DE102015118787A1 - Method and device for producing metal foam composite bodies and metal foam composite bodies - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallschaum-Verbundkörpern, insbesondere Sandwichplatten, mit Decklagen aus Aluminium oder Stahl und einem Metallschaumkörper aus Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung zwischen den Decklagen, wobei gepresste Halbzeuge aus Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung und einem Treibmittel in einen vorgefertigten Behälter eingelegt und nach Befüllen des Behälters dieser durch einen Umformprozess unter Dickenreduzierung zu einem Rohling aus Verbundwerkstoff, bestehend zumindest aus Behälterwandungen und einem Kern aus gepresstem Aluminium-Schaumkörperhalbzeug verdichtet wird und der Rohling anschließend in einem Ofenprozess zur Bildung eines geschlossenporigen Schaumkörpers aus Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung zur Ausbildung eines Metallschaumverbundkörpers erwärmt wird. Die Erfindung betrifft ferner einen Rohling zur Herstellung eines Metallschaumverbundköpers, einen Metallschaumverbundkörper aus diesem sowie eine Verwendung eines solchen Metallschaumverbundkörpers.The invention relates to a method for producing metal foam composite bodies, in particular sandwich panels, with cover layers of aluminum or steel and a metal foam body made of light metal or a light metal alloy between the cover layers, wherein pressed semi-finished products of light metal or a light metal alloy and a blowing agent in a prefabricated container is inserted and after filling the container by a forming process with thickness reduction to a composite blank, consisting at least of container walls and a core of pressed aluminum foam semi-finished product is compacted and the blank then in an oven process to form a closed-cell foam body made of light metal or a light metal Alloy is heated to form a metal foam composite. The invention further relates to a blank for producing a metal foam composite body, a metal foam composite body of this and a use of such a metal foam composite body.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Metallschaumverbundkörpern. Die Erfindung betrifft ferner einen Metallschaumverbundkörper, insbesondere eine Verbundplatte. The invention relates to a method and an apparatus for producing metal foam composite bodies. The invention further relates to a metal foam composite, in particular a composite plate.
Metallschaumverbundkörper erfreuen sich als Sandwichplatten wegen ihrer hohen strukturellen Festigkeit bei gleichzeitig geringem spezifischen Gewicht großer Beliebtheit, wobei die Deckschichten aus Aluminiumplatten mit einem Metallschaumkern auf Aluminiumbasis (AFS) oder mit Deckschichtplatten aus Stahl mit einem Metallschaumkern auf Aluminium-Basis (SAS) Platten ausgeführt sind. Hauptsächlich werden Metallschaumverbundplatten als AFS (Aluminium-Aluminiumschaum-Aluminium-Sandwiches) und SAS (Stahl-Aluminiumschaum-Stahl-Sandwiches mit metallischer Bindung) unterschieden. Metal foam composites are very popular as sandwich panels because of their high structural strength combined with low specific gravity, the cover sheets being made from aluminum panels with an aluminum based aluminum foam core (AFS) or with steel facing sheets with aluminum-based (SAS) metal foam core. Mainly metal foam composite panels are distinguished as AFS (aluminum-aluminum foam-aluminum sandwiches) and SAS (steel-aluminum foam-steel sandwiches with metallic bond).
Anwendungsgebiete zeigen sich vorrangig in der Bauindustrie, dem Schienenfahrzeugbau, in der Luft- und Raumfahrt, Architektur, Industriebau, Schiffbau und anderen Wirtschaftszweigen. Areas of application are primarily in the construction industry, rail vehicle construction, aerospace, architecture, industrial construction, shipbuilding and other economic sectors.
Derartige Verbundelemente werden als metallurgisch integrale Körper und Metallleichtbauerzeugnisse ohne Zusatzstoffe, wie Kleber, Nieten oder Schrauben, hergestellt, so dass diese Metallschaumverbundkörper auch eine hohe ästhetische Anziehungskraft besitzen. Such composite elements are produced as metallurgically integral bodies and metal lightweight products without additives, such as adhesives, rivets or screws, so that these metal foam composite bodies also have a high aesthetic appeal.
Allerdings sind diese Bauplatten verhältnismäßig teuer, da sie in individueller Einzelfertigung und ohne ein Anlagenregime, das eine mehrschichtige Auslastung gestattet, hergestellt werden. However, these building boards are relatively expensive, since they are made in individual production and without a plant regime that allows a multi-layered utilization.
Üblicherweise wird zur Herstellung der Aluminium-Schaumkörperelemente, die später nach dem temperaturbedingten Aufschäumen den Aluminium-Schaumkörper zwischen den Decklagen der Sandwich-Platte bilden, ein Aluminium-Metallpulver mit einem Treibmittel, z.B. TiH2 vermischt und anschließend mittels eines Presskolbens in einem Axial-Pressformschritt verdichtet. Beim Axial-Pressen wird ein zylindrischer Block aus dem pulvermetallurgischen Schäummaterial durch eine Düse zu einem schäumfähigen Formmaterial verpresst. Anschließend wird das Formmaterial (Halbzeug, Al-Schaumkörperelemente) zum Schäumen in eine Form oder in das auszuschäumende Bauteil gelegt und nach Erhitzen der Schäumform oder des Bauteiles mit dem Schaumstoffmaterial (Al-Schaumkörperelemente) das Bauteil ausgeschäumt. Nach gewünschter Ausbildung des Metallschaumes wird das Bauteil abgekühlt. Conventionally, to produce the aluminum foam body elements which later, after the thermal frothing, form the aluminum foam body between the cover layers of the sandwich panel, an aluminum metal powder with a blowing agent, e.g. TiH2 mixed and then compacted by means of a plunger in an axial compression molding step. In axial pressing, a cylindrical block of the powder metallurgy foam material is pressed through a die to form a foamable molding material. Subsequently, the molding material (semifinished product, Al foam body elements) is placed for foaming in a mold or in the auszuschäumende component and foamed after heating the foam mold or the component with the foam material (Al-foam body elements) the component. After the desired formation of the metal foam, the component is cooled.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Metallschaumverbundkörpers unter Einsatz eines walzverdichteten Behälters als Rohling ist aus der
Dieses Herstellungsverfahren für einen Rohling aus Verbundwerkstoff der einerseits ein schäumbares Kernmaterial aus Metall oder Metalllegierung und Treibmittel und andererseits die Deckschichten gebildet aus den oberen und unteren Wänden des Behälters aufweist, ist allerdings verhältnismäßig aufwendig. However, this manufacturing method for a composite blank on the one hand a foamable core material of metal or metal alloy and blowing agent and on the other hand has the cover layers formed from the upper and lower walls of the container, however, is relatively expensive.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Metallschaumverbundkörpern anzugeben, die sich gegenüber dem Stand der Technik durch eine wesentliche Vereinfachung hinsichtlich der Verfahrensführung und damit hinsichtlich der Herstellungskosten ausführen lassen. The invention is therefore based on the object to provide a method and apparatus for producing metal foam composite bodies, which can be compared to the prior art by a significant simplification in terms of process management and thus execute in terms of manufacturing costs.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde einen entsprechend vorteilhaft herstellbaren Metallschaumverbundkörper anzugeben. The invention is also based on the object to provide a correspondingly producible metal foam composite body.
Die vorgenannten Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1, 11, 12 und 13 gelöst. The aforementioned objects are achieved by the features of
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass in einen vorbereiteten Metallbehälter dessen obere und untere Wände die späteren Deckschichten des fertigen Metallschaumverbundkörpers bilden, das schäumbare Material, d.h. das Material aus Metall oder einer Metalllegierung und einem Treibmittel, insbesondere Aluminium oder eine Aluminiumlegierung und Treibmittel (TiH2) als bereits vereinigte gepresste Halbzeuge eingelegt werden. Anschließend wird der so befüllte Behälter allseitig verschlossen und in einem Umform-, vorzugsweise Walzprozess hochverdichtet, unter wesentlicher Dickenreduzierung und auf diese Weise ohne Vakuum- oder Gasführungsprozesse oder die Verarbeitung von Metall- oder Treibmittelpulvermischungen ein Rohling aus Verbundwerkstoff hergestellt, der aus dem schäumbaren gepressten Halbzeugmaterial und den Deckschichten in einem hochverdichteten Verbund besteht. Dieser wird als Rohling einem nachfolgenden Ofenprozess zum Ausschäumen des zwischen den Deckschichten gebildeten, mit dem gepressten Halbzeug aus schäumbarem Material ausgefüllten Innenraumes zur Ausbildung eines Sandwich-Metallschaumverbundkörpers, vorzugsweise mit einem geschlossenporigen Schaumkörper, unterzogen. The invention is characterized in that in a prepared metal container whose upper and lower walls form the later outer layers of the finished metal foam composite body, the foamable material, ie the material of metal or a metal alloy and a blowing agent, in particular aluminum or an aluminum alloy and blowing agent (TiH 2 ) are already inserted as pressed pressed semi-finished products. Subsequently, the container thus filled is sealed on all sides and highly compressed in a forming, preferably rolling, with substantial reduction in thickness and in this way without vacuum or gas guiding processes or the processing of metal or Treibmittelpulvermischungen a blank made of composite material, consisting of the foamable pressed semi-finished material and the cover layers in a high density composite. This blank is subjected to a subsequent furnace process for foaming the interior space formed between the cover layers and filled with the pressed semifinished product of foamable material to form a sandwich metal foam composite body, preferably with a closed-cell foam body.
Derartige Sandwich-Schaumkörperplatten sind wesentlich leichter und von hoher Dämpfungskapazität als Leichtbauplatten aus z. B. Aluminium-Vollmaterial, insbesondere wenn auch die Deckschichten aus Aluminium bestehen. Such sandwich foam sheets are much easier and high damping capacity as lightweight panels of z. As aluminum solid material, especially if the outer layers are made of aluminum.
Vorzugsweise werdend die gepressten Halbzeuge als Stäbe, Stangen oder auch als plattenförmige Elemente in sich kreuzenden Lagen oder auch als Kleinkörper oder Granulat in den Innenraum des Behälters eingelegt, so dass der Innenraum des Behälters praktisch vollständig befüllt ist, ehe der Behälter z. B. durch Schweißen oder in sonstiger Weise vollständig verschlossen wird und einem Umformvorgang, insbesondere Walzvorgang zur Herstellung des verdichteten Rohlings unterzogen wird. Preferably, the pressed semi-finished products are inserted as rods, rods or as plate-shaped elements in intersecting layers or as a small body or granules in the interior of the container, so that the interior of the container is filled almost completely, before the container z. B. is completely closed by welding or otherwise, and is subjected to a forming process, in particular rolling process for the production of the compacted blank.
Ggf. wird der Rohling vor der Weiterverarbeitung zu einem Metallschaumverbundkörper, wie einer Sandwichplatte mit Deckschichten (behälterabhängig) z. B. Aluminium oder aus Stahl noch geschnitten, um entsprechende Fertigmaße vor oder nach dem Ausschäumen des Metallschaumkörperelementes sicherzustellen. Possibly. is the blank before further processing to a metal foam composite body, such as a sandwich panel with outer layers (depending on the container) z. As aluminum or steel cut to ensure appropriate finished dimensions before or after foaming of the metal foam body element.
Vorzugsweise erfolgt die Fertigmaßbearbeitung in Hinblick auf z. B. eine Plattengröße der Sandwichplatten vor dem Ofenprozess unter einer Trennbehandlung des Rohlings. Preferably, the Fertigmaßbearbeitung in terms of z. B. a plate size of the sandwich panels before the furnace process under a release treatment of the blank.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In diese zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment and associated drawings. In this show:
Das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird schematisch anhand des Verfahrensablaufes von
Das für die Herstellung des jeweiligen geschäumten Metallschaumverbundkörpers, insbesondere einer Metallschaum-Verbundplatte als Sandwich (AFS oder SAS (Aluminium-Schaumkern-Verbundplatte, Stahl-Aluminiumkern-Verbundplatte)) jeweils erforderliche Deckschichtmaterial bestimmt die Herstellung eines parallelepipedförmigen, insbesondere plattenförmigen Behälters, der den späteren Rohling für die Herstellung der Sandwichplatte als hier vorgesehene Ausführungsform des Metallschaumverbundkörpers bildet. Die Deckschichtmaterialien
Zunächst wird der Behälter
Die gepressten Halbzeuge
Nach dem Verschließen des Behälters
Auf diese Weise wird aus dem Behälter
Vorzugsweise wird der Behälter in einem Maß von z. B. 300 × 160 cm mit einer Höhe (Dicke) von 10 cm gebildet wohingegen die später zu entfernenden Seitenbleche z. B. nur eine Dicke von 2,4 cm aufweisen. Eine solche Ausbildung führt zu einem Endprodukt als Sandwich-Platte mit einer Dicke von ca. 20 mm, wobei ein innerer Schaumkern eine Dicke von ca. 60 mm aufweist, mit Decklagen (obere und untere Deckschichtmaterialplatten
Selbstverständlich können auch unterschiedliche Materialien für die Deckschichten
Auf diese Weise ist eine wesentliche Steigerung der Effizienz des Herstellungsprozesses für den Metallschaumverbundkörper in Gestalt der Vorbereitung des entsprechenden Rohlings möglich. In this way, a substantial increase in the efficiency of the manufacturing process for the metal foam composite body in the form of the preparation of the corresponding blank is possible.
In
Durch die Erfindung wird eine wesentlich effizientere Herstellungsmethode zur Vorbereitung eines Rohlings aus Verbundwerkstoff zur Bildung eines Metallschaumverbundkörpers in einem anschließenden Ofenprozess geschaffen. The invention provides a much more efficient method of preparing a composite blank to form a metal foam composite in a subsequent furnace process.
Derartig geschäumte Sandwichplatten sind insbesondere als Behälterwände für gefährliche Transportgüter oder werden im Fahrzeug- und Schiffbau oder in der Luft- und Raumfahrttechnik verwendet. Sie verbinden verhältnismäßig geringes Gewicht mit außerordentlicher Festigkeit und Dämmwirkung gegenüber thermischen oder akustischen oder auch aus Druckwellen herrührenden Belastungen. Such foamed sandwich panels are used in particular as container walls for dangerous goods or are used in vehicle and shipbuilding or in aerospace engineering. They combine relatively low weight with extraordinary strength and insulating effect against thermal or acoustic or from pressure waves resulting loads.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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