CN108136491A - 用于连续生产带形金属工件的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于连续生产带形金属工件的方法，其中将熔融物引入浇铸区域，被引入浇铸区域中的熔融物至少部分地凝固，并且将该至少部分凝固的熔融物从浇铸区域中运出，其中在被引入到浇铸区域中的熔融物中添加空心体，这些空心体被包围在工件中。此外，本发明涉及一种用于连续生产带形金属工件的装置，该装置具有浇铸区域，熔融物可引入至该浇铸区域中并且在该区域中所引入的熔融物可至少部分地凝固，该装置还具有运输装置，尤其是浇铸辊或者用于将至少部分地凝固了的熔融物从浇铸区域中运出的带，并且具有用以将空心体添加至引入到浇铸区域中的熔融物中的添加装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于连续生产带形金属工件的方法，其中将熔融物引入浇铸区域，被引入浇铸区域中的熔融物至少部分地凝固，并且将该至少部分凝固的熔融物从浇铸区域中运出。此外，本发明还涉及一种用于连续生产带形金属工件的装置以及这样的工件。
背景技术
带形金属工件例如可以借助于带材连铸方法生产。这种方法允许连续的、近终形的工件生产，由此实现了高产量的低价格生产。
这种方法由DE 196 05 398 A1中已知。在也被称为双辊铸轧的方法中将液态的金属熔融物引入两个相对转动的铸轧辊之间的浇铸区域中。该熔融物在铸轧辊的表面凝固并形成两个壳，将这两个壳在铸轧辊之间的缝隙中压合成工件并从浇铸区域中运出。为了提高工件的强度特性，将加强组分，例如颗粒或者纤维添加到熔融物中，这些加强组分被包裹在工件中，由此形成了复合材料。
但不利的是，所生产的工件具有在一些应用领域，例如在车辆制造中，被认为过高的重量。因此存在获得具有降低的重量的工件的需求。
发明内容
本发明的目的在于，降低所制造的工件重量。
该目的通过用于连续生产带形金属工件的方法解决，其中将熔融物引入浇铸区域，被引入浇铸区域中的熔融物至少部分地凝固，并且将该至少部分凝固的熔融物从浇铸区域中运出，其中在被引入到浇铸区域中的熔融物中添加空心体，这些空心体被包围在工件中。
将添加到熔融物中的空心体在熔融物凝固时包围。因此可以得到具有通过空心体形成的空腔的工件。因为空心体具有与熔融物材料相比更小的密度，工件的重量得以降低。
利用根据本发明的方法可以生产近终形的工件，这有这样的优势，即后续不需要明显的成型来达到预先规定的构件厚度。由此可以避免在工件中产生的空腔通过接下来的成型而缩小。
这种工件也被称作复合泡沫，尤其复合金属泡沫，或者复合物金属泡沫。
空心体材料，尤其空心体的外壳材料优选具有比熔融物材料更高的熔点，这样就不必担心空心体在熔融物中熔化。空心体材料，尤其空心体的外壳材料的熔点例如可高于1500℃，优选高于1800℃，特别优选高于2000℃。熔融物材料优选为钢材。替代或额外地，该熔融物材料还可以含有铝，钛，锌，铜，铬，镍或镁。
一个有利的设计方案设定，空心体形成为空心球。该空心球可以具有小于5mm，优选小于3mm，优选小于2mm的直径。
此外，当空心体具有无机材料，尤其陶瓷材料时是有利。例如这些空心体可以包括氧化铝(Al2O3)，二氧化锆(ZrO2)，碳化硅(SiC)，碳化硼(B4C)，氮化硅(Si3N4)，硼化钛(TiB2)，碳化钨(WC)，碳化钛(TiC)，二氧化硅(SiO2)或这些材料的组合。替代地或者额外地，该空心体可以具有金属材料，例如铁或者铁合金。空心体优选由金属间化合物构成。根据另一个替代方案，空心体可以由先前提到的陶瓷材料和一种或多种金属的组合构成。
当将空心体在添加至被引入到浇铸区域中的熔融物中之前进行预热时，证明是有利的。通过预热可以将空心体加热至更高的温度，在该温度下减小了在与空心体首次接触时熔融物不希望地凝固的危险。可以将空心体预热至大于熔融物液相线温度的0.6倍，优选大于熔融物液相线温度的0.7倍，特别优选大于熔融物液相线温度的0.9倍的温度。
根据本发明的方法以熔融物的高流动速度实现了高的处理速度。空心体由熔融物的流动带入，由此抑制了空心体的上浮—尽管其密度较小。
一个优选的设计方案设定，将空心体固定在载体元件中然后与该载体元件一起添加至引入到浇铸区域中的熔融物中。通过将空心体固定在载体元件中可以额外地抑制该空心体由于其较小的密度而在熔融物中不期望地上浮。通过该载体元件可以将空心体引导至熔融物中。
在这个方面有利的事，将该载体元件与空心体一起在添加至引入浇铸区域中的熔融物中之前进行预热，这样减小了在与空心体首次接触时熔融物不希望地凝固的危险。
优选将该载体元件熔化在熔融物中，由此将固定在该载体元件中的空心体释放。由于载体元件的熔化，空心体可以在熔融物内部至少轻微地移动。在工件内部设置特定的空心体分布因此也是可能的。优选如此选择载体元件的材料，使得其具有比空心体的熔点更低的熔点温度。另外，当载体元件的熔点温度比熔融物材料熔点的温度更低或相同时是有利的，这样不需将载体元件加热超过熔融物温度。特别优选的是载体元件的材料与熔融物的材料完全一致。例如载体元件和熔融物均由钢材构成。
一个有利的设计方案设定，载体元件柔性形成，尤其作为网，软管或者薄膜。柔性载体元件可以简化地储存，例如卷绕在分配卷轴上。载体元件优选为金属网，金属软管或者金属薄膜，尤其是钢网、钢制软管或者钢制薄膜。在形成为网的载体元件中可以设置口袋，空心体安置在这些口袋中。在形成为薄膜的载体元件中，可以将空心体包围在两个表面之间。
将载体元件形成为带形并且连续添加至熔融物中的设计方案是优选的。通过带形载体元件，同样可以将空心体连续地添加至连续铸造方法的熔融物中。
当将添加装置的汇入口，尤其长形管的汇入口设置在引入到浇铸区域中的熔融物表面之下，并且将空心体通过该添加装置的汇入口添加至熔融物中时，被证明是有利的。空心体的添加可以松散地或者借助于载体装置进行。通过汇入熔融物中的添加装置可以将空心体直接加入熔融物中。此外，通过调整汇入口的位置可以调整空心体在所制造的工件内部的位置。添加装置可以与收集容器相连，空心体松散地储存在该收集容器中或者容纳在承载装置中地储存在该收集容器中。优选将添加装置，尤其添加装置的汇入口进行加热，以预热空心体。
此外，当将多个添加装置的汇入口，尤其多个长形管的汇入口设置在引入到浇铸区域中的熔融物表面之下，并且将空心体通过该添加装置的汇入口添加至熔融物中时，被证明是有利的。通过多个添加装置可以同时或者时间上先后地将不同种类的空心体添加至熔融物中。例如将具有不同大小或者具有不同材料组成的空心体通过不同的添加装置添加是可能的。替代性地或额外地，可以将空心体通过多个添加装置添加至浇铸区域的多个位置，这样可以将空心体在所制造的工件中安置在多个区域中。
根据一个有利的设计方案，将熔融物引入其中的浇铸区域安置在两个相对旋转的浇铸辊之间，其中将浇铸辊冷却，由此熔融物在浇铸辊的辊表面上凝固为壳并且将该壳在形成于浇铸辊之间的缝隙中压合。在此，提供了用于带材浇铸的双辊方法。熔融物的引入可以在基本垂直的方向中进行(垂直双辊方法)。空心体的添加可以在垂直方向中或者在相对于垂直方向呈对角线倾斜的方向中进行。
在这种方法中，当将空心体引入浇铸区域的包围两个辊之间的几何中心的区段中时是有利的，由此所制造的工件在其内部区域中具有相对于接近表面的边缘区域相比更高的空心体浓度。这例如当需要在接下来的加工步骤中加工工件的表面时是有利的。如果在接下来的加工的框架内需要将材料从表面剥除，那么会出现种类单一的废料，其与除熔融物材料外还含有空心体的废料相比可以更小的花费清除或重新利用。此外，可以通过将空心体引入浇铸区域的包围两个辊之间的几何中心的区段中来获得封闭的工件表面。
根据该方法的一个有利的设计方案，中断空心体至熔融物中的添加，以在工件中形成不含空心体的区域。利用这种处理方式可以将在后续的加工步骤中需成型或接合的区域形成为不含空心体的，以局部地影响工件的加工特性和之后的构件特性。
根据另一个有利的设计方案，可以将熔融物引入至浇铸区域中，该浇铸区域安置在输送带上。该输送带优选可以在水平方向上移动。可将输送带和/或限制出该输送带侧边边界的壁进行冷却，由此熔融物凝固并包围空心体。
此外，对解决开头所述的目的有利的还有用于连续生产带形金属工件的装置，该装置具有浇铸区域，熔融物可引入至该浇铸区域中并且在该浇铸区域中所引入的熔融物可至少部分地凝固，该装置还具有运输装置，尤其是浇铸辊，或者用于将至少部分地凝固了的熔融物从浇铸区域中运出的带，并且具有用以于将空心体添加至引入到浇铸区域中的熔融物中的添加装置。
该装置有与根据本发明的方法相同的优势。
该装置优选具有安置在两个相对旋转的浇铸辊之间的浇铸区域。将浇铸辊冷却，由此熔融物在浇铸辊的辊表面上凝固为壳并且将该壳在形成于浇铸辊之间的缝隙中压合。此外该装置具有用于将熔融物在垂直方向中引入的注入口。该添加装置优选如此形成，即空心体的添加倾斜于垂直方向进行。因此，该装置优选形成为用于垂直双辊方法的带材浇铸装置。
除前述有利的设计方案之外，在该装置中也可以单独或组合地应用关于方法所说明的有利的特征。
附图说明
本发明其它细节，特征和优势由图示和接下来根据图示对优选的实施形式的说明给出。这里，这些图示仅示出了本发明的示例性实施形式，这些实施形式不会限制本发明思想。
图1示出了根据本发明的生产装置的第一个实施例的示意性侧视图。
图2示出了根据本发明的生产装置的第二个实施例的示意性侧视图。
图3示出了利用根据本发明的方法生产的工件的第一个实施例的透视性剖面图。
图4示出了利用根据本发明的方法生产的工件的第二个实施例的示意性剖面图。
图5示出了利用根据本发明的方法生产的工件的第三个实施例的示意性剖面图。
图6示出了利用根据本发明的方法生产的工件的第四个实施例的示意性剖面图。
具体实施方式
在不同的图中将相同的部件一直以相同的附图标记标出并由此通常也分别只命名或提及一次。
在图1中示出了用于连续生产带形金属工件15的装置1的第一个实施例，利用该装置可以制造重量降低的工件15。该装置设计为根据垂直双辊方法的生产装置。其具有第一浇铸辊6和第二浇铸辊7，这两个浇铸辊由电机驱动相对旋转。两个浇铸辊6，7的旋转方向以箭头A，B示出。在浇铸辊6，7之间设置有缝隙21，该缝隙优选具有0.5mm至5mm，特别优选3mm的缝隙宽度。
在浇铸辊6，7上方的区域中安置有容器2，该容器填充有液态的金属熔融物5。熔融物5的材料可以含有例如钢，铝，钛，锌，铜，铬，镍，镁或者这些材料的组合。容器2具有安置在其底面上的注入口3，通过该注入口将液态熔融物5添加至装置1的浇铸区域4中，该浇铸区域也叫做熔融物池。这里，注入口3浸入被引入浇铸区域4中的液态熔融物5的表面20之下。
浇铸辊6，7，尤其浇铸辊6，7与被引入到浇铸区域4中的熔融物5相接触的辊表面，通过在图中未示出的冷却器冷却。由于这种冷却，熔融物5在辊表面至少部分地凝固，由此在辊表面上由部分凝固的熔融物11形成了所谓的带材壳。这些带材壳粘附在浇铸辊6，7上并且将其通过浇铸辊6，7的旋转运动朝缝隙21方向运输。在缝隙21之前的区域中将这两个已经形成于第一浇铸辊6和第二浇铸辊7上的带材壳压合并彼此焊接。由此将至少部分凝固的熔融物11从浇铸区域4中运出。形成了向下移出的带形工件15。工件15的厚度取决于缝隙21的缝隙宽度，并且在0.5mm至5mm范围内，优选为3mm。在后续的加工步骤中可以将工件15卷起和/或继续加工。
为了使得生产装置1的起动更轻松，该生产装置1具有起动带9，该起动带由卷扬机8放开。
根据本发明，在装置1中额外地向已经引入到浇铸区域4中的熔融物5中引入空心体12。将空心体12加入到正在凝固的熔融物5中和/或由已经部分凝固的熔融物11形成的带材壳之间，由此将该空心体包围在工件15中。空心体12的材料，尤其空心体12的外壳材料优选具有比熔融物5材料更高的熔点，这样就不必担心空心体12在熔融物5中熔化。空心体12在工件12内部形成所定义的空腔，这些空腔能够降低工件15的密度并由此有利于重量降低。这样就得到了根据复合泡沫种类形成的带形工件。空心体12优选设计为空心球，其中该空心球的直径可以在小于5mm，优选小于3mm，特别优选小于2mm的范围内。优选使用由陶瓷材料制成的空心体12，由此可以改善工件15的刚度和/或磨损行为。例如空心体12可以包括氧化铝(Al2O3)，二氧化锆(ZrO2)，碳化硅(SiC)，碳化硼(B4C)，氮化硅(Si3N4)，硼化钛(TiB2)，碳化钨(WC)，碳化钛(TiC)或二氧化硅(SiO2)。替代地或者额外地，该空心体12可以具有金属材料，例如铁。空心体12优选由金属间化合物构成。根据另一个替代方案，空心体12可以由先前提到的陶瓷材料和一种或多种金属的组合构成。
为了添加空心体12，生产装置1具有添加装置22，该添加装置安置在浇铸区域4之上。该添加装置具有载体元件13。空心体12固定在该载体元件13中，由此可以将空心体与该载体元件13一起添加到被引入到浇铸区域4中的熔融物5中，而不必担心空心体12在熔融物5中会上浮。载体元件13形成为柔性的带形载体元件13，例如形成为网，软管或者薄膜。该添加装置22此外还具有分配卷轴14，装配有空心体12的载体元件14卷绕在该分配卷轴上。载体元件13材料的熔点低于空心体的熔点并且低于或等于熔融物5材料的熔点，由此载体元件13熔化在熔融物5中并且固定在载体元件13中的空心体12释放至熔融物5中。由此通过该载体元件13将空心体12连续添加至浇铸区域4中。
生产装置1具有在图示中未示出的预热装置，通过该预热装置将载体元件13和空心体12进行预热，由此减小了在将载体元件13和空心体12引入熔融物5中时熔融物5凝固的危险。预热至大于熔融物5液相线温度的0.6倍，优选大于熔融物5液相线温度的0.7倍，特别优选大于熔融物5液相线温度的0.9倍的温度。
图2中示出了用于连续生产带形金属工件15的装置1的第二个实施例，该装置与根据第一个实施例的装置1的区别仅在于空心体12到熔融物5中的添加。根据第二个实施例的装置1包括用于添加空心体12的添加装置18，其设计为长形管形式。添加装置18的汇入口19安置在容纳在浇铸区域4中的熔融物5的表面20之下。空心体12的添加可以分散地进行。为此，添加装置18与收集容器25相连，空心体12储存在该收集容器中。收集容器25可选择性配备有用于预热空心体12的加热装置。优选加热该添加装置18，尤其该添加装置18的汇入口19。
在第二个实施例的一个变体中通过添加装置18将固定在载体元件15中的空心体12添加到熔融物5中。为此，例如将该载体元件15从分配卷轴上展开并通过添加装置18，尤其是其汇入口19，引入浇铸区域4中熔融物5的表面20之下。
根据第二实施例的另一个变体，生产装置1具有多个添加装置18，尤其多个长形管。这些添加装置18的汇入口19可以朝向浇铸区域4的不同区段，由此将空心体在不同的位置上包围至工件15中。
图3中示出了带形金属工件15的第一个实施例，该金属工件可利用根据本发明的装置1或者根据本发明的方法得到。该带形工件15具有基本呈矩形的横截面。工件15的表面26形成为平滑的。在直接连接在工件外部轮廓上的边缘区域16中，空心体15浓度低于位于工件15内部的内部区域17中的浓度。边缘区域16优选形成为不含空心体的，而内部区域17具有空心体12的紧密堆积。就此而言将工件15以薄板形式形成，该薄板具有多孔核心以及平滑表面26。这种工件15将通过多孔核心得到的重量降低的优势和良好的成型性，良好的机械特性、如高延展性，和/或平滑的、基本由熔融物材料所构成的表面的接合性统一起来。该工件15可作为近终形的半成品运送至接下来的加工步骤。
图4示出了带形金属工件15的第二个实施例的示意性剖面图。为了生产该工件15，间歇性中断空心体12至熔融物5中的添加，以在工件15中交替形成具有高空心体浓度的区段24和空心体稀少，尤其不含空心体的区段23。在空心体稀少的区段23中可以将工件15在接下来的加工步骤中成型和/或接合。具有高空心体浓度的区段24和空心体稀少的区段23在工件15中沿工件15的宽度方向和厚度方向延伸。
图5中示出了带形金属工件15的第三个实施例。在该工件15的生产中将空心体12同时引入到多个区域中，由此形成了多个具有更高的空心体浓度的区域。这些具有更高空心体浓度的区域在工件15的宽度方向和/或厚度方向上彼此间隔。
图6示出了带形金属工件15的第四个实施例。在该工件15的生产中将空心体12同时引入到多个区域中，由此形成了多个具有更高的空心体浓度的区域。这些具有更高空心体浓度的区域在工件15的宽度方向和/或厚度方向上彼此间隔。额外地间歇性中断空心体12至熔融物5中的添加，以在工件15中交替形成具有高空心体浓度的区段24和空心体稀少，尤其不含空心体的区段23。
前述装置1实现了用于连续生产带形金属工件15的方法，其中将熔融物5引入浇铸区域4，被引入浇铸区域4中的熔融物5至少部分地凝固，并且将该至少部分凝固的熔融物11从浇铸区域4中运出，其中在被引入到浇铸区域4中的熔融物5中添加空心体12，这些空心体12被包围在工件15中。由此可以达到工件15重量的降低。
附图标记说明
1 生产装置
2 容器
3 注入口
4 浇铸区域
5 熔融物
6 浇铸辊
7 浇铸辊
8 卷扬机
9 起动带
11 凝固的熔融物
12 空心体
13 载体元件
14 分配卷轴
15 工件
16 边缘区域
17 内部区域
18 添加装置
19 汇入口
20 熔融物表面
21 缝隙
22 添加装置
23 不含空心体的区段
24 具有高空心体浓度的区段
25 收集容器
26 表面
A 旋转方向
B 旋转方向
Claims (17)
1.用于连续生产带形金属工件(15)的方法，其中将熔融物(5)引入浇铸区域(4)，被引入浇铸区域(4)中的熔融物(5)至少部分地凝固，并且将至少部分凝固的熔融物(11)从所述浇铸区域(4)中运出，
其特征在于，
在被引入到所述浇铸区域(4)中的熔融物(5)中添加空心体(12)，所述空心体被包围在工件(15)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述空心体(12)的材料具有比所述熔融物(5)的材料更高的熔点。
3.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中所述空心体(12)形成为空心球。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中所述空心体(12)具有金属材料，尤其铁或者铁合金，或者陶瓷材料，尤其氧化铝，二氧化锆，碳化硅，碳化硼，氮化硅，硼化钛，碳化钨，碳化钛，二氧化硅或这些材料的组合。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中将所述空心体(12)在添加至被引入到浇铸区域(4)中的熔融物(5)中之前进行预热。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，将所述空心体(12)固定在载体元件(13)中然后与所述载体元件(13)一起添加至引入到浇铸区域(4)中的熔融物(5)中。
7.根据权利要求6所述的方法，其中将所述载体元件(13)与空心体(12)一起在添加至引入浇铸区域(4)中的熔融物(5)中之前进行预热。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中将所述载体元件(13)熔化在所述熔融物(5)中，由此将固定在所述载体元件(13)中的空心体(12)释放。
9.根据权利要求6至8中任意一项所述的方法，其中将所述载体元件(13)形成为网或者薄膜。
10.根据权利要求6至9中任意一项所述的方法，其中将所述载体元件(13)形成为带形并且连续添加至所述熔融物(5)中。
11.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中将添加装置(18)的汇入口(19)，尤其长形管的汇入口，设置在引入到浇铸区域(4)中的熔融物(5)表面(20)之下，并且将空心体(12)通过所述添加装置(18)的汇入口(19)添加至所述熔融物(5)中。
12.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中将多个添加装置(18)的多个汇入口(19)，尤其多个长形管的多个汇入口，设置在引入到浇铸区域(4)中的熔融物(5)表面(20)之下，并且将空心体(12)通过所述添加装置(18)的多个汇入口(19)添加至熔融物中。
13.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中所述浇铸区域(4)安置在两个相对旋转的浇铸辊(6，7)之间，将所述浇铸辊(6，7)冷却，由此所述熔融物(5)在所述浇铸辊(6，7)的辊表面上凝固为壳并且将所述壳在形成于所述浇铸辊(6，7)之间的缝隙(21)中压合。
14.根据权利要求13所述的方法，将所述空心体(12)引入浇铸区域(4)的包围两个浇铸辊(6，7)之间的几何中心的区段中。
15.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，中断所述空心体(12)至所述熔融物(5)中的添加，以在所述工件(15)中形成不含空心体的区域(23)。
16.用于连续生产带形金属工件(15)的装置，所述装置具有：浇铸区域(4)，熔融物(5)能够引入至所述浇铸区域中并且在所述浇铸区域中所引入的熔融物(5)能够至少部分地凝固；运输装置，尤其是浇铸辊(6，7)或者用于将已至少部分凝固的熔融物(11)从浇铸区域(4)中运出的带，
其特征在于，
所述装置具有添加装置(18，22)，用于将空心体(12)添加至引入到浇铸区域(4)中的熔融物(5)中。
17.带形金属工件，其特征在于，其通过根据权利要求1至15中任意一项所述的方法生产。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20191108 Termination date: 20210920 |