ES2200944T3 - PROCEDURE AND DEVICE FOR FOAM METALS OR METAL ALLOYS. - Google Patents
PROCEDURE AND DEVICE FOR FOAM METALS OR METAL ALLOYS.Info
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Abstract
Description
Procedimiento y dispositivo para el espumado de metales o aleaciones metálicas.Procedure and device for foaming metals or metal alloys.
La invención concierne a un procedimiento y un dispositivo para el espumado de metales o aleaciones metálicas.The invention concerns a method and a device for foaming metals or metal alloys.
Las espumas metálicas, especialmente espumas de aluminio, pueden fabricarse mediante procedimientos metalúrgicos de fusión o procedimientos pulvimetalúrgicos.Metal foams, especially foams of aluminum, can be manufactured by metallurgical procedures of fusion or powder metallurgical procedures.
En los procedimientos metalúrgicos de fusión se espesa una masa fundida metálica mediante la adición de partículas metálicas o cerámicas. En esta masa fundida viscosa se introducen gases o medios propulsores y se inicia con ello un espumado. La espuma flota en la superficie y se retira completamente por medio de una cinta transportadora o bien se conduce a una coquilla cerrada, en donde se solidifica la espuma de metal. Después del desmoldeo, se obtiene la pieza moldeada correspondiente de espuma metálica. Tales procedimientos están descritos en las patentes US 3 481 389 y US 3 669 654.In metallurgical fusion procedures Thickens a metallic melt by adding particles metallic or ceramic. In this viscous melt are introduced gases or propellant means and a foaming begins with it. The foam floats on the surface and is completely removed by means of a conveyor belt or leads to a closed shell, where the metal foam solidifies. After demolding, it Get the corresponding molded piece of metal foam. Such Procedures are described in US Patents 3 481 389 and US 3 669 654.
Con estos procedimientos se pueden fabricar volúmenes de espuma relativamente grandes que, en el caso de espumas de aluminio, pueden presentar densidades entre 80 y 450 kg/m^{3}. En estos procedimientos son desventajosas una estructura de poros irregulares, fluctuaciones de densidad, fragilidad empleando componentes cerámicos y una fabricación problemática de las piezas moldeadas.With these procedures you can manufacture relatively large foam volumes which, in the case of foams of aluminum, they can have densities between 80 and 450 kg / m 3. In these procedures a pore structure is disadvantageous irregular, density fluctuations, fragility using ceramic components and problematic manufacturing of the parts molded
En los procedimientos pulvimetalúrgicos se mezclan polvos metálicos, por ejemplo polvo de aluminio, con una pequeña cantidad de un medio propulsor. El medio propulsor más frecuentemente empleado para el espumado es TiH_{2}. La mezcla de polvo metálico y polvo de medio propulsor es compactada en una etapa siguiente a temperatura elevada mediante, por ejemplo, prensado en caliente axial, extrusión o prensado isostático en caliente. Se obtiene un semiproducto metálico macizo (pieza bruta) en el que las partículas del medio propulsor están incorporadas en la matriz metálica en forma hermética a los gases.In powder metallurgical procedures mix metal powders, for example aluminum powder, with a Small amount of a propellant medium. The propellant medium more Frequently used for foaming is TiH2. The mixture of metallic powder and propellant powder is compacted in one stage following at elevated temperature by, for example, pressing in axial hot, extrusion or hot isostatic pressing. I know obtains a solid metallic semi-finished product (gross piece) in which the particles of the propellant medium are incorporated into the matrix Metallic gas tight.
Las piezas brutas pueden transformarse por medio de procedimientos de transformación convencionales, por ejemplo, en chapas o perfiles. En una etapa final del procedimiento se efectúa el proceso de espumado. El semiproducto se coloca, por ejemplo, dentro de un molde hueco y se calienta hasta una temperatura por encima del punto de fusión de la respectiva matriz metálica y por encima de la temperatura de descomposición del medio propulsor, por ejemplo a temperaturas superiores a aproximadamente 400ºC en el caso de TiH_{2}. Se libera con ello oxígeno gaseoso. Este forma numerosos poros en la matriz metálica y conduce a un considerable aumento del volumen del orden de un factor de 5 a 10 en la pieza moldeada así fabricada. Un procedimiento de esta clase está descrito en el documento DE 40 18 360.Gross pieces can be transformed by means of conventional transformation procedures, for example, in plates or profiles. In a final stage of the procedure it is carried out the foaming process The semiproduct is placed, for example, inside a hollow mold and heated to a temperature by above the melting point of the respective metal matrix and by above the decomposition temperature of the propellant medium, by example at temperatures above about 400 ° C in the case of TiH_ {2}. With this, oxygen gas is released. This form numerous pores in the metal matrix and leads to a considerable volume increase of the order of a factor of 5 to 10 in the piece molded well manufactured. A procedure of this kind is described in document DE 40 18 360.
Las ventajas del procedimiento pulvimetalúrgico son densidades ajustables de forma variable en un intervalo de 500 a 1.000 kg/m^{3} y una gran multitud de posibles componentes de aleación, pudiendo espumarse también aleaciones dúctiles. En principio, es posible una fabricación de piezas moldeadas con este procedimiento. Por otro lado, la realización del procedimiento es problemática, puesto que, después de una formación completa de la espuma metálica, se tienen que enfriar el molde y la espuma metálica de manera suficientemente progresiva para que se mantenga estable la espuma. Por tanto, el procedimiento es difícil de controlar, especialmente en el caso de moldes de mayores dimensiones o de configuración más complicada. La reproducibilidad es insuficiente. Debido a la conducción del procedimiento relativamente complicada en el aspecto técnico, la fabricación de piezas moldeadas en grandes series es posible solamente con costes relativamente altos.The advantages of the powder metallurgical procedure are densities adjustable in a range of 500 to 1,000 kg / m 3 and a large multitude of possible components of alloy, and ductile alloys can also be foamed. In principle, it is possible to manufacture molded parts with this process. On the other hand, performing the procedure is problematic, since, after a complete formation of the metallic foam, the mold and the metallic foam have to be cooled sufficiently progressive so that the foam. Therefore, the procedure is difficult to control, especially in the case of larger molds or more complicated configuration. Reproducibility is insufficient. Due to the relatively complicated procedure conduction in the technical aspect, the manufacture of molded parts in large series is possible only with relatively high costs.
Se conoce por el documento DE 43 40 791 A1 un procedimiento para espumar polvos metálicos en el que el polvo metálico se mezcla con un medio propulsor, se compacta esta mezcla formando una pieza bruta y se espuma seguidamente la pieza bruta, extruyéndose la pieza bruta en una matriz fría antes del espumado.Document DE 43 40 791 A1 is known as a procedure for foaming metal powders in which the powder metallic is mixed with a propellant medium, this mixture is compacted forming a blank and then the blank is foamed, extruding the blank in a cold matrix before foamed
Debido a la baja temperatura de la matriz se evita en este objeto que aumente demasiado fuertemente la temperatura durante la compactación, pero, no obstante, existe el riesgo de un espumado incontrolado.Due to the low temperature of the matrix it avoid in this object that the temperature during compaction, but nonetheless there is the risk of uncontrolled foaming.
La invención se basa en el problema de superar los inconvenientes del estado de la técnica y crear un procedimiento y un dispositivo en los que sea más controlable el espumado del metal y se mejore la reproducibilidad de los productos así fabricados o de las propiedades de los productos.The invention is based on the problem of overcoming the drawbacks of the state of the art and create a procedure and a device in which the foaming of the metal and product reproducibility is improved as well manufactured or of the properties of the products.
El problema que sirve de base a la invención se resuelve con un procedimiento para el espumado de polvo metálico en el que se mezcla el polvo con un medio propulsor, se compacta la mezcla de polvo metálico y medio propulsor formando una pieza bruta y se espuma a continuación la pieza bruta, alimentándose la pieza bruta a una prensa de extrusión antes del espumado, cuyo procedimiento se caracteriza porque se alimenta a la prensa de extrusión, al menos periódicamente, un gas muy frío, regulándose la cantidad del gas muy frío alimentado de conformidad con la temperatura deseada en la prensa de extrusión y/o en función de una variación medida de volumen o de longitud de la pieza bruta que sale de la prensa de extrusión.The problem that is the basis of the invention is resolves with a procedure for foaming metal powder in the one that mixes the powder with a propellant medium, compacts the mixture of metallic powder and half propeller forming a blank and then the blank is foamed, the piece being fed Gross to an extrusion press before foaming, whose procedure is characterized because it feeds the press of extrusion, at least periodically, a very cold gas, regulating the amount of very cold gas fed in accordance with the desired temperature in the extrusion press and / or depending on a measured variation in volume or length of the gross part that comes out of the extrusion press.
Por tanto, según la invención, se ha previsto que la cantidad del gas muy frío alimentado se regule de acuerdo con la demanda de frío, midiéndose preferiblemente la variación del volumen o de la longitud de la pieza bruta que sale de la prensa de extrusión y regulándose la cantidad del gas muy frío alimentado en función de la variación medida del volumen o de la longitud de la pieza bruta. Con este modo de proceder se utilizan ya ventajosamente como señal de entrada para la regulación de la alimentación de gas unas pequeñísimas zonas ya espumadas que conducen a variaciones de volumen o de longitud, de modo que se puede evitar con seguridad un espumado de zonas mayores.Therefore, according to the invention, it is provided that the quantity of the very cold gas fed is regulated according to the cold demand, preferably measuring volume variation or the length of the blank that comes out of the press of extrusion and regulating the amount of very cold gas fed into function of the measured variation of the volume or length of the gross piece. With this procedure they are already used advantageously as an input signal for gas supply regulation very small foamed areas that lead to variations in volume or length, so that you can safely avoid a foaming of major areas.
El término "polvo metálico" significa aquí polvo metálico puro, polvo de aleación metálica o mezclas de polvo metálico o polvo de aleación metálica y otros componentes secundarios en una pequeña cantidad, típicamente hasta una proporción de aproximadamente un 1% en peso.The term "metallic powder" means here pure metal powder, metal alloy powder or powder mixtures metallic or metal alloy powder and other components secondary in a small amount, typically up to a proportion of approximately 1% by weight.
Con el procedimiento según la invención se pueden materializar presiones ventajosamente más altas durante la extrusión, sin que aumente demasiado fuertemente la temperatura durante la compactación, con lo que se reduce el riesgo del espumado involuntario al menos parcial. Por tanto, se pueden incrementar las prestaciones de la instalación de extrusión. Además, se aumenta la calidad superficial del producto.With the process according to the invention you can materialize advantageously higher pressures during extrusion, without raising the temperature too strongly during compaction, which reduces the risk of foaming at least partial involuntary. Therefore, the Extrusion installation performance. In addition, the product surface quality.
Según la invención, se ha previsto que el gas muy frío sea nitrógeno líquido muy frío. Resulta de esto la ventaja de una refrigeración eficaz y segura durante la extrusión.According to the invention, it is envisioned that the gas is very cold liquid nitrogen is very cold. This is the advantage of efficient and safe cooling during extrusion.
Según la invención, el polvo metálico es polvo de aluminio. El término "polvo de aluminio" significa aquí polvo de aluminio puro, polvo de aleación de aluminio o mezclas de polvo de aluminio o polvo de aleación de aluminio y otros componentes secundarios en una pequeña cantidad, típicamente hasta una proporción de aproximadamente un 1% en peso.According to the invention, the metallic powder is powder of aluminum. The term "aluminum powder" means powder here. Pure aluminum, aluminum alloy powder or powder blends Aluminum or aluminum alloy powder and other components secondary in a small amount, typically up to a proportion of approximately 1% by weight.
Asimismo, el problema que sirve de base a la invención se resuelve con un dispositivo para prensar una pieza bruta con miras a obtener un cuerpo metálico espumado, que se caracteriza porque el dispositivo es una prensa de extrusión a la que se alimenta la pieza bruta antes del espumado, y porque la prensa de extrusión lleva asociados una tubería de alimentación para un gas muy frío y un dispositivo de medida para medir la variación del volumen o de la longitud de la pieza bruta después de su salida de la prensa de extrusión, y porque la tubería de alimentación asociada para el gas muy frío presenta un grifo de regulación o de corte para regular la cantidad del gas muy frío alimentado en función de la variación medida del volumen o de la longitud.Also, the problem that serves as the basis for the invention is solved with a device for pressing a piece gross with a view to obtaining a foamed metallic body, which characterized in that the device is an extrusion press to the that the gross part is fed before foaming, and because the extrusion press has a feed pipe associated for a very cold gas and a measuring device to measure the variation in volume or length of the blank after its exit from the extrusion press, and because the pipe of associated feed for very cold gas has a tap regulation or cutting to regulate the amount of very cold gas fed according to the measured variation of the volume or the length.
Así, se pueden utilizar ya ventajosamente como señal de entrada para la regulación de la alimentación de gas unas pequeñísimas zonas ya espumadas que conducen a variaciones del volumen o de la longitud, y se puede evitar con seguridad un espumado de zonas mayores.Thus, they can already be used advantageously as input signal for gas supply regulation about very small foamed areas that lead to variations in volume or length, and you can safely avoid a foaming of major areas.
Con ayuda del dispositivo según la invención se obtiene la ventaja de que la extrusión puede efectuarse con una presión relativamente alta sin que se ocasione un aumento demasiado grande de la temperatura. Se reduce así el riesgo de un espumado involuntario de al menos zonas parciales en el material.With the aid of the device according to the invention, you get the advantage that extrusion can be done with a relatively high pressure without causing too much increase big temperature. This reduces the risk of foaming involuntary of at least partial areas in the material.
Según la invención, la tubería de alimentación para el gas muy frío está unida con una fuente de nitrógeno líquido muy frío. La refrigeración durante la extrusión es así eficaz y segura.According to the invention, the feed pipe for very cold gas it is connected with a source of liquid nitrogen very cold. Cooling during extrusion is thus effective and safe.
Según la invención, el cuerpo de metal espumado consiste sustancialmente en aluminio. El término "aluminio" significa aquí aluminio puro, aleaciones de aluminio o aluminio o aleaciones de aluminio y otros componentes secundarios en una pequeña cantidad, típicamente hasta una proporción de aproximadamente un 1% en peso.According to the invention, the foamed metal body It consists substantially of aluminum. The term "aluminum" means pure aluminum, aluminum or aluminum alloys or aluminum alloys and other secondary components in a small amount, typically up to a proportion of approximately 1% by weight.
El procedimiento y el dispositivo según la invención se emplean preferiblemente para la fabricación de elementos de rigidización y/o amortiguación de aluminio espumado, en especial preferiblemente piezas moldeadas de aluminio en la construcción de vehículos automóviles.The procedure and the device according to the invention are preferably employed for the manufacture of stiffening and / or damping elements of foamed aluminum, in special preferably molded aluminum parts in the construction of motor vehicles.
Con ayuda de un dibujo (figura) se explicarán ahora a título de ejemplo el dispositivo y el procedimiento según la invención.With the help of a drawing (figure) they will be explained now by way of example the device and the procedure according to the invention.
La figura muestra esquemáticamente una prensa de extrusión según la invención, que es refrigerada con nitrógeno líquido muy frío.The figure schematically shows a press of extrusion according to the invention, which is refrigerated with nitrogen very cold liquid
Se alimenta la pieza bruta 2 a la prensa de extrusión 1. En el cuerpo 3 ya extruido se mide la dilatación del cuerpo 3 en el punto de medida de longitud 4. La señal es alimentada a una unidad de evaluación y regulación 6 a través de una línea 5. A través de una línea 7 asociada a la unidad de evaluación y regulación 6 se controla un grifo 8 para alimentar nitrógeno líquido muy frío a la prensa de extrusión 1. El nitrógeno líquido es alimentado desde una fuente 9 a través de una tubería 10, el grifo 8 y una tubería 11 adyacente a este último, siendo refrigerada especialmente la zona de la matriz 12 de la prensa de extrusión 1 por el trayecto de refrigeración 13 adyacente a la tubería 11. El nitrógeno sale de la prensa de extrusión 1 por una tubería 11 después de ceder al menos una parte de su contenido de frío. Puede ser alimentado a otro lugar de empleo o bien puede ser descargado en el medio ambiente.The blank 2 is fed to the press extrusion 1. In the already extruded body 3 the dilation of the body 3 at the measuring point of length 4. The signal is fed to an evaluation and regulation unit 6 through a line 5. A through a line 7 associated with the evaluation unit and regulation 6 a tap 8 is controlled to feed liquid nitrogen very cold to extrusion press 1. Liquid nitrogen is fed from a source 9 through a pipe 10, the tap 8 and a pipe 11 adjacent to the latter, being cooled especially the area of the matrix 12 of the extrusion press 1 along the cooling path 13 adjacent to the pipe 11. The nitrogen comes out of extrusion press 1 through a pipe 11 after giving up at least part of its cold content. May be fed to another place of employment or it can be downloaded at environment.
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