DE4206303C1 - - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
- B21C23/005—Continuous extrusion starting from solid state material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/11—Making porous workpieces or articles
- B22F3/1121—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers
- B22F3/1125—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers involving a foaming process
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- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Powder Metallurgy (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Metallschaumkörpern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Verfahren dieser Art ist aus der US-PS 30 87 807 be
kannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird das vorkompaktierte
oder auch nicht vorkompaktierte Gemisch aus Metallpulver (Alumi
niumpulver) und Treibmittelpulver chargenweise, d. h. in bemesse
ner Menge, in einen zylindrischen Hohlraum eingefüllt und mit
tels eines Preßstempels durch die Öffnung einer Matrize extru
diert. Das im Hohlraum befindliche zu extrudierende Material
wird dabei mittels einer Widerstands- oder Induktionsheizung auf
eine für die Extrusion geeignete Temperatur gebracht.
Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist, daß die Länge
der Extrudate begrenzt ist und daß schon bei der Vorbereitung
der strangzupressenden Pulvermenge diese entsprechend der ge
wunschten Länge des Extrudats bemessen werden muß. Das Fassungs
vermögen des zylindrischen Hohlraums setzt dabei eine obere
Grenze und läßt nur verhältnismäßig kurze Strangpreßteile zu,
verstärkt dann, wenn man auf eine Vorkompaktierung des Pulvers
verzichten möchte.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs
genannten Art anzugeben, mit welchem Extrudate beliebiger Länge
auf einfache Weise hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Auf diese Weise ist ein kontinuierlicher Materialstrom zur
Matrize erreichbar, so daß sich Extrudate beliebiger Länge
erhalten lassen. Gleichzeitig sorgt die Reibung durch das
Gleiten des Pulvers über die ruhenden Teile der Kanalwände und
das Schlupfen des Pulvers an den transportierenden Teilen der
Kanalwände dafür, daß beim Transport zur Strangpreßmatrize über
die durch die Umformung beim Strangpressen bewirkte Wärmeerzeu
gung hinaus schon im Kanalbereich soviel Wärme entsteht, daß
bereits ohne eine zusätzliche Beheizung, wie die Induktionshei
zung beim Verfahren nach der US-PS 30 87 807, sich die Metall
pulverteilchen in einer die Treibmittelpulverteilchen umschlie
ßenden Weise zu verbinden beginnen. Die durch den Transport und
die dabei ablaufenden Reibvorgänge erzeugte Wärme ist dabei ab
hängig von der Geschwindigkeit, mit der sich die bewegliche Wand
zur Matrize hin bewegt. Je höher diese Geschwindigkeit, desto
höher bei gegebener Matrize die Differenzgeschwindigkeit zwi
schen sich bewegender Wand und dem Pulver, desto höher also die
erzeugte Temperatur, desto stärker aber auch die Vorkompaktie
rung des Pulvergemisches vor der Matrize, die durch die dabei
auftretende Umschließung der Treibmittelpulverteilchen einer
vorzeitigen Zersetzung des Treibmittels entgegenwirkt.
Auf diese Weise sind auch Treibmittel einsetzbar, die bei
Normaldruck eine relativ niedrige Zersetzungstemperatur haben,
und es erweist sich überraschenderweise, daß grundsätz
lich eine Wandgeschwindigkeit auffindbar ist, bei der die ent
stehende Temperatur und der sich aufbauende Druck so aufein
ander abgestimmt sind, daß einerseits für die Vorkompaktierung
günstige Temperaturverhältnisse vorliegen und andererseits es
nicht zu einer in dieser Phase unerwünschten Zersetzung des
Treibmittels kommt. Der sich aufbauende Verdichtungsdruck und
die dabei entstehende Temperatur hängen natürlich auch vom
Widerstand der Strangpreßmatrize, d. h. auch vom Umformungsgrad,
den die Stranpreßmatrize bewirkt, ab. Dieser Umformungsgrad,
ausgedrückt als Verhältnis von Eintrittsquerschnitt zu Aus
trittsquerschnitt, sollte im Bereich von 5 : 1 bis 10 : 1 schon aus
dem Grund liegen, weil es sonst vor allem im Kern des ausge
preßten Stranges nicht zu einer ausreichend festen Verbindung
der Metallpulverpartikel kommt, so daß sich bei der Erwärmung
des Strangpreßteils zur Aufschäumung das mit dem Treibmittel
erzeugte Gas in Bereichen verflüchtigen kann und es dort nicht
zu der erforderlichen Aufschäumung kommt. Im oben angegebenen
Bereich für das Verhältnis von Eintrittsquerschnitt zu Aus
trittsquerschnitt lassen sich auch stimmige Verhältnisse von
Verdichtung und Temperatur auf der Seite vor der Strangpreßma
trize erzielen.
Bei Verwendung von Aluminiumpulver und Titanhydrid erweisen
sich Korngrößen des Pulvers von kleiner oder gleich 3000 µm,
vorzugsweise kleiner oder gleich 600 µm, höchst vorzugsweise
kleiner oder gleich 300 µm als vorteilhaft.
Als günstiges Mischungsverhältnis der Metallegierung mit
Titanhydrid als Treibmittel ergab sich 0,1 bis 1,0 Gew.-%,
vorzugsweise 0,3-0,4 Gew.-%, Titanhydrid, Rest Aluminium bzw.
Aluminiumlegierung.
Bei kreisförmigem Querschnitt des Strangpreßteils von 9,5 mm
Durchmesser betrug in einer Ausführungsform die Austritts
geschwindigkeit etwa 20 m/min, was etwa gleichbedeutend ist mit
200 kg/h aufschäumbarem Material auf Aluminiumbasis.
Eine Vorrichtung zum Durchführen des kontinuierlichen
Strangpressens kann, wie in der einzigen Figur dargestellt, aufgebaut sein: Ein Nutrand,
in der Form (nicht notwendigerweise in den Abmessungen) einer
Riemenscheibe vergleichbar, und etwa mit einer U-förmigen Nut,
dreht sich in einem Hohlzylinder, so daß die Nutoberfläche mit
einem Teil der Zylinderoberfläche einen Kanal mit einer Ober
fläche ausbildet, von der ein Teil beweglich ist. Für Pulver als
Strangpreßmaterial (dargestellt ist ein Draht als Ausgangsmaterial)
steht die Achse des Nutrades und
damit des Zylinders zweckmäßigerweise horizontal. Die Einfüllung
des Pulvers erfolgt von oben. Um 90° (oder auch bis 270°) in Dreh
richtung des Nutrades gegenüber der Eintrittsöffnung versetzt
ist der Kanal durch einen Gegenhalter abgeschlossen, gegen den
das im Kanal von der Eintrittsöffnung wegtransportierte, bis
dahin schon vorkompaktierte Pulver anläuft und von dem es in
eine am Gegenhalter seitlich angeordnete, etwa radial nach außen
weisende Strangpreßmatrize abgelenkt wird. Die Mitnahme des
Pulvers im Kanal erfolgt durch Reibung zwischen sich drehendem
Nutrad und Pulver. Durch die dabei auftretenden Relativbewegun
gen zwischen der Nutoberfläche und den Pulverteilchen und auch
der Pulverteilchen untereinander kommt es zu der erwähnten
Erwärmung und Vorkompaktierung des Pulvers vor dem Auspressen
durch die Matrize, wobei die Drehgeschwindigkeit des Nutrades
mitentscheidend für die beim Transport erzeugte Wärme und auch
die dabei entstehende Vorkompaktierung ist. Es hat sich, wie
erwähnt, gezeigt, daß sich in jedem Fall eine so ausreichende
Erwärmung und Verdichtung erzielen läßt,
um auch Treibmittel, die niedrige Zerset
zungstemperatur bei Normaldruck haben, nicht vorzeitig ausgasen zu lassen.
Im Einzelfall könnte auch in Erwägung gezogen werden, zusätzlich
zu kühlen, wenn aus anderen Gründen eine höhere Transportge
schwindigkeit, die sonst zu einer zu starken Erwärmung führen
würde, erwünscht ist. Die maximale Temperatur an der Matrizenin
nenseite sollte bei Verwendung von Aluminium oder Aluminiumle
gierung 550-600°C nicht überschreiten. Typische Durchmesser für
das Nutrad liegen bei 300-600 mm, ohne daß dies einschränkend zu
verstehen wäre.
Als Metalle kommen neben Aluminium oder Aluminiumlegierun
gen jedenfalls Eisen, Kupfer und Nickel sowie deren Legierungen
in Frage.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von Metallschaumkörpern, bei
welchem ein Metallpulver mit einem Treibmittelpulver gemischt,
das Pulvergemisch in einem Rezipienten auf eine erhöhte Tempera
tur gebracht und durch eine Matrize hindurch stranggepreßt wird,
das Strangpreßteil durch Erwärmen unter Zersetzung des Treib
mittelpulvers nachfolgend aufgeschäumt und als fertiger Schaum
körper abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver
gemisch kontinuierlich in einen zur Matrize führenden Kanal
eingeführt wird, der eine zur Matrize hin fördernde sich bewe
gende Wandkomponente aufweist, durch die das Pulvergemisch im
Kanal durch Reibung unter Vorkompaktierung zur Matrize trans
portiert und durch die Matrize hindurch mit einem Umformungsgrad von wenigstens 5 zu 1 ausgepreßt wird, wobei
die Geschwindigkeit der Wandkomponente so gewählt wird, daß die
für die Vorkompaktierung erforderliche Erwärmung der bei dem
Transportvorgang erzeugten Wärme entstammt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Metallpulver Aluminium oder eine Aluminiumlegierung
verarbeitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Metallpulver
einer mittleren Teilchengröße von
600 µm oder kleiner verarbeitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Metallpulver
einer mittleren Teilchengröße von
300 µm oder kleiner verarbeitet wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden An
sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Treibmittel Titanhydrid
in einer Menge von 0,3 bis 0,4 Gew.-%
mit dem Metallpulver vermischt wird.
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