ES2347604T3

ES2347604T3 - Cuerpo metalico moldeado y procedimiento para la fabricacion de un cuerpo metalico moldeado.

Info

Publication number: ES2347604T3
Application number: ES07763727T
Authority: ES
Inventors: Franz Dobesberger; Herbert J. Flankl; Dietmar Leitlmeier; Jorg Wellnitz
Original assignee: HUTTE KLEIN REICHENBACH GES M; Huette Klein Reichenbach GmbH
Current assignee: HUTTE KLEIN REICHENBACH GES M; Huette Klein Reichenbach GmbH
Priority date: 2006-10-05
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2010-11-02
Anticipated expiration: 2027-07-02
Also published as: AT504305B1; US20160024618A1; CN101356416A; US20100107860A1; AT504305A1; ATE472081T1; EP2069707B1; DE502007004210D1; WO2008040035A1; PT2069707E; EP2069707A1; CN101356416B; RU2375668C1; SI2069707T1

Abstract

- Cuerpo metálico moldeado, que comprende varias capas, con una matriz de espuma metálica (4), en la que está incrustado uno elemento de refuerzo (3), que comprende una o varias partes, estando unidas entre sí, en unión positiva, la matriz de espuma metálica (4) y el elemento de refuerzo (3), caracterizado porque el elemento de refuerzo (3) está configurado en forma de trenzado anular flexible al empuje con anillos (6) entrelazados libremente entre sí.

Description

La presente invención se refiere a un cuerpo metálico moldeado, que comprende varias capas, con una matriz de espuma metálica, en la que está incrustado un elemento de refuerzo, que comprende una o varias partes, estando unidos entre sí, en unión positiva, la matriz de espuma metálica y el elemento de refuerzo, y se refiere, así mismo, a un procedimiento para la fabricación de un cuerpo metálico moldeado de este tipo.

A título de ejemplo, se desprende un cuerpo metálico moldeado de este tipo de la publicación DE 20313 655 U1, que describe un elemento a prueba de balas, que está constituido por espuma de aluminio con una armadura de tipo red, que está incrustada en la espuma de aluminio, estando constituida la armadura a modo de trenzado o de tejido de malla, que está formado por un alambre de acero. En este caso, un trenzado de malla es un trenzado en el que está unida una pluralidad de alambres continuos para formar un trenzado. En este caso, los puntos de contacto entre los alambres individuales pueden ser rígidos o pueden estar libres. Sin embargo, estos alambres continuos están sometidos a elevadas tensiones de tracción y a elevadas dilataciones cuando sufren un bombardeo, por parte del proyectil o de la bala, que deben ser detenidos de tal manera, que se requiere un alambre de acero de elevada resistencia y de altamente dilatable o bien el alambre de acero debe estar dimensionado de manera correspondiente. Aún cuando pueda conseguirse, de este modo, una buena resistencia contra los disparos, los costes de un cuerpo metálico moldeado, de este tipo, pueden elevarse exageradamente por este motivo.

Por lo tanto, la tarea de la presente invención consistía en proporcionar un cuerpo metálico moldeado, que no presentase los inconvenientes que han sido citados más arriba y que, además, tuviese una resistencia mejor frente a los cuerpos penetrantes o impactantes, tal como el impacto de un cuerpo, por ejemplo debido a una explosión próxima, o debido a un disparo.

Esta tarea se resuelve por medio de la invención configurándose al elemento de refuerzo como trenzado anular flexible al empuje con anillos entrelazados libremente entre si. Un procedimiento de conformidad con la invención para llevar a cabo la fabricación de un cuerpo metálico moldeado, que comprende varias capas, se caracteriza por las etapas siguientes: la preparación de una coquilla para el cuerpo metálico moldeado; la disposición en la coquilla de, como mínimo, un elemento de refuerzo con una o con varias partes en forma de un trenzado anular flexible al empuje con anillos entrelazados libremente entre sí; la fusión de un metal; la introducción de gas a través del metal fundido para formar una espuma con el metal fundido, fabricándose una espuma metálica colable; la transferencia de la espuma metálica colable hasta la coquilla; y el enfriamiento del metal en la coquilla, con lo que el metal se solidifica para formar el cuerpo metálico moldeado.

Los anillos individuales del trenzado anular flexible al empuje se deslizan mutuamente en la matriz de espuma metálica bajo solicitación (por impacto lateral o como consecuencia de un disparo). De este modo, se reduce en gran medida la solicitación sobre el anillo individual, pero, sin embargo, se aumenta al mismo tiempo la resistencia del material compuesto, puesto que este material compuesto puede disipar energía en gran medida. Por lo tanto, puede conseguirse una pieza de construcción muy ligera con la clase de bombardeo B7 máxima con una pieza metálica moldeada de conformidad con la invención. Una pieza metálica moldeada de este tipo puede ser empleada, por ejemplo, a modo de blindaje para vehículos automóviles o en edificios, así como también como escudo para personas.

El efecto puede aumentarse ya si se disponen en la matriz de espuma metálica varios trenzados anulares de manera adyacente o de manera sucesiva, pudiéndose disponer los trenzados anulares también desplazados entre sí.

De conformidad con la aplicación, la matriz de espuma metálica puede presentar una distribución del tamaño de las burbujas esencialmente monomodal. Los tamaños de las burbujas de la matriz de espuma metálica también pueden aumentar gradualmente desde una superficie lateral del cuerpo metálico moldeado hasta la superficie lateral situada en el lado contrario, con lo cual puede aumentarse todavía más la resistencia del cuerpo metálico moldeado.

Se consigue un aumento adicional de la resistencia del cuerpo metálico moldeado por medio de una tensión previa del trenzado anular en la matriz de espuma metálica.

Es ventajoso de una manera muy especial para la aplicación a modo de blindaje a prueba de balas la aplicación sobre una superficie lateral del cuerpo metálico moldeado, de otra capa constituida por un material homogéneo y/o isótropo, tal como una lámina mineral, puesto que ésta rompe al proyectil impactante y modifica la trayectoria del proyectil y, por lo tanto, reduce su efecto. Es conveniente, para una aplicación de este tipo, que esta capa esté dirigida hacia el bombardeo.

La invención se describe a continuación por medio de las figuras 1 a 7 esquemáticas, no limitativas, que muestran ejemplos ventajosos de realización. Se

muestra

en la figura 1: una representación de un cuerpo metálico moldeado con varias

capas,

en las figuras 2 a 4: secciones transversales de un cuerpo metálico moldeado de

conformidad con la invención,

en la figura 5: una vista de un trenzado anular,

en la figura 6: ejemplos de posibles anillos para un trenzado anular y

en la figura 7: un dispositivo para la fabricación de un cuerpo metálico

moldeados de conformidad con la invención.

La figura 1 muestra un cuerpo metálico moldeado 1, que comprende varias capas, plano, rígido, eligiéndose las relaciones entre longitud, altura y anchura ventajosamente según la denominación 1, h >> b, con lo que se obtiene un cuerpo metálico moldeado plano 1 con una superficie lateral 2 de gran superficie. El cuerpo metálico moldeado 1 puede estar realizado en este caso en forma de placa, de disco o como carcasa con una curvatura arbitraria y con una sección transversal arbitraria. El cuerpo metálico moldeado 1 está constituido esencialmente por una matriz de espuma metálica 4, de manera preferente una espuma de aluminio, en la que están incrustados uno o varios elementos de refuerzo 3, que contienen una o varias partes. En este caso, la espuma metálica 4 y el o los elementos de refuerzo 3 están unidos entre sí, en unión positiva, y forman una pieza compuesta. Como consecuencia del tipo de la fabricación del cuerpo metálico moldeado 1 (por medio de un procedimiento de colada) puede producirse también, como consecuencia de la adhesión, una cierta unión material pero, desde luego, sólo hasta aproximadamente un máximo del 30 % con relación a la resistencia a la rotura y a la tracción.

En este caso, los elementos de refuerzo 3 pueden estar dispuestos prácticamente de manera arbitraria como se ha indicado en las figuras 2 hasta 4. A título de ejemplo, puede estar previsto un solo elemento de refuerzo 3 sobre el borde

o en el centro del cuerpo metálico moldeado 1. Sin embargo, también pueden estar previstos varios elementos de refuerzo 3, dispuestos de manera adyacente o de manera sucesiva. De la misma manera, puede imaginarse disponer los elementos de refuerzo 3 formando un determinado ángulo con una superficie lateral 2 en lugar de que sean dispuestos esencialmente paralelamente con respecto a dicha superficie lateral. De la misma manera, puede estar previsto someter a una tensión previa con una fuerza F determinada, a uno o a varios elementos de refuerzo 3, como paso previo a la incrustación en la matriz de espuma metálica 4.

En una realización preferente, la espuma metálica 4 presenta una distribución esencialmente monomodal, es decir que los tamaños de las burbujas son esencialmente todos iguales y que están distribuidos de manera homogénea. Sin embargo, puede estar previsto también, de manera alternativa, dejar que se reduzcan gradualmente los tamaños de las burbujas de la matriz de espuma metálica 4 desde una superficie lateral 2 del cuerpo metálico moldeado 1 hasta la superficie lateral situada en el lado opuesto, tal como se ha indicado en la figura 3, lo cual es posible por medio de un control correspondiente del proceso de formación de la espuma.

Evidentemente, es posible combinar arbitrariamente las configuraciones y las disposiciones que se han indicado más arriba y, por lo tanto, ajustarlas para una determinada aplicación.

Por otra parte, sobre una superficie lateral 2 puede ser aplicada una capa adicional 5, constituida por un material homogéneo y/o isótropo, por medio de un procedimiento adecuado, tal como por ejemplo por medio de una oclusión de materia

o por medio de una oclusión de material con ayuda de un pegado superficial, de manera preferente una lámina mineral delgada, por ejemplo constituida de granito o similar. Esta capa 5 tiene un efecto positivo especialmente en el caso de una aplicación como pieza moldeada rígida a prueba de balas puesto que, de este modo, se aumenta la clase de bombardeo admisible y puede reducirse o incluso eliminarse el efecto explosivo. Esta capa 5 debe estar dirigida hacia el bombardeo. El proyectil impactante se rompe por medio de una capa 5 de este tipo y se modifica la trayectoria del proyectil (esencialmente debido a que se le hace entrar en barrena en el momento del impacto) y, de este modo, se reduce el efecto.

Un elemento de refuerzo 3 está realizado, de conformidad con la invención, a modo de trenzado anular flexible al empuje, tal como se ha indicado en la figura 5. En este caso, un trenzado anular de este tipo está constituido por una pluralidad de anillos 6, que están entrelazados entre sí pero que, por lo demás, están dispuestos unos dentro de los otros de forma libre, es decir que no presentan ningún tipo de puntos de contacto rígidos. Por lo tanto, un trenzado anular de este tipo es completamente flexible al empuje en todas las direcciones y los anillos 6 se deslizan mutuamente bajo solicitación. La fabricación de un trenzado anular de este tipo es en sí conocida y se lleva a cabo, por ejemplo, por medio de la soldadura de los anillos individuales 6 para formar un trenzado. El trenzado anular puede estar realizado en este caso, por ejemplo, en forma de trenzado 1:4, 1:6 o 2:8, según la definición de anillo en anillo. En la figura 6 se han representado ejemplos de posibles formas de los anillos, pudiendo combinarse también diversas formas de los anillos en un trenzado.

Un trenzado anular flexible al empuje de este tipo desarrolla el efecto de conformidad con la invención en la matriz de espuma metálica 4. Bajo solicitación (por impacto o por bombardeo) los anillos 6 individuales se deslizan mutuamente en la matriz de espuma metálica 4. De este modo, se reduce en gran medida la solicitación sobre los anillos 6 individuales, pero al mismo tiempo se aumenta la resistencia del material compuesto puesto que este material compuesto puede disipar energía en gran medida. Por otra parte, se reduce claramente la propagación de las ondas de choque en el material compuesto y pueden formarse ya frentes de rotura para la absorción de la energía. Por lo tanto, puede conseguirse con una pieza metálica, moldeada de conformidad con la invención, una pieza de construcción muy ligera hasta la clase de bombardeo B7 máxima. Una pieza metálica moldeada de este tipo puede ser empleada, por ejemplo, como blindaje en vehículos automóviles o en edificios así como también como escudo para personas.

En este caso, un posible cuerpo metálico moldeado 1, de conformidad con la invención, podría estar constituido por una matriz de espuma metálica 4 de aluminio (o de otro metal adecuado), en la que se encuentra incrustado un trenzado anular de acero, de titanio o de anillos de aluminio. Los anillos pueden presentar en este caso, por ejemplo, diámetros externos comprendidos entre 3 y 20 mm (según la aplicación) y así mismo el tamaño de las burbujas de la matriz de espuma metálica 4 se elige según la aplicación, por ejemplo con un tamaño de burbujas de hasta 30 mm inclusive. Los espesores de los anillos pueden ser elegidos por ejemplo entre 1 y 2 mm. De la misma manera, el trenzado anular puede estar sometido a un tratamiento superficial o puede estar endurecido. La tensión previa de un trenzado anular en la matriz de espuma metálica 4 puede alcanzar, por ejemplo, 1 kN. Una disposición de este tipo es adecuada como pieza metálica moldeada a prueba de balas para 1 kg de TNT a una distancia de 5 metros o para 15 kg de explosivo plástico a una distancia de 15 metros.

A continuación se describe la fabricación de una pieza metálica moldeada 1 de conformidad con la invención a modo de ejemplo por medio de la figura 7.

Se disponen en una coquilla 10, de dos piezas, uno o varios elementos de refuerzo 3, que presentan una o varias partes, en forma de un trenzado anular flexible al empuje, con anillos 6 entrelazados libremente entre sí, en la posición deseada dentro de una cavidad hueca 12, que establece la forma externa de la pieza metálica moldeada. En este caso, el elemento de refuerzo 3 puede estar sometido, también, a una tensión previa con una fuerza determinada. Se calienta metal, por ejemplo aluminio, en un horno 14 y se lleva a un estado líquido. La cavidad hueca 12 de la coquilla 10 está conectada con el horno 14 a través de una abertura de carga 11 y de una pieza de llenado 13 (o a través de un dispositivo similar). En este caso, la pieza de llenado 13 penetra en el baño metálico 16, líquido, que se encuentra en el horno

14. Por otra parte, se ha previsto en el horno 14, por debajo de la pieza de llenado 13, un dispositivo para la formación de espuma 18, tal como por ejemplo un sistema de toberas o una rueda de paletas. Los dispositivos adecuados para la formación de la espuma y los procedimientos para la formación de la espuma están descritos, por ejemplo, en las patentes EP 1 288 320 B1 y EP 1 419 835 B1 de la solicitante. El dispositivo 18 para la formación de la espuma se alimenta con gas a través de un conducto de alimentación 20, preferentemente se alimenta con aire, que sale por el baño de metal 16, líquido, a través del dispositivo 18 para la formación de la espuma y forma burbujas 22 en el baño metálico. Estas burbujas 22 ascienden en el baño metálico 16 y hasta la pieza de llenado 13 (lo cual se ha indicado por medio de la flecha en la figura 7) y, de este modo, llegan hasta la cavidad hueca 12 de la coquilla

10. El proceso de formación de la espuma se prosigue en este caso hasta que toda la cavidad hueca 12 esté llena con burbujas 22 o bien con espuma metálica 4. La espuma metálica puede ser comprimida en este caso en el cavidad hueca 12 de la coquilla 10, por ejemplo ejerciéndose una presión sobre el baño metálico 16. De este modo, el o los elementos de refuerzo 3 son rodeados, al menos en parte, pero preferentemente sin embargo son rodeados por completo, por la espuma metálica líquida y son incrustados en la matriz de espuma metálica 4. Evidentemente, también pueden estar previstos, en ciertas circunstancias, orificios de ventilación necesarios entre la coquilla 10 o el horno 14 y el exterior, con objeto de provocar una compensación de la presión durante la carga. Al cabo de un proceso de formación de espuma puede cerrarse el cavidad hueca 12 y puede retirarse la coquilla 10 para el enfriamiento.

Una vez verificada la carga se enfría la coquilla 10 o bien el cuerpo metálico moldeado 1 que se encuentra en su interior hasta que la espuma metálica líquida se solidifique y se forme la matriz de espuma metálica 4. A continuación puede abrirse la coquilla 10 y puede retirarse el cuerpo metálico moldeado 1 acabado.

Sin embargo, básicamente es posible cargar la cavidad hueca 12 de la coquilla 10 de forma parcial o por completo con metal líquido, como paso previo a la formación de la espuma, por ejemplo ejerciéndose una presión sobre el baño metálico 16 líquido, con lo cual aumenta el nivel del líquido en la pieza de llenado 13 y, por lo tanto, también en el cavidad hueca 12. En este momento, cuando se transforma el metal líquido en espuma, como se ha descrito más arriba, las burbujas 22 se desplazan de nuevo hacia arriba y expulsan, de este modo, al metal líquido en el cavidad hueca 12 hasta que ésta se llene por completo con la espuma metálica para llevar a cabo la formación de la matriz de espuma metálica 4. Con esta finalidad, también puede estar prevista una cierta compensación de la presión, con objeto de asegurar una formación de la espuma uniforme, por ejemplo elevándose lentamente la coquilla durante el proceso de formación de la espuma o haciéndose descender lentamente la presión sobre el baño metálico 16.

No obstante, el proceso para la formación de la espuma puede controlarse

- 8 también de tal manera, que se presenten en el cuerpo metálico moldeado 1 zonas con espuma metálica y zonas con metal compacto. Con esta finalidad, también pueden disponerse elementos separadores adecuados en la coquilla 10. Naturalmente es posible, de la misma manera, separar el proceso para la 5 formación de la espuma y el proceso de colada. Con esta finalidad puede generarse la espuma metálica en un dispositivo independiente, tal como un horno 14, por ejemplo de acuerdo con los procedimientos tradicionales conocidos y esta espuma metálica puede transportarse hasta una coquilla 10 independiente con dispositivos adecuados tales como, por ejemplo, un cucharón o una cuchara de colada. En dicho caso puede 10 cargarse la espuma metálica líquida en la cavidad hueca 12 de la coquilla 10. Esto puede llevarse a cabo, por ejemplo, comprimiéndose la espuma metálica líquida en la cavidad hueca 12 de la coquilla, por ejemplo por medio de un pistón.

Claims

REIVINDICACIONES

1.-Cuerpo metálico moldeado, que comprende varias capas, con una matriz de espuma metálica (4), en la que está incrustado uno elemento de refuerzo (3), que comprende una o varias partes, estando unidas entre sí, en unión positiva, la matriz de espuma metálica (4) y el elemento de refuerzo (3), caracterizado porque el elemento de refuerzo (3) está configurado en forma de trenzado anular flexible al empuje con anillos (6) entrelazados libremente entre sí.
2.-Cuerpo metálico moldeado, que comprende varias capas, según la reivindicación 1, caracterizado porque en la matriz de espuma metálica (4) están dispuestos varios elementos de refuerzo (3) de manera adyacente o de manera sucesiva.
3.-Cuerpo metálico moldeado, que comprende varias capas, según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la matriz de espuma metálica (4) presenta una distribución de los tamaños de las burbujas esencialmente monomodal.
4.-Cuerpo metálico moldeado, que comprende varias capas, según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque los tamaños de las burbujas de la matriz de espuma metálica (4) disminuyen gradualmente desde una superficial lateral (2) del cuerpo metálico moldeado (1) hasta la superficie lateral situada en el lado contrario.
5.-Cuerpo metálico moldeado, que comprende varias capas, según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el elemento de refuerzo (3) está sometido a una tensión previa en la matriz de espuma metálica (4).
6.-Cuerpo metálico moldeado, que comprende varias capas, según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque sobre una superficie lateral (2) del cuerpo metálico moldeado (1) está aplicada otra capa (5) constituida por un material homogéneo y/o isótropo.
7.-Cuerpo metálico moldeado, que comprende varias capas, según la reivindicación 6, caracterizado porque la otra capa (5) está realizada en forma de lámina mineral.
8.-Empleo del cuerpo metálico moldeado según una de las reivindicaciones 1 a 7 como pieza moldeada rígida a prueba de balas.
9.-Empleo según la reivindicación 8, caracterizado porque la otra capa (5) constituida por un material homogéneo y/o isótropo está dispuesta sobre la superficie

lateral del cuerpo metálico moldeado (1), que está dirigida hacia el disparo.
10.-Procedimiento para la fabricación de un cuerpo metálico moldeado (1), que comprende varias capas, con las etapas siguientes:

la preparación de una coquilla (10) para el cuerpo metálico moldeado (1);

la disposición en la coquilla (10) de, al menos, un elemento de refuerzo (3),

que comprende una o varias partes, en forma de un trenzado anular flexible al

empuje con anillos entrelazados libremente entre sí; la fusión de un metal;

la introducción de gas a través del metal (16) fundido con objeto de

transformar en espuma al metal (16) fundido, generándose una espuma

metálica colable;

la transferencia de la espuma metálica colable hasta la coquilla (10); y

el enfriamiento del metal en la coquilla (10), solidificándose el metal para la

formación del cuerpo metálico moldeado (1).
11.-Procedimiento según la reivindicación 10, según el cual la espuma metálica colable es comprimida en la coquilla (10) o es cargada en la misma.
12.-Procedimiento según la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque la coquilla (10) con una abertura de carga (11) está dispuesta por encima de la fusión metálica (16), porque se conecta una cavidad hueca (12) de la coquilla (10) de forma hermética al metal líquido, con una pieza de llenado (13), penetrando la pieza de llenado (13) en la fusión metálica (16) y porque la espuma metálica colable es conducida a través de la pieza de llenado (13) hasta la cavidad hueca (12) de la coquilla (10).
13.-Procedimiento según la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque la coquilla (4) está dispuesta con una abertura de carga (11) por encima de la fusión metálica (16), porque se conecta una cavidad hueca (12) de la coquilla (19) de forma hermética al metal líquido, con una pieza de llenado (13), penetrando la pieza de llenado (13) en la fusión metálica (16), porque el nivel del metal líquido de la fusión metálica (16) se desplaza hacia arriba en la cavidad hueca (12) de la coquilla (10) por medio de la pieza de llenado (13) y de la abertura de carga (11) y porque la fusión metálica (16) es desplazada en la cavidad hueca (12) por la espuma metálica colable.
14.-Procedimiento según una de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque se somete a una tensión previa al menos a un elemento de refuerzo (3) como

- 11 paso previo a la transferencia de la espuma metálica colable. 15.-Procedimiento según una de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado porque el proceso de formación de la espuma se controla de tal manera, que los tamaños de las burbujas de la espuma metálica aumenten o disminuyan gradualmente durante la formación de la espuma. 16.-Procedimiento según una de las reivindicaciones 10 a 15, caracterizado porque se aplica sobre una superficie lateral (2) del cuerpo metálico moldeado (1) solidificado otra capa (5) constituida por un material homogéneo y/o isótropo. Siguen cuatro hojas de dibujos.