將零件相互連接的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械工程和結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，尤其是機(jī)械結(jié)構(gòu)如汽車工程、飛行器結(jié)構(gòu)、造船、機(jī)器建造、玩具結(jié)構(gòu)等。
【背景技術(shù)】
[0002]在工程和結(jié)構(gòu)中，仍有對零件相互固定的改進(jìn)余地。例如在汽車、飛行器、造船和機(jī)器建造業(yè)中，通過不同技術(shù)制造的金屬零件或陶瓷零件須被連接在一起。例如在汽車業(yè)中，梁和壓力模鑄件的空間框架連接對于汽車車架穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。
[0003]已知的連接件是螺栓、螺釘和鉚釘。這些是良好確定的。但在連接零件中例如由螺紋連接所引起的應(yīng)力相當(dāng)大。在生產(chǎn)的物品(例如汽車或飛行器)被使用時，振動引起的連接松脫也可能構(gòu)成潛在問題。最后，組裝時間是要最小化制造成本時的一個問題。
[0004]因此，需要用于將零件相對固定在一起的改進(jìn)方法和改進(jìn)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明的目的是提供一種將零件相互連接的方法，該方法克服了現(xiàn)有技術(shù)方法的缺點。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種將零件相互連接的方法，該方法包括以下步驟:
[0007]-提供第一零件，該第一零件包括開口；
[0008]-提供第二零件，該第二零件包括處于固態(tài)的熱塑性材料；
[0009]-使第一零件和第二零件相對于彼此進(jìn)行布置，使得第二零件進(jìn)入所述開口，同時限定具有側(cè)凹的空腔和明確限定的空腔容積；
[0010]-使能量作用于第二零件，直到使該熱塑性材料的至少一部分液化并填充該空腔；和
[0011]-使該熱塑性材料再凝固，由此將第二零件錨固在第一零件內(nèi)。
[0012]該空腔具有明確限定的容積的事實例如意味著空腔壁界定了該容積并且無法被熱塑性材料透過，即使在處于靜液壓情況下。這尤其排除了該空腔壁是由開孔型(敞開多孔)材料構(gòu)成的或由靜液壓產(chǎn)生微孔的材料構(gòu)成。但它沒有排除該空腔由可由使用者調(diào)節(jié)的機(jī)構(gòu)如移動活塞來界定的可能性。
[0013]于是在該加工過程中，該空腔例如被熱塑性材料完全填充。該空腔于是具有模塑模的作用。這允許使用限定的聚合物體積和可能限定的固結(jié)條件。
[0014]該空腔可以通過以下一種方式或其組合來形成:
[0015]-開口是具有側(cè)凹如擴(kuò)寬部的盲孔，該擴(kuò)寬部由圍繞部和/或多個徑向結(jié)構(gòu)構(gòu)成，于是該空腔由該孔的至少一部分形成；
[0016]-開口是通孔，其從近側(cè)看時形成側(cè)凹并且在遠(yuǎn)端通過另一個零件如輔助件封閉，這樣的輔助件可以是為了模塑過程被臨時固定至第一零件的，例如通過傳統(tǒng)的連接件；
[0017]-在第一零件和要與第一零件進(jìn)行組裝的第三零件之間形成空腔，其中第一零件中的開口形成空腔的一部分。
[0018]最初被耦合輸入固態(tài)而尚未液化的第二零件中的能量可以是機(jī)械能。例如該機(jī)械能可以是機(jī)械振動能，尤其是超聲振動能。
[0019]為了隨后的液化，除例如機(jī)械能之外，也可以使機(jī)械壓力作用于第二零件，以便例如將第二零件壓到第一零件的表面部分上，并且例如此時能量作用于第二零件。
[0020]于是，在一個例子中，使能量作用于第二零件直到使該熱塑性材料的至少一部分液化并填充該空腔的步驟包括:使機(jī)械壓力和機(jī)械能作用于第二零件，直到使該熱塑性材料的至少一部分液化并填充該空腔。
[0021]作為替代方式，能量可以是輻射能，其例如被耦合入第二零件，因此第二零件至少部分是透明的。第二零件和/或第一零件和/或與該第二零件接觸的組件中的另一個零件于是包括吸收輻射并將輻射轉(zhuǎn)化成熱的部分。尤其是在一個實施例中，輻射如激光射線被耦合入第二零件并且經(jīng)第二零件傳播至與第一零件的接合界面，在這里輻射在第一零件的表面上被吸收。通過由此在第一零件表面上產(chǎn)生的熱，第二零件在接觸受熱表面的地方被熔化；執(zhí)行此過程，直到由第二零件的熔融材料填充該空腔。
[0022]作為又一個替代方式，能量可以是通過熱傳導(dǎo)供應(yīng)的熱或例如通過在第二零件或第一零件或該組件中的另一個零件中產(chǎn)生的電流來供應(yīng)的熱。
[0023]組合方式也是可行的。
[0024]第二零件可以被構(gòu)造成能夠?qū)⒘硪粋€零件連接至第一零件。例如，第二零件可以包括可將另一個零件夾緊至第一零件的螺釘狀頭部。此外或作為替代，它可以包括由以下材料構(gòu)成的芯，該材料在足以使熱塑性材料液化的條件下不液化(該芯材例如可以是金屬的、陶瓷的或者纖維顯著增強(qiáng)型復(fù)合材料的)并且該另一個零件可以例如按照傳統(tǒng)方式通過螺紋連接或其它傳統(tǒng)機(jī)械連接或也按照本發(fā)明被連接至該芯。
[0025]第一零件例如可以是金屬的或有可能是陶瓷的或硬塑料的；不排除其它材料。尤其是第一零件可以是例如鋁或鎂的壓鑄金屬件。其中帶有側(cè)凹的開口可以被視作該熱塑性材料的模塑模。相比于傳統(tǒng)的模制方法，熱塑性材料首先以固態(tài)被插入并通過能量如機(jī)械能被當(dāng)場液化。
[0026]該工藝過程構(gòu)成主要成形過程，但相比于現(xiàn)有技術(shù)的模制工藝，僅較少材料被轉(zhuǎn)換成液態(tài)，因此不需要擠出機(jī)、噴嘴等。這使得其也可與高度填充型熱塑性材料一起使用。作為超越現(xiàn)有技術(shù)的成形方法如注塑的另一優(yōu)點，不是只可得到一個接近口(或很少的接近口)，而是因為只需在第二零件被安放之后供應(yīng)能量，故可以從許多不同的位置或方向來接近。
[0027]具有側(cè)凹的開口可以被視為用作一種鍵孔，其中鍵通過該工藝被現(xiàn)場澆注入鍵孔中。在這里，形狀可以鎖定一個自由度(例如防拔出)或者多達(dá)全部自由度。
[0028]在一些實施例中，使液化后的熱塑性材料處于靜液壓下，尤其是相應(yīng)地在與限定該容積的第一零件和/或其它零件的界面處。冷卻過程中的靜液壓分布允許控制液化零件的固結(jié)狀況并由此補(bǔ)償熱縮或抑制在冷卻熔體中形成孔。
[0029]相比于通過可液化材料在例如多孔元件中的錨固，在本發(fā)明方案中的空腔由第一零件和可能其它零件來限定。換句話說，提供了針對澆注而限定的模具容積，該限定的容積利用如此安放的固態(tài)的第二零件的液化來填充，即第二零件在仍處于固態(tài)的情況下進(jìn)入該開口且使用能量將第二零件至少部分液化。這允許在模塑過程中對材料流動的完全控制:最終被填充的容積是可完全預(yù)測的。
[0030]該空腔限定出宏觀預(yù)定側(cè)凹。該側(cè)凹尤其可以由第一零件和/或可能其它零件在其制造過程中可成形/鑄成的形狀來限定。
[0031]在所有實施例中，可選地，熱塑性材料體積(和第二零件的可能其它元件如硬芯)可與空腔容積相適應(yīng)，從而沒有多余材料并且準(zhǔn)確填充該容積。
[0032]在一些實施例中，該開口包括豎井部(或管道部)和在其遠(yuǎn)側(cè)的至少一個擴(kuò)寬部。豎井部可以沿一軸線具有恒定的橫截面，該橫截面幾乎是可任意選擇的，例如圓形、長方形、三角形、T形、雙T形、橢圓形等。擴(kuò)寬部具有不同的橫截面，在至少一個方向上的徑向延伸尺寸大于該豎井部的橫截面以形成該側(cè)凹。尤其是該擴(kuò)寬部的橫截面積可以大于該豎井部的橫截面積(尤其在垂直于作為插入軸線的該軸線截取的橫截面中)。
[0033]第二零件可以具有對應(yīng)于該豎井部橫截面的橫截面。例如第二零件可以包括其形狀大致匹配于開口豎井部的部分。
[0034]在一組實施例中，第二零件具有由以下材料構(gòu)成的芯，該材料在工藝過程中存在的條件下不會液化(并且尤其例如在低于450°C或350°C或低于250°C的溫度下不會液化)，第二零件還具有圍繞該芯的熱塑性材料。在這些實施例中，熱塑性材料的布置和在模塑過程中的條件可以被選擇成在工藝過程之后在芯和第一零件之間沒有直接物理接觸。該熱塑性材料在該芯和第一零件之間形成阻隔層。該阻隔層所具有可能的優(yōu)點是具有關(guān)于該芯或第一零件分別對作用于第一零件或芯的任何機(jī)械沖擊和/或振動進(jìn)行減震的能力。另夕卜，該阻隔層可以用作防腐隔層。
[0035]除了阻尼之外，該熱塑性材料也保證了在該連接受到機(jī)械載荷情況下的應(yīng)力均勻分布。應(yīng)力計算表明，相比于傳統(tǒng)的螺釘，作用于第二材料的應(yīng)力和進(jìn)而第二材料的應(yīng)變可以通過使用覆有熱塑性材料的芯被減少75%至90%。
[0036]在這些實施例中，該芯可以具有其形狀對應(yīng)于豎井部橫截面但較小的橫截面。
[0037]第二零件可以包括多個芯而不是僅包括一個芯。
[0038]根據(jù)一些實施例，可以按照機(jī)械振動尤其是超聲振動的形式供應(yīng)能量。
[0039]這樣的振動可以從近側(cè)被耦合入第二零件。為此，第二零件的近側(cè)可以包括耦合輸入面，例如平面或以其它方式與具有遠(yuǎn)側(cè)表面的工具(超聲焊頭)形狀相適應(yīng)的表面，振動經(jīng)該遠(yuǎn)側(cè)表面被耦合入第二零件。在具有包括芯的第二零件的一些實施例中，該芯可以形成耦合輸入面，即在近側(cè)該芯未覆有熱塑性材料。在其它實施例中，該芯可被完全、即在所有表面上覆有熱塑性材料。
[0040]其它形式的能量也可以從近側(cè)被耦合入第二零件。尤其是在這樣的實施例中，即，該空腔可以由這樣的開口形成，該開口為盲孔或者可以從近側(cè)進(jìn)入但遠(yuǎn)側(cè)被另一個零件封閉。
[0041]或者，可以通過第一零件和/或要與第一零件組裝在一起的第三零件將振動間接地耦合入第二零件。這尤其適用于該空腔在第一零件和第三零件之間形成的實施例。
[0042]適用于根據(jù)本發(fā)明多個方案的裝置和方法的機(jī)械