled before it can be used for the subsequent sub-step (II) of this production process. If necessary, the heat contained in the original shaping of the metal component 12 can still be used for a shaping process of the plastic film 16 .

In einem sich anschließenden Teilschritt (II) wird das Metallbauteil 12 als Stempel oder Matrize in ein Formtiefzieh-Werkzeug 20 eingesetzt. Ferner wird in das geöffnete Formtiefzieh-Werkzeug 20 die noch nicht konturgerecht geformte Kunststofffolie 16 eingelegt. Die Kunststofffolie 16 ist in diesem Falle eine coextrudierte lackähnliche Folie.In a subsequent sub-step (II) the metal member 12 is used as a stamp or template in a form of deep-drawing tool 20th Furthermore, the plastic film 16, which has not yet been contour-shaped, is inserted into the opened deep-drawing tool 20 . In this case, the plastic film 16 is a coextruded lacquer-like film.

Nachfolgend wird im Teilschritt (III) gegebenenfalls mittels einer Düse 22 ein Haftmittel 24 auf einen Fügebereich der Kunststofffolie 16 und/oder des Metallbauteils 12 aufgebracht. Der Fügebereich ist hierbei selbstverständlich so gewählt, dass nach Abschluss des Herstellungsverfahrens die Kunststofffolie 16 die Oberfläche 14 des Metallbauteils 12 bedeckt und an dieser dauerhaft haftet.Subsequently, in sub-step (III), an adhesive 24 is optionally applied to a joining area of the plastic film 16 and / or the metal component 12 by means of a nozzle 22 . The joining area is of course chosen so that after the manufacturing process is completed, the plastic film 16 covers the surface 14 of the metal component 12 and adheres to it permanently.

In einem kombinierten Press- und Formgebungsvorgang wird durch Schließen des Formtiefzieh-Werkzeugs 20 einerseits die Kunststofffolie 16 konturgerecht geformt und andererseits mit dem Metallbauteil 12 dauerhaft verfügt. Das auf diese Weise hergestellte Verbundwerkstück 10 kann dann mit bekannter Auswerfertechnik entnommen werden.In a combined pressing and shaping process, on the one hand, by closing the deep-drawing tool 20, the plastic film 16 is shaped according to the contour and, on the other hand, it is permanently provided with the metal component 12 . The composite workpiece 10 produced in this way can then be removed using known ejector technology.

In einer alternativen Verfahrensführung können die Teilschritte (II) und (III) durch die in Fig. 2 dargestellten Teilschritte (IIa), (IIb) und (IIIa) ersetzt werden. Nach den Teilschritten (IIa) und (IIb) wird die Kunststofffolie 16 in einem Formtiefzieh-Werkzeug 26 durch Tiefziehen und Pressen vorgeformt. Die vorgeformte Kunststofffolie 16 wird nun im Teilschritt (IIIa) in ein Presswerkzeug 28, in das zuvor das Metallbauteil 12 eingebracht wurde, eingesetzt. Das Haftmittel 24 kann - wie hier dargestellt - nach dem Einsetzen oder aber auch vorher auf die beiden Komponenten 12, 16 aufgebracht werden. Anschließend wird in einem Pressvorgang durch Schließen des Presswerkzeuges 28 die Kunststofffolie 16 und das Metallbauteil 12 verbunden. In an alternative procedure, the substeps (II) and (III) can be replaced by the substeps (IIa), (IIb) and (IIIa) shown in FIG. 2. After the sub-steps (IIa) and (IIb), the plastic film 16 is preformed in a deep-drawing tool 26 by deep drawing and pressing. The preformed plastic film 16 is then inserted in a partial step (IIIa) into a pressing tool 28 into which the metal component 12 was previously inserted. As shown here, the adhesive 24 can be applied to the two components 12 , 16 after insertion or else beforehand. The plastic film 16 and the metal component 12 are then connected in a pressing process by closing the pressing tool 28 .

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS

1010

Verbundwerkstück
Composite component

1212

Metallbauteil
metal component

1414

Oberfläche des Metallbauteils
Surface of the metal component

1616

Kunststofffolie
Plastic film

1818

Formwerkzeug
mold

2020

Formtiefzieh-Werkzeug
Thermoforming mold tool

2222

Düse
jet

2424

Haftmittel
adhesives

2626

Formtiefzieh-Werkzeug
Thermoforming mold tool

2828

Presswerkzeug
press tool

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstücks, das zumindest aus einem Metallbauteil und einer zumindest bereichsweise auf eine Oberfläche des Metallbauteils aufgebrachten Kunststofffolie besteht, und bei dem
  • a) das Metallbauteil (12) in einem Formwerkzeug (18) konturgerecht hergestellt wird;
  • b) die Kunststofffolie (16) in ein temperierbares Formtiefzieh-Werkzeug (20) eingebracht wird, in dem das Metallbauteil (12) als Stempel oder Matrize eingesetzt wird und
  • c) anschließend in einem kombinierten Press- und Formgebungsvorgang durch Schließen des Formtiefzieh-Werkzeugs (20) die Kunststofffolie (16) konturgerecht umgeformt und mit dem Metallbauteil (12) verbunden wird.
1. A method for producing a composite workpiece which consists of at least one metal component and a plastic film applied at least in regions to a surface of the metal component, and in which
  • a) the metal component ( 12 ) is produced in a mold ( 18 ) according to the contour;
  • b) the plastic film ( 16 ) is introduced into a thermoformable deep-drawing tool ( 20 ) in which the metal component ( 12 ) is used as a stamp or die and
  • c) then, in a combined pressing and shaping process, by closing the deep-drawing tool ( 20 ), the plastic film ( 16 ) is shaped in accordance with the contour and connected to the metal component ( 12 ).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Haftmittel (24) auf einen Fügebereich der Kunststofffolie (16) und/oder des Metallbauteils (12) aufgebracht wird.2. The method according to claim 1, characterized in that an adhesive ( 24 ) is applied to a joining area of the plastic film ( 16 ) and / or the metal component ( 12 ). 3. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstücks, das zumindest aus einem Metallbauteil und einer zumindest bereichsweise auf eine Oberfläche des Metallbauteils aufgebrachten Kunststofffolie besteht, und bei dem
  • a) das Metallbauteil (12) in einem Formwerkzeug (18) konturgerecht hergestellt und die Kunststofffolie (16) in einem Formtiefzieh-Werkzeug (20) konturgerecht umgeformt werden;
  • b) die Kunststofffolie (16) und das Metallbauteil (12) in ein temperierbares Presswerkzeug (28) eingebracht werden und
  • c) anschließend in einem Pressvorgang durch Schließen des Presswerkzeugs (28) die Kunststofffolie (16) und das Metallbauteil (12) verbunden werden.
3. A method for producing a composite workpiece which consists of at least one metal component and a plastic film applied at least in regions to a surface of the metal component, and in which
  • a) the metal component ( 12 ) in a molding tool ( 18 ) is produced in accordance with the contours and the plastic film ( 16 ) is shaped in accordance with the contours in a deep-drawing tool ( 20 );
  • b) the plastic film ( 16 ) and the metal component ( 12 ) are introduced into a temperature-controlled pressing tool ( 28 ) and
  • c) the plastic film ( 16 ) and the metal component ( 12 ) are then connected in a pressing process by closing the pressing tool ( 28 ).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Haftmittel (24) vor und/oder nach Einbringung in das Presswerkzeug (28) auf einen Fügebereich der Kunststofffolie (16) und/oder des Metallbauteils (12) aufgebracht wird.4. The method according to claim 3, characterized in that an adhesive ( 24 ) before and / or after introduction into the pressing tool ( 28 ) is applied to a joining area of the plastic film ( 16 ) and / or the metal component ( 12 ). 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallbauteil (12) aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung hergestellt wird (Magnesium-Bauteil).5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the metal component ( 12 ) is made of magnesium or a magnesium alloy (magnesium component). 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnesium-Bauteil durch Magnesium-Spritzgießen oder Magnesium-Druckguss hergestellt wird.6. The method according to claim 5, characterized in that the magnesium component is produced by magnesium injection molding or magnesium die casting. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine lackähnliche Kunststofffolie verwendet wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a lacquer-like plastic film is used. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Haftmittel (24) ein Primer oder Klebemittel verwendet wird.8. The method according to claims 2 or 4, characterized in that a primer or adhesive is used as the adhesive ( 24 ). 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialzusammensetzung der Kunststofffolie derart gewählt wird, dass auf ein Haftmittel und die Aufbringung desselben verzichtet werden kann.9. The method according to claims 1 or 2, characterized in that the Material composition of the plastic film is chosen such that on a Adhesive and the application of the same can be dispensed with. 10. Verbundwerkstück, das zumindest aus einem Metallbauteil und einer zumindest bereichsweise auf eine Oberfläche des Metallbauteils aufgebrachten Kunststofffolie besteht und das nach einem in den Ansprüchen 1 bis 9 offenbarten Verfahren hergestellt ist.10. Composite workpiece that consists of at least one metal component and one plastic film applied in areas to a surface of the metal component exists and that according to a method disclosed in claims 1 to 9 is made. 11. Verwendung eines Verbundwerkstücks nach Anspruch 10 als strukturrelevantes Karosseriebauteil und/oder Karosserie-Außenhaut-Komponente im Kraftfahrzeug-, Zweirad-, Omnibus-, Eisenbahn- oder Flugzeugbau.11. Use of a composite workpiece according to claim 10 as structurally relevant Body component and / or body shell component in the motor vehicle, Two-wheel, omnibus, railway or aircraft construction.
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