具有大表面面积或非互补焊接界面的聚合物构件的旋转焊接制造技术

提供了摩擦焊接组件及旋转焊接方法，其中将被连结的构件为聚合物构件。针对聚合物构件提供的设计允许使用相对低速度和压力来实现构件之间的优异的摩擦焊接接头。此外，大表面面积聚合物构件可以以此设计成功地摩擦焊接。在某些变型中，至少一个聚合物构件具有带有为凹形(例如，凹槽)或凸形的多个表面特征的焊接表面。在其它变型中，焊接区域中的第一构件具有与第二构件不同的非互补形状，因此产生了逐渐前移的焊接线，这避免了可引起破坏聚合物构件和焊接接头的高温。此构件设计还提供了焊接接头处的改善的溢料管理。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容涉及用于聚合物构件的摩擦焊接(举例来说，如旋转焊接)的改进的工具构件组件及方法。
技术介绍
本节提供了未必是现有技术的关于本公开内容的背景信息。包括旋转焊接的摩擦焊接技术可用于连结各种材料。例如，模制的聚合或塑料构件可经由旋转焊接过程连结或组装，其中热经由移动构件与静止构件之间的机械摩擦生成。摩擦区附近加热的材料的区域软化且可移位；因此，产生了具有来自移动构件和静止构件两者的材料的熔化区域。然而，存在对聚合物或塑料零件的常规旋转焊接的限制。例如，由旋转焊接形成摩擦焊接部分组件通常限于使用在待连结的界面处具有小表面面积和互补形状的部分，例如，具有圆柱形且彼此同心的匹配连结表面的部分。此外，常规旋转焊接设备专用于将高速度和力施加到部分上以有效地熔化界面，且因此需要大的设备花费和训练。具有带大表面面积、复杂设计、非圆柱形和/或非互补形状的接头界面区域的聚合物部分之前并未使用常规旋转焊接过程连结。这归因于这些部分的固有形状和大小，其隐含了依赖半径的剪切、剪切速率，且因此过程期间的粘性变化。因此，之前不可能使用旋转焊接来连结具有大表面面积界面或非圆柱形或其它非互补的界面的塑料或聚合物部分。将期望具有便于旋转焊接具有带大表面面积或非互补形状的接头界面区域的部分形成稳健的摩擦焊接接头的工艺和工具。此外，也将有利的是具有在非专用设备上以相对低速度进行此工艺的能力。
技术实现思路
本节提供了本公开内容的总体概述，且不是其全部范围或所有其特征的详尽公开。在某些方面，本公开内容构思一种摩擦焊接组件，其包括第一聚合物构件，该第一聚合物构件包括限定第一形状的第一焊接表面。在某些变型中，第一焊接表面具有形成在其中的多个表面特征，其中各个相应的表面特征为凹形或凸形。在某些方面，多个表面特征为形成在第一焊接表面中的凹形特征(例如，凹槽)。摩擦焊接组件还包括第二聚合物构件，其包括限定第二形状的第二焊接表面。摩擦焊接组件还包括形成在第一焊接表面与第二焊接表面之间的摩擦焊接接头。第一形状或第二形状中的一者为凸形，而另一个为凹形。第一聚合物构件或第二聚合物构件中的一者在固定工具上保持静止，而第一聚合物构件和第二聚合物构件中的另一者在摩擦焊接过程期间在旋转工具上可旋转，该摩擦焊接过程在第一焊接表面与第二焊接表面之间形成摩擦焊接接头。以此方式，第一聚合物构件和第二聚合物构件连结在一起来形成摩擦焊接组件。在其它方面，本公开内容构思一种摩擦焊接组件，其包括第一聚合物构件，该第一聚合物构件包括限定第一形状的第一焊接表面。摩擦焊接组件还包括第二聚合物构件，其包括限定第二形状的第二焊接表面。第一形状或第二形状中的一者为凸形，而另一个为凹形。第一焊接表面或第二焊接表面中的至少一者具有大于或等于大约3000mm2(大于4.7in2)的对应于摩擦焊接接头的表面面积。在某些方面中，第一形状和第二形状可不同，且相对于彼此非互补或非对称。摩擦焊接组件还包括形成在第一焊接表面与第二焊接表面之间的摩擦焊接接头。第一聚合物构件或第二聚合物构件中的一者在固定工具上保持静止，而第一聚合物构件和第二聚合物构件中的另一者在摩擦焊接期间在旋转工具上可旋转，该摩擦焊接在第一焊接表面与第二焊接表面之间形成摩擦焊接接头。在又一些方面中，本公开内容构思一种旋转焊接的方法。该方法可包括使具有限定第一形状的第一焊接表面的第一聚合物构件在小于或等于大约3500转每分钟(rpm)的速度下旋转。该方法也还包括使第一聚合物构件的第一焊接表面与第二聚合物构件的第二焊接表面接触，第一聚合物构件旋转的同时第二聚合物构件保持静止以在第一聚合物构件与第二聚合物构件之间产生焊接接头。第一聚合物构件的第一焊接表面或第二聚合物构件的第二焊接表面中的一者限定凹形区域，而第一焊接表面或第二焊接表面中的另一者限定凸形区域。本专利技术还提供如下方案：1.一种摩擦焊接组件，包括：包括限定第一形状且包括多个表面特征的第一焊接表面的第一聚合物构件，其中各个相应表面特征为凹形或凸形；包括限定第二形状的第二焊接表面的第二聚合物构件，其中所述第一形状或所述第二形状中的一者为凸形，而所述第一形状或所述第二形状中的另一者为凹形；以及形成在所述第一焊接表面与所述第二焊接表面之间的摩擦焊接接头，其中所述第一聚合物构件或所述第二聚合物构件中的一者在固定工具上保持静止，而所述第一聚合物构件或所述第二聚合物构件中的另一者在形成所述摩擦焊接接头的摩擦焊接期间在旋转工具上可旋转。2.根据方案1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述第一聚合物构件或所述第二聚合物构件中的至少一者由包括热塑性聚合物和增强材料的复合材料形成。3.根据方案1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述多个表面特征为多个凹槽，其中所述多个凹槽中的各个凹槽均具有垂直于旋转方向的定向，且从所述第一焊接表面的中心区域延伸至所述第一焊接表面的外周。4.根据方案1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述多个表面特征包括多个凹槽，其包括所述第一焊接表面上的大于或等于大约3个到小于或等于大约182个凹槽。5.根据方案1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述多个表面特征包括多个凹槽，其包括限定第一长度的第一多个凹槽和限定比所述第一长度小的第二长度的第二多个凹槽。6.根据方案5所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述多个凹槽还包括限定比所述第一长度和所述第二长度小的第三长度的第三多个凹槽。7.根据方案1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述多个表面特征包括多个凹槽，其中所述多个凹槽中的各个凹槽均具有大于或等于大约0.5mm到小于或等于大约3mm的宽度和大于或等于大约0.5mm到小于或等于大约3mm的深度。8.根据方案1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述多个表面特征包括多个凹槽，其中所述多个凹槽中的各个凹槽在所述第一焊接表面上限定选自由三角形、矩形、四边形和它们的组合构成的组的形状。9.根据方案1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述第一形状和所述第二形状相对于彼此互补。10.根据方案1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述第一形状和所述第二形状大致为圆形形状。11.根据方案1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述第一焊接表面或所述第二焊接表面中的至少一者具有大于或等于大约3000mm2(大约4.7in2)的对应于摩擦焊接接头的表面面积。12.根据方案1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述多个表面特征包括用作能量引导物的凸形表面特征，其中所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种摩擦焊接组件，包括：包括限定第一形状且包括多个表面特征的第一焊接表面的第一聚合物构件，其中各个相应表面特征为凹形或凸形；包括限定第二形状的第二焊接表面的第二聚合物构件，其中所述第一形状或所述第二形状中的一者为凸形，而所述第一形状或所述第二形状中的另一者为凹形；以及形成在所述第一焊接表面与所述第二焊接表面之间的摩擦焊接接头，其中所述第一聚合物构件或所述第二聚合物构件中的一者在固定工具上保持静止，而所述第一聚合物构件或所述第二聚合物构件中的另一者在形成所述摩擦焊接接头的摩擦焊接期间在旋转工具上可旋转。

【技术特征摘要】
2014.12.18 US 14/5746991.一种摩擦焊接组件，包括：
包括限定第一形状且包括多个表面特征的第一焊接表面的第一聚合物构件，其中各个
相应表面特征为凹形或凸形；
包括限定第二形状的第二焊接表面的第二聚合物构件，其中所述第一形状或所述第二
形状中的一者为凸形，而所述第一形状或所述第二形状中的另一者为凹形；以及
形成在所述第一焊接表面与所述第二焊接表面之间的摩擦焊接接头，其中所述第一聚
合物构件或所述第二聚合物构件中的一者在固定工具上保持静止，而所述第一聚合物构件
或所述第二聚合物构件中的另一者在形成所述摩擦焊接接头的摩擦焊接期间在旋转工具
上可旋转。
2.根据权利要求1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述第一聚合物构件或所述第二
聚合物构件中的至少一者由包括热塑性聚合物和增强材料的复合材料形成。
3.根据权利要求1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述多个表面特征为多个凹槽，
其中所述多个凹槽中的各个凹槽均具有垂直于旋转方向的定向，且从所述第一焊接表面的
中心区域延伸至所述第一焊接表面的外周。
4.根据权利要求1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述多个表面特征包括多个凹
槽，其包括所述第一焊接表面上的大于或等于大约3个到小于或等于大约182个凹槽。
5.根据权利要求1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述多个表面特征包括多个凹
槽，其包括限定第一长度的第一多个凹槽和限定比所述第一长度小的第二长度的第二多个
凹槽。
6.根据权利要求5所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述多个凹槽还包括限定比所述
第一长度和所述第二长度小的第三长度的第三多个凹槽。
7.根据权利要求1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述多个表面特征包括多个凹
槽，其中所述多个凹槽中的各个...

【专利技术属性】
技术研发人员：IA卢梭，Y科纳盖，八木穣，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，帝人株式会社，
类型：发明
国别省市：美国;US