PROCEDIMIENTO PARA UNIR UN PERNO METÁLICO CON UNA PIEZA DE TRABAJO DE PLÁSTICO.

- Procedimiento para unir un perno metálico (1, 1') con una pieza de trabajo de plástico (2),

que comprende los pasos siguientes: - habilitación de una primera pieza de plástico (2) y un perno metálico (1, 1') e - introducción a presión del perno (1, 1') en una superficie de la primera pieza de trabajo de plástico (2), a cuyo fin se rota el perno (1, 1') durante la introducción a presión y se elige la velocidad de rotación del perno (1, 1') de modo que se plastifique la primera pieza de trabajo de plástico (2), con lo que, después de una detención de la rotación, se ancla el perno (1, 1') en la primera pieza de trabajo de plástico (2) por medio de un acoplamiento cinemático de forma, caracterizado porque se plastifica y se deforma el perno (1, 1') y porque se deforma la punta (5) del perno (1, 1') haciendo que ésta se abombe de tal manera que el diámetro (D) de la punta (5) sea mayor que el del tramo del perno (1, 1') que se introduce a presión en la primera pieza de trabajo de plástico (2)

La presente invención concierne a un procedimiento para unir un perno metálico con una pieza de trabajo de plástico. En lo que sigue se entiende aquí por "perno" un elemento sustancialmente cilíndrico y, por tanto, rotacionalmente simétrico con una superficie periférica, entendiéndose el diámetro en la zona de la superficie periférica como el diámetro del perno.

En la industria de automóvil, la industria naval y la industria de la construcción se utilizan cada vez con mayor frecuencia las llamadas estructuras multimaterial que comprenden, por un lado, plásticos y, por otro, metales, estando unidos los dos componentes de material uno con otro por medio de un acoplamiento cinemático de fuerza. De esta manera, se combinan las propiedades de ambos materiales para obtener así un material compuesto con propiedades mejoradas. Para unir los plásticos y los metales unos con otros se pueden utilizar sobre todo uniones mecánicas y uniones pegadas.

En el caso de las uniones mecánicas entran en consideración especialmente uniones remachadas o roblonadas, pero éstas presentan las desventajas siguientes. Por un lado, se presentan altas concentraciones de tensiones en las piezas de trabajo. Por otro lado, se puede producir un aflojamiento posterior de la unión a consecuencia de fluencia, humedad y relajación. Por último, es desventajoso en uniones mecánicas el hecho de que su aspecto exterior excluye una utilización en una zona visible o bien es necesario mecanizar posteriormente esta unión.

Las uniones pegadas adolecen de la desventaja de que la resistencia de la unión puede estimarse solamente con dificultad. Además, se plantea el problema de que, debido al tiempo de endurecimiento de un pegamento, los tiempos de ciclo para el establecimiento de una unión pegada son relativamente largos. Además, durante el endurecimiento se pueden liberar disolventes, de modo que puede resultar necesaria una vigilancia de emisiones al producir la unión pegada. Además, cuando son necesarias temperaturas elevadas para el endurecimiento, se pueden ver afectadas la piezas de trabajo. Por último, para obtener una unión pegada fiable puede ser necesario tratar previamente las superficies que se deben unir, lo que significa un coste adicional.

Aparte de las uniones mecánicas y las uniones pegadas, se conocen también procedimientos de soldadura para fabricar estructuras multimaterial. Los procedimientos de soldadura aplicados para ello comprenden soldadura por ultrasonidos, soldadura por resistencia, soldadura por vibración, soldadura por inducción y soldadura por infrarrojos. Sin embargo, se manifiestan aquí las desventajas de principio siguientes. Por un lado, es necesario aquí también un tratamiento previo de las superficies y, por otro lado, a causa del rendimiento relativamente pequeño, el consumo de energía para establecer una unión soldada de esta clase es relativamente grande. Además, las uniones así producidas presentan tan sólo una pequeña fiabilidad, de modo que éstas no pueden utilizarse en zonas sensibles.

Mientras tanto, se han desarrollado las llamadas técnicas de unión híbridas en las que se intenta conseguir una mejora de las propiedades de unión mediante la combinación de dos o más métodos de unión convencionales. Se conoce a este fin por el documento DE 101 49 633 A1 la unión de collar metálico en la que se troquela primeramente en la pieza metálica un agujero, de modo que el agujero queda rodeado seguidamente por un "collar" metálico de forma circular. Este collar es introducido después a presión en la pieza de plástico a unir con la pieza metálica, con lo que se presenta luego una unión cinemática de forma. Sin embargo, con esta introducción a presión se pueden producir en la pieza de plástico unas fisuras capilares que a su vez pueden conducir a que falle la unión bajo carga.

En otro procedimiento híbrido se unen un metal y un plástico uno con otro de tal manera que el plástico sea inyectado en cavidades que se han formado previamente en las piezas metálicas, de modo que se establece así una unión cinemática de forma entre, por un lado, el plástico y, por otro, el metal. Sin embargo, debido a la costosa mecanización previa de las piezas metálicas, este procedimiento consume mucho tiempo y necesita largos tiempos de ciclo.

El documento DE 198 15 217 A1 describe un procedimiento para unir un tornillo metálico con un cuerpo de material espumado, en el que el tornillo es hincado a rotación en el cuerpo, de modo que el material del cuerpo se funde debido al calor de rozamiento y se pega con el vástago y la rosca del tornillo introducido estableciendo un acoplamiento cinemático de forma. Para asegurar el tornillo contra su extracción pueden estar previstos aquí por debajo de la cabeza del tornillo unos nervios radialmente dirigidos que presenten una sección transversal cuneiforme.

El documento US 2001/005541 A1 concierne a un procedimiento de dos etapas para fijar un emblema en cubiertas de airbags de vehículos. En este caso, un gran número de patas que tienen extremos distales y están formadas en el lado posterior de un emblema se introducen primeramente en un gran número de agujeros formados en la cubierta del airbag. A continuación, se deforman térmicamente los extremos distales de las patas, por ejemplo por medio de un vibrador de ultrasonidos, con lo que se produce una formación de puentes entre las patas grandes y de cabezas sobre las patas pequeñas.

En el documento US 3 654 688 A1 se describen insertos metálicos huecos en cuerpos termoplásticos para proporcionar medios de anclaje con ayuda de los cuales se pueden fijar los cuerpos a otras estructuras. Los insertos presentan en su lado exterior unas hendiduras, entalladuras, moleteados u otras propiedades superficiales irregulares, que se extienden en sentido periférico o están orientadas en dirección axial, para que dichos insertos queden asegurados en el cuerpo termoplástico frente a un movimiento axial y un movimiento de rotación.

Se conoce por el documento US 3 481 803 un procedimiento de soldadura por fricción para unir un perno termoplástico de forma de varilla con un cuerpo de material termoplástico. Mediante un atornillamiento continuo del perno en la capa termoplástica se funde el perno.

Por tanto, partiendo del estado de la técnica, la presente invención se basa en el problema de proporcionar un procedimiento que haga posible una unión fiable de, por un lado, piezas de trabajo metálicas y, por otro, piezas de trabajo de plástico y que pueda realizarse de manera sencilla y conduzca a una mayor capacidad de carga en la dirección axial del perno.

Este problema se resuelve por medio de un procedimiento para unir un perno metálico con una pieza de trabajo de plástico con los pasos siguientes:

- habilitación de una primera pieza de plástico y un perno metálico e

- introducción a presión del perno en una superficie de la primera pieza de plástico, siendo rotado el perno durante la introducción a presión y eligiéndose la velocidad de rotación del perno de modo que se plastifique la primera pieza de trabajo de plástico, con lo que, después de una detención de la rotación, el perno queda anclado en la primera pieza de plástico mediante un acoplamiento cinemático de forma, plastificándose y deformándose el perno y deformándose la punta del perno mediante el recurso de que ésta se abombe de tal manera que el diámetro de la punta sea mayor que el del tramo del perno que se introduce a presión en la primera pieza de plástico.

Por medio del procedimiento según la invención se pueden unir entre ellas, por un lado, piezas de trabajo de plástico y, por otro, piezas de trabajo metálicas a través del perno de unión. Se aprovecha para ello el hecho de que, debido a la rotación del perno durante la introducción a presión, se plastifica primeramente una zona delgada de la pieza de trabajo de plástico que rodea al perno y se hace así posible la penetración del perno en la pieza de trabajo de plástico. Cuando se detiene la rotación, se endurece el material de la pieza de trabajo de plástico, y se puede producir un acoplamiento cinemático de forma entre el perno y la pieza de trabajo, especialmente en la dirección axial del perno. Esta unión entre el perno y la pieza de trabajo de plástico puede establecerse sin que sea necesario tratar previamente la pieza de trabajo de plástico. Además, no son necesarias complicadas construcciones de dispositivo para realizar el procedimiento según la invención. Para asegurar una unión... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para unir un perno metálico (1, 1') con una pieza de trabajo de plástico (2), que comprende los pasos siguientes:

- habilitación de una primera pieza de plástico (2) y un perno metálico (1, 1') e

- introducción a presión del perno (1, 1') en una superficie de la primera pieza de trabajo de plástico (2), a cuyo fin se rota el perno (1, 1') durante la introducción a presión y se elige la velocidad de rotación del perno (1, 1') de modo que se plastifique la primera pieza de trabajo de plástico (2), con lo que, después de una detención de la rotación, se ancla el perno (1, 1') en la primera pieza de trabajo de plástico (2) por medio de un acoplamiento cinemático de forma,

caracterizado porque se plastifica y se deforma el perno (1, 1') y porque se deforma la punta (5) del perno (1, 1') haciendo que ésta se abombe de tal manera que el diámetro (D) de la punta (5) sea mayor que el del tramo del perno (1, 1') que se introduce a presión en la primera pieza de trabajo de plástico (2).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el perno (1, 1') presenta un perfilado (12, 13) en su superficie periférica.

3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que se dispone una segunda pieza de trabajo de plástico sobre la primera pieza de trabajo de plástico y se introduce a presión el perno (1, 1') por rotación en la primera y en la segunda piezas de trabajo de plástico (2).

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que se aplica una primera pieza de trabajo de metal (6) a la primera pieza de trabajo de plástico (2) en una superficie que está enfrente de la superficie en la que se introduce a presión el perno (1, 1'), y en el que se introduce a presión el perno (1, 1') por rotación en la primera pieza de trabajo de plástico (2) hasta una profundidad tal que la punta (5) del perno (1, 1') entre en contacto con la primera pieza de trabajo metálica (6).

5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que se forma una unión de soldadura (7) entre el perno (1, 1') y la primera pieza de trabajo metálica (6).

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que se dispone sobre la superficie de la primera pieza de trabajo de plástico (2), en la que se introduce a presión por rotación el perno (1, 1'), una segunda pieza de trabajo metálica (8) que presenta un taladro de paso (9) para el perno (1, 1'), y en el que se conduce el perno (1, 1') a través del taladro (9) y se le introduce a presión por rotación en la primera pieza de trabajo de plástico (2).

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que el perno (1, 1') presenta en el extremo alejado de la primera pieza de trabajo de plástico (2) una cabeza (10) que tiene un diámetro agrandado en comparación con el tramo introducido a presión en la pieza de trabajo de plástico (2).

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que se forma una unión de soldadura (11) entre la segunda pieza de trabajo metálica (8) y la cabeza (10).