DE102007006156B3 - Making composite with component bonded to foamed body, for e.g. reinforcement, introduces thermally-foamable pressing into cavity of component, deforms, bonds and heats - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers, der zumindest ein Bauteil enthält, das mit einem Schaumkörper verbunden ist, sowie ein Zwischenprodukt zur Herstellung eines Verbundkörpers. Insbesondere findet die vorliegende Erfindung Anwendung für metallische Strangpressprofile mit massiver Außen- und poröser Innenstruktur, beispielsweise stranggepresste Aluminiumprofile mit porösen Aluminiumkernen.The The present invention relates to methods for producing a composite body which contains at least one component, that with a foam body and an intermediate for producing a composite body. Especially the present invention finds application for metallic extruded profiles with massive exterior and porous interior structure, for example, extruded aluminum profiles with porous aluminum cores.
Es wird als bekannt angesehen, dass Metallprofile mit Metallschaum, insbesondere Aluminiumschaum, teilweise oder vollständig gefüllt werden. Häufig erfolgt das Ausschäumen in einem Wärmebehandlungsprozess; alternativ ist jedoch auch das Einkleben vorgefertigter Schaumkerne in Metallprofile bekannt. Bei den ausgeschäumten oder mit Schaum ausgeklebten Profilen handelt es sich meist um Halbzeuge, die anschließend weiter verarbeitet werden und in größeren Baugruppen, beispielsweise im Maschinenbau oder bei der Herstellung von Fahrzeugkarosserien Anwendung finden.It It is considered well known that metal profiles with metal foam, in particular aluminum foam, partially or completely filled. Often done the foaming in a heat treatment process; Alternatively, however, is the bonding of prefabricated foam cores known in metal profiles. Foamy or foamed with foam Profiles are mostly semi-finished products, which then continue be processed and in larger assemblies, For example, in mechanical engineering or in the manufacture of vehicle bodies Find application.
Der Nutzen des Metallschaums besteht in einer Versteifung der Metallprofile und/oder einer Verbesserung des Dämpfungsverhaltens der ausgeschäumten Bauteile im Vergleich zu konventionellen Bauteilen. Um gegenüber Hohlprofilen zumindest gleichwertige Eigenschaften zu erzielen, können bei der Verwendung von Metallschäumen die Dicken der Profilwände der auszuschäumenden Metallprofile reduziert werden. Somit werden Metallschäume insbesondere in Bereichen eingesetzt, in denen Leichtbau unter Beibehaltung oder Verbesserung der Steifigkeit eines Bauteils betrieben wird.Of the Use of the metal foam consists in a stiffening of the metal profiles and / or an improvement in the damping behavior of the foamed components compared to conventional components. To opposite hollow profiles At least equivalent properties can be achieved in the Use of metal foams the thicknesses of the profile walls the foaming Metal profiles are reduced. Thus, metal foams become particular Used in areas where lightweight construction while retaining or Improvement of the rigidity of a component is operated.
Das Ausschäumen von Stahlteilen erfolgt entweder in einem Wärmebehandlungsprozess durch ein pulvermetallurgisches Metallschäumverfahren oder in einem gießähnlichen Prozess durch ein schmelzmetallurgisches Metallschäumverfahren im Bereich der Schmelztemperatur des Metallschaums. Werden die Stahlteile mit Aluminiumschaum ausgeschäumt, bleibt das Stahlteil erhalten, da die Schmelztemperatur von Stahl üblicherweise deutlich über der Schmelztemperatur von Aluminium liegt. Werden durch den Wärmebehandlungsprozess oder den gießähnlichen Prozess Änderungen der Stahlstruktur und ihrer Eigenschaften auf Atomgitterebene befürchtet, kann der Metallschaum auch in das Stahlteil eingeklebt werden.The foaming Steel parts either undergo a heat treatment process a powder metallurgical metal foaming process or in a casting-like Process by a melt metallurgical metal foaming process in Range of melting temperature of the metal foam. Be the steel parts Foamed with aluminum foam, the steel part remains intact since the melting temperature of steel is usually well above that of Melting temperature of aluminum is. Be through the heat treatment process or the casting-like Process changes the steel structure and its properties at atomic lattice level, The metal foam can also be glued into the steel part.
Aluminiumteile, insbesondere Aluminiumprofile sind im Vergleich zu Stahlprofilen relativ leicht. Trotzdem besteht der Bedarf, auch bei Aluminiumprofilen das Gewicht weiter zu reduzieren. Dies ist durch die Verringerung der Dicke der Profilwände realisierbar, wobei Bauteilbereiche mit reduzierter Wandstärke anschließend durch Metallschaum ausgeschäumt werden. Aluminiumprofile können bisher nur mit Aluminiumschaum ausgeschäumt werden, wenn die Schmelztemperaturen und Schmelztemperaturintervalle sehr weit auseinander liegen. Da die Temperaturdifferenzen in der Regel nicht mehr als 50 K betragen, ist das Ausschäumen bisher nur eingeschränkt möglich.Aluminum parts, in particular aluminum profiles are compared to steel profiles relatively easy. Nevertheless, there is a need, even with aluminum profiles to reduce the weight further. This is due to the reduction the thickness of the profile walls feasible, with component areas with reduced wall thickness then by Foamed metal foam become. Aluminum profiles can so far only be foamed with aluminum foam, if the melting temperatures and melting temperature intervals are very far apart. There the temperature differences are usually not more than 50 K, is the foaming so far only limited possible.
Ein Ausschäumen in üblichen Wärmebehandlungsaggregaten wie Kammeröfen ist schwierig, da die Aluminiumteile dabei meist in ihren teigigen Zustand überführt werden. Das Material ist dann nicht mehr formstabil, wodurch sich die geometrischen Eigenschaften des Bauteils verändern, was zu einer Verschlechterung der Maßhaltigkeit und zu häufiger Nacharbeit führt. Dieser Effekt wird insbesondere beim Ausschäumen von sehr dünnwandigen und großvolumigen Aluminiumprofilen beobachtet, wobei jedoch gerade bei diesen Profilen das Potential zur Gewichtsreduzierung am größten ist.One foaming in usual Heat treatment units like chamber furnaces is difficult because the aluminum parts are usually transferred to their doughy state. The material is then no longer dimensionally stable, resulting in the geometric Change the properties of the component, resulting in a deterioration in dimensional stability and frequent reworking leads. This effect is especially when foaming very thin-walled and large volume Aluminum profiles observed, but just in these profiles the potential for weight reduction is greatest.
Erschwert wird das Ausschäumen, wenn der Kontakt zwischen dem schäumbaren Formmaterial und dem auszuschäumenden bzw. zu umschäumenden Bauteil schlecht ist. Dies ist dann der Fall, wenn das schäumbare Formmaterial sich nur lose in Anlage mit dem Bauteil befindet. Wenige punkt- bzw. linienförmige Anlagestellen sind Ursache für einen schlechten Wärmeübergang zwischen dem Bauteil und dem schäumbaren Formmaterial, was zum Schmelzen des Bauteiles führen kann, bevor das schäumbare Formmaterial hinreichend aufgeschäumt ist.difficult is the foaming, when the contact between the foamable molding material and the auszuschäumenden or to be lathered Component is bad. This is the case when the foamable molding material is only loosely in abutment with the component. Few point or linear Plants are the cause of a bad heat transfer between the component and the foamable Mold material, which can lead to melting of the component before the foamable molding material sufficiently frothed is.
Die
Die
Die
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers, der zumindest ein Bauteil enthält, das mit einem Schaumkörper verbunden ist, sowie ein Zwischenprodukt zur Herstellung eines Verbundkörpers anzugeben, bei denen ein vorzeitiges Schmelzen des Bauteiles verhindert werden kann, ohne dass dabei zeit- und kostenaufwändige Klebever- fahren zum Einsatz kommen.It object of the present invention, process for the preparation a composite body, which contains at least one component, that with a foam body and to provide an intermediate for producing a composite body, in which premature melting of the component can be prevented can use time-consuming and costly adhesive methods without come.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers gemäß Anspruch 1.The The aforementioned object is achieved by a method for Production of a composite body according to claim 1.
Presslinge, die aus schäumbaren Material hergestellt werden, eignen sich insbesondere zur kostengünstigen Herstellung und erlauben auf einfache Art und Weise eine durch Gewicht und Verdichtung des Presslings definierte Menge an schäumbaren Material mit dem Bauteil lose in Anlage zu bringen. Durch die Umformung des Bauteils und die Ausbildung einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Bauteil und dem Pressling wird eine größtmögliche Anlagefläche zwischen dem Bauteil und dem Pressling erreicht. Hierdurch wird die Wärmeübertragung zwischen dem Bauteil und dem Pressling verbessert und ein vorzeitiges Schmelzen des Bauteiles beim Aufschäumen verhindert.Compacts the foamable Material are produced, are particularly suitable for low cost Manufacture and allow in a simple way a by weight and compression of the compact defined amount of foamable Loose material with the component. By the transformation the component and the formation of a positive and / or non-positive connection between the component and the compact is a maximum contact surface between reached the component and the compact. This will heat transfer improved between the component and the compact and a premature Melting of the component during foaming prevented.
Vor dem Umformschritt weist das Bauteil einen Hohlraum auf, in den der Pressling eingebracht wird, wobei ein Volumen des Hohlraumes größer ist als ein Volumen des Presslings. Hierdurch sind Verbundkörper herstellbar, deren innere Schichten aus aufgeschäumtem Material bestehen.In front the forming step, the component has a cavity into which the Pressling is introduced, wherein a volume of the cavity is greater than a volume of the compact. As a result, composites are produced, whose inner layers are made of foamed material.
Die vorgenannte Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers gemäß Anspruch 2.The The aforementioned object is further achieved by a method for Production of a composite body according to claim Second
Der Pressling weist vor dem Umformschritt einen Hohlraum auf, in den das Bauteil eingeschoben wird, wobei ein Volumen des Hohlraumes größer ist als ein Volumen des Bauteils. Hier durch sind Verbundkörper herstellbar, deren äußere Schichten aus aufgeschäumtem Material bestehen.Of the Pressling has a cavity before the forming step, in the the component is inserted, wherein a volume of the cavity is greater than a volume of the component. Here are composite bodies can be produced, their outer layers from foamed Material exist.
Vorzugsweise wird die Umformung mittels eines Strangpressverfahrens erzielt. Dies ermöglicht eine kostengünstige und zuverlässige Herstellung des Verbundkörpers, bzw. eines Zwischenproduktes vor dem Beginn des Aufschäumschrittes möglich.Preferably the deformation is achieved by means of an extrusion process. This allows a inexpensive and reliable Production of the composite body, or an intermediate product before the beginning of the foaming step possible.
Die vorgenannte Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers gemäß Anspruch 5.The The aforementioned object is further achieved by a method for Production of a composite body according to claim 5th
Da die Kompression mittels eines Strangpressverfahrens erzielt wird, ist eine kostengünstige und zuverlässige Herstellung des Verbundkörpers, bzw. eines Zwischenproduktes vor dem Beginn des Aufschäumschrittes möglich.There the compression is achieved by means of an extrusion process, is a cost effective and reliable Production of the composite body, or an intermediate prior to the start of the foaming step possible.
Aus schäumbarem Material bestehendes Pulver wird vorzugsweise für Verbundkörper eingesetzt, bei denen wegen der Bauteilgeometrie oder der herzustellenden Losgröße eine Verwendung von Presslingen nicht sinnvoll ist. Durch die Kompression des Pulvers um eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung mit dem Bauteil zu erreichen, wird wie zuvor beschrieben, die Wärmeübertragung zwischen dem Bauteil und dem schäumbaren Material drastisch verbessert, wodurch bei externer Wärmezufuhr ein vorzeitiges Schmelzen des Bauteils beim Aufschäumen verhindert wird.Out expandable Material existing powder is preferably used for composite bodies in which because of the component geometry or the batch size to be produced Use of compacts does not make sense. By the compression of the Powder around a form and / or non-positive connection to achieve with the component, as described above, the heat transfer between the component and the foamable Material drastically improved, resulting in external heat input Premature melting of the component is prevented during foaming.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Bauteil umgeformt, und durch die Umformung des Bauteils wird das Pulver komprimiert. Hierdurch kann auf die Verwendung einer separaten Kompressionsvorrichtung für das Pulver, beispielsweise in Form eines separaten Stempels verzichtet werden.According to one preferred embodiment the component is reshaped, and by the deformation of the component the powder is compressed. This may indicate the use of a separate compression device for the powder, for example be dispensed with in the form of a separate stamp.
Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verfahren sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen dargelegt.Further preferred embodiments of inventive method are in the further dependent claims explained.
Darüber hinaus wird die vorgenannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Zwischenprodukt gemäß Anspruch 9.Furthermore the above object is achieved by an intermediate product according to the invention according to claim 9th
Durch dieses Zwischenprodukt sind Verbundkörper mittels Aufschäumen besonders zuverlässig herstellbar, da durch die form- und/oder kraftschlüssige Verbindung der beiden Schichten die Wärmeübertragung verbessert wird und ein vorzeitiges Schmelzen der Schicht aus nicht schäumbarem Material verhindert wird.By this intermediate is particularly composite by means of foaming reliable produced, as by the positive and / or non-positive connection the two layers heat transfer is improved and premature melting of the layer not foamable material is prevented.
Vorzugsweise hat die erste Schicht eine niedrigere Liquidustemperatur als die zweite Schicht. Ein Übergang der zweiten Schicht aus nicht schäumbarem Material in ihre kontinuierlich homogene Phase vor dem Aufschäumen der ersten Schicht wird hierdurch verhindert.Preferably the first layer has a lower liquidus temperature than the second layer. A transition the second layer of non-foamable material in their continuous homogeneous phase before foaming the first layer is thereby prevented.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die erste Schicht hauptsächlich aus kompaktiertem Aluminiumpulver, und die zweite Schicht besteht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Dies ermöglicht eine Herstellung von besonders leichtgewichtigen Verbundkörpern.According to one another preferred embodiment the first layer consists mainly of compacted aluminum powder, and the second layer consists of Aluminum or an aluminum alloy. This allows a Production of particularly lightweight composites.
Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Zwischenproduktes sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen dargelegt.Further preferred embodiments of the inventive intermediate are in the further dependent claims explained.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert. In diesen zeigen:The The present invention will be described below with reference to preferred embodiments in conjunction with the associated Figures closer explained. In these show:
In
den
In
In
diesen Hohlraum
Ist
der Einsatz eines Presslings aus schäumbarem Material nicht möglich, beispielsweise
aufgrund geometrischer Gegebenheiten, wie auszufüllenden Hinterschneidungen
oder Unstetigkeiten in der Kontur des Hohlraumes
Im
Unterschied zu
Es
ist auch denkbar, dass es sich bei dem schäumbaren Material
Die
Begriffe „auszuschäumendes
Bauteil
Vorzugsweise
ist die Liquidustemperatur des auszuschäumenden Bauteils
Es
ist auch denkbar, das auszuschäumende Bauteil
Ausgehend
vom Ausgangszustand wird das Bauteil
Umgekehrt
kann das zu umschäumende Bauteil
Bei
der Verwendung von Pulver als schäumbares Material
In
den
Das
Ausführungsbeispiel
des Zwischenproduktes
Im
Gegensatz zu
In
Bei
Verwendung unterschiedlicher Materialien ist mit unterschiedlichen
Ausdehnungskoeffizienten des schäumbaren
Materials
Für ein auszuschäumendes
Bauteil
Als
schäumbares
Material
Der
bevorzugte Temperaturbereich für
das Strangpressen von Aluminiumlegierungen liegt zwischen 300 bis
550°C. Hinsichtlich
des strangzupressenden Zwischenproduktes ergeben sich Einschränkungen
durch die Zersetzungstemperatur des Treibmittels des schäumbaren
Materials
Für bevorzugte Aluminiumwerkstoffe liegen Fließspannungen zwischen ca. 20 N/mm2 (Al99,5) und nahezu 60 N/mm2 (AlZn5,5MgCu). In Abhängigkeit von verschiedenen Parametern, insbesondere des zu erzeugenden Strangquerschnittes und der Temperatur, werden die Fließspannung des strangzupressenden Zwischenproduktes und die notwendige Strangpresskräfte berechnet.For preferred aluminum materials, yield stresses range between about 20 N / mm 2 (Al99.5) and nearly 60 N / mm 2 (AlZn5.5MgCu). Depending on various parameters, in particular the strand cross-section to be generated and the temperature, the yield stress of the intermediate product to be extruded and the necessary extrusion forces are calculated.
Die
vorangegangenen Ausführungsbeispiele beschreiben
u.a. ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers, der
zumindest ein Bauteil
Durch
entsprechenden Maßnahmen,
beispielsweise das Verwenden einer Form, können auch Bauteile
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