DE102015206554A1 - A method of making a metal foam core for a die cast component, metal foam core and die cast component having such a foam metal core made therewith - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallschaum-Kerns (20), der im Weiteren für die Herstellung eines damit partiell verstärkten metallischen Druckgussbauteils verwendet wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass während der Herstellung dieses Metallschaum-Kerns (20) Verstärkungsbestandteile (22) in Gestalt von Fasern, Partikeln und/oder metallischen Einlegern in den Metallschaum-Kern (20) integriert werden. Die Erfindung betrifft ferner einen entsprechend hergestellten Metallschaum-Kern (20) und ein Druckgussbauteil, das wenigstens einen solchen Metallschaum-Kern (20) aufweist.The invention relates to a method for producing a metal foam core (20), which is subsequently used for the production of a partially reinforced metallic die-cast component. According to the invention, reinforcing components (22) in the form of fibers, particles and / or metallic inserts are integrated into the metal foam core (20) during the production of this metal foam core (20). The invention further relates to a correspondingly produced metal foam core (20) and a die-cast component which has at least one such metal foam core (20).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallschaum-Kerns, der im Weiteren für die Herstellung eines damit partiell verstärkten metallischen Druckgussbauteils verwendet werden kann. The invention relates to a method for producing a metal foam core, which can be further used for the production of a thus partially reinforced metallic die-cast component.
Die Erfindung betrifft ferner einen entsprechend hergestellten Metallschaum-Kern und ein Druckgussbauteil, das wenigstens einen solchen Metallschaum-Kern aufweist. The invention further relates to a correspondingly produced metal foam core and to a die-cast component which has at least one such metal foam core.
Die
Ergänzend wird auch auf die
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, neue technische Wege aufzuzeigen und damit Verbesserungen zu erzielen. Proceeding from this, the invention has the object to show new technical ways and thus to achieve improvements.
Dies wird erreicht durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Metallschaum-Kerns entsprechend den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen. Mit nebengeordneten Patentansprüchen erstreckt sich die Erfindung auch auf einen erfindungsgemäß hergestellten Metallschaum-Kern und auf ein damit hergestelltes metallisches Druckgussbauteil. Bevorzugte Varianten, Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen und auch aus den nachfolgenden Erläuterungen. This is achieved by an inventive method for producing a metal foam core according to the features mentioned in claim 1. With ancillary claims, the invention also extends to a metal foam core according to the invention and to a metallic die cast component produced therewith. Preferred variants, developments and embodiments are analogous to all subjects of the invention from the dependent claims and also from the following explanations.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass während der Herstellung des Metallschaum-Kerns Verstärkungsbestandteile in Gestalt von Fasern, Partikeln und/oder metallischen Einlegern in den Metallschaum-Kern integriert bzw. eingebunden werden, die im hergestellten Metallschaum-Kern verbleiben. The inventive method provides that during the production of the metal foam core reinforcing components in the form of fibers, particles and / or metallic inserts are integrated or incorporated into the metal foam core, which remain in the produced metal foam core.
Ein entsprechend hergestellter erfindungsgemäßer Metallschaum-Kern weist somit integrierte Verstärkungsbestandteile in Gestalt von Fasern, Partikeln und/oder wenigstens einem metallischen Einleger auf. Der Metallschaum-Kern weist bevorzugt eine offenporige Schaumstruktur bzw. ein offenporiges Schaumgefüge auf. Bevorzug handelt es sich um einen Leichtmetallschaum und insbesondere um einen Aluminiumschaum (z. B. aus Reinaluminium) oder Magnesiumschaum. A correspondingly produced metal foam core according to the invention thus has integrated reinforcing components in the form of fibers, particles and / or at least one metallic insert. The metal foam core preferably has an open-pored foam structure or an open-pore foam structure. It is preferably a light metal foam and in particular an aluminum foam (eg of pure aluminum) or magnesium foam.
Bei den Fasern bzw. Verstärkungsfasern kann es sich bspw. um Kohlenstofffasern, Mineralfasern (bspw. Siliziumcarbidfasern), Glasfasern, Metallfasern, Metalloxidfasern (bspw. Aluminiumoxidfasern) oder dergleichen handeln, die sowohl als Kurzfasern als auch als Langfasern vorliegen können. Insbesondere als Langfasern ausgebildete Verstärkungsfasern können in einer Faserverbundstruktur, bspw. einer Gewebestruktur oder dergleichen, eingebunden sein. The fibers or reinforcing fibers may, for example, be carbon fibers, mineral fibers (for example silicon carbide fibers), glass fibers, metal fibers, metal oxide fibers (for example aluminum oxide fibers) or the like, which may be present both as short fibers and as long fibers. In particular, reinforcing fibers formed as long fibers may be incorporated in a fiber composite structure, for example a fabric structure or the like.
Bei den Partikeln bzw. Verstärkungspartikeln, worunter insbesondere kleine Festkörperteilchen verstanden werden, kann es sich bspw. um Kohlenstoffpartikel, mineralische Partikel, metallische Partikel, Metalloxid-Partikel oder dergleichen handeln. The particles or reinforcing particles, which are understood in particular to be small solid particles, may, for example, be carbon particles, mineral particles, metallic particles, metal oxide particles or the like.
Bei einem metallischen Einleger handelt es sich um ein metallisches Einlegeelement, das der Verstärkung des Metallschaum-Kerns und/oder der Verstärkung eines im Weiteren herzustellenden Druckgussbauteils (s. u.) dienen kann. Hierbei handelt es sich bspw. um einen Draht (oder auch eine Drahtstruktur), einen Stab oder ein Blechstück (z. B. ein Blechstreifen), das insbesondere auch perforiert bzw. gelocht sein kann. Ein solcher metallischer Einleger kann auch eine durch Umformung herbeigeführte Formgebung aufweisen. Metallische Einleger können aus einem beliebigen Metallmaterial gebildet sein. Anstelle von metallischen Einlegern oder ergänzend hierzu können auch nicht-metallische Einleger, wie bspw. keramische Einleger, verwendet werden. A metal insert is a metallic insert element which can serve to reinforce the metal foam core and / or to reinforce a die-cast component (see below) to be produced in the following. This is, for example, a wire (or also a wire structure), a rod or a piece of sheet metal (for example a sheet-metal strip), which may in particular also be perforated or perforated. Such a metallic insert may also have a shaping brought about by deformation. Metallic inserts may be formed of any metal material. Instead of metallic inserts or in addition thereto, non-metallic inserts, such as ceramic inserts, can be used.
Durch die in den Metallschaum-Kern integrierten Verstärkungsbestandteile bzw. Verstärkungskomponenten wird bspw. die mechanische und/oder thermische Stabilität erhöht. Einerseits werden dadurch die Belastbarkeit des Metallschaum-Kerns und des damit hergestellten Druckgussbauteils verbessert. Andererseits entstehen Leichtbaupotentiale, da bspw. leichtere und/oder größere Metallschaum-Kerne eingesetzt werden können. By integrated into the metal foam core reinforcing components or reinforcing components, for example, the mechanical and / or thermal stability is increased. On the one hand, this improves the load capacity of the metal foam core and of the die-cast component produced therewith. On the other hand, lightweight construction potentials arise because, for example, lighter and / or larger metal foam cores can be used.
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt der Erfindung ist darin zu sehen, dass insbesondere metallische oder gegebenenfalls auch nicht-metallische Einleger, die der lokalen und insbesondere last- bzw. funktionsgerechten Verstärkung eines im Weiteren herzustellenden Druckgussbauteils dienen, mithilfe eines erfindungsgemäßen Metallschaum-Kerns exakt an entsprechender Stelle in der Kavität eines Druckgusswerkzeugs bzw. einer Druckgussform positioniert werden können. Somit können beispielsweise Verstärkungsbleche und dergleichen nicht nur an der Gussformwand positioniert werden, sondern auch bspw. in der Mitte des späteren Gussbauteils. Dabei ist der Abstand der Positionierung des Verstärkungselements frei wählbar. Another advantageous aspect of the invention is the fact that in particular metallic or optionally non-metallic depositors, which serve the local and in particular load- or functionally correct reinforcement of a die-cast component to be produced in the future, using a metal foam core according to the invention exactly at the appropriate place can be positioned in the cavity of a die-casting tool or die. Thus, for example, reinforcing sheets and the like can be positioned not only on the mold wall, but also, for example, in the middle of the later cast component. The distance of the positioning of the reinforcing element is freely selectable.
Eine erste erfindungsgemäße Verfahrensvariante sieht vor, dass der Metallschaum-Kern aus wenigstens zwei einzelnen Lagen bzw. Schichten, die (bspw. durch Zuschneiden) aus einem Metallschaum-Halbzeug oder verschiedenen Metallschaum-Halbzeugen gefertigt sind, zusammengesetzt wird, wobei zwischen den Lagen (d. h. zwischen wenigstens zwei benachbarten Lagen) wenigstens eine Fasern und/oder Partikel enthaltende Zwischenlage bzw. Zwischenschicht oder wenigstens ein metallischer Einleger angeordnet wird. Das verwendete Metallschaum-Halbzeug weist bevorzugt eine offenporige Schaumstruktur auf. A first variant of the method according to the invention provides that the metal foam core is composed of at least two individual layers or layers which are produced (for example by cutting) from a metal foam semifinished product or different metal foam semi-finished products, wherein between the layers (ie between at least two adjacent layers) at least one fiber and / or particle-containing intermediate layer or intermediate layer or at least one metallic insert is arranged. The metal foam semifinished product used preferably has an open-pore foam structure.
Der auf diese Weise hergestellte Metallschaum-Kern hat somit wenigstens zwei Metallschaumlagen und wenigstens eine dazwischen angeordnete Verstärkungsschicht, welche Verstärkungsbestandteile in Gestalt von Fasern und/oder Partikeln aufweist, oder wenigstens einen dazwischen angeordneten metallischen Einleger. Die Fasern und/oder Partikel können in einer die Zwischenlage bildenden Faserverbundstruktur eingebunden sein. Der Lagenverbund kann mittels Klebstoff fixiert werden. Der Klebestoff kann vollflächig oder bereichsweise (bspw. auch linienförmig oder punktuell) aufgetragen werden. Als Klebstoff eignet sich z. B. ein 2-Komponenten-Kleber auf Epoxidharzbasis. Der Lageverbund kann auch durch Verpressen mithilfe eines geeigneten Werkzeugs fixiert werden. Der Lagenverbund kann auch durch Anschmelzen und anschließendes Verschmelzen der Metallschaum-Oberflächen oder durch Verlöten (d. h. durch Verwenden eines Lotmaterials oder dergleichen) fixiert werden. Die herbeigeführte stoffschlüssige Verbindung kann vollflächig oder bereichsweise (bspw. auch linienförmig oder punktuell) ausgebildet sein. Der Lagenverbund kann auch mithilfe von Verbindungselementen formschlüssig fixiert bzw. verbunden werden. Als Verbindungselemente kommen bspw. Nägel, Stifte, Schrauben, Klammern, Wickelband oder Wickeldraht und dergleichen in Betracht. Bevorzugt sind das Metallschaum-Halbzeug und die Verbindungselemente aus dem selben Metallmaterial oder aus ähnlichen Metallmaterialien bzw. -legierungen gebildet. Die vorausgehend genannten Füge- bzw. Verbindungsmöglichkeiten sind auch miteinander kombinierbar. The metal foam core produced in this way thus has at least two metal foam layers and at least one reinforcing layer arranged therebetween, which has reinforcing components in the form of fibers and / or particles, or at least one metallic insert arranged therebetween. The fibers and / or particles may be incorporated in a fiber composite structure forming the intermediate layer. The layer composite can be fixed by means of adhesive. The adhesive can be applied over the entire surface or in areas (for example, also linear or punctiform). As an adhesive z. B. a 2-component adhesive based on epoxy resin. The composite can also be fixed by pressing with the aid of a suitable tool. The ply composite may also be fixed by fusing and then fusing the metal foam surfaces or by soldering (i.e., by using a solder material or the like). The cohesive connection brought about can be formed over the entire surface or in regions (for example, also linear or punctiform). The layer composite can also be positively fixed or connected by means of connecting elements. As fasteners, for example, nails, pins, screws, brackets, winding tape or winding wire and the like come into consideration. Preferably, the metal foam semifinished product and the connecting elements are formed from the same metal material or from similar metal materials or alloys. The above-mentioned joining or connection options can also be combined with each other.
Eine zweite erfindungsgemäße Verfahrensvariante sieht vor, dass der Metallschaum-Kern durch Aufschäumen in einer Kernform (d. h. in einer Form entsprechend der Kernkontur) oder dergleichen hergestellt wird, wobei die Verstärkungsbestandteile, d. h. die Fasern und/oder Partikel, bereits dem Ausgangsmaterial zugemischt sind oder beim Aufschäumen zugemischt werden. Anders als bei der vorausgehend erläuterten Verfahrensvariante, bei der die Verstärkungsbestandteile erst nach der Metallschaumherstellung als Verstärkungsschicht oder -schichten eingebunden werden, erfolgt bei dieser Verfahrensweise die Integration der Verstärkungsbestandteile also bereits während der Metallschaumherstellung, wobei die Fasern und/oder Partikel in der Schaumstruktur verteil werden. A second variant of the method according to the invention provides that the metal foam core is produced by foaming in a core mold (that is to say in a shape corresponding to the core contour) or the like, the reinforcing constituents, i. H. the fibers and / or particles are already admixed with the starting material or are added during foaming. Unlike the method variant explained above, in which the reinforcing components are incorporated only after the metal foam production as reinforcing layer or layers, in this procedure, the integration of the reinforcing components thus already during the metal foam production, wherein the fibers and / or particles are distributed in the foam structure ,
Der auf diese Weise hergestellte Metallschaum-Kern kann somit eine monolithische Schaumstruktur, wobei es sich insbesondere um eine offenporige Schaumstruktur handelt, und darin eingebettete Fasern und/oder Partikel aufweisen, wobei die Fasern und/oder Partikel insbesondere gleichmäßig bzw. homogen in der Schaumstruktur verteilt sind. Das Aufschäumen in einer Kernform kann bspw. durch ein pulvermetallurgisches Verfahren erfolgen, bei dem das Ausgangsmaterial eine Pulvermischung ist, die Metallpulver und Treibmittel enthält (wie in der
In analoger Weise können metallische Einleger in die Schaumstruktur eingebunden werden, indem diese vor dem Aufschäumen oder dem Vergießen an entsprechender Stelle in der Kernform positioniert werden. In an analogous manner, metallic inserts can be incorporated into the foam structure by positioning them in the core mold before foaming or potting at the appropriate place.
Ein gemäß den vorausgehenden Erläuterungen hergestellter Metallschaum-Kern wird im Weiteren zur Herstellung eines mit wenigstens einem solchen Metallschaum-Kern und/oder mit wenigstens einem darin enthaltenen metallischen Einleger partiell verstärkten Druckgussbauteils verwendet. Zur Herstellung eines solchen Druckgussbauteils wird wenigstens ein betreffender Metallschaum-Kern an vorgesehener Position in der Kavität eines Druckgusswerkzeugs bzw. einer Druckgussform positioniert. Anschließend wird die Druckgussform mit einer Metallschmelze befüllt, wobei der wenigstens eine Metallschaum-Kern umgossen und dabei eingegossen wird. Bei der Metallschmelze handelt es sich bevorzugt um eine Leichtmetallschmelze und insbesondere um eine Aluminiumschmelze (oder auch Aluminiumlegierungsschmelze) oder um eine Magnesiumschmelze (oder auch Magnesiumlegierungsschmelze). Durch die bevorzugt offenporige Schaumstruktur kann die Metallschmelze beim Gießen in die Schaumstruktur des Metallschaum-Kerns eindringen, wodurch u. a. ein guter Formschluss erreicht wird. Gegebenenfalls kann die Metallschmelze durch eine offene Porenstruktur hindurch bis zu wenigstens einem im Metallschaum-Kern enthaltenen metallischen Einleger gelangen, der auf diese Weise quasi positionsgenau eingegossen wird. Ein erfindungsgemäßer Metallschaum-Kern eignet sich selbstverständlich auch für andere Gießverfahren, wie bspw. Sand-, Kokillen-, Niederdruck- oder Thixospritzguss. A metal foam core produced in accordance with the preceding explanations is furthermore used to produce a die-cast component partially reinforced with at least one such metal foam core and / or with at least one metallic insert contained therein. To produce such a die cast component, at least one metal foam core in question is positioned at the intended position in the cavity of a diecasting die or die. Subsequently, the die casting mold is filled with a molten metal, wherein the at least one metal foam core is encapsulated and thereby poured. The molten metal is preferably a light metal melt and, in particular, an aluminum melt (or aluminum alloy melt) or a magnesium melt (or even magnesium alloy melt). By the preferred open-pore Foam structure, the molten metal during casting can penetrate into the foam structure of the metal foam core, which, inter alia, a good fit is achieved. Optionally, the molten metal can pass through an open pore structure through to at least one metal insert contained in the metal foam core, which is poured in this way quasi accurate position. Of course, a metal foam core according to the invention is also suitable for other casting methods, such as, for example, sand, mold, low-pressure or thixotropic injection molding.
Ein auf diese Weise hergestelltes metallisches Druckgussbauteil weist somit wenigstens einen eingegossenen erfindungsgemäßen Metallschaum-Kern auf, mit dem das Druckgussbauteil partiell verstärkt ist. Durch die Schmelzenwärme kann die Metallschaumstruktur, zumindest teilweise, auch aufgeschmolzen werden. Bevorzugt handelt es sich hierbei um ein Motor-, Fahrwerk- oder Karosseriebauteil, insbesondere Strukturbauteil, für ein Kraftfahrzeug. Bevorzugt ist dieses Druckgussbauteil aus einer Aluminium-Druckgusslegierung gebildet und der eingegossene Metallschaum-Kern aus einer ähnlichen Aluminiumlegierung oder aus Reinaluminium gebildet. Das Druckgussbauteil kann aber auch aus einer anderen Leichtmetalllegierung, bspw. einer Magnesiumlegierung, gebildet sein, wobei der Metallschaum-Kern aus einer ähnlichen Leichtmetalllegierung oder einem entsprechenden Reinmetall, bspw. Reinmagnesium, gebildet ist. A metallic die-cast component produced in this way thus has at least one cast-in metal foam core according to the invention, with which the die-cast component is partially reinforced. Due to the heat of fusion, the metal foam structure, at least partially, can also be melted. This is preferably an engine, chassis or body component, in particular a structural component, for a motor vehicle. Preferably, this die-cast component is formed from an aluminum diecasting alloy and the cast-in metal foam core is formed from a similar aluminum alloy or from pure aluminum. The die cast component can also be formed from another light metal alloy, for example a magnesium alloy, wherein the metal foam core is formed from a similar light metal alloy or a corresponding pure metal, for example pure magnesium.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden. The invention will now be described by way of example and not by way of limitation with reference to the figures. The features shown in the figures and / or explained below may, even independently of specific combinations of features, be general features of the invention and further develop the invention accordingly.
Erfindungsgemäß weist der Metallschaum-Kern
Eine andere Möglichkeit besteht darin, in das Schaumhalbzeug S Trennschnitte einzubringen, das Schaumhalbzeug S an diesen Trennschnitten aufzubiegen bzw. aufzuklappen, die Verstärkungsbestandteile einzubringen und die aufgeklappten Trennschnitte durch Rückbiegen wieder zu schließen. Another possibility is to introduce in the foam semi-S cutouts, aufzubiegen the foam semi-finished S at these cuts or unfold, bring the reinforcing components and close the unfolded cuts by bending back again.
Sie Schaumlagen
Die im Zusammenhang mit den
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10 10
- Druckgussbauteil Die-cast component
- 20 20
- Metallschaum-Kern Metallic foam core
- 21 21
- Metallschaum-Lage Metal foam layer
- 22 22
- Zwischenlage liner
- 23 23
- Klebstoffschicht adhesive layer
- 24 24
- Lotschicht solder layer
- 25 25
- Schmelzeschicht melt layer
- 26 26
- Stift(e) Pencils)
- 27 27
- Widerhaken barb
- 28 28
- Wickeldraht winding wire
- 29 29
- Verstärkungsfasern reinforcing fibers
- 100 100
- Druckgussform Die-casting mold
- 110 110
- Kavität cavity
- 130 130
- Gießkammer casting chamber
- 140 140
- Kolben piston
- S S
- Metallschaum, Metallschaum-Halbzeug Metal foam, metal foam semi-finished product
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 19501508 C1 [0003, 0017] DE 19501508 C1 [0003, 0017]
- DE 19650613 A1 [0004] DE 19650613 A1 [0004]
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