DE19744300B4 - Process for the production of porous moldings or workpieces based on (light) metals, their production and their use - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Herstellung von gasgenerierte Hohlräume aufweisenden Formkörpern auf
Basis von (Leicht-)Metallen unter Einsatz mindestens eines durch
Kompaktierung eines Gemisches von Partikeln mindestens eines (Leicht-)
Metalls bzw. einer (Leicht-)Metallegierung mit Partikeln mindestens
eines – bei
erhöhten
Temperaturen ein Poren generierendes Gas abspaltenden – Treibmittels
gefertigten Vormaterial-Formkörpers,
der:
in mindestens einen beheizbaren Heiz- und Schäum-Durchlauf-Rezipienten
mit mindestens einer Ein- und mindestens einer Ausbringöffnung eingebracht
wird,
darin im wstl. unter Abdichtung zur Einbringungsöffnung hin
auf eine oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels und
mindestens der Schmelztemperatur des Metalls, der niedrigstschmelzenden
Legierungskomponente des Vormaterials (Solidustemperatur), liegende
Temperatur erhitzt wird, und
der sich infolge Zersetzung des
Treibmittels im Rezipienten ausbildende, zumindest bis zu dessen
Ausbringöffnung
hin in fliessfähig-plastischem
Zustand gehaltene, heisse Metallschaum in Form eines im wstl. kontinuierlich
ausgetragenen, fliessfähig-flexiblen
Metallschaum-Stranges in zumindest einen Hohlraum eingebracht und
dort zum Erstarren gebracht wird,
wobei durch eine Verengung
des Innenraumes des Rezipienten im...A process for the production of gas-generated cavities having moldings based on (light) metals using at least one by compaction of a mixture of particles of at least one (light) metal or a (light) metal alloy with particles at least one - at elevated temperatures Pore-generating gas-releasing propellant-made starting material molded article, which:
is introduced into at least one heatable heating and foaming pass-through recipient with at least one inlet and at least one discharge opening,
in it in the wstl. heated to the introduction opening to a temperature above the decomposition temperature of the propellant and at least the melting temperature of the metal, the lowest melting alloy component of the starting material (solidus temperature), heated temperature, and
the formed as a result of decomposition of the blowing agent in the recipient, held at least up to the discharge opening in a flowable plastic state, hot metal foam in the form of a wstl. continuously discharged, flowable-flexible metal foam strand is introduced into at least one cavity and solidified there,
whereby by a narrowing of the interior of the recipient in the ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, eine Anlage nach Patentanspruch 26 sowie die Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 40.The The invention relates to a method according to the preamble of claim 1, a system according to claim 26 and the use of the method according to claim 40.
Sie betrifft die Herstellung von gasgenerierte Hohlräume bzw. Poren aufweisenden Formkörpern bzw: Werkstücken, auf Basis von (Leicht-)Metallen bzw. (Leicht)Metall-Legierungen, vorzugsweise auf Basis von Aluminium, Anlagen zur Durchführung des Verfahrens und die Verwendung derselben.she relates to the production of gas-generated cavities or pores Moldings or: Workpieces, based on (light) metals or (light) metal alloys, preferably based on aluminum, equipment for carrying out the method and the Using the same.
Eine bekannte Technik zur Herstellung derartiger Formkörper besteht darin, dass ein Gemisch bzw. Gemenge von Partikeln mindestens eines derartigen Metalls bzw. einer derartigen Legierung, bevorzugt in Pulverform, mit Partikeln mindestens eines – bei erhöhten Temperaturen ein Gas abspaltenden – Treibmittels, ebenfalls bevorzugt in Pulverform, unter Druckbeaufschlagung zu einem Roh-Formkörper kompaktiert wird, wonach derselbe meist nach entsprechender, einer gewünschten Enddimension angepassten Teilung oder echter Zerkleinerung in eine Kokille, die hier im wesentlichen die Funktion einer Schäumungsform aufweist, eingebracht und dort auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels und der Schmelztemperatur der metallischen Matrix gebracht und in dieser Schäumkokille zum gewünschten Formkörper bzw. Werkstück geschäumt wird.A known technique for producing such moldings in that a mixture or particles of particles at least one such metal or such an alloy, preferably in Powder form, with particles of at least one - at elevated temperatures a gas-releasing - blowing agent, likewise preferably in powder form, under pressure compacted a raw molded body becomes, after which the same usually after appropriate, a desired Final dimension adapted division or real comminution into a mold, which here essentially has the function of a foaming mold introduced and there to a temperature above the decomposition temperature the blowing agent and the melting temperature of the metallic matrix brought and in this foaming mold to the desired moldings or workpiece foamed becomes.
Es sind nun verschiedene Verfahren zur Herstellung poröser Formkörper auf Metall- und Legierungsbasis, bei denen ein Metallpulver-Treibmittelgemisch zu einem Rohling verarbeitet und dann in einer Form zu einer definierten Form aufgeschäumt wird, bekannt geworden.It There are now various methods for producing porous shaped bodies Metal and alloy base, in which a metal powder-blowing agent mixture is processed into a blank and then foamed in a mold to a defined shape become.
So beschreibt die US-PS 30 87 807 ein Verfahren, bei dem eine Mischung aus einem Metallpulver und einem Treibmittel bei einem Pressdruck von mindestens 80 MPa in einem ersten Schritt kalt kompaktiert wird. Durch anschliessendes Warmstrangpressen wird die so kompaktierte Mischung umgeformt und dann durch Erhitzung auf mindestens die Schmelztemperatur des Metalles in einer Form zum gewünschten poröser Metallkörper aufgeschäumt.So describes the US-PS 30 87 807 a method in which a mixture from a metal powder and a blowing agent at a pressing pressure of at least 80 MPa in a first step is cold compacted. By subsequent hot extrusion, the so compacted Molding formed and then by heating to at least the melting temperature of the metal foamed in a mold to the desired porous metal body.
Weitere Verfahren zur Herstellung von poröser Metallkörpern sind in der DE-PS 40 18 360 bzw. in der EP-A1-460 392 beschrieben. Anstelle eines wie oben erwähnten Kaltkompaktierens mit nachfolgendem Strangpressen mit hohen Umformgraden wird dort ein echtes Heisskompaktieren unterhalb der Gasentwicklungstemperatur vorgeschlagen. Die Herstellung des aufschäumbaren Vormaterials erfolgt durch Heisskompaktierung bei höheren Temperaturen. Das erhaltene Vormaterial kann dann in einer beheizten Form aufgeschäumt werden.Further Process for the production of porous metal bodies are described in DE-PS 40 18 360 or described in EP-A1-460 392. Instead of a like mentioned above Cold compacting followed by extrusion at high degrees of deformation there a real hot compacting below the gas evolution temperature proposed. The preparation of the foamable starting material is carried out by Hot-compacting at higher Temperatures. The starting material can then be heated Foamed form become.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von aufschäumbaren Vormaterialkörpern auf Basis einer Metallmatrix beschreibt die GB-PS 939 612. Der dort durch Strangpressen erhaltene Vormaterial-Formkörper wird dann in einer Schäumform einer Erhitzung auf eine Temperatur unterworfen , die über der Zersetzungstemperatur des Treibmittels und meist knapp unterhalb der Schmelztemperatur des Metalles liegt.One Another method for producing foamable Vormaterialkörpern on Basis of a metal matrix is described in GB-PS 939 612. There by The extruded starting material molded body is then in a foaming mold a Heating is subjected to a temperature above the decomposition temperature the blowing agent and usually just below the melting temperature of the metal lies.
Schliesslich
beschreiben
Die Nachteile aller dieser Verfahren bestehen neben der kostenaufwendigen Herstellung der Roh-Formkörper, insbesondere in deren dann notwendigen Zerkleinerung derselben, der aufwendigen Infrastruktur sowie in den langen Exponierzeiten beim Schäumen der Rohlinge.The Disadvantages of all these methods exist in addition to the costly Production of the raw molded bodies, especially in their then necessary comminution of the same, the complex infrastructure as well as in the long exposure times at the Foam the blanks.
Weitere wesentliche Nachteile bestehen darin, dass bei diskontinuierlicher oder kontinuierlicher Verarbeitung des Vormaterials zum metallischen Schaummaterial in jedem Fall der Einsatz von auf die Zersetzungstempertaur der gasabgebenden Substanz bzw. über die Schmelztemperatur der Metallmatrix zu erhitzenden Formgebungsorganen, also Kokillen bzw. Schäumformen, unumgänglich ist.Further significant disadvantages are that when discontinuous or continuous processing of the starting material to the metallic foam material In any case, the use of on the decomposition temperture of gas-emitting substance or over the melting temperature of the metal matrix to be heated shaping members, so molds or foaming molds, essential is.
Bei diskontinuierlichen Verfahren kommt noch der jeweils nötige Schritt der Befüllung der Schäumform mit dem in festem Zustand vorliegenden, zerkleinerten, schäumfähigen Vormaterial, also etwa nach Art eines Einschüttens oder durch Einlegen von abgelängtem Stangenmaterial in die Form hinzu.at discontinuous process is still the necessary step the filling the foaming mold with the comminuted, foamable, starting material in the solid state, So, for example, in the manner of a pouring or by inserting cut to length Add bar stock to the mold.
In jedem Fall ist noch zu berücksichtigen, dass z. B. bedingt durch den Temperaturgradienten von der Formwand zur Mitte des aufzuschäumenden Metallmaterials hin, Inhomogenitäten in den Porengrössen und in deren Verteilung im Schaummetallkörper auftreten, wozu noch durch die Aussenflächen der Vormaterial-Formkörper selbst unerwünschte Unregelmässigkeiten und Einschlüsse kommen können.In In any case, it still has to be considered that z. B. due to the temperature gradient of the mold wall to Middle of the foaming metal material down, inhomogeneities in the pore sizes and in their distribution in the foam metal body occur, including through the outer surfaces of the Raw material moldings even unwanted irregularities and inclusions can come.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein möglichst porenhomogenes bzw. in seiner Porenstruktur definiert reproduzierbares Schaummetallmaterial zu schaffen, wobei der Prozess zu dessen Herstellung mit geringem technischen Aufwand beherrschbar sein und verminderten zeitlichen und technisch-infrastrukturellen Aufwand erfordern soll.Object of the present invention is to provide a porous as possible or defined in its pore structure reproducible foam metal material, the process for its preparation with little technical effort be be reputable and reduced in time and technical-infrastructural effort required.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Ferner bezieht sich die Erfindung auch auf eine Anlage mit den Merkmalen des Patentanspruches 26 sowie auf die Verwendung nach Anspruch 40.The The object of the invention is achieved by a method having the features of claim 1. Furthermore, the invention also relates to a system with the features of claim 26 as well as the use according to claim 40.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein wie eingangs erwähntes Verfahren zur Herstellung von gasgenerierte Hohlräume bzw. Poren aufweisenden Formkörpern bzw. Werkstücken auf Basis von (Leicht-)Metallen bzw. (Leicht-)-Metallegierungen, vorzugsweise auf Basis von Aluminium, unter Einsatz mindestens eines durch Kompaktierung eines Gemisches bzw. Gemenges von Partikeln bzw. Pulver mindestens eines (Leicht-)Metalls bzw. einer (Leicht-)Metallegierung mit Partikeln bzw. Pulver mindestens eines – bei erhöhten Temperaturen ein porengenerierendes Gas abspaltenden – Treibmittels gefertigten Vormaterial-Formkörpers, dessen wesentliche Merkmale darin bestehen, dass mindestens ein derartiger kompaktierter Vormaterial-Formkörper in mindestens einem, insbesondere induktions-, beheizbaren, bevorzugt länglichen , Heiz- und Schäum-Durchlauf-Rezipienten mit jeweils mindestens einer Ein- und mindestens einer Ausbringungsöffnung eingebracht wird, in demselben, im wesentlichen unter Verschluss bzw. Abdichtung zur Einbringungsöffnung hin, auf eine oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels und zumindest bei, bevorzugt oberhalb, der Schmelztemperatur des Metalls bzw. der niedrigstschmelzenden Legierungskomponente bzw. der niedrigste-schmelzenden, Komponenten-Zusammensetzung des Vormaterials (Solidustemperatur) liegende Temperatur erhitzt wird, und dass der sich infolge Zersetzung des Treibmittels unter Volumenszunahme im Rezipienten ausbildende, zumindest bis zu dessen Ausbringungsöffnung hin in fliessfähig-plastischem Zustand gehaltene, heisse Metallschaum in Form eines im wesentlichen kontinuierlich ausgetragenen, fliessfähig-flexiblen Metallschaum-Stranges in zumindest einen mit dem Schaummetall zu erfüllenden Hohlraum, insbesondere in das Innere einer Schaummetall-Formgebungs-Kokille Volumensfüllend eingebracht und dort zum Erstarren gebracht wird, wonach gegebenenfalls ein Entformen des erstarrten, Poren aufweisenden, Schaummetall-Formkörpers bzw. -Werkstückes und dessen eventuelle Final-Formgebung bzw. -Behandlung erfolgt.object The invention thus provides a method of production as mentioned in the introduction of gas-generated cavities or pores having moldings or workpieces based on (light) metals or (light) metal alloys, preferably based on aluminum, using at least one by compaction a mixture or mixture of particles or powder at least a (light) metal or a (light) metal alloy with particles or powder of at least one - at increased Temperatures a pore-generating gas releasing - blowing agent manufactured Raw material molded body, its essential characteristics are that at least one Such compacted prematerial molding in at least one, in particular induction, heatable, preferably elongated, heating and foaming pass-through receivers each introduced with at least one input and at least one application opening is, in the same, essentially under closure or sealing to the introduction opening towards one above the decomposition temperature of the propellant and at least at, preferably above, the melting temperature of Metal or the lowest-melting alloy component or the lowest-melting, component composition of the starting material (Solidus temperature) is heated to a lying temperature, and that of due to decomposition of the propellant with increase in volume in the Recipient training, at least up to its application opening out in fluid-plastic Conditioned, hot metal foam in the form of a substantially continuously discharged, flexible-flexible metal foam strands in at least one cavity to be filled with the foam metal, in particular introduced into the interior of a foam metal forming mold volume filling and there for Stagnation is brought, after which, if necessary, a demolding of solidified, having pores, foam metal molding or -Werkstückes and whose eventual final shaping or treatment takes place.
Es ist ein ganz wesentliches Merkmal des neuen Verfahrens, dass die Schäumung des "latent schäumfähigen" Vormaterials nicht, wie bisher, in einer jedenfalls auf eine über die Zersetzungstemperatur des Treibmittels und über die Solidustemperatur des Matrixmetalls liegende Temperatur zu erhitzenden Form bzw. Kokille erfolgen muss, wobei z. B. im Falle des Schäumens von stückigem Vormaterial in Einzelkokillen jede derselben aufzuheizen ist, was jedenfalls erhöhten technischen Aufwand, Materialaufwand und Energieverbrauch nach sich zieht. Hierbei ist aber insbesondere noch jener Zeit- und Manipulations-Aufwand hinzuzurechnen, der nötig ist, um zuerst jede der Kokillen mit dem festen, latent schäumfähigen Metall-Vormaterial in Form von Stücken, Pellets, abgelängten Bändern, Drähten, Barren, Stangen o. dgl. zu füllen und sie dann erst auf die oben erwähnte, hohe Schäumtemperatur zu erhitzen, wonach wiederum die Abkühlung des gebildeten Schaummetalls in der es umschliessenden Kokille abzuwarten ist, bevor deren Neubefüllung erfolgen kann.It is a very significant feature of the new process that the foaming of the "latently foamable" starting material, as before, in any case to one above the decomposition temperature of the propellant and over the solidus temperature of the matrix metal temperature to be heated Form or mold must be made, with z. B. in the case of foaming lumpy Starting material in single molds to heat each of them is what in any case increased technical effort, material costs and energy consumption by itself draws. But this is especially still those time and manipulation effort to add, necessary First, mold each of the molds with the solid, latent foamable metal precursor of pieces, Pellets, cut to length bands wires Bars, bars or the like to fill and then only on the above-mentioned, high foaming temperature to heat, which in turn causes the cooling of the foam metal formed in which it is waiting to mold before it can be refilled.
Auch bei Durchlaufkokillen für Schaummetall-Endlosprofile u. dgl. ist eine in jedem Fall aufwendige Hochtemperatur-Beheizung und damit eine teure Ausrüstung dieser an sich schon technisch aufwendigen Einrichtungen notwendig.Also in continuous casting molds for Foam Metal Endless Profiles u. Like. Is a consuming in any case High temperature heating and therefore an expensive equipment of this in itself technically complex facilities necessary.
Gemäss der Erfindung erfolgt hingegen die Erhitzung des schaumfähigen, kompakten Vormaterials in der Aufheiz- und Schäumungs-Initiations-Zone des Vormaterials eines entweder repetitiv oder kontinuierlich mit dem Vormaterial zu beschickenden Heiz- und Schäumrezipienten, aus welchem als direkte Folge der Eigenvo lumensvergrösserung des Vormaterials bei Erreichung der Schäumbedingungen der plastisch-flexible und fliessfähige, heisse Metallschaum, im wesentlichen sich selbst aus dem Rezipienten verdrängend, praktisch fertig mit End-Expansionsvolumen vorliegend, nach Art des Spritzens von geschlagenem Schlagobers (wobei dort dasselbe rückseitig mit Druck beaufschlagt wird, z. B. mittels Kolben oder Spritzsack) od. dgl. als form-füllender Schaumstrang in die letztlich formgebende Kokille einfliessen gelassen wird. Die Volumensvergrösserung des Metallmatrixmaterials vom Vormaterial zum Metallschaum hin liegt, je nach Porengrösse – abhängig vom Treibmittelgehalt, der Schäumtemperatur, der Matrixmetall-Viskosität u. dgl. Parameter – bei Werten zwischen 1 : 2 bis etwa 1 : 10, ein typischer Wert liegt im Bereich von etwa 1 : 5. Es ist ein wesentliches Merkmal des neuen Verfahrens, dass alles, was mit dem Schäumen zusammenhängt, in dem Heiz- und Schäumrezipienten konzentriert und zentralisiert ist, während die Form-Kokillen praktisch nur periphere, flexibel einsetzbare Finalisierungsgeräte darstellen.According to the invention On the other hand, the heating of the foamable, compact starting material takes place in the heating and foaming initiation zone of the Starting material of either repetitive or continuous with the Starting material to be charged heating and Schäumrezipienten, from which as a direct consequence of the increase in the volume of primary material Achieving the foaming conditions the plastically flexible and flowable, hot metal foam, essentially displacing itself from the recipient, practically finished with End-expansion volume present, on the type of spraying of whipped cream (where there is the same back is pressurized, z. B. by means of pistons or spray bag) od. Like. As a form-filling Let foam strand flow into the final shaping mold becomes. The volume increase of the metal matrix material from the starting material to the metal foam, depending on pore size - depending on Blowing agent content, foaming temperature, the matrix metal viscosity u. Like. Parameter - at Values between 1: 2 to about 1:10, a typical value in the range of about 1: 5. It is an essential feature of the new Process that everything that is related to the foaming, in the heating and Schäumrezipienten concentrated and centralized, while the molds are practical represent only peripheral, flexible Finalisierungsgeräte.
Was die "Abdichtung" des Rezipienten zu dessen Einbringungsseite hin betrifft, so ist damit nur gemeint, dass der sich ja im materialflussabwärtigen Nahbereich der Ausbringungsöffnung(en) ausbildende, fliessfähige Metallschaum an einem Austreten aus der Einbringungsöffnung des Rezipienten gehindert sein soll, z.B. durch eine Art einbringungsseitiger Deckel, einen in den Hohlraum des Rezipienten passenden Kolben od. dgl. oder aber bevorzugt durch das eingebrachte, innenwandanliegende Vormaterial eventuell zusammen mit dem zwischen Innenwand und Strang zurückflutenden jedoch dabei erstarrenden Metallschaummaterial selbst.As far as the "sealing" of the recipient to its introduction side is concerned, this only means that the flowable metal foam forming in the downstream region of the application opening (s) should be prevented from escaping from the introduction opening of the recipient, eg by a Type introduction side Lid, a suitable in the cavity of the recipient piston od. Like. Or but preferably by the introduced, inner wall adjacent starting material possibly together with the flowing back between inner wall and strand but thereby solidifying metal foam material itself.
Zu den Schaum-Formgebungskokillen selbst ist zu bemerken, dass sie praktisch nur wärmefest zu sein brauchen, da ihnen praktisch nur die Aufgabe der Begrenzung des Volumens des fliessfähigen Metallschaums in einer gewünschten Gestalt in möglichst alle Volumensbereiche der Schäumform erfüllender Weise zukommt. Da die Schaummenge durch Treibmittelanteil und -zusammensetzung, Schäumtemperatur im Rezipienten und Metall-Viskosität steuerbar ist und das Schaummetall praktisch schon im Endvolumensumfang aus dem Rezipienten in die Schäumform einfliessen gelassen wird, ist es zur Sicherung einer vollkommenen Volumenserfüllung nicht notwendig, wesentlich mehr Vormaterial in die Schäumform einzubringen als theoretisch erforderlich. Dieser Materialüberschuss und damit -verlust beträgt bei der bisher üblichen, oben beschriebenen Vorgehensweise bei Einzelformen immerhin 30 bis 50%.To the foam-shaping molds themselves are to be noted that they practically only heat resistant need to be, as they are practically only the task of limiting the volume of the flowable Metal foam in a desired Shape in as possible all volume ranges of the foaming mold fulfilling Way. Since the amount of foam due to blowing agent content and composition, foaming in the recipient and metal viscosity is controllable and the foam metal practically already in Endvolumensumfang from the recipient into the foaming mold flow is not to ensure a perfect volume fill necessary to introduce significantly more starting material into the foaming mold as theoretically necessary. This excess material and thus loss is in the usual, at least 30 to 50% of the procedure described above for single molds.
Als direkte Folge der nunmehr nicht mehr notwendigen Erhitzung einer Schaummetall-Bildungskokille bzw. -form auf Schmelztemperatur des Matrixmetalls ist es zum ersten Mal möglich, von einer etwa der Giesstechnik entsprechenden Kokille mit hocherhitzter Innenwandung abzugehen und wesentlich dünnennrandige Hohlräume mit einem gewünschten Schaummetall-Körper auszufüllen. So ermöglicht es die Erfindung zum ersten, Hohlprofile oder z. B. Karosserie-Hohlteile direkt mit Metallen auszuschäumen, was bisher wegen der viel zu hohen Temperatur beim direkten Schäumen des metallischen Vormaterials in der Schäumform selbst und der daraus resultierenden Phasenumwandlungen, Rekristallisationsphaenomene u. dgl. im metallischen Werkstoff des auszuschäumenden Formteils nicht möglich war. Vielmehr musste zuerst in einer erhitzten Kokille ein dem auszufüllenden Hohlraum entsprechender Schaummetall-Körper hergestellt werden, der dann nach dem Erstarren in ein Hohlprofil eingeschoben oder ein einen aufzufüllenden Hohlraum eingebracht werden musste, was nur bei relativ einfach geformten Hohlräumen, die keine inneren Erweiterungen und Hintergreifungen aufweisen, möglich war und wobei immer der Mangel eines tatsächlichen satten allseitigen Anliegens der Schaummetallfüllung an die Innenwandung des Formteils besteht. Dieses satte Anliegen kann bei Anwendung der erfindungsgemässen Technik eventuell noch durch eine Art Verlötungs- oder Verschweissungs-Mikroprozess ergänzt werden.When direct consequence of the now no longer necessary heating a Foam metal formation mold or mold to melting temperature of the matrix metal is it possible for the first time from a mold similar to the casting technique with highly heated To go away inner wall and much thin-voided cavities with a desired one Foamed metal body fill. So allows it is the invention for the first, hollow sections or z. B. body hollow parts to foam directly with metals, which so far because of the too high temperature during direct foaming of the metallic starting material in the foam form itself and the resulting resulting phase transformations, Rekristallisationsphaenomen u. Like. In the metallic material of auszuschäumenden molding was not possible. Rather, first had to be filled in a heated mold one Cavity corresponding foam metal body are produced, the then inserted after solidification in a hollow profile or a a replenishable Cavity had to be inserted, which is only relatively simple shaped cavities, which have no internal extensions and backgrips, possible was and always lacking an actual luscious all-round Concerning the foam metal filling consists of the inner wall of the molding. This whopping concern may possibly still when using the inventive technique by a kind of soldering or welding micro process.
Im folgenden seien übersichtsweise die Nachteile des bisherigen Verfahrens den Vorteilen des erfindungsgemässen Verfahrens gegenübergestellt.in the the following are clear the disadvantages of the previous method the advantages of the inventive method compared.
Die Nachteile der bisherigen Verfahrensweise sind im wesentlichen folgende:
- – Der Aufschäumvorgang erfolgt bei Einzelkokillentechnik diskontinuierlich für jeden Formteil
- – Stranggepresstes Vormaterial muss fragmentiert werden.
- – Das Vormaterialstückgut muss in den Formen angeordnet werden.
- – Vormaterial, Schäumkammern und Kokillen müssen geheizt und gekühlt werden, sind also im Bau und Betrieb aufwendig.
- – Es bedarf einer Ofenanlage, welche grösser ist als die Form ist.
- – Die Reproduzierbarkeit der Aufschäumvorgänge ist erschwert.
- – Die Oberfläche des Schaummaterials zeigt die Überstruktur des Einsatz-Vormaterials.
- – Die Materialausbeute liegt wegen des erforderlichen Überlaufs nur zwischen 50 und 70%.
- – Dünnwandige und hitzeempfindliche Formen können nicht ausgeschäumt werden.
- – Die Homogenität bzw. Porenhomogenität des Schaummetalls lässt zu wünschen übrig.
- - The foaming is carried out in single mold technology discontinuously for each molding
- - Extruded primary material must be fragmented.
- - The material must be arranged in the molds.
- - Prematerial, foam chambers and molds must be heated and cooled, so are complex in construction and operation.
- - It requires a furnace, which is larger than the shape.
- - The reproducibility of Aufschäumvorgänge is difficult.
- The surface of the foam material shows the superstructure of the feedstock.
- - The material yield is due to the required overflow only between 50 and 70%.
- - Thin-walled and heat-sensitive molds can not be foamed.
- - The homogeneity or pore homogeneity of the foam metal leaves something to be desired.
Die Vorteile des erfindungsgemässen, neuen Verfahrens liegen etwa in folgendem:
- – Kontinuierlich kompaktierte Vormaterialien, wie Drähte, Bänder und Strangpressprofile können kontinuierlich zum Aufschäumen gebracht werden.
- – Das Vormaterial braucht nicht zuerst gestückelt und dann erst in die Schäumform eingebracht oder eingelegt zu werden.
- – Die Schäummetallkörper können analog zum Kokillenguss-Karussel gefertigt werden.
- – Es können kontinuierlich Schaumlangprodukte wie Stangen, Profile, Bänder, Bleche und dgl. hergestellt werden.
- – Die Schaumqualität ist bei hoher Reproduzierbarkeit wesentlich gleichmässiger.
- – Die Herstellung der Schaummetallprodukte erfolgt mit herabgesetztem Energieeinsatz.
- – Die Vormaterialnutzung beträgt mindestens 90%.
- – Die Taktzeiten der Herstellung sind kürzer bzw. die Einbringung des Metallschaums in die "kalte" Kokille erfolgt kontinuierlich und die Herstellung wird damit wirtschaftlicher.
- – Die Schaumdüse selbst oder zusammen mit dem Rezipienten kann mobil ausgeführt werden und bei grossvolumigen Formen bzw. auszuschäumenden Hohlräumen von grösseren Anlagen direkt an das Werkstück in jeweils geeignete Position herangebracht werden. So besteht praktisch jegliche Automatisierungsmöglichkeit, z. B. analog zu Schweissrobotern.
- - Continuously compacted materials such as wires, strips and extruded profiles can be continuously foamed.
- - The starting material does not need to be first divided and then introduced into the foaming mold or inserted.
- - The foam metal body can be made analogous to the chill casting carousel.
- - It can be continuously produced foam long products such as rods, profiles, strips, sheets and the like.
- - The foam quality is much more uniform with high reproducibility.
- - The production of foam metal products takes place with reduced energy input.
- - The input material usage is at least 90%.
- - The cycle times of the production are shorter or the introduction of the metal foam in the "cold" mold is continuous and the production is thus more economical.
- - The foam nozzle itself or together with the recipient can be carried out mobile and are brought in large-volume forms or auszuschäumenden cavities of larger systems directly to the workpiece in any suitable position. So there is virtually any automation option, eg. B. analogous to welding robots.
Eine gemäss Anspruch 2 vorgesehene Kraftbeaufschlagung des Vormaterials von der Einbringungsseite des Rezipienten her vorzugsweise durch eine Vorschubs- oder Kolbenbewegung erleichtert die Steuerung des gesamten Schaummetalls-Bildungsprozesses und der Produktionsgeschwindigkeit.A according to Claim 2 intended Kraftbeaufschlagung of the starting material of the introduction side of the recipient ago preferably by a Feed or Piston movement facilitates control of the entire foam metal formation process and the production speed.
Wesentlich unterstützt werden kann die vorerwähnte Druckbeaufschlagung in vorteilhafter Weise durch eine ausgangsseitige im wesentlichen stetige, düsenartige Verengung des Rezipienten-Hohlraumes, wie dies Anspruch 3 zum Ausdruck bringt.Essential supports can be the aforementioned Pressurization in an advantageous manner by an output side essentially continuous, nozzle-like Constriction of the recipient cavity, as expressed in claim 3 brings.
Dieses bevorzugte Verfahrensmerkmal führt darüber hinaus auch zu einer verbesserten Poren-Grössen- und Verteilungshomogenität im fertigen Schaummetall-Werkstück.This preferred method feature also leads also to an improved pore size and distribution homogeneity in the finished foam metal workpiece.
Dieser Homogenitätseffekt wird noch intensivieret, wenn die Bereiche der Dimensionierungsverhältnisse gemäss Anspruch 1 eingehalten werden.This homogeneity effect is intensified even more when the areas of sizing ratios according to Claim 1 are met.
Dies gelingt in besonders hohem Masse dann, wenn die Vormaterial-Schäumungszone innerhalb des Heiz-Rezipienten in den im Anspruch 4 genannten Bereichen desselben gehalten wird.This succeeds to a particularly high degree when the Vormaterialschäumungszone within the heating recipient in the areas mentioned in claim 4 the same is held.
Es hat sich insbesondere für eine kontinuierliche Schaummetall-Profilfertigung als günstig erwiesen, im Rezipienten die geometrischen Bedingungen gemäss Anspruch 5 einzuhalten.It especially for a continuous foam metal profile production proved to be favorable in the recipient to comply with the geometric conditions according to claim 5.
Besonders wirtschaftlich und technisch wenig aufwendig ist eine Art der kontinuierlichen Einbringung des in Festform vorliegenden, latent schäumfähigen Vormaterials in den Rezipienten gemäss Anspruch 6.Especially Economically and technically less expensive is a kind of continuous Introduction of the solid, latently foamable primary material in the recipient according to Claim 6.
Eine auf die jeweilige Schäumungsaufgabe und auf die Eigenschaften des letztlich erhaltenen Schaummetall-Formkörpers gerichtete und Vormaterial-angepasste, bevorzugte Verfahrensweise, die auf der Beobachtung der Lage der Schaumbildungsfront im zugeführten Metall-Kompaktstrang basiert, offenbart der Anspruch 7.A to the respective foaming task and directed to the properties of the finally obtained foam metal molding and pre-material adapted, preferred procedure, the the observation of the position of the foaming front in the supplied metal compact strand is disclosed in claim 7.
Die Detektion dieser Front ist durch eine relativ abrupte Materialeigenschaftsänderung vom Matrixmetall/Treibmittel-Kompakt-Formkörper zur poren-aufgeweiteten Metallmatrix erleichtert, und kann z. B. mit Sensoren auf Basis einer Gammastrahlen-Dickenmessung oder von Ultraschall erfolgen. Besonders günstig ist es, hier Sensoren einzusetzen, welche auf Basis einer Induktionsankopplung arbeiten, wobei der Umstand ausgenutzt wird, dass die Leitfähigkeit beim Übergang vom kompakten Vormaterial zum Metallschaum etwa um eine Zehnerpotenz sinkt, womit sich der Kompaktmaterial/Schaum-Grenzbereich exakt und reproduzierbar lokalisieren lässt.The Detection of this front is due to a relatively abrupt change in material property from matrix metal / propellant compact molding to pore-expanded Metal matrix facilitates, and z. B. with sensors based gamma-ray thickness measurement or ultrasound. Especially Cheap is it to use here sensors, which are based on an induction coupling work, taking advantage of the fact that the conductivity at the transition from compact starting material to metal foam drops by about one power of ten, with which the compact material / foam boundary area can be located precisely and reproducibly leaves.
Der oben erwähnten Kraft- bzw. Druckausübung und der Forderung nach "Abdichtung" der Eingangsseite des Rezipienten dienlich kann auf vorteilhafte Weise eine Abstimmung von Vormaterial-Aussen- und Rezipienten-Innenquerschnitt aufeinander gemäss Anspruch 8 sein.Of the mentioned above Force or pressure exercise and the demand for "sealing" the input side the recipient may advantageously benefit from a vote of primary material outer and recipient inner cross-section on each other according to claim 8 be.
Besonders günstig können die entsprechenden Bedingungen erreicht werden, wenn den Ausführungen des Anspruches 9 gefolgt wird.Especially Cheap can the appropriate conditions can be achieved if the executions of claim 9 is followed.
Anpassend ist und gleichzeitig den realen, oft rauhen Verfahrensbedingungen im Betrieb Rechnung trägt eine bevorzugte Verfahrensführungs-Variante gemäss Anspruch 10, wobei die vorerwähnten Sensoren besonders hilfreich sein können.adapting is and at the same time the real, often harsh process conditions in operation a preferred process variant according to Claim 10, wherein the aforementioned sensors can be particularly helpful.
Unnötige Reibungsverluste und Störungen im Verfahrensablauf können mit Gleit-Agentien gemäss Anspruch 11 vermieden werden.Unnecessary friction losses and disturbances in the Procedure can with sliding agents according to Claim 11 can be avoided.
Diesem wichtigen Aspekt vorteilhaft Rechnung trägt auch eine robuste Variante gemäss Anspruch 12.this important aspect advantageous bill also carries a robust variant according to Claim 12.
Zur weitestgehenden Vermeidung von wie weiter oben schon angesprochenen Vormaterialsverlusten kann in sehr effizienter Weise der Einsatz eines Rezipienten-zu-Formgebungs-Kokille-Anschlusses gemäss Anspruch 13 beitragen.to as far as possible, as already mentioned above Precursor losses can be used in a very efficient way a recipient-to-shaping mold connection according to Contribute to claim 13.
Ein "Zusammenfallen" des in die Kokille eingebrachten Schaums bzw. die sofortige Ausbildung einer späteren, Inhomogenitäten und Materialfehler hervorrufenden, festen Haut am flexiblen Schaummetall-Strang kann in vorteilhafter Weise eine Temperierung der Schaumformungs-Kokille gemäss Anspruch 14 verhindern.A "collapse" of the mold introduced foam or the immediate formation of later, inhomogeneities and Material-causing, solid skin on flexible foam metal strand can advantageously a temperature of the foam-forming mold according to Prevent claim 14.
Besonders bevorzugt ist eine Verfahrensführung mit echt kontinuierlich arbeitendem Schäumrezipienten und daran sich anschiliessender Durchlauf-Schaumformungs-Kokille gemäss Anspruch 15.Especially preferred is a procedure with truly continuous Schäumrezipienten and it itself A continuous flow foam-forming mold according to claim 15.
Eine geschlossene, im wesentlichen porenfreie Schaummetallprofil-Oberfläche lässt sich mit einer Verfahrensweise mit Deckfolien-Aufbringung auf einen Metallschaumstrang in situ gemäss Anspruch 16 erzielen.A closed, essentially non-porous foam metal profile surface can be with a method of applying cover film to a metal foam strand in situ according to Claim 16 achieve.
Eine Verbesserung der Bindung der auf den erfindungsgemäss erhältlichen Schaummetall-Strang aufzukaschierenden Folie(n) mit dem Schaummetall lässt sich durch Einsatz eines etwa lotmetall-plattierten metallischen Folienmaterials gemäss Anspruch 17 erzielen.A Improvement of the binding of the present invention available Foam metal strand aufkaschierenden foil (s) with the foam metal let yourself by using an approximately solder-plated metal foil material according to Claim 17 achieve.
Die neue Verfahrenskonzeption der "Metallschaumbildung noch vor Einbringung in die gestaltgebende Form" ermöglicht die Erschliessung ganz neuartiger Produktionstechnologien für Metall/Metallschaum-Verbundmaterialien und Werkstücke daraus.The new process concept of "metal Foaming before incorporation into the design form "enables the development of completely new production technologies for metal / metal foam composite materials and workpieces thereof.
So ist es z. B. bevorzugt, Rohre oder andere Hohlprofile gleichmässig mit Metall-Schäumen gewünschter Qualität zu füllen, wie dies gemäss Anspruch 18 vorgesehen ist. Dabei wird der Effekt genutzt, dass auf einer Seite des Hohlprofils eingebrachter Metallschaum beim Erstarren etwas schrumpft, also nicht mehr ganz satt an der Hohlraum-Innenwandung anliegt und im Hohlprofil gleitbar und somit darin mechanisch verschieblich geworden, ein immer länger werdender Stopfen aus erstarrtem Schaummetall vom noch nachdrängenden Schaum in den Profil Hohlraum geschoben wird, bis derselbe jeweils in seiner vollen Länge mit Schaummetall erfüllt ist.So is it z. B. preferably, pipes or other hollow profiles evenly Metal foams more desired quality to fill, as in accordance with Claim 18 is provided. It uses the effect that on one side of the hollow profile introduced metal foam at Freezing slightly shrinks, so not quite full on the cavity inner wall abuts and slidable in the hollow profile and thus mechanically displaceable therein become, an ever longer expectant plug of solidified foam metal from nachdrängenden foam in the profile cavity is pushed until the same in each case in his full length filled with foam metal is.
Bei einer nach diesem Prinzip arbeitenden Verfahrensvariante gemäss Anspruch 19 ist vorgesehen, gleichzeitig mit dem Fortschreiten der Produktion eines Hohlprofils, dessen Inneres mit Metallschaum zu füllen. So kann z. B. als Hohlprofil-Erzeu gungsanlage eine Strangpresse vorgesehen sein, in deren " Dorn" die Ausbringungsdüse des Metallschaum-Generierungsrezipienten angeordnet ist. Synchron mit der Auspressung des Profils erfolgt die Schaumeinbringung in dessen Innenraum.at an operating according to this principle method variant according to claim 19 is provided, simultaneously with the progress of production a hollow profile to fill its interior with metal foam. So can z. B. as a hollow profile-generating gen supply an extrusion press provided in its "mandrel" the discharge nozzle of the metal foam generation recipient is arranged. Synchronous with the extrusion of the profile takes place the foam in the interior.
Eine bevorzugte, weniger aufwendige Ausführungsform einer derart synchronen Formherstellung und -ausschäumung bildet den Gegenstand des Anspruches 20.A preferred, less expensive embodiment of such a synchronous Mold production and lathering forms the subject of claim 20.
Weiters kann eine "mitbewegende" Ausbildungsform des Verfahrens gemäss Anspruch 21 von Vorteil sein.Furthermore, can be a "moving" form of training of the method according to Claim 21 be advantageous.
Einen satten, zumindest mechanischen Verbund von Schaummetall und Hohlprofil kann man schliesslich nach Art des Anspruches 22 erzielen.a rich, at least mechanical bond of foam metal and hollow profile can finally be achieved by the nature of claim 22.
Was die erfindungsgemäss besonders einzusetzenden Vormaterialien betrifft, sind diese in den Ansprüchen 23 bis 25 angeführt, woraus erhellt, dass die erfindungsgemäss erhältlichen Schaummetalle keineswegs nur auf Leichtmetall-Komponenten beschränkt sind, obwohl dieselben bis jetzt in grösserer Zahl untersucht worden sind und auch wegen ihrer niedrigeren Schmelzpunkte technisch leichter handhabbar sind.What the invention pertaining to particular materials to be used, these are in the claims 23 to 25, From which it is clear that the foam metals obtainable according to the invention by no means are limited to light metal components, although the same so far in greater numbers and also because of their lower melting points technically easier to handle.
Die Erfindung betrifft weiters eine Anlage zur Durchführung des oben mit verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen Verfahrens.The The invention further relates to a system for carrying out the above with different embodiments described method.
Diese Anlage zur Herstellung von gasgenerierte Hohlräume bzw. Poren aufweisenden Formkörpern bzw. Werkstücken auf Basis von (Leicht-)Metallen bzw. (Leicht)Metallegierungen, vorzugsweise auf Basis von Aluminium, unter Einsatz mindestens eines, durch Kompaktierung eines Gemisches bzw. Gemenges von Partikeln bzw. Pulver mindestens eines (Leicht-)Metalls bzw. einer (Leicht-)Metallegierung mit Partikeln bzw. Pulver mindestens eines – bei erhöhten Temperaturen ein porengenerierendes Gas abspaltenden – Treibmittels vorgefertigten Vormaterial-Formkörpers, vorzugsweise zur Durchführung des Herstellungsverfahrens und seiner Varianten ist im wesentlichen dadurch charakterisiert, dass die Anlage mindestens einen von einer Zuführungs- und Vorschubeinrichtung, insbesondere mit Vor schubrollen oder -walzen mit latent Schäumfähigem Vormaterial auf Basis eines kompaktierten Metall/Metall-Legierungs-Treibmittel-Gemenges, bevorzugt in Lang- bzw. Endlosform, wie insbesondere in Stangen-, Draht-, Band- oder Profil-Form, einbringungsseitig versorgbaren, mittels mindestens einer Heizeinrichtung, bevorzugt auf Basis von Induktion, im wesentlichen in voller Länge heizbaren, im wesentlichen rohrartigen Rezipienten mit in Vorschubrichtung länglichem Innenraum jeweils gewünschten Querschnittsprofils umfasst, dessen Querschnittsfläche im Nahbereich seiner mindestens einen Ausbringungsöffnung, bevorzugt stetig, zu dieser Öffnung bzw. zu diesen Öffnungen hin sich verjüngend ausgebildet ist, an welche, bevorzugt düsenartig ausgebildete(n), Ausbringungsöffnung(en) für den im Rezipienten mittels der genannten Heizung generierten fliessfähig-plastischen Metallschaum die Einbringungsöffnung(en) mindestens einer Einzel-Formgebungs-Kokille, eines einen mit Schaummetall zu füllenden Hohlraum aufweisenden Werkstücks, insbesondere Hohlteils; oder mindestens einer Durchlauf-Formgebungskokille, bevorzugt mit beweglichen Bändern oder Rollen bzw. Walzen als Wandungselemente, gegebenenfalls metallschaum-dicht, angeschlossen ist.These Plant for the production of gas-generated cavities or pores having moldings or workpieces based on (light) metals or (light) metal alloys, preferably based on aluminum, using at least one, by compaction a mixture or mixture of particles or powder at least a (light) metal or a (light) metal alloy with particles or powder at least one - at elevated temperatures a pore-generating gas releasing - propellant prefabricated Raw material molded body, preferably for carrying out of the manufacturing process and its variants is essentially Characterized in that the system at least one of feeding and feed device, in particular with feed rollers or rolls before with latent foaming material on Base of a compacted metal / metal alloy propellant mixture, preferably in long or Continuous form, in particular in rod, wire, strip or profile form, supplying supply side, by means of at least one heating device, preferably based on induction, substantially full-length heatable, essentially tubular receptacle with in the feed direction elongated Interior respectively desired Cross-sectional profile includes, whose cross-sectional area in the vicinity its at least one application opening, preferably steadily, too this opening or to these openings rejuvenating is formed, which, preferably nozzle-like design (s), application opening (s) for the in the recipient by means of said heating generated flowable-plastic Metal foam the introduction opening (s) at least one single-shaping mold, one with foam metal to be filled cavity having a workpiece, in particular hollow part; or at least one continuous forming mold, preferred with moving bands or Rollers or rollers as wall elements, optionally metal foam-tight, connected.
Wenn der Innenraum des Durchlaufrezipienten in seinem Querschnitt der Aussenkontur des Vormaterialstrangs angeglichen ist, wie gemäss Anspruch 27 vorgesehen, ist damit im wesentlichen eine sichere Abdichtung gegen ein rückseitiges Austreten von Metallschaum aus dem Rezipienten gegeben.If the interior of the passage recipient in its cross section of the Outer contour of the primary material strand is aligned, as claimed 27 provided so that is essentially a secure seal against a back Given leakage of metal foam from the recipient.
Eine materialstromabwärtige stetige Verengung des Rezipienten-Innenraums bzw. Schaumumlenkung bzw. Vormaterial/Schaum-Querschnittsdimensions- und/oder -gestalts-Änderung (d. h., z. B., dass kreisförmiger Vormaterialeintritt und schlitzförmiger Austritt des Metallschaums vorgesehen sind), innerhalb der im Anspruch 26 genannten Grenzen sichert in günstiger Weise eine gleichmässige Schaumstruktur des erhaltenen Schaummetall-Formkörpers oder einer Schaummetall-Füllung eines hohlen Werkstücks.A materialstromabwärtige continuous narrowing of the recipient interior or foam deflection or pre-material / foam cross-sectional dimension and / or shape change (i.e., for example, that more circular Input material and slit-shaped Outlet of the metal foam are provided), within the claim 26 limits conveniently ensures a uniform foam structure the resulting foam metal molding or a foam metal filling of a hollow workpiece.
In diesem Sinne vorteilhaft ist auch eine Ausbildung der Ausbringungsöffnung(en) im Vergleich um Rezipienten-Innenquerschnitt gemäss Anspruch 28.In advantageous for this purpose is also an embodiment of the application opening (s) in comparison to the recipient inner cross-section according to claim 28.
Die hier angesprochene Verengung des Innenraums bzw. Schaumumlenkung verursacht einen lokalen Druckanstieg, welcher einer letztlich günstigen Schaumstruktur förderlich ist.The Here mentioned constriction of the interior or foam deflection causes a local pressure increase, which ultimately favorable Foam structure conducive is.
Um den Schäumvorgang tatsächlich technisch voll im Griff zu haben und eine Feinsteuerung oder Korrekturen von z. B. durch ungleichmässige Betriebsbedingungen bedingten Störungen vor der Schaumausbringung in die Kokille zu ermöglichen, ist eine Ausführungsart der erfindungsgemässen Anlage gemäss Anspruch 29 zu bevorzugen.Around the foaming process indeed technically fully in control and a fine control or corrections from Z. B. by uneven operating conditions conditional disturbances prior to foam application to the mold, is one embodiment the inventive Plant according to Claim 29 to be preferred.
Reproduzierbare Produktionsbedingungen und damit geringer Ausschuss lassen sich besonders vorteilhaft mit einer Ausstattung der erfindungsgemässen Anlage gemäss Anspruch 30 erreichen.reproducible Production conditions and thus low rejection can be particularly advantageous with an equipment of the inventive system according to Achieve claim 30.
Eine Art Schmierung des Vormaterial-Stranges gemäss Anspruch 31 trägt zur Produktionssicherheit wesentlich bei.A Type lubrication of the starting material strand according to claim 31 contributes to production safety essential in.
Weitere der Qualität und dem Einsatzspektrum der Schaummetallkörper förderliche, vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausstattungsvarianten der erfindungsgemässen Produktionsanlage bilden die Gegenstände der Ansprüche 32 bis 35.Further the quality and the range of applications of the foam metal body conducive, advantageous embodiments and equipment variants of the inventive production plant things the claims 32 to 35.
Die Kaschierungseinrichtung gemäss Anspruch 33 führt z. B. zu sandwicharmierten Schaummetall-Strangprodukten mit kaschierten, porenfreien Oberflächen, wobei eine leicht konische Ausbildung der Durchlaufkokille gemäss Anspruch 36 ein Eindrücken der Metallfolie in den Schaum und damit eine bessere Bindung an denselben wesentlich unterstützen kann.The Laminating according to Claim 33 leads z. B. sandwiched foam metal strand products with laminated, non-porous surfaces, wherein a slightly conical design of the continuous mold according to claim 36 impressions the metal foil in the foam and thus a better bond substantially support the same can.
Anspruch 35 offenbart ein wesentliches, neues Merkmal der Anwendung, nämlich, dass statt einer Schäumkokille gleich ein mit Metallschaum auszufüllender Hohlkörper an den Rezipienten anschliesst.claim 35 discloses an essential new feature of the application, namely that instead of a foaming mold equal to a auszufüllender with metal foam hollow body connects the recipient.
Eine bevorzugt ausgestaltete Anlage zur schon beschriebenen Herstellung von mit Metall ausgeschäumten, länglichen Hohlprofilen bildet den Gegenstand des Anspruches 36, wobei hier eine synchrone und gleich gerichtete Generierung von Metallschaum und der mit diesem zu füllenden Form, die durch ein gerade in Erzeugung befindliches Hohlprofil, z. B. Rohr, gebildet ist, vorgesehen ist.A preferably configured plant for the production already described of metal foamed, elongated Hollow profiles forms the subject of claim 36, wherein here a synchronous and equal generation of metal foam and the one to be filled with this Shape produced by a hollow profile currently being produced, z. B. tube, is formed, is provided.
Im Prinzip ähnlich, jedoch mit entgegengesetzten Richtungen von fortschreitend generiertem Hohlprofil und synchron generiertem Metallschaumarbeitet die Anlage gemäss Anspruch 37, wobei eine Ausgestaltung gemäss Anspruch 38 besonders gut reproduzierbare Produktionsbedingungen zu erreichen gestattet.in the Principle similar, however, in opposite directions from progressively generated hollow profile and synchronously generated metal foam works the system according to claim 37, wherein an embodiment according to Claim 38 particularly well reproducible production conditions allowed to reach.
Schliesslich ist es vorteilhaft, den mechanischen Verbund von Hohlprofil und Metallschaumkern mit einer Anlage gemäss Anspruch 39 zu sichern.After all it is advantageous to the mechanical composite of hollow profile and Metal foam core to secure with a system according to claim 39.
Letztlich bildet die Verwendung des neuen Verfahrens und der Einsatz der Anlage im Rahmen des Herstellungsprozesses, wie sie dem Anspruch 40 zu entnehmen ist, einen weiteren wesentlichen Gegenstand der Erfindung, wobei die völlig neue Möglichkeit der Ausschäumung von temperaturempfindlichen Formteilen mit Metallen ein völlig neues Einsatz-Segment auf diesem sich technisch rasch entwickelnden Gebiet eröffnet.Ultimately forms the use of the new process and the use of the plant in the context of the manufacturing process as claimed in claim 40 it is a further essential object of the invention, being the completely new possibility the foaming of temperature-sensitive molded parts with metals a completely new insert segment in this rapidly developing area.
Im
folgenden sollen die Erfindung und einige Details derselben aus
der Praxis noch ergänzend
erläutert
werden:
Das kompaktierte, Treibmittel enthaltende, metallische
Vormaterial in Form von Langprodukten wird in den mit einem rohrförmigen Durchlaufofen
gebildeten Rezipienten eingebracht und im Verlauf dessen in einer
dem Querschnitt des Vormaterials entsprechenden Führung bis
wenige Grade über
die Solidustemperatur erhitzt. Die Führung weist an der Innenseite
einen schwer- oder nicht benetzbaren Werkstoff auf. Die Ausgangsöffnung der
Führung
ist bevorzugt wie eine Düse
ausgeführt,
durch die der Schaum dann in das Formgebungs-Werkzeug austritt.
Der Auf-Schäumvorgang
erfolgt in der Führung,
wobei die Materialexpansion seitlich durch die Führung nach hinten, bevorzugt
durch das passende, noch feste Vormaterial verhindert wird, so dass
der heisse, viskose Schaum nur durch die Austrittsdüse in das formgebende
Werkzeug dringen kann. Die Austrittsdüse kann bei Bedarf zusaetzlich
gesondert beheizt werden. Das Werkzeug, also die Schaumformgebungskokille
muss nur soweit angewärmt
sein, dass es bzw. sie das Ausfliessen und Aus breiten des Schaums
in die gesamte Form hinein erlaubt. Die Zuführung des festen Vormaterials
wird vorteilhaft über Laufrollen
nach Geschwindigkeit und Transportkraft so gesteuert, dass die Materialzuführung der Schäumgeschwindigkeit
angepasst wird und die Aufschäumfront
im in der Führung
befindlichen Vormaterial weitgehend stationaer bleibt. Es bedarf
keines Schaumüberlaufes,
wenn z. B. die Luft aus dem Formgebungswerkzeug z. B. durch deren
Einlauföffnung
verdrängt
werden kann.In the following, the invention and some details of the same from the practice will be explained in addition:
The compacted, blowing agent-containing, metallic starting material in the form of long products is introduced into the recipient formed with a tubular continuous furnace and in the course of which in a corresponding to the cross section of the starting material guide heated to a few degrees above the solidus. The guide has on the inside of a difficult or not wettable material. The exit opening of the guide is preferably designed like a nozzle through which the foam then exits into the forming tool. The on-foaming process takes place in the guide, the material expansion being prevented laterally by the guide to the rear, preferably by the appropriate, still solid starting material, so that the hot, viscous foam can only penetrate through the outlet nozzle in the forming tool. If necessary, the outlet nozzle can be additionally heated separately. The tool, so the Schaumformgebungskungskille must be warmed only to the extent that it or she allows the outflow and spreading of the foam into the entire shape inside. The feed of the solid starting material is advantageously controlled by rollers according to speed and transport force so that the material supply of the foaming speed is adjusted and the foaming front remains largely stationary in the lead material located in the guide. It does not require a foam overflow when z. B. the air from the forming tool z. B. can be displaced by the inlet opening.
Zur Herstellung von Einzel-Formteilen ist es günstig, die Schäum-Formen mit einer der Düse des Rezipienten angepassten Eingussöffnungen auszustatten, in die die Düse eingeführt wird und ein seitliches Austreten des Schaumes solange verhindert, bis die Form vollständig ausgeschäumt ist. Die Vormaterialzuführung wird vorteilhafterweise abwärtsgeneigt angebracht, so dass die Schwerkraft das Ausfliessen des Schaumes in die Form unterstützt. Mehrere Schäum-Formen sind für eine wirtschaftliche Herstellung grösserer Stückzahlen auf einem Karussel anordenbar und es laufen dann die Takte Beschlichten, Vorwärmen, Befüllen, Kühlen, Ausformen, Kokillenreinigung parallel ab.For the production of individual molded parts, it is advantageous to equip the foam molds with a nozzle adapted to the nozzle of the recipient into which the nozzle is introduced and prevents lateral leakage of the foam until the mold is completely filled with foam. The pros Material supply is advantageously mounted downwardly inclined, so that gravity supports the flow of foam into the mold. Several foaming molds can be arranged on a carousel for economical production of large numbers and then the cycles of precipitation, preheating, filling, cooling, shaping, mold cleaning run off in parallel.
Zur kontinuierlichen Herstellung von Lang- und Flachprodukten ist die Vormaterialzuführung vorteilhaft horizontal bzw. abwärts gering geneigt angeordnet. Die Austrittsdüse des Durchlauf-, Heiz- und Schäumrezipienten muendet zwischen formgebenden Umlaufbändern und/oder Rollen, zwischen denen der plastische Schaum nach der Formgebung erstarrt. Die der jeweiligen Durchlaufrate entsprechende Temperaturführung kann durch entsprechende Beheizung und Kühlung der Bänder bzw. Rollen erfolgen.to continuous production of long and flat products is the Vormaterialzuführung advantageous horizontally or downwards arranged slightly inclined. The outlet nozzle of the continuous, heating and Schäumrezipienten switches between forming circulation belts and / or roles which the plastic foam solidifies after shaping. The the respective flow rate corresponding temperature control can be done by appropriate heating and cooling of the bands or rollers.
Je nach Breite und Dicke des herzustellenden Schaumproduktes können auch mehrere Vormaterialstränge gleichzeitig in den Durchlauf-Rezipienten eingeführt werden. Es können jedoch auch mehrere Stränge in parallelen Führungen eines Rezipienten oder mehrerer davon geschäumt und auf die Umlaufbänder des Formgebungswerkzeugs gebracht werden. Die getrennt einlaufenden Schaumstränge werden dann durch die Umlaufbänder der Schäumungskokille zusammengepresst, damit sie noch im viskosen Zustand miteinander zu einem einheitlichen Schaum-Langmaterial verschweissen.ever according to width and thickness of the foam product to be produced can also several primary strands at the same time be introduced into the transit recipient. It can, however also several strands in parallel guides of a recipient or more foamed and on the circulation belts of the Shaping tool are brought. The separately incoming Foam strands are then through the circulation belts the foaming can pressed together so that they are still viscous with each other to a uniform foam long material weld.
Für die Herstellung von Verbunden mit Deckfolien bzw. -blechen können zwischen der/den Austrittsdüsen und den Umlaufbändern Bleche auf beiden Seiten eingebracht werden, die vorteilhafterweise entsprechend vorgewärmt sind, so dass sie mit dem heissen Schaum verschweissen. Bleche mit Lotplattierung können die metallurgische Bindung erleichtern. Die Einlaufgeschwindigkeit der Deckbleche kann über Förderwalzen mit der Schäum- und Schaumbewegungsrate synchronisiert werden.For the production Connected to cover sheets or sheets can between the / the outlet nozzles and the circulating belts Sheets are introduced on both sides, which advantageously preheated accordingly are so that they are welded with the hot foam. Sheets with solder plating can facilitate the metallurgical bond. The entry speed the cover sheets can over conveying rollers with the foaming and foam movement rate are synchronized.
Zusammengefasst
sind insbesondere folgende Vorteile der Erfindung wichtig:
Eine
kontinuierliche Aufschäumung
des Vormaterials ergibt:
wirtschaftliche Taktzeiten für Formteile,
die Einsparung der Vormaterialzerstückelung, wesentlich gleichmässigere
Schaumqualität
als bisherige Verfahren und wesentlich verbesserte Materialausbringung,
also Ausbeute als Folge einer Minimierung der Verluste durch Überschussschaum
zur Sicherstellung der vollstaendigen Formerfüllung.In summary, the following advantages of the invention are particularly important:
A continuous foaming of the starting material results in:
economic cycle times for molded parts, the saving of Vormaterialzerstückelung, much smoother foam quality than previous methods and significantly improved material application, so yield as a result of minimizing the losses due to excess foam to ensure complete mold filling.
Die erfindungsgemässe Konzentration der Energiezuführung auf das Vormaterial in einem zentralen, flexibel einsetzbaren Schaumgenerator ergibt eine wesentliche Einsparung von Energiekosten und eine höhere Lebensdauer der Kokillen. Zusätzlich ist eine wie schon weiter vorne erwähnte, problemlose Automatisierungsmöglichkeit gegeben.The invention Concentration of the energy supply on the starting material in a central, flexible foam generator results in a significant saving on energy costs and a longer life the molds. additionally is a problem-free automation option, as mentioned earlier given.
Die Kombination mit Umlaufbändern bzw. -walzen erlaubt eine kontinuierliche Herstellung von Lang- und Flachprodukten aus praktisch fertig bereitetem Metallschaum sowie die Produktion von Metallschäumen mit Deckblechen, auch mit stoffgleichen und ein- oder mehrseitig verschweissten oder verlöteten Deckblechen. Anhand der folgenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutert.The Combination with straps or rolling allows a continuous production of long and flat products made of practically finished metal foam as well as the production of metal foams with cover sheets, too with material equivalent and one or more sides welded or soldered cover sheets. The invention will be explained in more detail with reference to the following examples.
Beispiel 1example 1
Vormaterial Draht (Durchmesser 8 mm) aus Aluminium mit 0,8 Gew.-% TiH2-Treibmittel, strangpress-kompaktiert, wird von einer Rolle mittels geschwindigkeits- und kraftgesteuerter Förderrollen in ein Führungsrohr aus Grafit mit 8 mm Innendurch messer geführt. Das Führungsrohr befindet sich in einem senkrechten, mit einem Rohrofen hoher Energiedichte gebildeten Metallschaum-Generator, der ca. 10 g Al/s zum Schmelzen bringt. Das Führungsrohr ist mit einer Grafitdüse (Durchmesser 4 mm) abgeschlossen, die aussen kegelförmig ausgebildet ist. Aus der Düse dringt viskoser Al-Schaum mit etwa 20facher Geschwindigkeit der Vormaterialeinbringungsrate. Die kegelförmige Düse passt von oben in den Anguss einer Stahl-Schaumformgebungskokille für einen 3D-Formteil, die innen beschlichtet und auf 350 Grad C vorgewärmt ist. Sobald das Formvolumen mit Schaumaluminium gefüllt ist, was an einem kleinen Überlauf beim Einguss erkennbar ist, wird die Düse abgesetzt und auf eine nächste Kokille aufgesetzt, während die vorhergehende Kokille gekühlt wird. Sechs derartig teilbare Kokillen befinden sich auf einem Karussel mit den Arbeitsstationen: Beschichten, Vorwärmen, Schäumofen (Schäumgenerator) aufsetzen und Kokille bzw. Form mit Metallschaum füllen, Abkühlen der Form, Ausformen und schliesslich Reinigen der Form.Raw material 8 mm diameter aluminum wire with 0.8% TiH 2 propellant by weight, extruded-compacted, is replaced by a roll by means of and force-controlled conveyor rollers in a guide tube made of graphite with 8 mm inside diameter. The guide tube is located in a vertical, formed with a tube furnace high energy density Metal foam generator, which melts approx. 10 g Al / s. The guide tube is with a graphite nozzle (Diameter 4 mm) completed, the outside cone-shaped is. Out of the nozzle penetrates viscous Al foam at about 20 times the speed of Vormaterialeinbringungsrate. The conical nozzle fits into the sprue from the top a steel foam molding mold for one 3D molded part, coated inside and preheated to 350 degrees Celsius. Once the mold volume is filled with foam aluminum, resulting in a small overflow can be seen when pouring, the nozzle is discontinued and on a next mold put on while the previous mold is cooled. Six such divisible molds are on a carousel with the workstations: apply coating, preheating, foaming oven (foaming generator) and Fill mold or mold with metal foam, cool the mold, mold and finally Cleaning the mold.
In Taktzeiten von etwa 1 min lassen sich so gleichmässig geschäumte Formteile mit einem Einzelvolumen von etwa 1 l erzeugen.In Cycle times of about 1 min can be so evenly foamed moldings with a single volume of about 1 liter.
Beispiel 2Example 2
Ein Band aus aufschäumbarem Vormaterial aus Al-Si-Gusslegierung mit dem Querschnitt 5 × 30 mm2 wird in einem horizontalen Schäumungs-Durchlaufofen-Rezipienten mit Führungsrohr aus Grafit mit gleichem Innenquerschnitt kontinuierlich eingebracht, so dass 100 g Al/s aufgeschmolzen werden. Die Austrittsdüse hat einen Öffnungsquerschnitt von 3 × 80 mm2 und es schliessen sich oben und unten 100 mm breite Förderbänder und seitliche, formgebende Walzen einer Durchlauf-Formgebungskokille an.A strip of foamable Al-Si cast alloy starting material with a cross-section of 5 × 30 mm 2 is continuously introduced into a horizontal foaming continuous furnace recipient with a graphite guide tube having the same internal cross section, so that 100 g Al / s are melted. The outlet nozzle has an opening cross section of 3 × 80 mm 2 and close up and down 100 mm wide conveyor belts and lateral, forming rollers of a continuous forming mold.
Es tritt ca. 0,2 l Aluminiumschaum/s aus der Düse auf das untere Band. Das obere Band begrenzt die Dicke des Metallschaums auf 5 mm, so dass ein Schaumaluminiumband mit einem Querschnitt von 100 × 5 mm2 mit einer Geschwindigkeit von ca. 400 mm/s produziert wird. Der Schaum beginnt in seiner Hülle zu erstarren, sobald er in die Umlaufbänder eingelaufen ist.About 0.2 l of aluminum foam / s comes out of the nozzle onto the lower belt. The upper band limits the thickness of the metal foam to 5 mm, so that a foam aluminum strip with a cross section of 100 × 5 mm 2 is produced at a speed of about 400 mm / s. The foam begins to solidify in its shell as soon as it has entered the circulation belts.
Beispiel 3Example 3
Es werden 5 Düsen gemäss dem vorangegangenen Beispiel nebeneinander gereiht und simultan mit Vormaterial Bändern beschickt, die in einem Schäum-Rezipienten mit einem Mehrzonen-Durchlaufofen erhitzt werden. Die Umlaufbänder der Formgebungs-Durchlaufkokille an den Austrittsdüsen sind 50 cm breit und mit Rollen seitlich begrenzt. Auf diese Weise kann ein Blechband mit 50 cm Breite kontinuierlich mit einer Rate von etwa 20 m/min hergestellt werden. An der Unterseite der Formgebungs-Kokille wird ein einseitig lotplattiertes Aluminiumblech mit 50 cm Breite und 0,5 mm Dicke mit gleicher Geschwindigkeit in auf 500 Grad C vorgewärmtem Zustand eingespult. Die Durchlauflängen der Umlaufbänder in der Kokille sind etwa 1 m lang und der Spalt zwischen Ober- und Unterband nimmt von anfaenglich 12 mm auf 9 mm ab, um den Schaum auf das Deckblech aufzudrücken. Der Schaum verlötet sich mit dem Blech und es entsteht ein ca. 9 mm hinterschäumtes Aluminiumblech.It be 5 nozzles according to the previous example lined up next to each other and simultaneously with pre-material ribbons fed into a frothy recipient be heated with a multi-zone continuous furnace. The revolving belts of the Forming continuous mold at the outlet nozzles are 50 cm wide and with Rollers bounded laterally. In this way, a sheet metal strip with 50 cm wide continuously at a rate of about 20 m / min. At the bottom of the forming mold is a one-sided solder-plated Aluminum sheet with 50 cm width and 0.5 mm thickness at the same speed preheated to 500 degrees Celsius State wound up. The passage lengths of the circulating belts in the Mold are about 1 m long and the gap between upper and lower band initially decreases from 12 mm to 9 mm in order to remove the foam on the cover plate impose. The foam soldered with the sheet and it creates a 9 mm back-foamed aluminum sheet.
Beispiel 4Example 4
Ausschäumen von hohlen Längsholmen in einer Fertigungsstrasse von Kraftfahrzeugrahmen (insbesondere Al-Spaceframe-Konstruktionen)Foaming of hollow longitudinal beams in a production line of motor vehicle frames (in particular Al spaceframe structures)
Die Schaumdüse(n) des Schaumgenerierungs-Rezipienten wird (werden) automatisiert an Einspritzöffnungen der Holme herangeführt und die Heizung und Vormaterial-Drahtzuführung in Betrieb genommen, wodurch die Holme mit Al-Schaum ausgefüllt werden, ohne thermisch überbeansprucht zu werden. Die neue Methode eignet sich besonders auch für die Fertigung von Crash-Absorbern und zur allgemeinen Steifigkeitserhöhung.The Foam nozzle (s) The foam generator recipient is (are) automated at injection ports brought the spars and put the heater and feedstock wire in operation, whereby the spars are filled with Al foam, without being thermally overstressed to become. The new method is particularly suitable for production of crash absorbers and for general stiffness increase.
Vorschrift für eine Art der Herstellung des Vormaterialsregulation for one Type of production of semi-finished material
AlMg0,6Si0,4-Pulver mit einer Korngrösse von < 400 μm mit 0,4% TiH2 (< 300 μm) wird in einer Presse zu einem zusammenhaengenden Körper mit einer Dichte von 2,4 g/cm3 primär-kompaktiert, um dessen Weiterverarbeitung in einer Horizontalstrangpresse zu ermöglichen. Der Körper wird mit einer Temperatur von 200 Grad C in eine Strangpresse eingelegt und innerhalb von 5 s mit einem Pressdruck von 750 MPa zu einem Rechteckprofil stranggepresst. Die Temperatur des Rezipienten selbst betrug 300 Grad C. Das entstandene Profil hat eine Dichte von 2,7 g/cm3 und kann, so wie es ist, im erfindungsgemässen Verfahren eingesetzt werden.AlMg0,6Si0,4 powder having a grain size of <400 microns at 0.4% TiH2 (<300 microns) is primarily-compacted in a press to form a coherent body having a density of 2.4 g / cm 3, to its To allow further processing in a horizontal extrusion press. The body is placed in an extruder at a temperature of 200 degrees C and extruded within 5 s with a compacting pressure of 750 MPa into a rectangular profile. The temperature of the recipient itself was 300 degrees C. The resulting profile has a density of 2.7 g / cm 3 and can be used as it is in the process according to the invention.
Anhand
der Zeichnung werden das erfindungsgemässe Verfahren und zu dessen
Durchführung
besonders geeignete Ausführungsformen
der Produktionsanlage näher
erläutert,
wobei die
Die
Schaummetall-Fertigungsanlage
In
der Aufheiz- und Schäumungsinitiations-Zone
Mittels
an eine zentrale Steuerung
Der
Innenquerschnitt q1 des Rezipienten-Führungshohlraumes
In
Direkt
nach seinem Austreten aus der Rezipientenöffnung
Die
Ebenfalls
nur grob schematisch soll
Für eine in
der
Bei
einer Verfahrensweise gemäss
den
Claims (40)
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