CN104080567A - 具有纯金属区域的复合板部件的制造方法；对应的模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由复合板板坯构成的、具有至少一个纯金属区域的复合板部件(40)的制造方法，该复合板板坯具有两个金属外部盖板和至少一个设在盖板之间的塑料层，其中-将复合板板坯(40)放置在具有两个半模的模具(1)中，-在模具(1)中或在将复合板板坯(40)放入模具之前这样地加热复合板板坯(40)的至少一个选定区域，即，使该区域的外部盖板之间的塑料层***，-使用模具(1)通过在至少一个外部盖板(13)上施加力在该区域中点状或局部地相互压制盖板，由此从施加力的区域中挤出塑料层并形成纯金属区域-并且在施加力之后或施加力的同时使两个盖板在受挤压的区域(13)中至少局部或点状地相互接合。

Description

具有纯金属区域的复合板部件的制造方法;对应的模具

技术领域

本发明涉及一种由复合板板坯构成的、具有至少一个纯金属区域的复合板部件的制造方法，该复合板板坯具有两个金属的外部盖板和至少一个设在盖板之间的塑料层。本发明还涉及一种模具，该模具用于制造由复合板板坯构成的相应复合板部件。

背景技术

复合板部件通常以三明治板的形式进行应用，该三明治板具有两个外部盖板并具有一个设在盖板之间的、非金属的、通常由塑料构成的层。越来越多地使用复合板部件的原因在于，复合板部件可以具有单一材料通常没有的性能。例如复合板部件虽然质量轻但是局部具有很好的刚性并且可以同时提供很好的隔音性能。但是许多应用需要该复合板部件必须和其它的板材部件或金属部件接合。然而，通常针对板材所使用的结合方法、例如熔焊和钎焊会由于板材的高热量输入而引发问题。在高的热量输入情况下会由此对复合板部件产生损坏，即，设在盖板之间的非金属层或塑料层受到损坏。因此在复合板部件和金属部件之间通常很难实现足够好的结合。为了解决这个问题，目前为止研究了多种方法。由日本专利文献JP06-087079A已知，由此为焊接提供复合板部件的、用于和其它部件连接的区域，其中首先加热复合板部件的该区域，使两个外部盖板在边缘区域中向上弯曲并且采用研磨工具去除盖板之间的塑料层。然后使边缘区域的盖板相互焊接，从而使复合板部件具有纯金属区域，即这样一个区域，该区域基本没有塑料层并能够用于常规的接合方法。但是该方法非常麻烦并且很难自动化。

发明内容

在此基础上，本发明的目的在于，提供一种方法以及一种模具，通过该方法能够以简单的方式通过少的工艺步骤制造复杂成型的复合板部件并且该复合板部件还具有纯金属区域。

根据本发明的第一原理，由此通过一种方法实现了上述目的，即，

-将复合板板坯放置在具有两个半模的模具中，

-在模具中或在将复合板板坯放入模具之前这样地加热复合板板坯的至少一个选定区域，即，使该区域的外部盖板之间的塑料层***，

-使用模具通过在至少一个外部盖板上施加力在该区域中点状或局部地相互压制盖板，由此从施加力的区域中挤出塑料层并形成纯金属区域并且

-在施加力之后或施加力的同时使两个盖板在受挤压的区域中至少局部或点状地相互接合。

根据本发明使用模具生成复合板部件的至少一个纯金属区域、优选多个纯金属区域，也就是说生成这样的区域，在这些区域中基本去除两个盖板之间的塑料层，从而能够以简单的方式使相应复合板部件的制造变得自动化。模具可以设置在压力机中，该压力机提供打开动作和闭合动作。这样一来，具有纯金属区域的复合板部件的制造可以仅通过使用模具而集成在已有的制造装置中。由此降低了具有至少一个纯金属区域的复合板部件的制造成本。如上所述，这样制得的复合板部件可以通过纯金属区域与其它的结构件接合、例如焊接。

根据该方法的第一个实施方式，使用局部调节复合板板坯温度的工具在模具中加热复合板板坯的至少一个选定区域。例如接触复合板板坯的模具面以传导的方式加热或调节复合板板坯的温度。另一方面也可以考虑采用其他的方法来加热，例如以对流方式或者也可以通过辐射加热。通过有针对性地、局部地加热复合板板坯的区域可以只在这些区域中去除盖板之间的塑料层。通过模具面调节复合板部件区域的温度能够以简单的方式在单个步骤中通过接触复合板板坯的这些多个区域或单个区域的模具面进行加热并同时施加力。

作为用来局部调节复合板板坯温度的工具优选在模具中设置加热部件以及可选择地设置冷却部件，这些加热部件和冷却部件至少在选定的区域中调节复合板板坯的温度。加热部件可以通过加热介质传导装置或者通过电加热部件来实现。一般通过冷却剂传导装置来提供冷却部件。例如如果设置了加热部件和冷却部件，就可以使模具面的加热特别准确地限定在所需的模具区域中。

根据该方法的另一个实施方式，在生成纯金属区域的过程中或者生成纯金属区域之后，模具中的成型工具变形、深冲、切割和/或压铸复合板板坯。成型工具例如为深冲冲模、冲压模、弯曲冲头、刀刃或刀片。由此可以在生成复合板部件的纯金属区域过程中，即在单个操作步骤中，对复合板板坯进行额外的成型步骤，从而使其它的操作步骤结合在根据本发明的方法中。

根据该方法的另一个实施方式，在形成复合板部件的纯金属区域的过程中，盖板之间的塑料流入模具中的空腔内。通过设在模具中的空腔可以有针对性地影响并控制从纯金属区域中挤出的塑料的流动方向。通过温度调节还能够实现额外的控制。特别是空腔可以使复合板板坯在挤入塑料的区域中扩张。

对于使用变形阻力大于挤出塑料的力并且挤出的塑料不能造成盖板变形的金属盖板的情况，根据另一个实施方式，例如在模具中的空腔内设置用来穿透金属盖板的工具以及用来抽吸由于塑料挤出而从生成的盖板孔中排出的塑料的工具，通过该工具可以抽去挤出的塑料。

根据该方法的另一个变化方案可以由此提供经切割后的成品复合板部件，即，在引入纯金属区域之后通过设在模具中的切割工具来切割复合板板坯。将切割过程结合在提供纯金属区域的成型过程和制造过程中导致进一步提高自动化，因为不再需要在模具以外进行切割并且可以生成基本完工的复合板部件。

根据本发明的第二原理，通过一种用来制造复合板部件的模具实现了上述目的，该模具具有

-至少两个半模，这两个半模能够彼此相对移动，

-在一个半模中容纳复合板板坯的工具，

-在复合板板坯的至少一个选定区域中对至少一个外部盖板施加力的工具，由此点状或局部地相互压制盖板，从而能够在复合板板坯的选定区域中至少局部地排出塑料并且生成纯金属区域，以及具有

-将复合板板坯成型成复合板部件的工具。

相应的模具能够对经在选定区域中加热的板坯在一个或多个选定区域施加力，该板坯例如在工具外部进行加热，由此将盖板压在一起并将盖板之间的塑料层从复合板板坯选定的、经加热的区域中排出并且在该区域基本去除。通过使用根据本发明的模具明显简化了制造具有纯金属区域的复合板部件的过程。

根据该模具的第一个实施方式，在模具中设置温度调节工具，从而在选定的区域中调节复合板板坯的温度。温度调节工具例如可以加热模具的工具表面或者直接和复合板板坯接触。此外，也可以考虑这样的温度调节工具，该温度调节工具以对流方式或通过辐射加热复合板板坯。

该温度调节工具优选包括加热部件和冷却部件。通过使用加热部件和冷却部件可以有针对性地加热选定区域并通过设置冷却部件有针对性地阻止热量传输到模具的其它区域中。因此能够有针对性地并且局部限定地加热复合板板坯的选定区域，在该选定区域中需要去除塑料。通过将加热只限定在所需的模具区域中可以在复合板部件的制造过程中实现明显较高的工艺可靠性。也可以通过使用具有低导热率的材料来阻止热量从经加热的模具区域转移到邻近的模具区域中。

根据模具的另一个实施方式，在模具中设置这样的工具，通过该工具能够在生成纯金属区域的过程中或者在生成纯金属区域之后成型、深冲、切割和/或压铸复合板板坯。这些额外的工具可以将其它的操作步骤结合在提供复合板部件的纯金属区域过程中并且可以进一步提高自动化。对此特别是可以在模具中提供复合板部件成品，从而不再需要其它的操作步骤。

另外，优选在模具中设置用来接合复合板部件的至少一个纯金属区域的盖板的工具，从而盖板在纯金属区域中的接合过程可以在模具中进行。例如激光焊接射束可以通过玻璃纤维在模具中形成点状或缝状的接合。此外，也可以设置接合电极进行电阻焊。

优选设置至少一个模具型腔，该模具型腔用于接收复合板板坯的增厚区域。这些复合板板坯的增厚区域通过塑料从选定的、经加热的区域流出而生成。复合板板坯能够在对此所设置的模具型腔中扩张。

根据另一个实施方式，可以可替换地或者叠加地设置一个抽吸装置用来在复合板板坯的选定区域中排出塑料之后将塑料去除。该抽吸装置例如可以替代模具型腔在排出区域直接抽离排出的塑料并由此将其去除。因此原则上可以舍弃模具型腔。当然也可以一起使用模具型腔和/或穿透金属盖板的工具和抽吸装置。

附图说明

接下来根据多个实施例结合附图进一步阐述本发明。在附图中：

图1至图5示出了在实施方法实施例过程中的模具实施例，

图6a)至d)以截面示意图示出了根据本发明制得的复合板部件，

图7a)至e)以示意性视图示出了具有纯金属区域的复合板部件的制造过程及其在其它结构件上的应用，

图8a)至b)示出了根据本发明的模具的第二个实施例用于在两个不同的工艺步骤中制造深拉的复合板部件，以及

图9a至11b)示出了在实施方法实施例过程中的、根据本发明的模具的第三个实施例。

具体实施方式

在图1至11b)中所示的复合板板坯的实施例具有如图所示的盖板，该盖板具有比盖板之间的塑料层小的壁厚。但是这些附图不是按正确比例示出的。例如金属盖板可以具有0.1mm至0.3mm的壁厚，而塑料层具有0.35mm至0.8mm的壁厚。相应的复合部件相比于单一材料具有显著的重量优势并且能够通过根据本发明的方法特别好地接合。

图1以截面示意图首先示出了模具1由两个半模2、3组成，复合板板坯4放置在这两个半模之间。此时复合板板坯4是平的。然而，也可以在将复合板板坯4放入模具之前选择性地进行其它成型步骤。此外，在模具1中设置了以可移动的冲头5的形式在上半模2和下半模3中施加力的工具5。另外，模具1包括以冲压模8以及阴模9的形式成型复合板板坯的工具。两个半模2、3可以彼此相对移动，从而可以打开和闭合模具1。

加热部件6以及冷却部件7可以相应充分地加热复合板板坯4的两个所示选定区域，由此通过冲头5形式的施加力工具能够将塑料从复合板板坯4的区域4”挤出到模具型腔10中，该冲头优选也进行了温度调节。对此，冲头5的垂直位置能够移动。接下来的附图示出了如何去除相应选定的区域4”中的塑料4b。

图2示出了处于闭合状态的模具1，其中冲压模8使复合板板坯4在阴模9中成型，该复合板板坯由盖板4a和塑料层4b构成。因此，该实施例很好地示出了，其它的操作步骤如何结合在具有纯金属区域的复合板部件40的制造过程中。温度调节部件6、7可以接触复合板板坯4或者这样安置，即，加热与复合板板坯接触的模具面，从而加热复合板板坯的相应区域并且使在那里的、复合板板坯4的塑料层4b***。对此，冷却部件7确保了只有在复合板板坯4的选定的所示边缘区域中的塑料层4b***并由此能够被挤出。这些部件也可以和所设置的模具型腔10共同作用，复合板板坯能够扩大到该模具型腔中。

在图3中可以看出，冲头5此时额外地彼此相对移动，从而在复合板板坯4上冲头5的区域中施加力并且将塑料层4b向外挤出。可以在闭合的工具中或者尚且局部打开的模具1中移动冲头5。另外可以看出，塑料层4b挤入模具型腔10中，从而复合板板坯4可以在该区域中具有增大的厚度。由此实现了可以以简单的方式从这样一个区域中排出塑料，在该区域中冲头5对复合板板坯4施加力。

图4示出了由图1至3所示的、冲头5再次压入的模具1。然而此时使用所示的接合工具12a在纯金属区域中局部地通过焊缝11接合复合板板坯4。通过使用图中所示的刀刃12将复合板部件40的、增厚的外部区域与制成的复合板部件4分离。这在图5中得到显示，该图示出了处于再次打开状态的模具1。打开工具后提供了制成的、具有纯金属区域13的复合板部件4’，该纯金属区域特别适用于使复合板部件连在其它部件上。图6a)至6d)示出了通过根据本发明的方法制得的复合板部件的不同实施方式的截面视图。在截面视图中特别是可以看出，复合板部件14、15、16和17具有变形的区域，在这些区域中具有复合板部件的三明治结构，并且还设有区域13，该区域是纯的金属并且能够用于连在其它结构件上。复合板部件14和16的区别在于，纯金属区域13通过双面施加力(复合板部件14)或者通过单面施加力(复合板部件16)制得。如图6b)和6d)所示，将复合板部件14、15、16、17连在另一个复合板部件上的特别有效的方法在于，形成接口槽15a、17a。接口槽15a、17a例如可以增大纯金属区域的厚度，以使得复合板部件的含有塑料的部分与纯金属区域之间没有厚度差异。此外，接口槽17a也可以与另一个部件进行形状配合连接或力量配合连接或者例如通过使用焊接方法生成用来材料结合的接口槽。

除了经变形的区域、例如经压铸或深拉的区域，根据本发明的方法也可以通过使用模具在复合板部件中切割断面并且使该断面同时具有金属边缘区域。这在图7a)至7e)得以显示。该方法的起始点通常是具有两个金属盖板4a和在金属盖板之间的塑料层4b的复合板板坯4，正如图7a)中以放大的截面所示。通过根据本发明的方法使复合板板坯4发生变形并具有纯金属区域13以及同时在复合板部件中剪切开孔18，由此能够提供专用的复合板部件19。

在图7b)中的放大截面可以看出，不光复合板部件19的边缘区域具有纯金属区域13，在复合板部件19的内部开孔18中也具有纯金属区域。

如上所述，图7c)中，纯金属区域点状或局部地接合。例如图7c)中示出了用来局部或点状接合复合板部件19的激光射束焊接。图7d)和图7e)以截面示意图示出了与另一个结构件20的其它连接方式。复合板部件19通过接口槽或通过例如经电阻焊形成的焊缝与结构件20相结合。由此，复合板部件19可以特别简单地应用在汽车制造中，例如作为发动机罩。

图8a)和8b)示出了根据本发明的方法的另一个实施例。这两个图示出了具有对复合板板坯4’的区域施加力的工具5’的模具1’。作为成型工具设有深冲冲模21，该深冲冲模在下半模3’的阴模9’中深冲复合板板坯4’的未加热区域。这里以固定的冲头形式示出的施加力的工具5’进行了温度调节并且在特定的区域中在接触过程中以传导的方式加热复合板板坯4’。随后将塑料从该区域中挤压出去并通过抽吸装置22抽离。因此，通过该模具也可以将复合板板坯4’深拉成复合板部件并同时在单个工艺步骤中形成纯金属区域、特别是纯金属的边缘区域。

图9a)至11b)示出了根据本发明的方法的另一个实施例。这些图示出了模具1”，该模具与根据图1)至5)的模具1的构造基本一致，因此这里不再详述模具的基本组成部分。区别在于，在模具型腔10’中设有穿透金属盖板的工具，这里例如为能够轴向移动的、局部的刺针23，以及设有抽吸装置和与抽吸装置相连并通入模具型腔10’的吸道(图9b))。

图10示出了处于闭合状态的模具1”。金属盖板4a”的穿透和打孔可以借助刺针23在加热复合板部件的相应区域之前、期间或之后进行。另外设在模具型腔10’中的抽吸装置和与抽吸装置相连的吸道22’将通过引入金属盖板4a”中的开孔24从经温度调节的区域中排出的塑料抽离。

因此，可以制造用于不用应用目的复合板部件，例如用于汽车制造、船舶制造、飞机制造或用于家电工业。

Claims (13)

1.一种由复合板板坯构成的、具有至少一个纯金属区域的复合板部件的制造方法，所述复合板板坯具有两个金属外部盖板和至少一个设在盖板之间的塑料层，其特征在于，

-将复合板板坯放置在模具中，

-在模具中或在将复合板板坯放入模具之前这样地加热复合板板坯的至少一个选定区域，即，使所述区域的外部盖板之间的塑料层***，

-使用模具通过在至少一个外部盖板上施加力在复合板板坯的所述区域中点状或局部地相互压制盖板，由此从施加力的区域中挤出塑料层并形成纯金属区域并且

-在施加力之后或施加力的同时使两个盖板在受挤压的区域中至少局部或点状地相互接合。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用设在模具中的、局部调节复合板板坯温度的工具在模具中加热复合板板坯的选定区域。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，作为用来局部调节复合板板坯温度的工具在模具中设置加热部件以及可选择地设置冷却部件，所述加热部件和冷却部件至少在选定的区域中调节复合板板坯的温度。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，在生成纯金属区域的过程中或者生成纯金属区域之后，模具中的成型工具变形、深冲、切割和/或压铸复合板板坯。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，在形成复合板部件的纯金属区域过程中，盖板之间的塑料流入模具中的空腔内。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，在引入纯金属区域之后通过设在模具中的切割工具来切割复合板板坯。

7.用于制造由两个盖板(4a)和至少一个设在盖板之间的塑料层(4b)组成的复合板板坯(4)构成的复合板部件(40)的、用于实施根据权利要求1至6中任意一项所述方法的模具(1、1’、1”)，所述模具具有

-至少两个半模(2、3)，所述两个半模能够彼此相对移动，

-在一个半模中容纳复合板板坯(4)的工具，

-在复合板板坯的至少一个选定区域(4”)中对至少一个外部盖板(4a)施加力的工具(5、5’)，由此可以点状或局部地相互压制盖板，从而能够在复合板板坯(4)的选定区域(4”)中至少局部地排出塑料并且生成纯金属区域，以及具有

-将复合板板坯(4)成型成复合板部件(40)的工具(8、9)。

8.根据权利要求7所述的模具，其特征在于，在模具(1)中设置温度调节工具(6、7)，从而在选定的区域(4”)中调节复合板板坯(4)的温度。

9.根据权利要求7或8所述的模具，其特征在于，所述温度调节工具包括加热部件(6)和冷却部件(7)。

10.根据权利要求7至9中任意一项所述的模具，其特征在于，在所述模具中设置工具(8、9)，通过所述工具能够在生成纯金属区域的过程中或者在生成纯金属区域之后变形、深冲、切割和/或压铸复合板板坯(4)。

11.根据权利要求7至10中任意一项所述的模具，其特征在于，在所述模具中设置用来接合复合板部件的至少一个纯金属区域的盖板的工具。

12.根据权利要求7至11中任意一项所述的模具，其特征在于，设置至少一个模具型腔(10)，所述模具型腔用于接收复合板板坯(4)的增厚区域。

13.根据权利要求7至12中任意一项所述的模具，其特征在于，可替换地或者叠加地设置一个抽吸装置(22)用来在复合板板坯(4)的选定区域中排出塑料之后将塑料去除。