将物体结合在一起制造技术

一种将第二物体(2)结合到第一物体(1)的方法，所述方法包括以下步骤：‑提供所述第一物体(1)，所述第一物体(1)包括固态的热塑性可液化材料；‑提供所述第二物体(2)，所述第二物体(2)包括具有带底切(5)的接合结构(4,5)的表面部分，由此所述第二物体(2)能够与所述第一物体(1)进行形状配合连接；‑通过工具(7)将所述第二物体(2)按压所述第一物体(1)，所述工具与所述第二物体(2)的耦合输入结构(6)物理接触，此时机械振动被耦合到所述工具(7)中，‑继续按压和将振动耦合到工具(7)中的步骤，直到第一物体(1)的热塑性材料的流动部分液化并且流入第二物体(2)的接合结构，‑使第一物体(1)的热塑性材料再凝固，以通过液化和再凝固的流动部分互相渗透接合结构(4,5)产生在第一物体(1)与第二物体(2)之间的形状配合连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】将物体结合在一起
本专利技术涉及机械工程和构造领域，尤其是机械构造如汽车工程、飞行器构造、造船、机器构造、玩具构造等。
技术介绍
在汽车、航空和其它行业，倾向于抛弃钢结构而使用轻质材料如铝或镁金属片或聚合物，如碳纤维增强聚合物或玻璃纤维增强聚合物或没有加强材料的聚合物，例如聚酯、聚碳酸酯等。这些新材料在结合这些材料的元件、特别是在将平坦物体结合到另一个物体方面引起了新的挑战。为了应对这些挑战，汽车、航空和其它行业已经开始大量使用粘合剂结合。粘合剂结合可以轻而坚固，但是存在不能长期控制可靠性的缺点，因为几乎不可能在没有完全破坏该结合的情况下检测到例如由于脆化的粘合剂而导致的弱化的粘合剂结合，。FR1519111教导了一种通过向热塑性体施加高频振动来移位热塑性物质并使其在固定元件的内腔中流动以将螺钉或类似的固定元件紧固到热塑性体的方法。US5,271,785、FR2,112,523、US3,184,353、US3,654,688和GB1,180,383教导了将金属体固定到热塑性体上，即通过使金属体和热塑性体接触并使金属体受到机械振动，直到热塑性体的热塑性材料液化，金属体基本上完全包裹在热塑性体中，并且热塑性材料流动进入金属体的凹部中。所有这些方法仅适用于将金属部件锚固在深的热塑性物体中，并且所需的能量输入和对待连接的部件的相应影响是相当大的。US2010/0079910教导了制造具有塑料壳体部件和金属壳体部件的电子装置，其中塑料壳体部件通过超声波结合附接到金属壳体部件。US2010/0079910所教导的概念的应用是受限的。现有技术方法的其它概念包括将热塑性本体成形为包括凸缘状突出部，紧固元件(如螺母)被按压到该凸缘状突出部中。然而，这个概念具有更复杂的缺点，因为成形塑料部件可能具有简单的例如具有凸缘的片状形式，取决于应用这需要具有精确限定的定位，这可能会大大增加制造成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种将两个物体结合在一起的方法，该方法克服现有技术方法的缺点，并且特别适用于将第二物体结合到聚合物基材料的第一物体上。另一个目的是提供用于实施该方法的设备。根据本专利技术的一个方面，一种将第二物体结合到第一物体的方法，所述方法包括以下步骤：-提供第一物体，该第一物体包括处于固态的热塑性可液化材料；-提供第二物体，该第二物体包括具有带底切的接合结构的表面部分，和/或其中第二物体，如下文所述地表面部分能够变形以包括带底切的这种接合结构，由此第二物体能够与第一物体进行形状配合连接；-通过工具将第二物体压靠到第一物体，该工具与第二物体的耦合输入结构物理接触，此时机械振动被耦合到该工具中，-继续按压和将振动耦合到工具中的步骤，直到第一物体的热塑性材料的流动部分液化并且流入第二物体的接合结构，-使第一物体的热塑性材料再凝固，以通过液化和再凝固的流动部分与接合结构相互渗透的流动部分产生第一与第二物体之间的形状配合连接。流动部分的液化在此主要由振动的第二物体与第一物体的表面之间的摩擦引起，该摩擦使第一物体表层发热。因此，根据本专利技术的许多实施例的方法的特殊性质也在于在第一与第二物体之间的接触区域中已产生的流动部分可以立即流入第二物体的既有空腔，并且因此受过程中产生热量影响的区域仍然很小，例如基本上限于混合区。流动部分的流动行为将受到以下事实的影响：由于根据本专利技术的方法，产生朝向不可液化材料的表面的材料流(即第二物体；汇流)，通过振动和摩擦，连续供给热量至该表面。因此，通常几乎没有热量流走。因此，即使在短的加工时间之后，可以实现热塑性材料进入接合结构的大的渗透深度，流动没有因为与冷部位接触的液化材料的热损失而停止。这与例如在WO98/42988中描述的“木材熔接(Woodwelding)”过程形成对比，在WO98/42988中存在由于液化材料从界面区域流走并且因此将热量输送到已经保持冷的结构中的分流。第一和第二物体是广义意义上的结构部件(结构件)，例如在机械工程和构造领域(例如汽车工程、飞行器构造、造船、机器构造、玩具构造等)中使用的部件。通常，第一和第二物体都将是人造的、人工的物体，并且至少第一物体将包括人造材料；不排除在第一和/或第二物体中额外使用天然生长(非生物物质)材料，例如木质材料。第一物体和第二物体的材料可以是均匀的或不均匀的。例如，第一个物体可以具有热塑性材料，另外还包括其它不可液化的材料，和/或第一物体可以具有不同组成的多层热塑性材料。类似地，第二物体可以包括不同材料的不同部分，如下文更详细说明。另外地或作为替代地，在实施例中，可以使第二物体渗透多个物体(第一物体加上至少一个另一物体)，以将多个物体彼此固定，也如下文更详细说明。耦合输入结构可以是特别是由最近侧面构成的耦合输入面，具有或不具有用于充当工具的单独超声波发生器的引导结构(例如用于工具的相应突出部的引导孔)。在替代实施例中，耦合输入结构可以包括将第二物体直接联接到振动产生装置的耦合件，该振动产生装置然后充当工具。这种耦合可以例如是通过螺纹或卡口耦合或类似。因此，在这些实施例中，第二物体同时是耦合到振动发生装置的超声波发生器。在其它实施例中，该工具是紧固到振动产生装置的超声波发生器。这种超声波发生器例如在超声波焊接中是已知的。在另外的实施例中，工具可以是(不同于第一物体的)中间件，超声波发生器被压靠该中间件，并且该中间件的材料在过程中在施加的条件下不会液化。通常，根据本专利技术的方面的方法排除仅经由第一物体将振动耦合到第二物体中；而是需要第二物体与振动工具之间的物理接触。热塑性材料的流动部分是热塑性材料的部分，该部分在该过程中并且由于机械振动的影响从而被液化且流动。第二物体的接合结构是不可液化的材料。如下文更详细说明，该定义包括材料在比第一物体的材料显著更高的温度下是可液化的可能性，例如高至少50°的温度。另外地或作为替代地，该条件可以保持是在第一物体的热塑性材料可流动的温度下，第二物体的材料的粘度比第一物体的热塑性材料的粘度高几个数量级，例如在至少103和105之间的系数。另外地或作为替代地，包括具有不同液化温度和/或不同玻璃化转变温度的不同可液化基质材料，这也可以通过例如纤维填料的较高填充级别来实现。接合结构可以包括连续的径向突出部和凹陷(例如肋/凹槽)、开放多孔泡沫状结构、开向远侧的开口，该开口通过朝向近侧加宽至少一个横向方向等限定出底切。限定出相对于轴向方向的底切的任何结构都是合适的。在包括连续的径向突出部和凹陷(例如围绕第二物体的一部分的外表面或沿着第二物体的内表面)的接合结构中，混合区的深度可以被限定为流动部分从最外面的突出部开始渗透的径向深度。在包括开放多孔结构的接合结构中，混合区的深度可以被限定为热塑性材料的深度从开放多孔结构的表面开始渗入开放多孔结构的深度，该深度是垂直于开放多孔结构的表面测量的。类似地，在包括开向远侧的开口的接合结构中，混合区的深度可以被限定为热塑性材料从朝向远侧的表面开始渗入的深度。特别地，在实施例中，第二物体的机械振动传递部件由在整个过程中保持低于其玻璃化转变温度的金属和/或其它硬质材料(玻璃、陶瓷等)和/或热固性塑料和/或热塑性塑料组成。在特殊组实施例中，第二物体包括第二热塑性材料，其液化温度明显高于第一物体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将第二物体结合到第一物体的方法，所述方法包括以下步骤：‑提供所述第一物体，所述第一物体包括固态的可液化的热塑性材料；‑提供所述第二物体，所述第二物体包括具有带底切的接合结构的和/或能够变形以包括这种带底切的接合结构的表面部分，由此所述第二物体能够与所述第一物体进行形状配合连接；‑通过工具将所述第二物体按压到所述第一物体，所述工具与所述第二物体的耦合输入结构物理接触的同时，机械振动被耦合输入所述工具，‑继续按压和将振动耦合输入工具的步骤，直到第一物体的热塑性材料的流动部分被液化并流入第二物体的接合结构，‑使第一物体的热塑性材料再凝固，以通过液化且再凝固的且与接合结构相互渗透的流动部分产生在第一与第二物体之间的形状配合连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.04 CH 01684/141.一种将第二物体结合到第一物体的方法，所述方法包括以下步骤：-提供所述第一物体，所述第一物体包括固态的可液化的热塑性材料；-提供所述第二物体，所述第二物体包括具有带底切的接合结构的和/或能够变形以包括这种带底切的接合结构的表面部分，由此所述第二物体能够与所述第一物体进行形状配合连接；-通过工具将所述第二物体按压到所述第一物体，所述工具与所述第二物体的耦合输入结构物理接触的同时，机械振动被耦合输入所述工具，-继续按压和将振动耦合输入工具的步骤，直到第一物体的热塑性材料的流动部分被液化并流入第二物体的接合结构，-使第一物体的热塑性材料再凝固，以通过液化且再凝固的且与接合结构相互渗透的流动部分产生在第一与第二物体之间的形状配合连接。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述耦合输入结构包括面向近侧的耦合输入面。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述耦合输入结构包括用于将所述第二物体紧固到振动产生装置的结构。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二物体的接合结构是在明显高于所述流动部分的液化温度的温度下可液化的或不可液化的材料。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二物体包括液化温度明显高于所述流动部分的液化温度的第二热塑性材料，所述方法包括在使所述第一物体的热塑性材料的流动部分液化的步骤之后将所述第二物体压靠支撑件和/或所述第一物体的不可液化部分，同时将振动耦合输入所述第二物体，直到第二热塑性材料的第二流动部分被液化且流动而导致第二物体变形。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一物体包括通孔，其中在按压步骤中所述第二物体被压入所述孔中，并且所述第二物体的变形包括形成作为在所述第一物体的远侧扩宽的远端的脚部。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一物体设有孔，并且在按压步骤中所述第二物体的一部分被压入所述孔中。8.根据权利要求7所述的方法，其中，这样选择孔径，所述流动部分的移位部分的体积等于所述移位体积所能流入的结构的体积。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，为施加反作用力，所述第一物体抵靠非振动支撑件放置。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述支撑件包括与第一物体所压靠的部位面对面的支撑表面。11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，露出与第一物体所压靠的部位面对面的第一物体的远侧，该远侧在按压步骤中未被支撑。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二物体包括内部部分和外部部分，两者间有间隙，其中所述第二物体的接合结构包括所述内部部分的外部结构和/或所述外部部分的内部结构和/或所述外部部分的外部结构，并且造成所述流动部分流动的步骤包括造成流入该间隙。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二物体包括第一材料的第一部分和第二材料的第二部分。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述流动部分的液化温度为200℃或更低。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二物体具有可变形部分，所述方法包括使所述可变形部分通过按压和将机械振动耦合输入工具的步骤而变形，同时所述可变形部分至少部分被第一物体的液化材料包围。16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第二物体包括头部或桥部，所述可变形部分基本平行于近远锚固轴线地从所述头部或桥部起向远侧突出。17.根据权利要求15或16所述的方法，其中，使所述可变形部分变形包括使所述可变形部分远离轴向弯曲。18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，包括在所述按压步骤期间抵靠支撑件放置所述第一物体，其中所述支撑件具有辅助所述变形的成形结构。19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，使第三物体通过所述第二物体被固定到所述第一物体。20.根据权利要求19所述的方法，其中，实施将所述第二物体按压至所述第一物体的步骤，直到所述第二物体与所述第三物体物理接触并将所述第三物体固定到所述第一物体。21.根据权利要求19或20所述的方法，其中，所述第三物体包括热塑性材料，并且所述第三物体的热塑性材料的流动部分通过按压和机械振动的冲击而相对于所述第二物体流动。22.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，其中，在相对于所述第一物体布置所述第三物体的步骤中，所述第三物体被放置在所述第一物体的近侧，且在所述布置步骤之后，使所述第二物体渗透所述第三物体，直到其远侧部分到达所述第一物体以使所述第二物体压靠所述第一物体。23.根据权利要求22所述的方法，其中，在使所述第二物体渗透所述第三物体的步骤中，使所述第三物体的材料移位。24.根据权利要求22或23所述的方法，其中，所述第三物体包括开口，所述第三物体的远侧部分被引导穿过所述开口而到达所述第一物体。25.根据权利要求19至24中任一项所述的方法，其中，所述第二物体包括头部或桥部，在使所述第一物体的热塑性材料重新凝固后，使所述头部或桥部抵靠所述第三物体的面向近侧的表面部分，同时将所述第二物体的远侧部分锚固在所述第一物体中。26.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二物体包括远端面，所述远端面具...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·迈尔，M·莱曼，J·奎斯特，P·博世内尔，
申请(专利权)人：伍德韦尔丁公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH