EP0804982B1

EP0804982B1 - Process for preparing metal foam parts

Info

Publication number: EP0804982B1
Application number: EP97890073A
Authority: EP
Inventors: Frantisek Dr.-Ing. Simancik; Franz Dipl.-Ing. Schörghuber; Erich Ing. Hartl
Original assignee: Neuman AG
Current assignee: USTAV MATERIAELOV A MECHANIKY STROJOV SLOVENSKEJ A
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 2002-11-27
Anticipated expiration: 2017-04-18
Also published as: AT406027B; EP0804982A2; ATA71996A; US5865237A; EP0804982A3; ATE228411T1; DE59708794D1; JPH1029052A

Abstract

Production of moulded parts from foamed metal, e.g. aluminium is claimed, in which a powder metallurgical preform compacted from a mix of metal powder and foaming agent is foamed by heating in a chamber (2) separate from the mould (8), the volume of the fully foamed starting material corresponds to the mould volume, and the foamed metal content of the chamber (2) is injected into the mould (8), where foaming is preferably continued with the remaining foaming capacity until the mould (8) is completely filled. Process equipment is also claimed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen von Formteilen aus Metallschaum, beispielsweise Aluminiumschaum, der auf pulvermetallurgischem Wege durch Aufschäumen eines insbesondere zu einen Halbzeug, wie Stangen, Rohre oder zu Granulat kompaktierten Gemisches aus gasabspaltendem Treibmittel mit Metallpulver als Ausgangsmaterial unter Hitzeeinwirkung gebildet wird. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for casting molded parts made of metal foam, for example aluminum foam, the by powder metallurgy by foaming a particular to a semi-finished product, such as rods, pipes or granules compacted mixture of gas-releasing propellant with metal powder as the starting material under the influence of heat is formed. The invention also relates to a device for performing the method.

Leichtmetallformstücke können als Vollgußkörper, als Hohlkörper oder auch als Metallschaumkörper ausgebildet sein. Während bei der erstgenannten Kategorie auf möglichst gleiche und dünne Wandstärken und die Vermeidung von örtlichen Materialansammlungen zu achten ist, erforderten Hohlkörper meist teure Gußkerne, die die Herstellung verkomplizieren. Eine moderne Alternative wird durch Metallschaumguß erreicht. Die Gußhaut bildet eine glatte Außenfläche des Gußerzeugnisses, dessen Inneres durch eine Porenstruktur locker ausgefüllt ist. Für sehr viele Anwendungsbereiche eignet sich der Metallschaumguß, der zu einem besonders leichten Endprodukt führt, das einen guten Schallschutz sowie geringe Wärmeleitfähigkeit bietet. Überraschend hoch sind die Festigkeitseigenschaften. Dennoch kann nicht jeder Maschinenteil in dieser Gußtechnik hergestellt werden.Light metal fittings can be used as solid castings, as hollow bodies or also be designed as a metal foam body. While in the former category on the same as possible and thin wall thicknesses and the avoidance of local material accumulations to be observed, required hollow body mostly expensive casting cores, which complicate the production. A modern alternative is achieved using metal foam casting. The cast skin forms a smooth outer surface of the cast product, its interior is loosely filled with a pore structure is. The is suitable for a large number of application areas Metal foam casting, which results in a particularly light end product that leads to good sound insulation and low thermal conductivity offers. The strength properties are surprisingly high. Still, not every machine part can do this Casting technology can be produced.

Man unterscheidet zwei grundsätzlich verschiedene Verfahren zur Bildung von Metallschaum, nämlich das schmelzmetallurgische und das pulvermetallurgische. In der DE 43 26 982 C1 wird ein typisches Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen aus schmelzmetallurgisch gebildetem Metallschaum beschrieben. Eine Schmelze, z.B. eine Aluminiumschmelze, wird in zwei kommunizierenden Behältern flüssig gehalten und in einem der beiden Behälter wird die Metallschmelze durch ein Rührwerk zum Schäumen gebracht. Der fertige Schaum wird durch Anheben des Niveaus des flüssigen Aluminiums in dem letztgenannten Behälter nach oben in eine Gußform gedrückt.There are two fundamentally different processes for the formation of metal foam, namely the melt metallurgical and the powder metallurgical. In DE 43 26 982 C1 is a typical process and an apparatus for manufacturing of molded parts made of melt-metallurgically formed Metal foam described. A melt, e.g. an aluminum melt, is kept liquid in two communicating containers and in one of the two containers is the molten metal made to foam by an agitator. The finished one Foam is created by raising the level of the liquid aluminum in the latter container up into a mold pressed.

Pulvermetallurgischer Metallschaum entsteht beispielsweise gemäß der DE 41 01630 C2 aus Metallpulver und einem gasabspaltenden Treibmittel. Das Material wird heißkompaktiert und einer Formänderung unterworfen. Dadurch entsteht ein Halbzeug aus fest miteinander verbundenen Metallteilchen, die die Treibmittelteilchen gasdicht einschließen. Das Halbzeug wird z.B. in einer beheizten Stahlform durch die Temperatureinwirkung zum Aufschäumen gebracht, wobei der Metallschaum die Form nach und nach ausfüllt. Nachteilig ist dabei, daß die Kontur des Halbzeugs der Kontur des Formhohlraumes entsprechen muß, da sonst kein gleichmäßiges Aufschäumen erfolgt. Benutzt man stabförmiges Vormaterial, dann muß dieses exakt abgelängt und in der Form plaziert werden. Es können sich ferner Kaltschweißstellen zwischen den aufgeschäumten Stäben bilden.For example, powder metallurgical metal foam is produced according to DE 41 01630 C2 from metal powder and a gas-releasing Propellant. The material is hot compacted and subjected to a change in shape. This creates a semi-finished product made of firmly connected metal particles that the Enclose propellant particles in a gas-tight manner. The semi-finished product is e.g. in a heated steel mold due to the effects of temperature brought to frothing, the metal foam the Fills out the form gradually. The disadvantage is that the Contour of the semi-finished product correspond to the contour of the mold cavity must, otherwise there is no even foaming. If you use rod-shaped primary material, then this must be exact cut to length and placed in the form. It can also cold welds between the foamed bars form.

Ein schmelzmetallurgisch hergestellter Schaum geht bereits in den Zustand des Kollabierens der Poren über, wenn er nach seiner Herstellung in die Form gepreßt wird. Es werden oft beheizte Formen eingesetzt, deren Temperatur jedoch nicht zu hoch sein dürfen, da der Metallschaum sonst in verstärktem Maße kollabiert. Die Poren fallen bei der Schaumherstellung ferner unkontrollierbar und in unterschiedlicher Größe an. Im allgemeinen erlaubt dieses Verfahren nur die Herstellung von einfachen Gußformteilen. Ferner wird beim schmelzmetallurgischen Verfahren ein Rührwerk benötigt, wobei die Positionierung des Rührers in der Schmelze äußerst problematisch ist. Durch das Rührwerk entsteht der Schaum nur im Bereich des Rührers, sodaß der bereits erzeugte Schaum während der Produktion des noch benötigten Schaumes noch während der Rührzeit kollabiert. Zudem ist die benötigte Schaummenge nicht exakt einstellbar, sodaß gleiche Teile kein übereinstimmendes Gewicht haben. Die erzeugten Poren haben keinen Innen-Überdruck, sodaß sie beim Eindrücken in die Form zusammengedrückt werden. Dadurch ergibt sich eine uneinheitliche Struktur.A foam produced by melt metallurgy is already working into the state of the pores collapsing when after its manufacture is pressed into the mold. Often heated molds used, but their temperature does not increase may be high, otherwise the metal foam in reinforced Dimensions collapsed. The pores fall during foam production also uncontrollable and in different sizes. in the in general, this method only allows the production of simple mold parts. Furthermore, in the case of smelting metallurgical Procedure requires an agitator, positioning the stirrer in the melt is extremely problematic. The foam is only created in the area of the by the agitator Stirrer, so that the foam already produced during production of the foam still required during the stirring time collapsed. In addition, the amount of foam required is not exactly adjustable, so that the same parts do not match To have weight. The pores created have no internal overpressure, so that it is compressed when pressed into the form become. This results in an inconsistent structure.

In der DE 44 24 157 A ist ein Verfahren zur Herstellung eines porösen metallischen Werkstoffes mit anisotropen Eigenschaften beschrieben, bei dem ein geschäumter und poröser Metallschaum mit isotropen Eigenschaften plastisch verformt wird.DE 44 24 157 A describes a method for producing a porous metallic material with anisotropic properties described in which a foamed and porous metal foam plastically deformed with isotropic properties becomes.

Die Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren anzugeben, das die Herstellung auch konturreicher, dreidimensionaler Formteile von hoher Qualität ermöglicht. Gleichmäßige Poren und eine einheitliche homogene Oberfläche sowie die Möglichkeit der Beeinflussung der Porengröße und der Porendichte sowie der Oberfläche und deren Schichtstärke sind erwünschte Parameter bei dem Herstellungsvorgang. Dieses Ziel wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß das pulvermetallurgische Ausgangsmaterial in einer beheizbaren Kammer außerhalb der Gußform aufschäumt, daß das Volumen des in die beheizbare Kammer eingebrachten pulvermetallurigschen Ausgangsmaterials, insbesondere Halbzeuges, in seiner mit der gesamten Schäumkapazität aufgeschäumten Phase dem Volumen einer Füllung der Gußform im wesentlichen entspricht und daß der gesamte Inhalt der Kammer als pulvermetallurgische Metallschaum-Schmelze in die Gußform gedrückt wird, in der vorzugsweise ein Aufschäumen mit der restlichen Schäumkapazität fortgesetzt bis zum vollständigen Ausfüllen der Gußform erfolgt, worauf der Schaumformteil in der Gußform abgekühlt und anschließend aus dieser entnommen wird.The invention aims to provide a method that the production of contoured, three-dimensional molded parts of high quality. Uniform pores and a uniform, homogeneous surface and the possibility influencing the pore size and density as well the surface and its layer thickness are desirable parameters in the manufacturing process. This goal is achieved with one Method of the type described in the introduction achieved that the powder metallurgical starting material in a heatable Chamber outside the mold foams that the Volume of powder metallurgy introduced into the heatable chamber Starting material, especially semi-finished products, in its phase foamed with the entire foaming capacity corresponds essentially to the volume of a filling of the mold and that the entire contents of the chamber as powder metallurgical Metal foam melt pressed into the mold in which preferably foaming with the rest Foaming capacity continued until completely filled the mold takes place, whereupon the foam molding in the mold cooled and then removed from this.

Im Gegensatz zu bekannten pulvermetallurgischen Verfahren wird Metallschaum außerhalb der Gußform durch thermisches Aufschäumen der für die Gußform vorbestimmten Menge des Halbzeuges hergestellt. Dieser Metallschaum kann - anders als bei einem schmelzmetallurgischen Verfahren - während seiner Bildung in die Gußform gedrückt werden. Dort findet dann die Endphase der Schaumbildung statt. Dies führt dazu, daß auch entlegene Bereiche bzw. schwer erreichbare Konturen oder Hinterschneidungen zuverlässig ausgefüllt werden. Ein frühzeitiges Kollabieren der Poren wird vermieden. Dabei ist die Dichte des Formteiles über den Befüllungsgrad der z.B. gasbeheizten Kammer mit Halbzeug bzw. Ausgangsmaterial respektive über das Kammervolumen einstellbar. Ebenso bildet der Zeitpunkt des Überführens des Metallschaumes aus der Kammer in die Gußform ein weiteres Kriterium. Dadurch wird die in der Gußform zur Wirkung kommende Restschäumkapazität vorgewählt. Bei einfachen Formen kann allenfalls auf eine Schaumbildung in der Gußform verzichtet werden. Es ist gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens vorteilhaft, wenn die Kammer mit dem schaumbildenden Ausgangsmaterial gegenüber der Gußform in der Art eines Drehtrommelofens gedreht und gegebenenfalls zur Entleerung in die Gußform gekippt wird. Dadurch wird die Gußform durch den Eigendruck des Schaummaterials gefüllt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Metallschaum in der Kammer von einem Kolben in die Gußform gedrückt wird. Die Koibengeschwindigkeit und der Druck bilden weitere Kriterien für das Erscheinungsbild des Formteiles, sowohl hinsichtlich seiner Oberfläche als auch der Porenform und Dichte. Das Einbringen des entstehenden Metallschaumes kann auch dadurch erfolgen, daß der Metallschaum durch eine metallschaumfremde Schmelze z.B. eine Salzschmelze, auf die ein Druck ausgeübt wird und auf der der pulvermetallurgisch entstehende Metallschaum schwimmt, angehoben und in die Gußform gedrückt wird. Dazu wird die metallschaumfremde Schmelze in die Kammer eingeleitet bzw. hineingedrückt. Diese hebt den Metallschaum direkt oder über ein schwimmendes Kolbenplättchen restlos in die Gußform. Es ist vorteilhaft, wenn die den Metallschaum tragende Schmelze spezifisch schwerer als das Muttermetall des Schaumes und der Schmelzpunkt niedriger ist (z.B. Zink oder Zinn und Aluminium). Im Gegensatz zu den bisher vorliegenden Erkenntnissen bei Metallschaumgußverfahren wurde erkannt, daß hervorragende Ergebnisse erzielt werden, wenn der pulvermetallurgisch gebildete Metallschaum in eine nichtmetallische Gußform, z.B. eine Sandform gedrückt wird. Die unbeheizte Sandform führt im Gegensatz zu einer Stahlform die Wärme des eingebrachten Metallschaumes beim Füllvorgang nicht sofort ab, sodaß die Schaumphase erhalten bleibt, bis auch die entlegenen Formteile ausgefüllt sind. Dazu kommt noch der unterstützende Effekt durch die in der Form auftretende Restschaumbildung. Der Schaum gelangt somit noch in seiner aktiven Phase in die Form und trägt zur wesentlichen Qualitätsverbesserung bei.In contrast to known powder metallurgical processes becomes metal foam outside the mold by thermal Foaming the predetermined amount of the semi-finished product for the mold manufactured. This metal foam can - unlike with a smelting metallurgical process - during its formation be pressed into the mold. There you will find the Final phase of foam formation takes place. This leads to that too remote areas or difficult to reach contours or undercuts be filled in reliably. An early one Collapse of the pores is avoided. Here is the Density of the molded part over the degree of filling of e.g. gas-fired Chamber with semi-finished or raw material respectively adjustable via the chamber volume. The time also forms transferring the metal foam from the chamber into the mold is another criterion. This will make the Mold selected residual foam capacity to take effect. In the case of simple shapes, foam can be formed at best to be dispensed with in the mold. It is according to a training course of the method advantageous if the chamber with the foam-forming starting material compared to the mold in the type of a rotary drum furnace rotated and, if necessary, for Emptying is tipped into the mold. This will make the mold filled by the inherent pressure of the foam material. Especially It is advantageous if the metal foam in the chamber is pressed into the mold by a piston. The Koiben speed and the pressure form additional criteria for that Appearance of the molded part, both in terms of its Surface as well as the pore shape and density. The bringing in the resulting metal foam can also be made that the metal foam through a non-metal foam melt e.g. a molten salt on which pressure is exerted and on which the powder-metallurgical metal foam floats, is raised and pressed into the mold. To the non-metallic melt is introduced into the chamber or pushed in. This lifts the metal foam directly or a floating piston plate completely into the Mold. It is advantageous if the one carrying the metal foam Melt specifically heavier than the parent metal of the Foam and the melting point is lower (e.g. zinc or Tin and aluminum). In contrast to the previous ones Findings in metal foam casting processes was recognized that Excellent results can be achieved when powder metallurgically formed metal foam into a non-metallic Mold, e.g. a sand mold is pressed. The unheated In contrast to a steel mold, sand mold carries the heat of the introduced metal foam during the filling process not immediately so that the foam phase is retained until the remote ones Moldings are filled. In addition there is the supportive Effect due to residual foam formation in the mold. The foam is still active Phase into the form and contributes to the essential quality improvement at.

Um eine gleichmäßige Poren- bzw. Zellstruktur des pulvermetallurgisch gebildeten Metallschaumes zu gewährleisten, ist ein gleichmäßiges Erhitzen des pulvermetallurgischen Ausgangsmaterials, also des Halbzeuges, erforderlich. Es sollen große Temperaturgradienten in der Kammer vermieden werden und die Schaumbildung soll durch rasches Aufheizen der Kammer im Randbereich der Kammer wie auch im Inneren möglichst gleichzeitig erfolgen. Dies wird dadurch erreicht, daß ein rohrförmiges bzw. rohrstutzenförmiges Halbzeug in die Kammer eingebracht wird. Es ist zweckmäßig, wenn dieses mit möglichst geringem Spiel zur Kammerinnenwand, also in thermischer Verbindung zur Wand in der Kammer vorgesehen ist. Die Heizung kann elektrisch, beispielsweise induktiv erfolgen. Wirbelströme und Skineffekt der induktiven Heizung sind zu berücksichtigen. Die induktive Heizung führt in Verbindung mit einem rohrförmigen Halbzeug zur besten Schaumqualität. Ein selbständiges Überführen des Schaumes aus der Kammer in die Form wird zum richtigen Zeitpunkt dadurch erreicht, daß das Halbzeugrohr zumindest in der Endphase des Aufheizvorganges durch den Kolben mit einer definierten und einstellbaren Kraft gegen die Düsenplatte gepreßt wird, sodaß der Einspritzvorgang in die Form eingeleitet wird, sobald das Halbzeug den Schmelzpunkt erreicht und damit aufschäumt. Zur Reduktion von Oxidschichten ist es zweckmäßig, wenn das Aufheizen bzw. eine Vorwärmung des Halbzeuges unter Schutzgas durchgeführt wird und vorzugsweise wenn die Kammer mit Schutzgas gespült wird.To ensure a uniform pore or cell structure of the powder metallurgy To ensure formed metal foam is uniform heating of the powder metallurgical starting material, So the semi-finished product is required. It should large temperature gradients in the chamber are avoided and the foam formation should by rapid heating of the chamber in Edge area of the chamber as well as inside if possible at the same time respectively. This is achieved in that a tubular or pipe socket-shaped semifinished product introduced into the chamber becomes. It is useful if this is as small as possible Play to the inner wall of the chamber, i.e. in thermal connection is provided to the wall in the chamber. The heater can electrically, for example inductively. eddy currents and skin effect of inductive heating must be taken into account. The inductive heating leads in connection with a tubular semi-finished products for the best foam quality. An independent one Transfer the foam from the chamber to the mold is achieved at the right time by the semi-finished tube at least in the final phase of the heating process against the piston with a defined and adjustable force the nozzle plate is pressed so that the injection process is introduced into the form as soon as the semi-finished product Melting point reached and thus foamed. To reduce Oxide layers, it is useful if the heating or a Preheating the semi-finished product is carried out under protective gas and preferably if the chamber is flushed with protective gas.

Die Masse des in der Kammer erzeugten und für einen Formteil zur Verfügung stehenden Metallschaumes ist begrenzt. Um auch große und räumlich ausgedehnte Metallschaumteile fertigen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der pulvermetallurgische Schaum mehrerer Kammern, die parallelgeschaltet sind, gleichzeitig oder über eine Steuerung zeitversetzt über mehrere Anschnitte in den Hohlraum einer oder mehrerer Formen gedrückt wird. Es werden somit eine Reihe von Gießmoduln in einer Anlage kombiniert, die die Form des zu gießenden Schaumteiles über mehrere Anschnitte füllen. Dabei werden die Module im allgemeinen synchron gesteuert, sodaß sie gleichzeitig in die Form einspeisen. In Abhängigkeit von der Form kann es aber auch vorteilhaft sein, die einzelnen Module zeitgestaffelt anzusteuern, sodaß etwa der Dichteverlauf im Schaumteil beeinflußt werden kann. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer von einem Mantel für fremdbeheizte, metallschaumfremde Schmelze zur Beheizung der Kammer umgeben ist. Die zum Heizen der Kammer verwendete Schmelze wird in einem separaten Ofen erhitzt. Auf diese Weise kann der Kammer für das pulvermetallurgische Halbzeug ein großes Temperaturvolumen gleichmäßig zugeführt werden. Die Vorrichtung läßt sich dadurch automatisieren, daß eine oder mehrere Kammern auf einem Schlitten oder Karussell angeordnet und aus einer Lade- bzw. Reinigungsposition in die Aufheizposition für das geladene Halbzeug gegenüber einem Anschluß an eine Form verschiebbar oder drehbar sind.The mass of the produced in the chamber and for a molded part available metal foam is limited. Around also produce large and spatially extensive metal foam parts To be able to, it is advantageous if the powder metallurgical Foam of several chambers connected in parallel, at the same time or with one control, staggered over several Gates into the cavity of one or more shapes is pressed. There are thus a number of casting modules in a system that combines the shape of the cast Fill the foam part over several gates. The Modules are generally controlled synchronously so that they operate simultaneously feed into the mold. Depending on the shape but it can also be advantageous for the individual modules to control time-staggered, so that the density curve in the Foam part can be influenced. A device for Carrying out the method is characterized in that the chamber of a jacket for externally heated, non-metallic foam Melt for heating the chamber is surrounded. The for The melt used to heat the chamber is in a separate Oven heated. In this way, the chamber for powder metallurgy Semi-finished product a large temperature volume evenly be fed. The device can be automated by that one or more chambers on a sled or carousel arranged and from a loading or cleaning position in the heating position for the loaded semi-finished product slidable in relation to a connection to a mold or are rotatable.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Prinzipdarstellungen erläutert. Fig. 1 zeigt einen Ofen mit einer Kammer und einer Gußform vor Beginn eines Aufschäumens, Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1 nach Überführung des Metallschaumes in die Gußform, Fig. 3 eine alternative Ausführungsform der Anordnung, Fig. 4 eine weitere Alternative analog zu Fig. 1. Fig. 5 eine weitere Ausführungsform, Fig. 6 eine Mehrfachausführung. Fig. 7 eine Ausführung mit einer Beheizungsvariante und Fig. 8 eine Ausführung mit verschiebbaren Kammern.The method according to the invention is described below with the aid of Exemplary embodiments explained in schematic diagrams. Fig. 1 shows an oven with a chamber and a mold before the start of foaming, Fig. 2 the arrangement after 1 after transfer of the metal foam into the mold, 3 shows an alternative embodiment of the arrangement, another alternative analogous to Fig. 1. Fig. 5 another Embodiment, Fig. 6 is a multiple execution. Fig. 7 an embodiment with a heating variant and Fig. 8 a Version with sliding chambers.

In einem Ofen 1 bzw. einer Heizeinrichtung mit Gasbefeuerung oder induktiver Erwärmung befindet sich eine Kammer 2 zur Aufnahme eines pulvermetallurgischen Ausgangsmaterials 3. Dabei handelt es sich um kompaktiertes Halbzeug, beispielsweise um Drahtstücke oder Rohrstücke aus Metallpulver und einen Treibmittel, die bei entsprechender Temperatureinwirkung einen Metallschaum bilden. Mit der Kammer 2 steht eine Gußform 4 über eine Düse 5 in der Art einer Lochblende zur Anschnitteinstellung für das Gußstück in Verbindung. Ein Kolben 6 ist in der Kammer 2 geführt.In a furnace 1 or a heating device with gas firing or induction heating there is a chamber 2 for receiving a powder metallurgical starting material 3. These are compact semi-finished products, for example around wire pieces or pipe pieces made of metal powder and one Blowing agents that are exposed to the appropriate temperature form a metal foam. With the chamber 2 is a mold 4 via a nozzle 5 in the manner of a perforated diaphragm for setting the gate for the casting in connection. A piston 6 is guided in the chamber 2.

Durch Temperaturerhöhung in Ofen 1 auf etwa 500 bis 600 °C entsteht in der Kammer 2 aus dem beispielsweise nach der EP 460 392 A1 hergestellten Halbzeug, beispielsweise Aluminium Drahtstücken, ein Aluminiumschaum, der mit Hilfe des Kolbens 6 vollständig und restlos in die Gußform 4 übergeführt wird (Fig. 2). Die Kammer 2 ist geleert und kann sodann neu mit Halbzeug als Ausgangsmaterial für die Schaumbildung gefüllt werden, wobei die Füllung auf das Volumen des Gußkörpers genau abgestimmt ist.By increasing the temperature in oven 1 to about 500 to 600 ° C arises in chamber 2 from, for example, according to the EP 460 392 A1 manufactured semi-finished product, for example aluminum Pieces of wire, an aluminum foam, made with the help of the piston 6 completely and completely transferred into the mold 4 will (Fig. 2). The chamber 2 is emptied and can then be new filled with semi-finished products as the starting material for foam formation be filled with the volume of the cast body is precisely coordinated.

Die Schaumbildung setzt sich je nach dem gewählten Zeitpunkt der Überleitung aus der Kammer 2 mit Hilfe des Kolbens in der Gußform 4 noch fort. Der Zeitpunkt der Druckeinwirkung auf den entstehenden Schaum bzw. das Ausmaß der noch in der Gußform vorhandenen Schäumkapazität ist zusammen mit dem Volumen des eingesetzten Halbzeugs, dessen Konsistenz und dem Temperaturverlauf bei der Schaumbildung sowie der Abkühlung ein wesentlicher Parameter für die Struktur des Schaumteiles. Sobald die Schäumkapazität erschöpft ist und die Schaumbildung in der Form abgeschlossen ist, wird die Form zur Abkühlung aus dem Ofen 1 genommen. Dadurch wird ein Kollabieren der Schaumporen infolge zu langer Wärmezufuhr verhindert. Der Gußteil 9 kann entformt und die Kammer 2 in Ofen 1 mit einer neuen Form bestückt werden. Es kann nach einem Reinigungszyklus auch eine Stahlform wiederholt eingesetzt werden. In diesem Zusammenhang wird auf Fig. 4 hingewiesen. In Fig. 4 ist eine Kammer 2 dargestellt, die über eine induktive Heizung 7 verfügt. Ein Ofen 1, der die gesamte Anordnung aufnimmt, ist hier nicht vorhanden. Die Gußform 8 ist unbeheizt. Es wird in vorteilhafter Weise eine Sandform eingesetzt.The foam formation continues depending on the selected time the transfer from chamber 2 using the piston still in the mold 4. The time of pressure on the resulting foam or the extent of still in the The mold's existing foaming capacity is along with the volume of the semi-finished product used, its consistency and the Temperature profile during foaming and cooling an essential parameter for the structure of the foam part. As soon as the foaming capacity is exhausted and the foaming is completed in the mold, the mold is for cooling taken out of the oven 1. This will cause a collapse the foam pores are prevented due to excessive heat input. The Casting 9 can be demolded and the chamber 2 in furnace 1 with a new shape. It can be done after a cleaning cycle a steel mold can also be used repeatedly. In in this connection, reference is made to FIG. 4. 4 a chamber 2 is shown, which has an inductive heating 7 has. A furnace 1 that houses the entire arrangement is not available here. The mold 8 is unheated. A sand mold is advantageously used.

Die Schaumbildung erfolgt bei Fig. 4 in der Kammer 2 analog zu Fig. 1. Der Schaum wird durch den Kolben 6 in die Gußform 8 (Sandform) gedrückt. In dieser erfolgt im Kontakt zwischen Metallschaum und der Wand der Gußform, nämlich dem Sand, nur ein geringer Wärmeentzug, sodaß der Metallschaum seine Viskosität behält und bis in die letzten Winkel der Gußform gelangt. Die in der Gußform gezielt fortgesetzte Schaumbildung unterstützt diesen Effekt. Es können auf diese Weise auch sehr komplizierte Gußteile mit schmalen Rippen, Hinterschneidungen oder dergleichen hergestellt werden. Die in der Metallschaum - Gußtechnik sonst üblichen Stahlformen führen infolge der hervorragenden Wärmeleitung der Gußform zu einem schlagartigen Wärmeentzug, sobald der Metallschaum in die Gußform gelangt, was zu einem zumindest oberflächlichen Viskositätsverlust und damit zu einem wesentlich schlechteren Verteilungsverhalten des Metallschaumes in der Gußform führt. Es mußten daher die Stahlformen in gewissen kritischen Bereichen zusätzlich beheizt werden, um die Viskosität der Gußmasse lokal aufrecht zu erhalten. Innere Spannungszustände, unterschiedliche Porenstrukturen und Kollabieren der Struktur bei nicht exakt abgestimmten Temperaturen waren die Folge. Die in Fig. 4 dargestellte, unbeheizte Sandform 8 löst die Probleme. Es kann jede nichtmetallische Form, also auch eine Keramik oder Gipsform mit den genannten Vorteilen eingesetzt werden.Foaming takes place analogously in FIG. 4 in chamber 2 to Fig. 1. The foam is through the piston 6 into the mold 8 (sand mold) pressed. This takes place in contact between Metal foam and the wall of the mold, namely the Sand, just a little heat removal, so that the metal foam maintains its viscosity and in every last corner of the Mold arrives. The one specifically continued in the mold Foaming supports this effect. It can be on this Also very complicated castings with narrow ribs, Undercuts or the like can be produced. The in the metal foam casting technology otherwise usual steel molds lead to the mold due to the excellent heat conduction a sudden heat removal as soon as the metal foam in the mold arrives, resulting in an at least superficial Loss of viscosity and thus a much worse Distribution behavior of the metal foam in the mold leads. So the steel molds had to be in certain critical areas additionally heated to the viscosity of the casting compound maintain locally. Internal stress states, different pore structures and collapse of the structure the result was that the temperatures were not precisely coordinated. The unheated sand mold 8 shown in Fig. 4 solves the Problems. It can be any non-metallic form, including one Ceramic or plaster mold used with the advantages mentioned become.

Fig. 3 zeigt eine Alternative zu den Fig. 1 und 2. Nahezu die gesamte Anordnung, bestehend aus der Kammer 2, der Düse 10 und der Gußform 11 ist drehbar über einer bzw. über zwei getrennten Heizeinrichtungen 12, 13 angeordnet die getrennt regulierbar bzw. ein- und ausschaltbar sind. Ein Antrieb 14 mit einer Lagerung 15 steht der Kolbenstange 16, die als Lager auf der anderen Seite ausgebildet ist, gegenüber. Das Verfahren läuft so ab, wie es zu Fig. 1 und 2 beschrieben ist. Die Rotation homogenisiert die pulvermetallurgische Schaumbildung in der Kammer 2 und auch in der Gußform 11. Letztere kann im Sinne der Ausführungen zu Fig. 4 als nichtmetallische Gußform unbeheizt bleiben. Es ist auch möglich, nur die Kammer 2 oder nur die Gußform 11 drehbar anzuordnen.3 shows an alternative to FIGS. 1 and 2. Almost the entire arrangement, consisting of the chamber 2, the Nozzle 10 and mold 11 is rotatable over and over two separate heaters 12, 13 arranged the separately can be regulated or switched on and off. A drive 14 with a bearing 15 stands the piston rod 16, the is designed as a bearing on the other side. The process proceeds as described for FIGS. 1 and 2 is. The rotation homogenizes the powder metallurgical Foam formation in the chamber 2 and also in the mold 11. The latter can be used in the sense of the explanations for FIG. 4 as non-metallic Mold remain unheated. It is also possible, to arrange only the chamber 2 or only the mold 11 rotatably.

Gemäß Fig. 5, die eine Weiterbildung zur Ausführung nach Fig. 4 darstellt, ist in der Kammer 2 als pulvermetallurgisches Ausgangsmaterial ein rohrförmiges Halbzeug 3' auf einer Trennscheibe 20, beispielsweise aus Titan oder Keramik, vorgesehen. Das rohrförmige Halbzeug 3' wird durch induktive Heizung 21 gleichmäßig erwärmt, sodaß die Schaumbildung ebenfalls sehr gleichmäßig und homogen erfolgt. Der Schaum als Inhalt der Kammer 2 schwimmt gemäß Fig. 5 - unter Zwischenlage der Trennscheibe 20 auf einen "Flüssigkeitskolben", der durch eine Zink-, Zinn- oder Bleischmelze gebildet ist. Dazu wird die Wanne 22 auf Schmelztemperatur gehalten (Heizung nicht dargestellt). Ein Kolben 23 drückt die Schmelze nieder, wodurch die Trennscheibe 20 angehoben und der Schauminhalt der Kammer 2 in die Form 8 gedrückt wird. Wie erwähnt, - je nach Zeitpunkt der Überleitung - kann dort die Restschaumbildung erfolgen. Zur Reduktion der Oxidbildung trägt die hohe Aufheizgeschwindigkeit und die Erwärmung im Halbzeug selbst bei, die auf die induktive Heizung zurückzuführen sind. Durch den "Flüssigkeitskolben", also das Heberprinzip gemäß Fig. 5 mit der Schmelze in der Wanne 22 werden Oxidreste an der Wand der Kammer 2 beseitigt.5, which is a further development for execution Fig. 4 is in the chamber 2 as a powder metallurgy Starting material a tubular semifinished product 3 'on a Cutting disc 20, for example made of titanium or ceramic, is provided. The tubular semi-finished product 3 'is made by inductive Heater 21 heated evenly, so that foam formation also is done very evenly and homogeneously. The foam as Contents of the chamber 2 floats according to FIG. 5 - with an intermediate layer the cutting disc 20 on a "liquid piston", the is formed by a zinc, tin or lead melt. To the tub 22 is kept at the melting temperature (heating not shown). A piston 23 depresses the melt, whereby the cutting disc 20 is raised and the foam content the chamber 2 is pressed into the form 8. As mentioned - ever after the transition - there can be residual foam formation respectively. The high helps to reduce the oxide formation Heating rate and heating in the semi-finished product itself that are due to inductive heating. By the "liquid piston", that is the lifting principle according to FIG. 5 with the melt in the tub 22, oxide remains on the wall the chamber 2 eliminated.

Fig. 6 zeigt eine Mehrfachanwendung von Moduln gemäß Fig. 4 oder 5. Es werden eine oder - wie in Fig. 6 dargestellt - zwei Formen 24, 25 (allenfalls auch mehr) von einer Mehrzahl von beheizten Kammern 2' mit Metallschaum gespeist. Die einzelnen Kammern 2' können induktiv beheizt sein und den gebildeten Metallschaum synchron oder aber über eine Steuerung zeitversetzt in die Form bzw. Formen einspeisen.FIG. 6 shows a multiple application of modules according to FIG. 4 or 5. One or - as shown in Fig. 6 - two forms 24, 25 (possibly more) of a plurality fed by heated chambers 2 'with metal foam. The single ones Chambers 2 'can be inductively heated and the formed Metal foam synchronously or via a control Feed into the mold or molds with a time delay.

Die Schaumbildung in der oder den Kammern gemäß Fig. 1 bis 6 kann auch gemäß Fig. 7 dadurch erfolgen, daß die Kammern 2 bzw. die Kammern von einem Mantel aus metallschaumfremder Schmelze 26 zur Beheizung umgeben ist bzw. sind. Die Schmelze 26 wird in einem Ofen 27 beheizt. Dabei ergibt sich durch das große Wärmepotential der Schmelze ein idealer Aufheizzustand des pulvermetallurgischen Halbzeuges, wodurch die Gleichmäßigkeit des Aufschäumens und die Aufschäumzeit positiv beeinflußt werden. Um das Vormaterial (Halbzeug) bei möglichst niedrigen Temperaturen so schnell wie möglich aufheizen zu können, ist die Form des Halbzeuges besonders wichtig. Insbesondere ist darauf zu achten, daß jedweder Luftspalt zwischen der Wandung der Kammer 2 und dem Halbzeug 3, 3' vermieden wird, da dieser die Wärmeübertragung durch Isolierwirkung der Luft verschlechtert und gleichzeitig einen Raum zur Schaumbildung darstellt, der sich ebenso nachteilig als Isolierschicht auswirken würde. Die Vorrichtung nach Fig. 7 kann natürlich auch mit schwimmendem Kolben nach Fig. 5 ausgestattet sein.Foam formation in the chamber or chambers according to FIG. 1 to 6 can also take place according to FIG. 7 in that the chambers 2 or the chambers of a jacket made of non-metallic foam Melt 26 is or are surrounded for heating. The Melt 26 is heated in an oven 27. It follows an ideal heating condition due to the large heat potential of the melt of the powder metallurgical semi-finished product, whereby the Uniformity of frothing and the frothing time positive to be influenced. To the primary material (semi-finished product) at possible heat up low temperatures as soon as possible The shape of the semi-finished product is particularly important. It is particularly important to ensure that any air gap avoided between the wall of the chamber 2 and the semifinished product 3, 3 ' as this is the heat transfer through insulation the air deteriorates and at the same time a room to Foam formation, which is also disadvantageous as an insulating layer would impact. 7 can of course also equipped with a floating piston according to FIG. 5 his.

Eine weitere Variante der Erfindung besteht darin, das in die Kammer 2 eingelegte Halbzeugrohr 3' durch den Kolben 6 mit einer definierten Kraft gegen die Düsenplatte 5 zu pressen. Sobald das Halbzeug den Schmelzpunkt erreicht und damit aufzuschäumen beginnt, verliert es seine Festigkeit und der Kolben 6 kann den aufbereiteten Schaum in die Form drücken. Es kann zweckmäßig sein, die Kraft auf den Kolben und damit die Einschießgeschwindigkeit des Schaumes in die Form 8 zu verändern, sobald sich der Kolben 6 in Bewegung setzt. Diese Maßnahme ergibt eine sehr einfache Steuerung der Anlage, die in der Lage ist, allfällige Streuungen, etwa in der Vorwärmtemperatur des Halbzeuges, in seiner Aufheizgeschwindigkeit oder auch im Schmelzpunkt der Halbzeuglegierung auszugleichen, da für den Einspritzzeitpunkt ausschließlich das Erreichen einer entsprechenden Viskosität der Schaum-Schmelze maßgebend ist und alle anderen Parameter außer Betracht bleiben. Durch diese Maßnahme wird auf sehr einfache Weise eine sehr gleichmäßige Schaumbildung erzielt. Es ist auch wesentlich einfacher, die Anlage auf ein anderes Schaum-Gußteil umzustellen, da sich die sonst sehr aufwendige Optimierung der Produktionsparameter wesentlich vereinfacht und Umrüstzeiten damit drastisch reduziert werden können.Another variant of the invention is that in the chamber 2 inserted semi-finished tube 3 'through the piston 6 to press against the nozzle plate 5 with a defined force. As soon as the semi-finished product reaches the melting point and thus starts to foam, it loses its firmness and the Piston 6 can press the processed foam into the mold. It may be appropriate to apply the force to the piston and thus the shooting speed of the foam into the form 8 too change as soon as the piston 6 starts to move. This Measure results in a very simple control of the system is capable of any scatter, for example in the preheating temperature of the semi-finished product, in its heating rate or even in the melting point of the semi-finished alloy, since only that for the injection time A corresponding viscosity of the foam melt is reached is decisive and all other parameters are disregarded stay. This measure is very simple achieved a very even foam formation. It is also much easier, the system on another foam casting switch, since the otherwise very complex Optimization of the production parameters considerably simplified and changeover times can be drastically reduced.

Fig. 8 zeigt eine weitere Alternative mit mehreren Kammern 2', 2", die hier beispielsweise entsprechend Fig. 7 elektrische Heizungen 27', 27" aufweisen und von einer Schmelze 26', 26" zur Wärmeübertragung ummantelt sind. Die Kammern 2, 2' sind zusammen mit ihren Heizungen 27', 27" in der Vorrichtung nach Fig. 8 um eine Mittelachse 28 aus einer Reinigungsund gegebenenfalls Ladestellung für das rohrförmige Halbzeug 3" in eine Aufheiz- und Speisestellung drehbar. Zur Injektion des pulvermetallurgisch gebildeten Schaumes bewegt sich der drehbare Teil zusätzlich in axialer Richtung, sodaß die Kammer 2" direkt an die (geteilte) Form 4 anschließt. Ein Kolben 6' drückt den Metallschaum in das Innere der Form 4.8 shows another alternative with several chambers 2 ', 2 ", which are electrical here, for example, according to FIG. 7 Have heaters 27 ', 27 "and from a melt 26 ', 26 "are encased for heat transfer. The chambers 2, 2 'are in the device together with their heaters 27', 27 " 8 about a central axis 28 from a cleaning and optionally loading position for the tubular semi-finished product 3 "can be rotated into a heating and feeding position. For injection of the foam formed by powder metallurgy moves rotatable part additionally in the axial direction, so that the chamber 2 "directly connects to the (divided) form 4. A piston 6 'presses the metal foam into the interior of the mold 4.

Die horizontale Anordnung der Kammern 2', 2" ist vorteilhaft, weil der Kolben 6' während des Aufschäumens nicht im beheizten Bereich verweilen muß und somit einer nur geringen Temperaturbelastung unterliegt. Die Vorrichtung kann eine, zwei oder mehr Kammern 2', 2" aufweisen, die zwei oder mehr Positionen einnehmen (z.B. getrenntes Reinigen, Beschicken mit Halbzeug, Aufheizen und Injizieren). Es kann eine Revolver- oder Karussellkonstruktion mit mehreren Stationen aber auch eine lineare Verschiebung vor und zurück mittels einer Schlittenkonstruktion vorgesehen sein.The horizontal arrangement of the chambers 2 ', 2 "is advantageous because the piston 6 'is not in during foaming heated area and therefore only a small one Subject to temperature stress. The device can have two or more chambers 2 ', 2 ", the two or more Take positions (e.g. separate cleaning, loading with semi-finished products, heating and injecting). There can be a revolver or carousel construction with several stations, however also a linear shift back and forth using a Carriage construction may be provided.

Claims

Process for casting shaped parts from metal foam, for example aluminium foam, which is obtained by a powder-metallurgical technique by foaming a mixture of gas-developing agent with metal powder as initial material under the action of heat, especially a mixture compacted into a semifinished product such as bars or tubes or into granules, wherein foaming takes place in a heatable chamber outside a casting mould, the volume of the powder-metallurgical initial material (in particular the semifinished product) introduced into the heatable chamber substantially corresponds, in its phase foamed to full foam capacity, to the volume of a filling of the casting mould, and the total content of the chamber is forced into the casting mould as a powder-metallurgical metal-foam molten mass in which foaming to the remaining foaming capacity preferably continues until the casting mould is completely filled, whereupon the shaped foam part is cooled in the casting mould and then removed therefrom.
Process according to Claim 1, characterized in that the density of the casting to be produced is adjustable by adjusting the degree of filling of the chamber with initial material and/or by adjusting the volume of the chamber.
Process according to Claim 1 or Claim 2, characterized in that the chamber with the foam-forming initial material is rotated with respect to the casting in the manner of a rotary drum type kiln and is pressed, and if necessary tilted, for emptying into the casting mould.
Process according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the metal-foam molten mass in the chamber is forced into the casting mould by a plunger, the point within the process cycle ― determining the amount of foaming capacity remaining, and hence the structure of the casting ― being preselected.
Process according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the metal-foam molten mass is lifted and forced into the casting mould by a molten mass, particularly one extraneous to metal foam such as molten salt, on which pressure is exerted, and on which the powder-metallurgically produced metal-foam molten mass floats, if necessary with interposition of a wafer.
Process according to any one of Claims 1 to 5, characterized in that the metal-foam molten mass is forced into a casting mould of non-metallic material, for example into a sand mould, ceramic mould, plaster mould, or the like.
Process according to any one of Claims 1 to 6, characterized in that the metal-foam molten mass is forced through a nozzle between chamber and mould cavity.
Process according to any one of Claims 1 to 7, characterized in that a tubular or socket-shaped semifinished product is introduced into the chamber.
Process according to Claim 8, characterized in that the tubular or socket-shaped semifinished product is introduced into the chamber with the smallest possible clearance from the inner wall of the chamber, and the chamber is preferably electrically, and particularly inductively, heated.
Process according to Claim 8 or Claim 9, characterized in that the semifinished tube is, at least in the final phase of heating, pressed by the plunger against the nozzle plate with a defined and adjustable force, so that injection into the mould is initiated as soon as the semifinished product reaches melting point and starts foaming.
Process according to any one of Claims 1 to 10, characterized in that, to reduce oxide films, the heating and/or preheating of the semifinished product is conducted in a protective gas and preferably in that the chamber is swept with protective gas.
Process according to any one of Claims 1 to 11, characterized in that powder-metallurgical foam molten mass from a plurality of chambers connected in parallel is forced simultaneously or at controlled intervals through a plurality of gates into the cavity of one or more moulds.
Apparatus for performing the process according to any one of Claims 1 to 12 with a heatable chamber (2) in which a plunger (6) is displaceable and to which a casting mould (8) to accept aluminium foam from the chamber (2) is connected, characterized in that the chamber (2, 2') is surrounded by a jacket for externally heated molten mass (26), extraneous to metal foam, for heating the chamber (2, 2').
Apparatus for performing the process according to any one of Claims 1 to 12 with a heatable chamber (2) in which a plunger (6) is displaceable and to which a casting mould (8) to accept aluminium foam from the chamber (2) is connected; and/or similar to the apparatus according to Claim 13; characterized in that one or more chambers (2, 2') are arranged on a carriage or carousel and are displaceable or rotatable from a loading and/or cleaning position into the heating position for the loaded semifinished product opposite a connection to a mould.