[发明专利]不同材料片材的超声焊接

说明书

技术领域

本发明主要涉及超声焊接，并且更具体地涉及通过连接不同材料片材而形成的焊接件以及形成焊接件的方法。

背景技术

在各种行业中(包括消费电子，家用产品和电器，农业，建筑设备，运输系统等等)，焊接是连接相似和不同材料的常用方法。

不同材料可以包括不同金属、不同聚合物或聚合物与金属的组合。制造商可以通过将一些聚合物或复合材料与其他材料粘合来选择有利的特征，例如质量轻、适形或可成形度高、坚固、耐用，或具有所需的质地或颜色。制品可以包括各种部件(外部，内部或装饰特征件)，其中部件的材料被选择并配置为耐热和/或耐化学腐蚀性环境或者随时间推移耐喷涂或耐化学腐蚀性。

随着聚合物和其他低质量材料的使用增加，压制成型和模具后连接技术(例如激光焊接和超声焊接)的应用也越来越多普遍。一些工件(包括聚合物复合材料)具有较低的熔点，而一些工件(包括金属)具有较高的导电性。无论是焊接一种类型还是两种类型的工件，都很难做到并在许多情况下不可能做到在目标界面处准确快速地连接工件，而同时尽可能避免工件的其他部分被熔化。

传统的超声焊接技术(例如热熔合)有很多缺点。参考附图，更具体地参照第一个附图(图1)，示出了将热塑件110与金属件210连接以形成搭接接头的热熔合工艺。热塑件110包括凸台112，其可操作地连接到热塑件的主体。热塑件110的凸台-主体组合通过例如模制成型(例如注塑成型)而得到。金属件210包括通孔212，其可以通过在金属件上钻孔而得到。接着，通过对准将金属件210与热塑件110组装起来，然后在热熔合之前将凸台112装配到通孔212中。随后，使用凹陷砧410对堆叠件10进行热熔合处理312，以形成从凸台112突起的蘑菇形帽114。通常蘑菇形帽114的直径大于孔212的直径，由此蘑菇形帽114和孔212相互作用，提供机械互锁，将两个件110，210固定在一起，从而形成焊接件20。

金属件的孔212是没有下切特征件的直孔。由于凸台112必须装配到孔212中，所以热熔合之前在热塑件与金属件之间存在空间214。由于热熔合是为了形成蘑菇形帽，所以在热熔合之后，凸台与孔之间的空间214仍然存在。

该技术具有以下缺点，包括但不限于，人工成本较高，与通过注塑成型形成热塑件相关的其他成本较高。由于凸台使热塑件的几何形状变得复杂，所以必须制作具有相应特征件的模具来容纳凸台。

发明内容

本发明技术涉及一种超声焊接技术，其包括向片材中的热塑性聚合物施加超声能量以填充不同材料片材中已有的孔。不同材料片材的熔化/软化温度高于热塑性片材。填充不同材料片材的孔的片材的聚合物形成焊接点，以便在两个片材之间形成机械互锁。

所公开的方法能够在不使用紧固件的情况下使热塑性复合材料与不同材料片材连接。它降低了传统的超声热熔合技术中与成型和处理带凸台的热塑件相关的复杂性和成本。

该技术的优点包括但不限于减少了连接不同材料片材的总生产时间和成本。并且可以用本文所公开的技术形成各种接头。

例如，由于不需要特殊的模具来形成带凸台的热塑件，所以节省了时间和成本。先前需要形成具有不同凸台构造的各种热塑件的方法已经被各种实施例中更简单、更划算的方法(包括在不同材料件中钻孔或冲孔)取代。通过连接混合材料，本文所公开的不同材料片材的超声焊接方法适用于车辆生产中的轻量化策略。

本发明技术的其他方面将通过下文部分明确并部分说明。

附图说明

图1是示出了通过热熔合方法连接两个不同材料片材的方法的示意图。

图2是示出了根据本发明的一个实施例，通过超声焊接方法连接两个不同材料片材的方法的示意图。

图3A是示出了热塑件的侧面剖视图，其中热塑件利用凹陷砧和超声焊极与金属件焊接在一起。

图3B是热塑件的侧面剖视图，其中热塑件利用凹陷砧和超声焊极与第一金属件和第二金属件焊接在一起。

图4A是金属件中作为底切口特征件的带内螺纹的盲孔的侧面剖视图。

图4B是金属件中作为底切口特征件的带内螺纹的通孔的侧面剖视图。

图4C是金属件中带多个槽的孔的顶视图，其中这些槽用于增加聚合物-金属粘合面积。

图4D是金属件中通孔阵列的顶视图，这些通孔阵列用于增加聚合物-金属粘合强度。

图4D1是沿线1-1截取的图4D的金属件的侧面剖视图。