CN101356416A - 金属模制体和用于制造金属模制体的方法 - Google Patents

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Abstract

为了提高由金属泡沫矩阵(4)制成的金属模制体的强度，在金属模制体内嵌入一个嵌件(3)。本发明建议其特征在于，使用一个具有松动地嵌套连接的环(6)的易剪切的环编织物作为嵌件(3)，由此可以获得高的强度。

Description

金属模制体和用于制造金属模制体的方法
技术领域
本发明涉及一种多层的金属模制体，其具有一金属泡沫矩阵，一个单件式或多件式的嵌件嵌进所述金属泡沫矩阵内，其中金属泡沫矩阵和嵌件彼此形锁合地连接，以及涉及一种用于制造这样的金属模制体的方法。
背景技术
这样的金属模制体例如由DE 203 13 655U1公开，其描述了一种由泡沫铝构成的防弹的元件，所述泡沫铝具有嵌进其内的网状的加强件，其中加强件作为网眼织物或编织物由钢丝构成。网眼编织物是这样的一种编织物，其中多个连续的金属丝连接成编织物。各单个金属丝之间的接触位置在此可以是刚性的或松动的。被射击时，连续的金属丝通过待停止的射弹或者飞弹承受高的拉应力和拉伸，从而需要高强度和高延展的钢丝，或者钢丝必须相应地设计尺寸。尽管因此可获得良好的防弹性，但是由此提高了这样的金属模制体的成本。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供一种金属模制体，其不具有上述的缺点并且此外对侵入的或冲击的物体，如物体的冲击，例如由于附近的爆炸或射弹，具有更佳的强度。
上述目的通过本发明如此实现，即嵌件构成为易剪切的环编织物，其具有松动地嵌套连接的各环。本发明的用于制造多层的金属模制体的方法的特征在于下面的步骤：提供用于金属模制体的金属铸型；在金属铸型内设置至少一个单件式或多件式的嵌件，所述嵌件的形式为易剪切的环编织物并且具有松动地嵌套连接的环；熔化金属；将气体导入熔化的金属内，以便发泡熔化的金属，其中制成可流动的金属泡沫；将所述可流动的金属泡沫引入金属铸型内；并且冷却金属铸型内的金属，其中金属凝固，以构成金属模制体。
在负载(通过侧向的碰撞或在射击下)作用下，易剪切(schubweich/free to shear)的环编织物的各单个的环在金属泡沫矩阵内彼此滑动。由此强烈减小作用在各单个环上的负载，但是同时提高提高复合件的强度，因为该复合件可以消散大量的能量。此外显著减小复合件中的震荡波传播并且能够构成宽的裂纹前沿用于能量吸收。利用的本发明的金属模制体因此可以获得一个非常轻的构件，其具有直至最高的防弹等级B7。这样的金属模制件可以例如用作汽车中或建筑物上的装甲板，也可以用作人员的盾牌。
这个作用被进一步提高，当在金属泡沫矩阵内并排地或接连地设置多个环编织物时，其中环编织物也可以彼此偏置地设置。
根据应用，金属泡沫矩阵具有一个基本上单模态的气孔大小分布。金属泡沫矩阵的气孔大小也可以从金属模制体的一个侧面朝着对置的侧面逐渐地增加，由此可以进一步提高金属模制体的强度。
通过将环编织物预紧在金属泡沫矩阵内，可以提高金属模制体的强度。
对于用作防弹的装甲板的应用特别有利的是，在金属模制体的一个侧面上加设一个由均质的和/或各向同性的材料制成的其它层，如石膜，因为撞击的子弹断裂并且子弹的轨迹改变并且因此减小其影响。为了这样的应用有利的是，将所述层面对射击的方向。
附图说明
本发明接下来借助于示意的、非限制性的附图1至7描述，其示出有利的实施例。其中
图1一个多层的金属模制体的示意图；
图2至4本发明的金属模制体的横向剖视图；
图5环编织物的视图；
图6用于环编织物的可能的环的示例；
图7用于制造本发明的金属模制体的装置。
具体实施方式
图1示出一个刚性的面状的多层的金属模制体1，其中长宽高的比例有利地根据关系l、h＞＞b选择，因此得到一个具有大面积的侧面2的面状的金属模制体1。金属模制体1可以构成为板、盘或者具有任意的弯曲和任意的横截面的壳体。金属模制体1基本上由金属泡沫矩阵4、优选泡沫铝构成，在其中嵌进一个或多个单件式或多件式的嵌件3。金属泡沫4和嵌件3在此形锁合地彼此连接并且构成一个复合件。由于金属模制体1的制造方式(通过铸造方法)，可以通过粘结也导致一定的材料锁合(materialschlüssigen)的连接，然而仅仅直至大约最大30％，就断裂强度和拉伸强度而言。
嵌件3可以在此近乎任意地设置，如在图2至4中所示。例如可以在金属模制体1的边缘或中心处仅仅设置一个唯一的嵌件3。但是也可以设置多个并排或接连设置的嵌件3。同样可以考虑的是，不是基本上平行于侧面2设置嵌件3，而是与侧面成一定的角度。准确地可以如此设置，即一个或多个嵌件3在嵌进金属泡沫矩阵4之前利用一个规定的力F预紧。
金属泡沫4在一个优选的实施方式中具有一个基本上单模态(monomodale)的分布，即气孔基本上是全部相同大小的并且均匀地分布。然而也可以替换地设置，即金属泡沫矩阵4的气孔大小从金属模制体1的侧面2朝向对置的侧面逐渐地上升，如在图3中示出，这通过一个相应控制发泡过程实现。
当然也可能的是，将上述构造和设置任意组合并且因此与规定的应用相协调。
此外可以以合适的方法例如材料锁合，通过表面粘结在一个侧面2上加设一个由均质的和/或各向同性的材料制成的附加的层5，优选一个薄的石膜，例如由花岗岩等制成。层5特别是在用作防弹的刚性的模制件时起有利的作用，因为由此提高所允许的防弹等级并且减小或者甚至消除爆炸效果。层5为此面对射击的方向。通过这样的层5使得一个撞击的射弹断裂并且改变射弹的轨迹(基本上通过在撞击时转换成滚动)，并且因此减小效果。
嵌件3根据本发明构成为易剪切的环编织物，如在图5中所示。这样的环编织物在此由多个环6构成，它们彼此嵌接，但是彼此松动地嵌套，即不具有任何固定的接触位置。因此这样的环编织物在所有的方向上完全是易剪切的并且环6在负载下彼此滑动。这种环编织物的制造是已知的并且例如通过各单个环6的焊接形成一个编织物。环编织物在此例如构成为1:4、1:6或2:8的编织物，根据环在环中的定义。在图6中示出可能的环形状，其中在一个编织物中也可以组合不同的环形状。
本发明的效果由这样的在金属泡沫矩阵4内的易剪切的环编织物引起。在负载(由于碰撞或遭到射击)作用下各单个环6在金属泡沫矩阵4内彼此滑动。由此强烈减小作用在单个环6上的负载，但是同时提高复合件的强度，因为该复合件可以消散大量的能量。此外显著减小复合件中的震荡波传播并且能够构成宽的裂纹前沿用于能量吸收。利用的本发明的金属模制体因此可以获得一个非常轻的构件，其具有直至最高的防弹等级B7。这样的金属模制件可以例如用作汽车中或建筑物上的装甲板，也可以用作人员的盾牌。
一个可能的根据本发明的金属模制体1在此可以由铝(或者其它的合适的金属)-金属泡沫矩阵4构成，在该金属泡沫矩阵中嵌入由钢、钛、铝环构成的环编织物。环在此例如可以具有3-20mm的外部直径(根据应用)，并且金属泡沫矩阵4的气泡大小也根据应用选择，例如直至30mm的气泡大小。环厚度可以例如在1mm至2mm之间选择。环编织物也可以进行表面处理并且硬化。环编织物在金属泡沫矩阵4内的预紧力可以例如为1kN。这种设置特别适合用作防弹的金属模制体，用于5米范围的1kgTNT，或者在15m范围的15kg塑料炸药。
下面借助于图7示例地描述本发明的金属模制体1的制造。
在一个两部分的金属铸型10内在一限定金属模制件的外部形状的空腔12内部的期望位置上设置一个或多个单件式的或多件式的、易剪切的环编织物形式的嵌件3，其具有松动地相互嵌套连接的各环6。嵌件3在此也可以利用规定的力预紧。在一个炉子14内加热金属例如铝并且使其变成液体状态。金属铸型10的空腔12经由填充孔11和填充件13(或类似的装置)与炉子14连接。填充件13浸入炉子14内的液体的金属池16内。在炉子14内，在填充件13的下方，此外设置一个发泡装置18，例如喷嘴装置或叶轮。合适的发泡装置和发泡方法例如在申请人的专利EP 1 288 320 B1和EP 1 419 835 B1中描述。经由一个输入管20给发泡装置18输入气体优选空气，其经由发泡装置18流入液体的金属池16内并且在金属池内构成气泡22。气泡22在金属池16和填充件13内上升(通过图7中的箭头表示)并且到达金属铸型10的空腔12内。发泡过程在此如此长地实施，直至整个空腔12填满气泡22或金属泡沫4。金属泡沫可以在此被压入金属铸型10的空腔12内，例如通过施加一个压力至金属池16。由此嵌件3，至少部分地，优选完全地被液体的金属泡沫包围并且嵌进金属泡沫矩阵4内。当然也可以在有些情况下在金属铸型10或炉子14和外部环境之间设置必要的通风口，以便在填充期间保证压力平衡。在发泡过程之后，空腔12被封闭并且金属铸型10为了冷却被移除。
在填充后，金属铸型10或位于其内的金属模制体1被冷却，直至液体的金属泡沫凝固并且构成金属泡沫矩阵4。而后可以开启金属铸型10并且取出制成的金属模制体1。
原则上也可能的是，在发泡前将金属铸型10的空腔12部分或完全地填充液体金属，例如通过在液体的金属池16上施加一个压力，由此填充件13和因此空腔12内的液体水平上升。如果液体金属如上所述进行发泡，那么气泡22重新向上并且挤压空腔12内的液体金属，直至空腔12完全填充了金属泡沫，以构成金属泡沫矩阵4。为此也可以设置一定的压力平衡，以便确保均匀的发泡构成，例如通过在发泡过程中缓慢地抬起金属铸型或者缓慢降低作用在金属池16上的压力。
发泡过程也可以如此控制，使得金属模制体1的具有金属泡沫的区域和由紧凑金属构成的区域并排贴靠。为此也可以在金属铸型10内设置合适的分离元件。
当然也可能的是，分离发泡过程和铸造过程。为此在一个单独的装置如炉子14内制造金属泡沫，例如根据传统的方法，并且利用合适的装置例如长柄勺将所述金属泡沫输送至一个单独的金属铸型10内。这例如可以如此实现，其中液体的金属泡沫在金属铸型10内。在此液体的金属泡沫填充到金属铸型10的空腔12内。这例如可以实现，即液体的金属泡沫被压入金属铸型的空腔12内，例如借助于推杆。

Claims (16)

1.多层的金属模制体，具有一金属泡沫矩阵(4)，一单件式或多件式的嵌件(3)嵌进所述金属泡沫矩阵内，其中金属泡沫矩阵(4)和嵌件(3)形锁合地彼此连接，其特征在于，嵌件(3)构成为具有松动地嵌套连接的环(6)的、易剪切的环编织物。
2.如权利要求1所述的多层的金属模制体，其特征在于，在金属泡沫矩阵(4)内并排地或接连地设置多个嵌件(3)。
3.如权利要求1或2所述的多层的金属模制体，其特征在于，金属泡沫矩阵(4)具有一个基本上单模态的气孔大小分布。
4.如权利要求1或2所述的多层的金属模制体，其特征在于，金属泡沫矩阵(4)的气孔大小从金属模制体(1)的一个侧面(2)朝着对置的侧面逐渐地增加。
5.如权利要求1至4之一项所述的多层的金属模制体，其特征在于，将嵌件(3)预紧在金属泡沫矩阵(4)内。
6.如权利要求1至5之一项所述的多层的金属模制体，其特征在于，在金属模制体(1)的一个侧面(2)上加设一个由均质的和/或各向同性的材料制成的其它的层(5)。
7.如权利要求6所述的多层的金属模制体，其特征在于，所述其它的层(5)是石膜。
8.如权利要求1至7之一项所述的金属模制体应用为防弹的刚性的模制件。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，在金属模制体(1)的面对射击的侧面上加设一个由均质的和/或各向同性的材料制成的其它的层(5)。
10.用于制造一个多层的金属模制体(1)的方法，具有如下的步骤：
提供用于金属模制体(1)的金属铸型(10)；
在金属铸型(10)内设置至少一个单件式或多件式的嵌件，所述嵌件的形式为易剪切的环编织物并且具有松动地嵌套连接的环；
熔化金属；
将气体导入熔化的金属(16)内，以便发泡熔化的金属(16)，其中制成可流动的金属泡沫；
将所述可流动的金属泡沫引入金属铸型(10)内；并且
冷却金属铸型(10)内的金属，其中金属凝固，以构成金属模制体(1)。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，将所述可流动的金属泡沫压入或填充入所述金属铸型(10)内。
12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，金属铸型(10)以一个填充孔(11)设置在金属熔体(16)上方，金属铸型(10)的空腔(12)与填充件(13)以液体金属密封的方式连接，其中填充件(13)伸入金属熔体(16)内并且将所述可流动的金属泡沫通过填充件(13)导入金属铸型(10)的空腔(12)内。
13.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，金属铸型(10)以一个填充孔(11)设置在金属熔体(16)上方，金属铸型(10)的空腔(12)与填充件(13)以液体金属密封的方式连接，其中填充件(13)伸入金属熔体(16)内，使金属熔体(16)的液体金属水平通过填充件(13)和填充孔(11)向上导入金属铸型(10)的空腔(12)内，并且通过所述可流动的金属泡沫挤压空腔(12)内的金属熔体(16)。
14.如权利要求10至13之一项所述的方法，其特征在于，在引入所述可流动的金属泡沫之前，对至少一个嵌件(3)预紧。
15.如权利要求10至14之一项所述的方法，其特征在于，如此控制发泡过程，使得金属泡沫的气孔大小在发泡期间逐渐增大或减小。
16.如权利要求10至15之一项所述的方法，其特征在于，在凝固的金属模制体(1)的一个侧面(2)上加设一个由均质的和/或各向同性的材料制成的其它的层(5)。
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