專利名稱：將塑料附接到金屬部分上的方法以及由此制備的零件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將塑料構(gòu)件附接到金屬部分上的方法以及由該方法制備的零件。
背景技術(shù)：
目前，車輛結(jié)構(gòu)構(gòu)件，例如車輛前端模塊和車門支承一般都是金屬和/或塑料制品。車輛前端模塊構(gòu)成車輛結(jié)構(gòu)，還可以為各種車輛部件如車前燈、散熱器、風(fēng)扇、喇叭等提供連接結(jié)構(gòu)。車輛前端模塊最好是一個(gè)單個(gè)的單元組件，能被制造者安裝到車輛上。
這些車輛部件一般是由一些焊接在一起的沖壓件制備而成?；蛘?，這些構(gòu)件還可以由通過擠壓或液壓成形的手段得到的閉合斷面金屬基材制備而成。使用閉合斷面金屬基材制備而成的構(gòu)件具有相當(dāng)高的強(qiáng)度。然而，更典型的一種方式是利用額外的金屬材料焊接到閉合斷面金屬構(gòu)件上以形成連接表面。
對(duì)于大型車輛來說，由于不能適應(yīng)車輛性能的需要，目前這些構(gòu)件已經(jīng)不能完全利用塑料材料來制造。然而，使用將塑料構(gòu)件與金屬構(gòu)件相結(jié)合的手段以為車輛零部件提供附接點(diǎn)的方法在現(xiàn)有技術(shù)中也已成為公知技術(shù)。在某些情況下，還可采用如螺紋連接或鉚釘?shù)葯C(jī)械固定件將金屬構(gòu)件連接到塑料構(gòu)件上。但是采用這種手段其成本是相當(dāng)昂貴、且很浪費(fèi)人力。
由Guyomard等人發(fā)明并由Valeo Thermique Moteur申請(qǐng)獲準(zhǔn)的美國(guó)專利No.6273496公開了一種將塑料制件封接到金屬構(gòu)件上的方法。在該參考文獻(xiàn)中揭露了一種包含有金屬結(jié)構(gòu)組件的車前嵌板，金屬結(jié)構(gòu)組件包括一個(gè)閉合斷面金屬構(gòu)件。塑料材料被整體模制在金屬構(gòu)件上。
由Goldbach等發(fā)明并由Bayer公司申請(qǐng)的公開號(hào)為No.2001/0053431的專利申請(qǐng)文件也公開了一種將塑料材料封接到金屬基材上的方法。由Goldbach發(fā)明并由Bayer Akhengesellsschaft申請(qǐng)獲準(zhǔn)的美國(guó)專利No.5919803還公開了另一種塑料金屬整體元件。
因此，提供一種不通過傳統(tǒng)的機(jī)械連接手段而只利用相當(dāng)少量的塑料材料就可實(shí)現(xiàn)將塑料構(gòu)件封接到金屬構(gòu)件的方法是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種將塑料構(gòu)件附接到金屬構(gòu)件上的方法。這種方法包括提供一種帶開口的金屬構(gòu)件。所述金屬構(gòu)件被放置在模具中。然后將一個(gè)工具置于開口的一側(cè)。接著將塑料構(gòu)件模制在金屬構(gòu)件的至少一部分上，并且穿過該開口，使得塑料構(gòu)件在開口的一側(cè)形成一凸緣以將塑料構(gòu)件和金屬構(gòu)件固定在一起。
還提供一種整合塑料與金屬的零件。該零件包括一個(gè)帶有開口的金屬構(gòu)件。一塑料構(gòu)件被模制在該金屬構(gòu)件的至少一部分上。塑料材料沿伸通過開口并且在開口的一側(cè)有一個(gè)凸緣以將塑料構(gòu)件和金屬構(gòu)件固定在一起。
根據(jù)下面的具體說明將清楚本發(fā)明其他方面的實(shí)用性。應(yīng)當(dāng)理解示范本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的具體描述和個(gè)別舉例僅僅是用來舉例而并非用來限制本發(fā)明的范圍。


根據(jù)如下的附圖和對(duì)于本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)描述可以更好的理解本發(fā)明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明所述的方法制造的零件的透視圖。
圖2是圖1沿2-2線的剖視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的透視圖。
圖4是另一實(shí)施例的的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
以下對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的描述僅表示為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，因此不應(yīng)認(rèn)為是對(duì)發(fā)明技術(shù)力案及其應(yīng)用或用途的限定。
采用本發(fā)明的方法制備的零件在附圖中用標(biāo)記10來表示。零件10包括一標(biāo)記為12的金屬構(gòu)件，和一個(gè)標(biāo)記為14的塑料構(gòu)件。
金屬構(gòu)件12的橫斷面最好是閉合的。優(yōu)選通過液壓成形法形成金屬構(gòu)件12。使用閉合橫斷面的金屬構(gòu)件可以為元件10提供剛度。這種結(jié)構(gòu)特別有益于車輛支承結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)理解在本發(fā)明的范圍內(nèi)也可使用開放橫斷面的金屬構(gòu)件。金屬構(gòu)件14可以由任何合適的金屬制成，比如鋼或鋁。
所示的金屬構(gòu)件12大致上是直的或線性的。應(yīng)當(dāng)理解金屬構(gòu)件12也可以是彎曲的或被彎成任何所需的結(jié)構(gòu)。此外，還可以將多個(gè)金屬構(gòu)件12合并成為一單個(gè)零件10。
塑料構(gòu)件14由任何合適的熱塑性塑料或熱固塑料制成。塑料材料的一種實(shí)施方式可以采用聚丙烯聚苯醚合成塑料。雖然提供了一種合適塑料材料的例子，但應(yīng)當(dāng)理解在本發(fā)明的范圍內(nèi)其他任何合適的熱塑性塑料或熱固塑料都可以被使用。其他填充料或添加劑可以被加入到塑料材料中以強(qiáng)化塑料構(gòu)件14?？梢允褂萌魏魏线m的填充料，比如，玻璃纖維或塑料纖維。
塑料構(gòu)件14為零件10提供額外的強(qiáng)度。并且，塑料構(gòu)件14最好是設(shè)置在金屬構(gòu)件12的至少一部分上，也可以延伸超出金屬構(gòu)件12之外以提供連接結(jié)構(gòu)。比如說，塑料構(gòu)件14可以向外延伸以形成凸緣15，凸緣15可以包括開口或孔16以將額外的車輛構(gòu)件附接到零件10上。開口16可以有也可以沒有，并且可以是任何幾何形狀。塑料構(gòu)件可以是任何想要的最終結(jié)構(gòu)。并且一單個(gè)塑料構(gòu)件14可以被固定到多個(gè)金屬構(gòu)件12上。同樣的，多個(gè)塑料構(gòu)件14也可以被固接到一個(gè)單個(gè)的金屬構(gòu)件12上。
如圖1所示，塑料構(gòu)件14可以纏繞在金屬構(gòu)件12上，如標(biāo)記30所示，盡管也可以是不必要的。塑料構(gòu)件14尤其是凸緣15可以以任何方式、任何形狀從金屬構(gòu)件12向外延伸。在這種情況下，塑料構(gòu)件14可以為零件10提供一個(gè)連接結(jié)構(gòu)。也就是說，塑料構(gòu)件14可以具有合適結(jié)構(gòu)以便連接其他構(gòu)件。比如說，當(dāng)零件10包括一個(gè)前端模塊時(shí)，塑料構(gòu)件14可以以包括多個(gè)開口的方式模制，以便容納如車前燈、冷卻系統(tǒng)構(gòu)件、機(jī)罩鎖定機(jī)構(gòu)等配件。并且，還可以包括開口16以將零件10比如說前端模塊固定到車輛上。
從圖2可清楚地看到，金屬構(gòu)件12包括一個(gè)上部開口18。上部開口18允許一個(gè)工具，比如型芯工具進(jìn)入金屬構(gòu)件12的內(nèi)部以允許如以下所描述的模制操作。開口18可以是任何尺寸以允許型芯工具進(jìn)入金屬構(gòu)件12。限定上部開口18的金屬構(gòu)件12邊緣20最好是被折疊起來以使金屬構(gòu)件12的鋒利邊緣減到最小并加強(qiáng)金屬構(gòu)件12。金屬構(gòu)件12還具有一個(gè)下部開口22，下部開口22最好是圓形的。如圖所示，下部開口22的邊緣24最好是向上彎曲的、或被向上彎向到金屬構(gòu)件12的內(nèi)部。邊緣24也可以不必彎曲。
上部開口18和下部開口22可以是任何形狀。并且，開口18和22最好是在液壓成形處理期間就設(shè)置在金屬構(gòu)件12上。上部開口18和下部開口22最好被設(shè)置在金屬構(gòu)件12的相對(duì)側(cè)，當(dāng)然，這些開口也可以是在金屬構(gòu)件12的任一表面上，不必是彼此相對(duì)的。
塑料構(gòu)件14最好被置于金屬構(gòu)件12的至少一個(gè)部分上。而且，塑料構(gòu)件14被設(shè)置通過金屬構(gòu)件12上的下部開口22。塑料構(gòu)件14還包括一凸緣26。凸緣26最好是環(huán)形的，并延伸超出下部開口22的邊緣24。凸緣26提供類似底部的結(jié)構(gòu)。凸緣26可以不必是環(huán)形的，至少有部分凸緣26延伸超出下部開口22的邊緣24。以這種方式，塑料構(gòu)件14被固接或鎖定到金屬構(gòu)件12上。也就是說，在下部開口22處，金屬被夾在凸緣26和設(shè)置在金屬構(gòu)件12上的塑料構(gòu)件的外部之間。換句話說，凸緣26伸出在金屬構(gòu)件12開口22一側(cè)上的下部開口22邊緣24之外，構(gòu)件14的塑料材料延伸超出在金屬構(gòu)件12開口22相對(duì)一側(cè)上的下部開口22邊緣24。
下部開口的彎曲邊緣24有助于將塑料構(gòu)件14固接到金屬構(gòu)件12上。更具體的，凸緣26既從下部開口22向外延伸又向下到金屬構(gòu)件12超出下部開口22翻上去的邊緣24。
如圖1清楚所示，采用開口22而使塑料構(gòu)件14與金屬構(gòu)件12多點(diǎn)連接。并且，這種連接方式消除了對(duì)用諸如螺釘或鉚釘?shù)葯C(jī)械固定件以將塑料構(gòu)件14和金屬構(gòu)件12固定的需要。也不需要為了將塑料構(gòu)件14固定在金屬構(gòu)件12上將金屬構(gòu)件12包封在塑料構(gòu)件14中。這種連接還允許在單一次模制過程中完成塑料構(gòu)件14的形成以及將塑料構(gòu)件14固接到金屬構(gòu)件12上。這樣就制備成一個(gè)包含金屬構(gòu)件12和塑料構(gòu)件14的整合零件10。
附圖1特別示出了一組三個(gè)連接部分。從該透視圖所見，示出了兩個(gè)上部開口18，并且容易看到塑料凸緣26罩住下部開口22。而且，表示了從一個(gè)下部開口伸展開的塑料構(gòu)件14。塑料構(gòu)件14的這個(gè)部分30被完全模制到金屬構(gòu)件12上。可以明白在另一側(cè)的塑料構(gòu)件14包括一個(gè)型芯工具所需的開口。
在根據(jù)本發(fā)明制備零件10的優(yōu)選方法中，采用了注模工藝。為了制備零件10，首先需要提供金屬構(gòu)件12。金屬構(gòu)件12液壓成形具有上部開口18和下部開口22。然后將金屬構(gòu)件12放置在合適的模制腔里。還可以將多個(gè)金屬構(gòu)件12置于一個(gè)單一的模制腔中。接著將一個(gè)型芯工具通過上部開口18插入并置于下部開口22相鄰的部位。然后由合適的塑料材料注模形成塑料構(gòu)件14。任意開口16都可以同時(shí)被模制到塑料構(gòu)件14上。
型芯工具主要提供兩種功能。首先它支撐金屬構(gòu)件12防止其在模制過程中塌陷。另外，型芯工具在金屬構(gòu)件12的開口22的一側(cè)上提供一個(gè)模制腔，使得可以在金屬構(gòu)件12的開口22的一側(cè)模制凸緣26。也就是說，由于型芯工具提供了一個(gè)模制腔，這就免除了在模制過程中用塑料材料填充金屬構(gòu)件12。同樣的，通過使用型芯工具使得塑料構(gòu)件14的連接無(wú)需將金屬構(gòu)件12包封在塑料材料中。
雖然注模是這里制備零件10的優(yōu)選方法，但是在本發(fā)明的范圍內(nèi)任何一種合適的成形技術(shù)都可以被使用。這些手段包括壓縮模制、注模壓縮、擠出壓縮、氣體或液體輔助壓力模制、低壓模制、吹塑模制、熱力塑形或旋轉(zhuǎn)模制等。
很容易看出根據(jù)本發(fā)明的方法制備的零件10可以用于制造車輛結(jié)構(gòu)部件，例如車輛前端模塊和車門系統(tǒng)。然而，本發(fā)明的使用并不僅限于此。本發(fā)明適用于任何應(yīng)用到塑料構(gòu)件被固接到金屬構(gòu)件的場(chǎng)合。本發(fā)明最好使用通過液壓成形得到的具有閉合斷面的金屬構(gòu)件。
附圖3所示的是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的透視圖。在附圖3所示的實(shí)施例中，包括一個(gè)金屬構(gòu)件12和一個(gè)塑料構(gòu)件14。這些構(gòu)件與在以上的附圖1和2中所示的相應(yīng)構(gòu)件相同。在附圖3所示的實(shí)施例中，增加了加強(qiáng)肋或加力板32。加強(qiáng)肋32增加塑料構(gòu)件14的強(qiáng)度。加強(qiáng)肋32可以設(shè)置于塑料構(gòu)件15的任何位置。附圖3還表示了另一種凸緣的結(jié)構(gòu)形式。所示的凸緣26’大致呈矩形。當(dāng)然，附圖3中所示的凸緣26’可以大致呈矩形，也可以呈任何其它適合的形狀。
附圖4所示的是另一實(shí)施例的橫斷面圖。在附圖4所示的實(shí)施例中，下部開口22由一系列的開口32組成。凸緣26”延伸超出每個(gè)開口22的邊緣。通過這種方式形成了一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的凸緣26”。凸緣26”最好是一個(gè)在每個(gè)開口上面的連續(xù)凸緣。而不連續(xù)的、分離的凸緣也是可以被使用的。
如附圖4所示，系列開口22分布在金屬構(gòu)件12的不同表面上。當(dāng)然，開口系列22也可以都位于金屬構(gòu)件12的同一表面上。
此外，還可以增設(shè)一個(gè)加強(qiáng)肋(圖中未表示)。所述加強(qiáng)肋可以與凸緣26”相連接。也就是說，該加強(qiáng)肋可以在附圖4以橫斷面所示的金屬構(gòu)件12的每個(gè)壁之間延伸。使用該肋可以增加構(gòu)件的強(qiáng)度。
本發(fā)明是通過實(shí)施例的方式來說明的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，任何語(yǔ)言的使用都是為了表達(dá)文字描述的本意而不是對(duì)其內(nèi)容的限定。顯然，在上述教導(dǎo)下進(jìn)行各種修改也是可能的。本發(fā)明的范圍由附帶的權(quán)利要求而限定。
權(quán)利要求
1.一種整合塑料和金屬的零件，其包括一個(gè)本身具有第一開口的金屬構(gòu)件；一個(gè)設(shè)置在所述金屬構(gòu)件的至少一部分上的塑料構(gòu)件，所述塑料材料延伸穿過所述第一開口，并包括在所述開口一側(cè)上將所述塑料構(gòu)件與所述金屬構(gòu)件固定在一起的凸緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零件，其特征在于，所述第一開口由其邊緣限定，所述凸緣延伸出所述第一開口一側(cè)上的所述邊緣之外，并且所述塑料材料延伸超出在所述開口相對(duì)側(cè)上的所述邊緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零件，其特征在于，所述凸緣是環(huán)形的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零件，其特征在于，所述凸緣是矩形的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零件，其特征在于，所述塑料構(gòu)件包括加強(qiáng)肋。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零件，其特征在于，所述金屬構(gòu)件具有閉合的橫斷面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的零件，其特征在于，所述金屬構(gòu)件上包含有一個(gè)第二開口。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的零件，其特征在于，所述第二開口設(shè)置于在金屬構(gòu)件上與所述第一開口相對(duì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零件，其特征在于，所述第一開口的邊緣是彎曲的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的零件，其特征在于，所述凸緣延伸超出所述第一開口的彎曲邊緣。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的零件，其特征在于，所述第二開口由所述金屬構(gòu)件上的第二邊緣所限定，所述第二邊緣是折疊的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零件，其特征在于，所述塑料構(gòu)件含有穿過其中的連接孔。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零件，其特征在于，所述第一開口由一系列開口組成。
14.一種將塑料構(gòu)件附接到金屬構(gòu)件上的方法，包括以下步驟提供一個(gè)在其上具有第一開口的金屬構(gòu)件；將金屬構(gòu)件置于一模具中；在所述第一開口的一側(cè)放置一個(gè)工具；將塑料構(gòu)件模制在所述金屬構(gòu)件的至少一部分上，并且穿過第一開口，使得塑料構(gòu)件在該第一開口的一側(cè)上形成一個(gè)凸緣，以使所述塑料構(gòu)件與所述金屬構(gòu)件固定在一起。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一開口由一邊緣所限定，并且該方法還包括彎曲該邊緣。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述金屬構(gòu)件具有閉合的橫斷面。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述的金屬構(gòu)件具有一個(gè)由第二邊緣所限定的第二開口。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括，彎曲所述金屬構(gòu)件的第二邊緣。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括，通過將所述工具插入第二開口使該工具定位在所述第一開口的一側(cè)。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括，將加強(qiáng)肋模制到所述塑料構(gòu)件上。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述凸緣延伸超出所述第一開口的邊緣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將塑料(14)附接到金屬基材(12)上的方法以及由該方法制備的零件(10)。塑料構(gòu)件(14)被模制到金屬構(gòu)件(12)上，并通過底部開口(16)。所述塑料構(gòu)件(14)包括在其一側(cè)的凸緣(26)以將塑料構(gòu)件(14)與金屬構(gòu)件(12)固定在一起。
文檔編號(hào)B29K105/22GK1671576SQ03817507
公開日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2003年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月25日
發(fā)明者J·E·斯塔爾加德, J·克蘭格斯, B·隆霍斯, E·科瓦爾, L·D·布特菲爾德, T·M·戈拉爾, M·布朗, K·R·潘特, T·E·納爾多內(nèi), D·蓋達(dá) 申請(qǐng)人:通用電氣公司, 卡萊爾設(shè)計(jì)產(chǎn)品公司, 瓦利－福姆公司