一种金属塑料混合结构的制造方法与流程

本发明涉及兼具良好承载力学性能和复杂几何成型能力的金属塑料混合结构制造方法，尤其涉及一种金属塑料混合结构的制造方法，属于结构轻量化设计及制造领域。

背景技术

随着环境污染加剧和能源消耗加速，飞机、汽车、轮船等设备的轻量化迫在眉睫，众所周知，轻量化是保护环境和缓解能源危机的有效途径，因此越来越受到重视。多个国家的高校和科研院所的研究都表明，轻量化材料的开发和应用是实现汽车轻量化的最有效途径之一。使用塑料及纤维增强复合材料替代钢材的“以塑代钢”成为一种趋势。但是，受限于原材料及制造成本、年产量、承载性能、生产节拍、安全性等因素，塑料及纤维增强复合材料难以完全替代钢、铝合金等金属类材料。热塑性非连续纤维增强聚合物回收性好、密度小，但是承载能力差；高强度钢承载能力强，在成本与加工工艺方面具有很强的优势，但是密度大。综合利用高强度钢和热塑性短玻璃纤维增强聚合物的特点，二者取长补短，可以制成兼有复杂几何和优良力学性能的混合材料。但是，由于分子结构差异、热膨胀系数不同、残余应力等原因，聚合物-金属混合材料及结构成型后存在着界面强度低，易开裂和变形的问题。具有良好界面结合性能，而且能与现有冲压或其他压延工艺良好兼容的轻质混合材料，可以应用于航空、车辆等工程领域，前景非常广阔。

技术实现要素：

1、发明目的：

本发明的目的在于提供一种金属塑料混合结构的制造方法，解决传统金属塑料混合结构制造中界面强度低、易开裂、成本高、外形不美观、生产速度慢等问题，实现金属塑料混合结构高效低本生产，并且兼具优异力学性能和复杂几何成型能力。

2、技术方案：

本发明一种金属塑料混合结构的制造方法，见附图，该方法的具体步骤为：

步骤一、金属板裁剪，然后冲压成型，形成冲压件，其具体形状根据需要而定，如u型开口梁；

步骤二、对冲压后结构的内表面进行清洁和脱脂等预处理，然后在其表面喷塑，形成冲压件表面喷塑层；

步骤三、移入模具，预热升温，预热温度为喷塑层材料玻璃化转变温度与熔点温度的平均值，预热方式为红外加热或模具中预埋加热电极的方法，在喷塑层一侧注塑成型，形成注塑成型结构，如x型、十字型的塑料筋肋结构；

步骤四、脱模；

当制造平板时，可以去掉冲压工艺，则具体成型步骤变为：

步骤(一)、金属板裁剪，对准备喷塑的表面进行清洁和脱脂等预处理；

步骤(二)、在金属板表面喷塑，形成表面喷塑层；

步骤(三)、移入模具，预热升温，预热温度为喷塑层材料玻璃化转变温度与熔点温度的平均值，预热方式为红外加热或模具中预埋加热电极的方法，在喷塑层一侧注塑成型，形成注塑成型板；

步骤(四)、脱模。

其中，在步骤一及步骤(一)中所述的“金属板”，是指厚度4mm以下的金属薄板，材料可以为高强度钢、铝合金、镁合金等金属，优选高强度钢(屈服强度≥210mpa，抗拉强度≥270mpa)，在喷塑前需要进行抛丸或者喷砂、清洁和脱脂处理，在金属塑料混合结构中起主要的承载作用；

其中，在步骤一中所述的“冲压件”，是通过金属板冲压制成；为了进一步提高混合结构的界面结合强度，可以在冲压模具内或压头表面制造出微尺度的凸凹形状，从而在钢板冲压过程中在其表面压刻出微尺度的凹凸几何形状；

其中，在步骤二中所述的“冲压件表面喷塑层”，其喷塑层材料为聚丙烯pp、聚酰胺pa或聚碳酸酯pc等热塑性塑料粉末，喷塑工艺优选静电喷塑或冷气体动力喷塑，当使用冷气体动力喷塑时，需要对金属板进行预热，如果冲压工艺增加了钢板凸凹几何成型工艺，喷塑层厚度为0.3mm以下，如果钢板表面没有凸凹几何形状，喷塑层厚度为0.3mm-0.6mm；

其中，在步骤三中所述的“注塑成型结构”，其注塑成型所使用的材料为聚丙烯pp、聚酰胺pa或聚碳酸酯pc等热塑性塑料颗粒；采用在喷塑层表面直接注塑成型实现三相材料的有效连接，在注塑前需要对金属板与表面喷塑体的复合板进行预热，预热温度为喷塑层材料玻璃化转变温度与熔点温度的平均值，预热方式为红外加热或模具中预埋加热电极的方法，实现复合板在模具内的快速升温；注塑成型结构的加强筋型式可以为x型、十字型或其他型式，可以根据需要进行设计；

其中，在步骤(二)中所述的“表面喷塑层”，其喷塑层材料为聚丙烯pp、聚酰胺pa或聚碳酸酯pc等热塑性塑料，喷塑工艺优选静电喷塑或冷气体动力喷塑，当使用冷气体动力喷塑时，需要对金属板进行预热，喷塑层厚度为0.3mm-0.6mm；

其中，在步骤(三)中所述的“注塑成型板”，其注塑成型所使用的材料为聚丙烯pp、聚酰胺pa或聚碳酸酯pc等热塑性塑料，采用在喷塑层表面直接注塑成型实现三相材料的有效连接，在注塑前需要对金属板与表面喷塑体的复合板进行预热，预热温度为喷塑层材料玻璃化转变温度与熔点温度的平均值，预热方式为红外加热或模具中预埋加热电极的方法，实现复合板在模具内的快速升温。

通过以上步骤，可以快速制造出重量轻、低成本、外观美观和力学性能好的金属塑料混合结构，与现有汽车、工程机械等设备的金属零部件用冲压制造工艺兼容性好，解决了传统金属塑料混合结构制造中界面强度低、易开裂、成本高、外形不美观、生产速度慢等实际问题。

3、本发明“一种金属塑料混合结构的制造方法”，其优点如下：

(1).工艺简单，与现有汽车、工程机械等设备的金属零部件用冲压制造工艺兼容性好，生产周期短，成型成本低。

(2).使用本发明制造出来的混合结构重量轻，外观美观，克服了塑料力学性能差、钢铁密度大的缺点，而且可设计性强，塑料为热塑性塑料，容易回收再利用。

总之，该方法是一种便于工程应用的金属塑料混合材料及结构制造工艺，可以应用于汽车、工程机械等多个领域的轻量化零部件制造中。

附图说明

图1是本发明的实施例1流程图。

图2是本发明的实施例2流程图。

图中符号说明如下：

1-金属板、2-表面喷塑层、3-注塑成型板、4-钢板、

5-冲压件、6-冲压件表面喷塑层、7-注塑成型结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作进一步详细说明：

实施例1

如图1所示，根据本发明一种金属塑料混合结构的制造方法，其一方面，提供了一种先喷塑后注塑成型的金属塑料混合板，包括金属板1、表面喷塑层2和注塑成型板3，它们之间的关系是：金属板1和表面喷塑层2通过喷塑工艺而紧密结合，表面喷塑层2和注塑成型板3通过注塑工艺而紧密结合，金属板1与注塑成型板3通过表面喷塑层2实现连接。

所述金属板1为薄板，长宽尺寸可以根据需要而定，厚度在4mm以下，材料可以为高强度钢、铝合金、镁合金等金属，优选高强度钢(屈服强度≥210mpa，抗拉强度≥270mpa)，在喷塑前需要进行抛丸或者喷砂、清洁和脱脂处理；

所述表面喷塑层2，其喷塑层材料为聚丙烯pp、聚酰胺pa、聚碳酸酯pc等热塑性塑料粉末，喷塑工艺优选静电喷塑或冷气体动力喷塑，当使用冷气体动力喷塑时，需要对金属板进行预热，喷塑层厚度为0.3mm-0.6mm；

所述注塑成型板3，其注塑成型所使用的材料为聚丙烯pp、聚酰胺pa、聚碳酸酯pc等热塑性塑料颗粒，采用在喷塑层表面直接注塑成型实现三相材料的有效连接，在注塑前需要对金属板1与表面喷塑层2的复合板进行预热，预热温度为喷塑层材料玻璃化转变温度与熔点温度的平均值，预热方式为红外加热或模具中预埋加热电极的方法，实现复合板在模具内的快速升温；

本实施方案包括以下具体步骤：

步骤(一)、金属板裁剪，对准备喷塑的表面进行清洁和脱脂等预处理；

步骤(二)、在金属板表面喷塑，形成表面喷塑层；

步骤(三)、移入模具，预热升温，预热温度为喷塑层材料玻璃化转变温度与熔点温度的平均值，预热方式为红外加热或模具中预埋加热电极的方法，在喷塑层一侧注塑成型，形成注塑成型板；

步骤(四)、脱模。

实施例2

如图2所示，根据本发明一种金属塑料混合结构的制造方法，其一方面，提供了一种先喷塑后注塑成型的金属塑料混合梁，包括钢板4、冲压件5、冲压件表面喷塑层6和注塑成型结构7，它们之间的关系是：钢板4为冲压件5的原材料，冲压件5与冲压件表面喷塑层6通过喷塑工艺而紧密结合，冲压件表面喷塑层6和注塑成型结构7通过注塑工艺而紧密结合。

所述钢板4为薄板，长宽尺寸可以根据需要而定，厚度在4mm以下，材料为高强度钢、(屈服强度≥210mpa，抗拉强度≥270mpa)；

所述冲压件5通过钢板4冲压制成，为了进一步提高混合结构的界面结合强度，可以在在冲压模具内或压头表面制造出微尺度的凸凹形状，从而在钢板冲压过程中在其表面压刻出微尺度的凹凸几何形状；

所述冲压件表面喷塑层6，其材料为聚丙烯pp、聚酰胺pa、聚碳酸酯pc等热塑性塑料粉末，喷塑工艺优选静电喷塑或冷气体动力喷塑，当使用冷气体动力喷塑时，需要对金属板进行预热，如果冲压工艺增加了钢板凸凹几何成型工艺，喷塑层厚度为0.3mm以下，如果钢板表面没有凸凹几何，喷塑层厚度为0.3mm-0.6mm；

所述注塑成型结构7，其材料为聚丙烯pp、聚酰胺pa、聚碳酸酯pc等热塑性塑料，采用在喷塑层表面直接注塑成型实现三相材料的有效连接，在注塑前需要对金属板1与表面喷塑层2的复合板进行预热，预热温度为喷塑层材料玻璃化转变温度与熔点温度的平均值，预热方式为红外加热或模具中预埋加热电极的方法，实现复合板在模具内的快速升温，注塑成型结构7的加强筋型式可以为x型、十字型或其他型式，可以根据需要进行设计。

本实施方案包括以下具体步骤：

步骤一、钢板裁剪，然后冲压成型，形成冲压件，其具体形状根据需要而定，如u型开口梁；

步骤二、对冲压后结构的内表面进行清洁和脱脂等预处理，然后在其表面喷塑，形成冲压件表面喷塑层；

步骤三、移入模具，预热升温，预热温度为喷塑层材料玻璃化转变温度与熔点温度的平均值，预热方式为红外加热或模具中预埋加热电极的方法，在喷塑层一侧注塑成型，形成注塑成型结构，如x型、十字型的塑料筋肋结构；

步骤四、脱模。

本发明按照设想实施特例进行了说明，但不局限于上述实例，凡是符合本发明的思路，采用相似结构及材料替换的方法所获得的技术方案，都属于本发明的保护范围之内。