用于制造以金屬/塑料復(fù)合形式的三維成型的混合部件的方法和半成品及這類半成品的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能夠深沖的、板狀或帶狀的半成品以及這類半成品的應(yīng)用，該半成品用于制造以金屬/塑料復(fù)合形式的三維成型的混合部件。本發(fā)明另外還涉及用于制造以金屬/塑料復(fù)合形式的三維成型的混合部件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在結(jié)構(gòu)工程中并特別是在汽車中以較高程度使用輕質(zhì)部件，這些輕質(zhì)部件除了較小的重量之外還必須額外地具有高強度和高剛性。相應(yīng)的輕質(zhì)部件通常在汽車車身中用作沖撞相關(guān)的結(jié)構(gòu)部件，比如B柱、保險桿或者側(cè)面防沖撞梁。用于實現(xiàn)這類輕質(zhì)部件的方式是使不同的材料相互結(jié)合。
[0003]在塑料和纖維增強塑料的領(lǐng)域中，LANXESS AG公司與埃爾蘭根塑料技術(shù)研究組(Lehrstuhl fiir Kunstofftechnik aus Erlangen)合作開發(fā)出了所謂的“埃爾蘭根橫梁”。這是一個用于標(biāo)準(zhǔn)研究的橫梁模型，為了制造該橫梁，將有機板(纖維增強塑料)加熱至其熔融溫度以上，放入成型工具中成型并隨后通過整合的注塑裝置而設(shè)置三維的肋狀結(jié)構(gòu)。該橫梁模型的機械特征值顯著地高于板材基體上的懸掛物的機械特征值。由此，該結(jié)構(gòu)可以吸收明顯更多的能量。在埃爾蘭根橫梁上的其他三點式彎曲的模擬得出，由成型后的鋼板與肋狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成的復(fù)合相應(yīng)使得埃爾蘭根橫梁與埃爾蘭根橫梁的初始變型(具有注塑的肋狀結(jié)構(gòu)的有機板)相比可以容納大于兩倍高的力。但是因為材料金屬和塑料是異質(zhì)的，必須設(shè)置適宜的連接措施。常規(guī)的制造過程包括以下操作步驟:
[0004]1.批量生產(chǎn)(裁切)鋼板
[0005]2.使裁切后的板材成型
[0006]3.對已成型的板材進(jìn)行脫油
[0007]4.涂覆粘合劑層
[0008]5.將成型的、涂覆有粘合劑層的板材運送到注塑成型工具并放入該工具中
[0009]6.該板材后注塑或注塑包封有塑料，從而產(chǎn)生肋狀結(jié)構(gòu)。
[0010]該過程成本較高。特別是目前用于汽車工業(yè)的粘合劑價格很高。這阻礙了許多汽車制造商或供應(yīng)商使用以金屬/塑料復(fù)合形式的混合部件，從而無法利用目前所存在的輕質(zhì)潛力。
[0011]DE 199 34 545 Cl中已知一種混合部件，其具有由金屬板成型的型體，該型體這樣后注塑有塑料，即，塑料限定了具有交叉狀突肋的結(jié)構(gòu)體。為了實現(xiàn)金屬與塑料的充分連接，根據(jù)DE 199 34 545 Cl形成塑料與金屬的型體的部分形狀配合。在此，通過型體的部分包繞以及通過型體的中斷部的注塑包封實現(xiàn)形狀配合。在中斷處產(chǎn)生金屬與塑料之間點狀的固定。但是，在許多部件中，這樣局部的形狀配合連接點在構(gòu)件的外部形貌方面并不是所期望的。另外，這類混合部件的負(fù)荷承受能力由于其局部的形狀配合連接有時也是令人不滿意的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]由此出發(fā)，本發(fā)明的目的在于提供一種用于制造以金屬/塑料復(fù)合形式的三維成型的混合部件的半成品，與上述包括6個操作步驟的過程的情況相比，其對于汽車制造商或其供應(yīng)者而言實現(xiàn)了以明顯更低的成本制造具有高負(fù)載性能的相應(yīng)的混合部件。另外還說明了一種低成本的用于制造以金屬/塑料復(fù)合形式的三維成型的混合部件的方法。
[0013]本發(fā)明關(guān)于半成品的目的通過具有權(quán)利要求1所述特征的半成品得以實現(xiàn)。上述關(guān)于方法的目的通過具有權(quán)利要求18所述特征的方法得以實現(xiàn)。按照本發(fā)明的半成品以及按照本發(fā)明的方法的有利設(shè)計方案是引用權(quán)利要求1的權(quán)利要求2至17的主題或引用權(quán)利要求18的權(quán)利要求19至26的主題。
[0014]本發(fā)明基于這樣的基本構(gòu)思，S卩，為了制造以金屬/塑料復(fù)合形式的三維成型的混合部件而提供一種半成品，通過該半成品由至少一個板狀或帶狀的金屬板和至少一個材料配合地覆在金屬板上的熱塑性的塑料層組成，其中，金屬板的覆有塑料層的側(cè)面具有改善塑料層的粘合的表面，而且其中，塑料層形成為用于材料配合地、無需粘合劑地連接至少一個由塑料制成或待制的結(jié)構(gòu)體的耦合層，該半成品實現(xiàn)了在金屬和塑料之間基本上全面粘合的連接，而對汽車制造商或混合部件制造商而言無需進(jìn)行粘合劑材料的涂覆。
[0015]根據(jù)表面處理的情況可以使用不同的熱塑性塑料作為耦合層，特別是聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、熱塑性彈性體以及這些塑料的復(fù)合物，其中，聚酰胺、聚乙烯或其混合物由于其相對較高的耐溫性是特別優(yōu)選的。
[0016]按照本發(fā)明的半成品的金屬板優(yōu)選由鋼材制成、特別優(yōu)選由雙相鋼或其他輕質(zhì)鋼制成。鋼材的特征在于良好的可變形性和高強度。雙相鋼的組織結(jié)構(gòu)尤其是由軟質(zhì)鐵素體基體組成，硬質(zhì)的馬氏體為主導(dǎo)的第二相以島狀形式嵌入該基體中。鐵素體比重不高于90%。除了馬氏體之外還可能存在殘余奧氏體和貝氏體的部分。由雙相鋼制成的板材特別適合于用于制造強度相關(guān)的結(jié)構(gòu)部件和車身部件的、具有高拉伸比的冷成型。熱乳的雙相鋼在制造重量減輕的構(gòu)件(比如型材、車身加強件和汽車部件)中具有特別的優(yōu)勢。在相應(yīng)的熱處理之后，比如烘烤硬化處理(Bake-Hardening-Behandlung)，實現(xiàn)了30MPa以上的額外的強度提高。
[0017]按照本發(fā)明的半成品的至少一個金屬板具有例如在0.1至2.5mm范圍內(nèi)、優(yōu)選在
0.1至1.0mm范圍內(nèi)、特別優(yōu)選在0.1至0.5mm范圍內(nèi)的厚度。
[0018]按照本發(fā)明的半成品的至少一個塑料層(耦合層)對應(yīng)地以更薄的形式形成。該塑料層具有例如在0.01至1.2mm范圍內(nèi)、優(yōu)選在0.05至1.0mm范圍內(nèi)、特別優(yōu)選在0.3至0.8mm范圍內(nèi)的厚度。
[0019]由申請人進(jìn)行的試驗已顯示，其金屬板和耦合層具有上述范圍內(nèi)厚度的按照本發(fā)明的半成品在室溫和100°c的工具溫度下在杯突之后的深沖試驗中能夠很好地進(jìn)行深沖。在按照本發(fā)明的半成品的深沖過程中，作為耦合層的熱塑性塑料層與金屬板一同流動并且在此不會失去其粘合。
[0020]代替由鋼材制成的金屬板，按照本發(fā)明的半成品也可以具有由鎂或鋁制成的金屬板。
[0021]按照本發(fā)明的半成品的熱塑性塑料層(耦合層)的功能在于，該塑料層能夠與多種其他的塑料可靠地、無需涂覆粘合劑地、材料配合地連接。為此，為了活化耦合層的表面并形成材料配合，在注塑成型過程中可以利用塑料熔體的能量。在熔體冷卻之后，在耦合層和噴注的塑料之間存在完美的連接。噴注的塑料既可以是熱塑性塑料也可以是熱固性塑料和/或彈性體范圍內(nèi)的塑料。另外還可能的是，在注塑成型之前通過等離子處理或電暈處理額外地活化耦合層表面，從而拓寬了所能夠使用的塑料的范圍。
[0022]通過按照本發(fā)明的半成品可以顯著地減少在汽車制造商或構(gòu)件供應(yīng)商的駐地實施的、用于至少三維成型的混合部件的操作步驟。汽車制造商或構(gòu)件供應(yīng)商可以以按照本發(fā)明的半成品通過以下操作步驟制造三維成型的混合部件:
[0023]1.批量生產(chǎn)(裁切)板狀或帶狀的半成品
[0024]2.將裁切后的半成品運送到并放入具有整合的注塑成型裝置的成型工具
[0025]3.在一個步驟中進(jìn)行半成品坯料的成型和后注塑。
[0026]按照本發(fā)明的半成品的一個有利設(shè)計方案的特征在于，塑料層(耦合層)非全面地、而是局部地覆蓋其所覆的金屬板的側(cè)面。當(dāng)待制的混合部件例如僅局部地具有使強度和/或剛性提高的、塑料構(gòu)成的肋狀結(jié)構(gòu)時，該設(shè)計方案是特別適宜的。因此，在完成制造混合部件之后一個或多個不具有肋狀結(jié)構(gòu)的、更大面積范圍的金屬板可以在金屬板的覆層過程中保持不覆蓋至少一個熱塑性塑料層(耦合層)。這樣節(jié)省了材料損耗并且在足夠的強度特性或剛性特性的同時有助于理想的重量減輕。
[0027]按照本發(fā)明的半成品的另一個有利設(shè)計方案在于，熱塑性塑料層以雙層的形式實施，其中，在兩個塑料層之間設(shè)置有熱塑性的泡沫材料層。已顯示，熱塑性的泡沫材料層在中間的設(shè)置明顯有助于在強度和剛度保持不變的情況下混合構(gòu)件的重量減輕。
[0028]根據(jù)另一個有利設(shè)計方案，按照本發(fā)明的半成品的塑料層(耦合層)局部地覆有至少一個有機板。由此可以在總重量保持不變或甚至總重量減輕的情況下明顯地改善待制混合部件的強度和鋼性。
[0029]根據(jù)按照本發(fā)明的半成品的另一個設(shè)計方案，該半成品的(至少一個)金屬板可以額外地或替代性地在其遠(yuǎn)離塑料層(耦合層)的側(cè)面上覆有至少一個有機板。通過該設(shè)計方案也可以在總重量保持不變或設(shè)置總重量減輕的情況下明顯地提高待制混合部件的強度和鋼性。在此根據(jù)其他設(shè)計方案，該有機板在其遠(yuǎn)