JP2004508202A - Body molding method from metal foam - Google Patents

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JP2004508202A
JP2004508202A JP2002526535A JP2002526535A JP2004508202A JP 2004508202 A JP2004508202 A JP 2004508202A JP 2002526535 A JP2002526535 A JP 2002526535A JP 2002526535 A JP2002526535 A JP 2002526535A JP 2004508202 A JP2004508202 A JP 2004508202A
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powder
extruder
mold
mixed powder
partially dissolved
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JP2002526535A
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Japanese (ja)
Inventor
ジンガー ローベルト エフ
ケルナー カロリン
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Neue Materialien Furth GmbH
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Neue Materialien Furth GmbH
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F3/11Making porous workpieces or articles
    • B22F3/1121Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers
    • B22F3/1125Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers involving a foaming process
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their steps

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Abstract

本発明は、メタルフォームからボディを成形する方法に関し、当該方法は、a)メタルからなる第1の粉剤、および発泡剤からなる第2の粉剤を供給するステップ、b)第1および第2の粉剤を押出成形機に供給するステップであって、この第1および第2の粉剤は成形されていない状態にあり、c)第1および第2の粉剤からなる混合粉剤を押出成形機から鋳型に搬送するステップであって、このステップが行われている間、混合粉剤は部分的に溶解され、この少なくとも部分的に溶解された混合粉剤に対して、発泡剤により発生されるガス圧よりも高い圧力を印加し、d)少なくとも部分的に溶解された混合粉剤を鋳型に射出するステップ、およびe)圧力をガス圧よりも低いレベルにまで下げることにより、形成されるメタルフォームを鋳型(9)に完全に充填するステップを備える。
【選択図】図3
The present invention relates to a method of forming a body from a metal foam, the method comprising: a) supplying a first powder consisting of a metal and a second powder consisting of a foaming agent; b) a first and a second powder. Supplying the powder to an extruder, wherein the first and second powders are in an unformed state, and c) mixing a powder mixture of the first and second powders from the extruder into a mold. The step of conveying, wherein during this step the mixed powder is partially dissolved and the gas pressure generated by the blowing agent is higher for the at least partially dissolved mixed powder. Applying pressure and d) injecting the at least partially dissolved powder mixture into the mold; and e) reducing the pressure to a level below the gas pressure to form the metal foam. Comprising the step of completely filling the mold (9).
[Selection diagram] FIG.

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタルフォームからのボディ成形方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
EP0 804 982 A2に開示のメタルフォームからのボディ成形方法では、ガス放出発泡剤とメタル粉とを混合成形したものを開始剤として使用している。通常このタイプの成形混合剤は、押出成形により成形される。この成形混合剤は、ロッド形、チューブ形、または顆粒状である。メタルフォームを成形するには、この成形混合剤を、メタルが溶解し発泡剤が分解するまで熱処理チャンバ内で加熱する。その際に放出されるガスがメタルを発泡させる。こうして成形されたメタルフォームは、プランジャを用いてチャンバから鋳型に押し出される。
【0003】
DE197 34 394 A1に開示のメタルフォームからのボディの成形方法では、やはりまず最初に成形半仕上げ剤を使用する。他の選択肢としては、まず最初に使用される材料は不発泡メタルであってもよく、メタルフォームを成形するために、ガスまたは発泡剤の添加は個別に行う。
【0004】
DE42 06 303 C1により、メタルフォームからのボディの成形には、押出成形処理を繰り返してから粉末化したものを成形の開始剤として使用することが知られている。
【0005】
DE197 44 300 A1には、メタルフォームからボディを成形するためのさらなる方法が開示されている。この方法では、ガスを放出する発泡剤およびメタル粉から成る成形半仕上げ剤をレセプタクル内で加熱する。こうして成形されたメタルフォームは、下流に接続される鋳型に運ばれる。
【0006】
しかしながら上記すべての方法では、成形開始剤、または成形半仕上げ剤を生成するにはコストと時間がかかってしまう。特殊な装置、例えば押出成形プレスを必要とすることも多い。
【0007】
DE1 164 102には、メタルフォームからボディを成形するためのさらなる方法が開示されている。この方法では、メタルを溶解させたものをミキサに注ぎこみ、ミキサの中でガス発生物質と混合される。メタルを溶解させるには、溶解装置を別途備える必要がある。
【0008】
US5,865,237では、メタルフォームからのボディ成形方法が開示されている。この方法では、鋳型に接続される加熱処理チャンバを使用する。この加熱処理チャンバには、粉末冶金により生成されてメタルと発泡剤とを含む成形混合剤が入れられ、メタルフォームが成形されるまで加熱される。こうして成形されたメタルフォームは、その後、鋳型に押し出される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
成形ボディの構造は、チャンバの充填状態、粉剤と発泡剤との混合程度、およびチャンバ内における粉剤の加熱により左右される。これらパラメータは常に最適にかつ再現可能に設定され得るものではない。発泡剤の消費を最小限にとどめ、経済的な処理を実現するためには、一方では加熱を急速に行うことが好ましい。しかしその一方で、急速な加熱は不均一な温度分布を引き起こし、成形ボディのセル構造にむらが生じる。従来の方法で成形されるコンポーネントは、その構造が不均一になる。
【0010】
本発明の目的は、従来例の不都合を解消することにある。特に、その品質が一定なメタルフォームでボディが構成され、可能な限り簡単にかつ低コストで成形し得る方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本目的は、請求項1の特徴により達成される。本発明の好適な成果は、請求項2〜19の特徴により明らかである。
【0012】
本発明によれば、メタルフォームからボディを成形する方法であって、
a)メタルからなる第1の粉剤、および発泡剤からなる第2の粉剤を供給するステップ、
b)第1および第2の粉剤を押出成形機に供給するステップであって、この第1および第2の粉剤は成形されていない状態にあり、
c)第1および第2の粉剤からなる混合粉剤を押出成形機から鋳型に搬送するステップであって、このステップが行われている間、混合粉剤は部分的に溶解され、この少なくとも部分的に溶解された混合粉剤に対して、発泡剤により発生されるガス圧よりも高い圧力を印加し、
d)少なくとも部分的に溶解された混合粉剤を鋳型に射出するステップ、および
e)圧力をガス圧よりも低いレベルにまで下げることにより、形成されるメタルフォームを鋳型(9)に完全に充填するステップを備える、方法。
【0013】
本発明における方法によれば、成形されていない状態で粉剤が押出成形機に直接供給された後、混合されて少なくとも部分的に溶解される。これにより、成形開始粉剤を生成するための高コストで時間のかかる工程が省略される。成形混合剤を生成するための特殊な装置も必要ない。
【0014】
この方法によれば、少なくとも部分的に溶解された混合粉剤が集中的に混合される。さらに、余分に多大な費用をかけることなく、押出成形機において、発泡剤の好ましからざる早い段階での分解を打ち消す方向に作用する圧力の印加が可能になる。混合粉剤の加熱は、搬送パスに沿って正確に制御され得る。少なくとも部分的に溶解された混合粉剤は、押出成形機から鋳型に押し出されるまで発泡しないため、メタルフォームの組成は鋳型に移行する。よって、そのセル構造が不均一な組成にはならない。この結果、品質が一定な成形ボディが製造され得る。
【0015】
第1の粉剤の平均粒子直径は5〜250μmの範囲にあり、好ましくは100μmである。第2の粉剤の平均粒子直径は5〜20μmの範囲にあり、好ましくは10μmである。さらなる設計上の特徴によれば、第1および第2の粉剤は、押出成形機に投入される前に混合され、準備される。第1および/または第2の粉剤は、不活性ガス大気下で押出成形機に供給されてもよい。その場合、粉剤の好ましからざる酸化が防止できる。コンポーネントの品質が向上し、さらには再現性も向上する。
【0016】
第1および第2の粉剤は、好ましくは剪断力の作用により押出成形機で混合される。混合粉剤の混合、および/または搬送は、押出成形機のスクリュの回転運動によって行われる。この場合、剪断力は、少なくとも部分的に溶解した混合粉剤に対しても作用する。好ましからざる樹状結晶の発生が回避し得る。スクリューの回転速度は、1分につきおよそ100回転が好適である。
【0017】
好適には、粉剤または混合粉剤は、フィード開口部からアンテチャンバに向かって延びる搬送パスに沿って継続的に加熱される。混合粉剤は、少なくとも部分的に発泡性の溶解物に変換され、この変換は、1回の工程ステップで搬送パスに沿って行われる。この工程では、混合粉剤と、少なくとも部分的に溶解された混合粉剤とが継続的に混合される。さらに、混合粉剤は、少なくとも部分的に溶解された混合粉剤を含むアンテチャンバ(原文のまま)に向かって運ばれる。この工程は押出成形機1台で可能なため、低コストで実行できる。押出成形により成形開始材料を個別に生成すると、次に押出成形後の半仕上げ材料を粉砕する必要が生じるが、成形開始材料を押出成形機に運ぶ工程は省略される。
【0018】
押出成形機において、混合粉剤は液相温度よりも高い温度まで加熱される。好適には、押出成形機において、溶解物は液相温度よりも50℃程度、好ましくは20℃高い温度まで加熱される。混合粉剤の加熱温度を、固相温度と液相温度との間にすると非常に好適であることが証明されている。この場合、混合粉剤は一部分だけが溶解されている。少なくとも部分的に溶解された混合粉剤の固相含有率は20〜50%、好ましくは30〜40%である。また、この少なくとも部分的に溶解された混合粉剤は、アンテチャンバ内で半固形の揺変性状態で蓄積される。部分的に溶解した状態では、完全に溶解した状態に較べてその粘度が著しく増加される。これにより、鋳型への射出成形中に溶解物のフロントが継続的に形成される。つまり、鋳型に射出された材料の好ましからざる微粒化、および発泡剤により発生したガスの時期尚早な段階での漏洩を防ぐことができる。鋳型内部で圧力が解放されるため、それでもやはり射出材料は完全に溶解する。しかしながら、少なくとも部分的に溶解した混合粉剤を射出成形すると、発泡剤により発生したガスの解放に遅れが生じる。この場合、そのフォーム構成が均一な成形ボディを成形することができる、特に気泡が巨大化するの防止することができる。
【0019】
発生ガス圧を最低限にとどめるために、使用する発泡剤は予酸化発泡剤が好ましい。
【0020】
混合粉剤は、外部加熱装置、例えば外部ストリップヒータ、電磁加熱装置などによって押出成形機内で加熱される。このタイプの加熱装置により、押出成形機で混合粉剤を加熱する際の加熱率が正確に設定できるようになる。この結果、発泡剤の早い時期での分解が可能になり、溶解物の発泡が防止できる。さらに、溶解物の樹状化を防ぐことが可能なように温度設定を行うことができる。圧力を適切に設定するには、既知の機械的・プロセスエンジニアリング法を用いて制御し得る。300℃を超える温度の押出成形機に印加される圧力は10バールを超え、好ましくは30バールを超えるとよい。
【0021】
少なくとも部分的に溶解した混合粉剤の射出成形は、鋳型に向けられるスクリュの軸運動によって行われる。押出成形機には、便宜上、スクリュの下流に配置されるアンテチャンバを必要に応じて開閉するための機械式バルブが含まれる。US5,040,589、またはEP0 409 966B1により適切な装置は既知であり、その開示内容はここに引用される。
【0022】
さらなる設計面での特徴によれば、鋳型は予め加熱される。これにより、溶解物が鋳型と接触している部分が過度に凝固してしまうことが防止し得る。この方法を行うには、使用するメタルはマグネシウム、またはマグネシウムアロイが好ましい。
【0023】
さらなる設計上の特徴によれば、鋳型で囲まれるキャビティのサイズを射出成形後に大きくするようにする。この場合、使用する鋳型はポジティブモールド(Positive Mold)であることが好ましい。このタイプのモールドを使用すると、鋳型の少なくとも1つの面がプランジャの動きに伴って移動可能になり、キャビティのサイズを大きくすることができる。
【0024】
使用するメタルはマグネシウム、アルミニウム、マグネシウムアロイ、またはアルミニウムアロイである。また、使用する発泡剤はメタル水素化物、好ましくはTiH またはMgH である。通常、発泡剤は、粉剤の全体重量の0.5%を占める。
【0025】
【発明の実施の形態】
本発明の例示的な実施形態について、以下に図面を参照してさらに詳しく説明する。
図1は、本発明に係る方法の実施に適する装置の断面図であり、
図2は、第1の成形ボディの断面図であり、
図3は、第2の成形ボディの断面図である。
【0026】
図1において総括的に参照符号1で示されるダイカスト成形機は、顆粒または粉末の投入に適したフィードホッパ2を含む。顆粒または粉末は、搬送装置(詳細には説明しない)を経由して、押出成形シリンダ4のフィード開口部3まで運ばれる。
【0027】
供給材料の酸化を防止するために、搬送装置およびフィードホッパ2を不活性ガスでパージする。使用する不活性ガスは、アルゴンまたは窒素などである。
【0028】
押出成形シリンダ4内部に備えられるスクリュ5は回転可能であり、軸方向に移動可能である。スクリュ5はブレード6に螺旋状に巻き付けられる。スクリュ5の開放端を参照番号7で示す。押出成形シリンダ4は、その流出端にダイ8を有する。ダイ8は、2部構成の鋳型9のゲートに向かって開口しており、バルブ(図示しない)によって閉口され得る。鋳型9は2つの部分から成ることにより、キャビティ10を形成する。
【0029】
スクリュ5の反対側の端は、それ自体が既知である高速射出成形機11に接続される。この装置は、蓄電池12、およびベアリング14および16で固定されるシリンダ13を備える。カプリング17の背圧ベアリングに延びて届くショットまたは射出プランジャ15は、シリンダ13の下流に配置される。これにより、それ自体が既知の方法でドライブシャフト18への接続が可能になり、必要に応じて、射出プランジャ15は回転せずに往復運動のみを行う。ドライブシャフト18は、従来の方法でロータリドライブ19から延びる。これにより、ドライブシャフト18が水平方向に往復運動すると、射出プランジャ15が動くようになる。ドライブシャフト18は、ドライブカプリング20を介してスクリュ5に既知の方法で連結される。これは回転運動をスクリュ5に伝えるためである。同様に軸運動もスクリュ5に伝えられ得る。
【0030】
(実施例1)
フィードホッパ2を介して粉剤を投入する。この粉剤はマグネシウムアロイ、例えばAZ91タイプのものから成る。粉剤の平均粒子サイズは100μmであり、発泡剤として使用する平均粒子サイズが10μmであるMGH 粉剤と混合する。発泡剤は粉剤の重量の0.5%を占める。
【0031】
この予混粉剤は、不活性ガス、例えばアルゴン大気下を、搬送装置を経由して押出成形シリンダ4のフィード開口部3まで運ばれる。スクリュ5の動きにより、この混合粉剤がダイ8の方向に向かって運ばれる。同時に、この混合粉剤は加速的に加熱されて加圧される。この混合粉剤は、ストリップヒータなどの外部加熱装置で加熱される。
【0032】
スクリュ5は1分につきほぼ100回転する。ダイ8に近づくにつれ、混合粉剤は465℃の固相温度より高くなるまで加熱される。押出成形シリンダ4に備えられ、参照符号21で示されるアンテチャンバの内部圧力は30バールを超え、500または1000バールまで達し得る。射出成形直前の温度は、アロイの液相温度である596℃より20℃ほど高くなる。このため、混合粉剤は完全に溶解状態にある。この溶解物は均一になるまで混合される。アンテチャンバ21内においてこの溶解物に作用する圧力は、上記温度で発泡剤により発生されるガス圧よりも高くなる。そのため、溶解物は発泡しない。
【0033】
アンテチャンバ21内に十分な量の溶解物が入るとすぐに、ダイ8が開口可能な状態になる。同時に、高速射出成形機11によって、スクリュ5の開放端7がダイ8に向かって打ちこまれる。溶解物がキャビティ10に運びこまれて圧力が開放される。ガス圧は周囲圧よりも高い。溶解物は突如発泡し始め、キャビティ10を完全に塞ぐ。鋳型10を構成する2つの部分は、予め加熱しておくと良い。
【0034】
(実施例2)
第1の粉剤には、その99%がアルミニウム、1%がマグネシウムであって、少量のシリコンを含むアロイが使用される。第1の粉剤の平均粒子サイズはおよび100μmである。第2の粉剤には、平均粒子サイズが10μmのTiH が使用される。第1および第2の粉剤は不活性ガス、例えばアルゴンガス大気下を、射出シリンダ4のフィード開口部3まで運ばれる。混合粉剤は、フィード開口部3からアンテチャンバ21に延びる搬送パスに沿って集中的に混練され、外部加熱装置によって、液相温度、ここでは630℃、から20℃ほど低い温度まで加熱される。100バールのアルゴン圧を印加する。この結果、混合粉剤が部分的に溶解する。この溶解部分の固相含有率はほぼ35%である。
【0035】
この部分的に溶解した混合粉剤がアンテチャンバ21に充填されると直ちに、ダイ8が開口する。この部分溶解した混合粉剤は揺変性状態なまま、鋳型に射出される。鋳型内の圧力は、26バールまで開放される。
【0036】
図2は、直接照明下での顕微鏡による、上記方法で成形されたボディの断面図である。成形ボディのエッジ部分には気泡が認められない。半固形で揺変性状態の材料を射出成形しているため、鋳型内で溶解物が抑制不能に発泡しなかったためである。セル構造は均一である。
【0037】
(実施例3)
一連の工程は実施例2と同様である。ただ、鋳型内の圧力が11バールまで開放される点が異なる。
【0038】
図3は、直接照明下での顕微鏡による、この方法で成形されたボディの断面を示す画像である。試料の長さは、同じく20mmである。同じく、エッジ部分の気泡は実質的に皆無である。成形ボディ内部のセルは均一に分布しているが、セルの平均サイズは図2に示す成形ボディのそれよりも大きい。これは、溶解物における発泡圧力が低めでことに起因する。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明に係る方法の実施に適する装置の断面図である。
【図2】
第1の成形ボディの断面図である。
【図3】
第2の成形ボディの断面図である。
【符号の説明】
1 ホットチャンバダイカスト成形機
2 フィードホッパ
3 フィード開口部
4 押出成形シリンダ
5 スクリュ
6 ブレード
7 開放端
8 ダイ
9 鋳型
10 キャビティ
11 高速射出成形機
12 蓄電池
13 シリンダ
14 ベアリング
15 射出プランジャ
16 ベアリング
17 カプリング
18 ドライブシャフト
19 ロータリドライブ
20 ドライブカプリング
21 アンテチャンバ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming a body from a metal foam.
[0002]
[Prior art]
In the method for molding a body from a metal foam disclosed in EP 0 804 982 A2, a mixture obtained by molding a gas release blowing agent and metal powder is used as an initiator. Usually, this type of molding mixture is formed by extrusion. The shaped admixture is rod-shaped, tube-shaped, or granular. To mold the metal foam, the molding mixture is heated in a heat treatment chamber until the metal dissolves and the blowing agent decomposes. The gas released at that time foams the metal. The metal foam thus formed is extruded from the chamber into a mold using a plunger.
[0003]
In the method for molding bodies from metal foams as disclosed in DE 197 34 394 A1, a molding semi-finish is also used first of all. Alternatively, the material initially used may be a non-foamed metal and the addition of gas or blowing agent is performed separately to form the metal foam.
[0004]
According to DE 42 06 303 C1, it is known for the molding of bodies from metal foam that after extrusion processing is repeated, powdered ones are used as molding initiators.
[0005]
DE 197 44 300 A1 discloses a further method for molding bodies from metal foam. In this method, a forming semi-finish consisting of a gas releasing foaming agent and metal powder is heated in a receptacle. The metal foam thus formed is conveyed to a mold connected downstream.
[0006]
However, in all of the above methods, it is costly and time-consuming to produce a molding initiator or a molding semi-finishing agent. Often it requires special equipment, such as an extrusion press.
[0007]
DE 1 164 102 discloses a further method for molding bodies from metal foam. In this method, a melt of metal is poured into a mixer and mixed with a gas generating substance in the mixer. In order to melt the metal, it is necessary to separately provide a melting device.
[0008]
US 5,865,237 discloses a method of molding a body from a metal foam. This method uses a heat treatment chamber connected to a mold. The heat treatment chamber is filled with a molding mixture generated by powder metallurgy and containing a metal and a foaming agent, and heated until a metal foam is molded. The metal foam thus formed is then extruded into a mold.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The structure of the molded body depends on the filling state of the chamber, the degree of mixing of the powder and the foaming agent, and the heating of the powder in the chamber. These parameters cannot always be set optimally and reproducibly. In order to minimize the consumption of the foaming agent and to realize an economical treatment, it is preferable on the one hand to carry out heating rapidly. However, on the other hand, rapid heating causes a non-uniform temperature distribution, resulting in an uneven cell structure of the molded body. Components molded in the conventional manner have non-uniform structures.
[0010]
An object of the present invention is to eliminate the disadvantages of the conventional example. In particular, it is an object of the present invention to provide a method in which a body is formed of a metal foam having a constant quality and can be formed as simply and at low cost as possible.
[0011]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
This object is achieved by the features of claim 1. The advantageous results of the present invention are apparent from the features of claims 2 to 19.
[0012]
According to the present invention, there is provided a method of forming a body from a metal foam,
a) supplying a first powder composed of a metal and a second powder composed of a foaming agent;
b) supplying the first and second powders to an extruder, wherein the first and second powders are in an unformed state;
c) transporting the mixed powder consisting of the first and second powders from the extruder to the mold, during which the mixed powder is partially dissolved and at least partially Apply a pressure higher than the gas pressure generated by the foaming agent to the dissolved mixed powder,
d) injecting the at least partially dissolved mixed powder into the mold, and e) completely filling the mold (9) with the metal foam formed by reducing the pressure to a level below the gas pressure. A method comprising steps.
[0013]
According to the method of the present invention, the powder is fed directly to the extruder in an unformed state and then mixed and at least partially dissolved. This eliminates the costly and time-consuming steps for producing the molding start powder. No special equipment is required to produce the molding mixture.
[0014]
According to this method, the mixed powder that is at least partially dissolved is intensively mixed. Furthermore, it is possible to apply pressure in the extruder which acts in a direction that counteracts the undesirably early decomposition of the blowing agent, without any extra expense. The heating of the mixed powder can be precisely controlled along the transport path. Since the at least partially dissolved mixed powder does not foam until it is extruded from the extruder into the mold, the composition of the metal foam transfers to the mold. Therefore, the cell structure does not have an uneven composition. As a result, a molded body having a constant quality can be manufactured.
[0015]
The average particle diameter of the first powder is in the range of 5-250 μm, preferably 100 μm. The average particle diameter of the second powder is in the range of 5 to 20 μm, preferably 10 μm. According to a further design feature, the first and second powders are mixed and prepared before entering the extruder. The first and / or second powder may be supplied to the extruder under an inert gas atmosphere. In this case, undesired oxidation of the powder can be prevented. Component quality is improved, and reproducibility is also improved.
[0016]
The first and second powders are mixed in an extruder, preferably by the action of shear forces. The mixing and / or conveying of the mixed powder is performed by the rotational movement of the screw of the extruder. In this case, the shearing forces also act on the mixed powder which is at least partially dissolved. Undesirable dendrite formation can be avoided. The rotation speed of the screw is preferably about 100 rotations per minute.
[0017]
Preferably, the dust or mixed dust is continuously heated along a transport path extending from the feed opening toward the ante chamber. The powder mixture is at least partially converted into an effervescent melt, which takes place along the transport path in one process step. In this step, the mixed powder and the at least partially dissolved mixed powder are continuously mixed. In addition, the mixed dust is conveyed toward the Antechamber containing the at least partially dissolved mixed dust. Since this step can be performed by one extruder, it can be performed at low cost. If the forming starting materials are individually produced by extrusion, it is necessary to grind the semi-finished material after extrusion, but the step of transporting the forming starting materials to the extruder is omitted.
[0018]
In the extruder, the mixed powder is heated to a temperature higher than the liquidus temperature. Suitably, in the extruder, the melt is heated to about 50 ° C, preferably 20 ° C above the liquidus temperature. It has proven to be very suitable if the heating temperature of the mixed powder is between the solidus temperature and the liquidus temperature. In this case, the mixed powder is only partially dissolved. The solids content of the at least partially dissolved mixed powder is from 20 to 50%, preferably from 30 to 40%. The at least partially dissolved mixed powder is accumulated in the ante chamber in a semi-solid thixotropic state. In a partially dissolved state, its viscosity is significantly increased compared to a completely dissolved state. This continuously forms the melt front during injection molding into the mold. That is, it is possible to prevent undesired atomization of the material injected into the mold and prevent the gas generated by the foaming agent from leaking at an early stage. Still, the injection material completely dissolves because the pressure is released inside the mold. However, injection molding of at least partially dissolved mixed powders delays the release of gas generated by the blowing agent. In this case, a molded body having a uniform foam structure can be molded, and in particular, the bubbles can be prevented from being enlarged.
[0019]
In order to minimize the generated gas pressure, the blowing agent used is preferably a pre-oxidizing blowing agent.
[0020]
The mixed powder is heated in the extruder by an external heating device, for example, an external strip heater, an electromagnetic heating device, or the like. With this type of heating device, the heating rate when the mixed powder is heated by the extruder can be set accurately. As a result, the foaming agent can be decomposed at an early stage, and foaming of the melt can be prevented. Further, the temperature can be set so as to prevent dendritic formation of the melt. Appropriate pressure setting can be controlled using known mechanical and process engineering techniques. The pressure applied to the extruder at a temperature above 300 ° C. is above 10 bar, preferably above 30 bar.
[0021]
Injection molding of the mixed powder, at least partially dissolved, is effected by axial movement of the screw towards the mold. The extruder includes, for convenience, a mechanical valve for opening and closing the ante chamber located downstream of the screw as needed. Suitable devices are known from US 5,040,589 or EP 0 409 966 B1, the disclosure of which is incorporated herein by reference.
[0022]
According to a further design feature, the mold is pre-heated. This can prevent excessive solidification of the portion where the melt is in contact with the mold. To carry out this method, the metal used is preferably magnesium or a magnesium alloy.
[0023]
According to a further design feature, the size of the cavity defined by the mold is increased after injection molding. In this case, the mold to be used is preferably a positive mold. The use of this type of mold allows at least one surface of the mold to move with the movement of the plunger, which can increase the size of the cavity.
[0024]
The metal used is magnesium, aluminum, magnesium alloy, or aluminum alloy. The blowing agent used is a metal hydride, preferably TiH 2 Or MgH 2 It is. Usually, the blowing agent makes up 0.5% of the total weight of the dust.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Exemplary embodiments of the present invention will be described below in more detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an apparatus suitable for performing the method according to the present invention;
FIG. 2 is a cross-sectional view of the first molded body,
FIG. 3 is a cross-sectional view of the second molded body.
[0026]
The die casting machine, designated generally by the reference numeral 1 in FIG. 1, includes a feed hopper 2 suitable for charging granules or powder. The granules or powder are conveyed to a feed opening 3 of an extrusion cylinder 4 via a conveying device (not described in detail).
[0027]
In order to prevent oxidation of the feed material, the transport device and feed hopper 2 are purged with an inert gas. The inert gas used is, for example, argon or nitrogen.
[0028]
The screw 5 provided inside the extrusion cylinder 4 is rotatable and can move in the axial direction. The screw 5 is spirally wound around the blade 6. The open end of the screw 5 is designated by reference numeral 7. The extrusion cylinder 4 has a die 8 at its outflow end. The die 8 opens to the gate of the two-part mold 9 and can be closed by a valve (not shown). The mold 9 is formed of two parts to form the cavity 10.
[0029]
The opposite end of the screw 5 is connected to a high-speed injection molding machine 11 known per se. This device comprises a storage battery 12 and a cylinder 13 fixed by bearings 14 and 16. A shot or injection plunger 15 extending to and reaching the back pressure bearing of the coupling 17 is arranged downstream of the cylinder 13. This allows a connection to the drive shaft 18 in a manner known per se and, if necessary, the injection plunger 15 only performs a reciprocating movement without rotation. Drive shaft 18 extends from rotary drive 19 in a conventional manner. Accordingly, when the drive shaft 18 reciprocates in the horizontal direction, the injection plunger 15 moves. The drive shaft 18 is connected to the screw 5 via a drive coupling 20 in a known manner. This is to transmit the rotational movement to the screw 5. Similarly, axial movement can be transmitted to the screw 5.
[0030]
(Example 1)
The powder is fed through the feed hopper 2. This powder consists of a magnesium alloy, for example of the AZ91 type. MGH 2 having an average particle size of 100 μm and an average particle size of 10 μm used as a foaming agent. Mix with dust. The foaming agent makes up 0.5% of the weight of the dust.
[0031]
This premixed powder is conveyed to the feed opening 3 of the extrusion cylinder 4 via a conveying device under an inert gas, for example, argon atmosphere. Due to the movement of the screw 5, the mixed powder is carried toward the die 8. At the same time, the mixed powder is heated and pressurized at an accelerated rate. This mixed powder is heated by an external heating device such as a strip heater.
[0032]
The screw 5 rotates almost 100 times per minute. As it approaches the die 8, the mixed powder is heated to above the solid state temperature of 465 ° C. The internal pressure of the ante chamber provided in the extrusion cylinder 4 and indicated by the reference numeral 21 can exceed 30 bar and can reach 500 or 1000 bar. The temperature immediately before injection molding is about 20 ° C. higher than 596 ° C., which is the liquidus temperature of the alloy. Therefore, the mixed powder is in a completely dissolved state. The lysate is mixed until uniform. The pressure acting on the melt in the ante chamber 21 is higher than the gas pressure generated by the foaming agent at the above temperature. Therefore, the melt does not foam.
[0033]
As soon as a sufficient amount of melt has entered the ante chamber 21, the die 8 is ready for opening. At the same time, the open end 7 of the screw 5 is driven toward the die 8 by the high-speed injection molding machine 11. The melt is carried into the cavity 10 and the pressure is released. The gas pressure is higher than the ambient pressure. The melt suddenly starts foaming, completely closing the cavity 10. The two parts constituting the mold 10 are preferably heated in advance.
[0034]
(Example 2)
An alloy containing 99% of aluminum, 1% of magnesium and a small amount of silicon is used as the first powder. The average particle size of the first powder is and 100 μm. The second powder includes TiH 2 having an average particle size of 10 μm. Is used. The first and second powders are conveyed to the feed opening 3 of the injection cylinder 4 under an inert gas, for example, argon gas atmosphere. The mixed powder is intensively kneaded along a transport path extending from the feed opening 3 to the ante chamber 21, and is heated by an external heating device to a liquidus temperature, here 630 ° C., to a temperature as low as about 20 ° C. An argon pressure of 100 bar is applied. As a result, the mixed powder is partially dissolved. The solid phase content of this dissolved part is approximately 35%.
[0035]
As soon as the partially dissolved mixed powder is filled in the ante chamber 21, the die 8 opens. The partially dissolved mixed powder is injected into a mold while being in a thixotropic state. The pressure in the mold is released to 26 bar.
[0036]
FIG. 2 is a cross-sectional view of a body formed in the above-described manner by a microscope under direct illumination. No air bubbles are observed at the edge of the molded body. This is because, since the semisolid and thixotropic material is injection-molded, the melt does not foam uncontrollably in the mold. The cell structure is uniform.
[0037]
(Example 3)
A series of steps is the same as in Example 2. The only difference is that the pressure in the mold is released up to 11 bar.
[0038]
FIG. 3 is an image showing a cross section of a body formed in this way by a microscope under direct illumination. The length of the sample is also 20 mm. Similarly, there are substantially no bubbles at the edge. The cells inside the molded body are evenly distributed, but the average size of the cells is larger than that of the molded body shown in FIG. This is due to the lower foaming pressure in the melt.
[Brief description of the drawings]
FIG.
1 is a sectional view of an apparatus suitable for carrying out the method according to the invention.
FIG. 2
It is sectional drawing of a 1st shaping | molding body.
FIG. 3
It is sectional drawing of a 2nd molded body.
[Explanation of symbols]
1 Hot Chamber Die Casting Machine 2 Feed Hopper 3 Feed Opening 4 Extrusion Cylinder 5 Screw 6 Blade 7 Open End 8 Die 9 Mold 10 Cavity 11 High Speed Injection Molding Machine 12 Storage Battery 13 Cylinder 14 Bearing 15 Injection Plunger 16 Bearing 17 Coupling 18 Drive Shaft 19 Rotary drive 20 Drive coupling 21 Ante chamber

Claims (19)

メタルフォームからボディを成形する方法であって、
a)メタルからなる第1の粉剤、および発泡剤からなる第2の粉剤を供給するステップ、
b)前記第1および第2の粉剤を押出成形機(4,5,6,7)に供給するステップであって、前記第1および第2の粉剤は成形されていない状態にあり、
c)前記第1および第2の粉剤からなる混合粉剤を、前記押出成形機(4,5,6,7)から鋳型(9)に搬送するステップであって、このステップが行われている間、前記混合粉剤は部分的に溶解され、この少なくとも部分的に溶解された前記混合粉剤に対して前記発泡剤により発生されるガス圧よりも高い圧力を印加し、
d)少なくとも部分的に溶解された前記混合粉剤を前記鋳型(9)に射出するステップ、および
e)前記圧力を前記ガス圧よりも低いレベルにまで下げることにより、形成されるメタルフォームを前記鋳型(9)に完全に充填するステップを備える、方法。
A method of molding a body from metal foam,
a) supplying a first powder composed of a metal and a second powder composed of a foaming agent;
b) supplying the first and second powders to an extruder (4, 5, 6, 7), wherein the first and second powders are in an unformed state;
c) a step of transporting the mixed powder comprising the first and second powders from the extruder (4, 5, 6, 7) to the mold (9), while the step is being performed. The mixed powder is partially dissolved, and applying a pressure higher than the gas pressure generated by the blowing agent to the at least partially dissolved mixed powder,
d) injecting the mixed powder, at least partially dissolved, into the mold (9); and e) reducing the pressure to a level below the gas pressure to reduce the formed metal foam to the mold. A method comprising the step of completely filling (9).
前記第1の粉剤の平均粒子直径は5〜250μmの範囲にあり、好ましくは100μmであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。Method according to claim 1, characterized in that the average particle diameter of the first powder is in the range of 5-250 [mu] m, preferably 100 [mu] m. 前記第2の粉剤の平均粒子直径は5〜50μmの範囲にあり、好ましくは10μmであることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。Method according to claim 1 or 2, characterized in that the average particle diameter of the second powder is in the range from 5 to 50 [mu] m, preferably 10 [mu] m. 前記第1および第2の粉剤は、前記押出成形機(4,5、6,7)に投入される前に混合されることを特徴とする、上記請求項のいずれかに記載の方法。Method according to any of the preceding claims, characterized in that the first and second powders are mixed before being introduced into the extruder (4, 5, 6, 7). 前記第1および/または第2の粉剤は、不活性ガス大気下で前記押出成形機(4,5,6、7)に供給されることを特徴とする、上記請求項のいずれかに記載の方法。The method according to any of the preceding claims, characterized in that the first and / or second powder is supplied to the extruder (4, 5, 6, 7) under an inert gas atmosphere. Method. 前記第1および第2の粉剤は、剪断力の作用により前記押出成形機(4,5,6,7)で混合されることを特徴とする、上記請求項のいずれかに記載の方法。Method according to any of the preceding claims, characterized in that the first and second powders are mixed in the extruder (4, 5, 6, 7) by the action of shear forces. 前記混合粉剤の混合、および/または搬送は、前記押出成形機(4,5,6,7)のスクリュ(5)の回転運動によって行われることを特徴とする、上記請求項のいずれかに記載の方法。The method according to any of the preceding claims, characterized in that the mixing and / or conveying of the mixed powder is carried out by a rotary movement of a screw (5) of the extruder (4, 5, 6, 7). the method of. 前記混合粉剤は、フィード開口部(3)からアンテチャンバ(21)に向かって延びる搬送パスに沿って継続的に加熱されることを特徴とする、上記請求項のいずれかに記載の方法。Method according to any of the preceding claims, characterized in that the mixed powder is continuously heated along a transport path extending from the feed opening (3) towards the ante chamber (21). 前記混合粉剤は、前記押出成形機(4,5,6,7)において、液相温度よりも50℃程度、好ましくは20℃高い温度まで加熱されることを特徴とする、上記請求項のいずれかに記載の方法。The method according to any of the preceding claims, characterized in that the mixed powder is heated in the extruder (4, 5, 6, 7) to a temperature of about 50 ° C, preferably 20 ° C above the liquidus temperature. Crab method. 少なくとも部分的に溶解された前記混合粉剤の固相含有率は20〜50%、好ましくは30〜40%であることを特徴とする、上記請求項のいずれかに記載の方法。Method according to any of the preceding claims, characterized in that the solid content of the at least partially dissolved powder mixture is between 20 and 50%, preferably between 30 and 40%. 少なくとも部分的に溶解された前記混合粉剤は、アンテチャンバ(21)内で半固形の揺変性状態で蓄積されることを特徴とする、上記請求項のいずれかに記載の方法。A method according to any of the preceding claims, characterized in that the mixed powder, at least partially dissolved, accumulates in an antechamber (21) in a semi-solid thixotropic state. 使用される前記発泡剤は予酸化発泡剤であることを特徴とする、上記請求項のいずれかに記載の方法。A method according to any of the preceding claims, characterized in that the blowing agent used is a pre-oxidizing blowing agent. 前記混合粉剤は、外部加熱装置によって前記押出成形機(4,5、6、7)内で加熱されることを特徴とする、上記請求項のいずれかに記載の方法。Method according to any of the preceding claims, characterized in that the mixed powder is heated in the extruder (4, 5, 6, 7) by an external heating device. 10バール、好ましくは30バールを超える圧力が、300℃を超える温度の前記押出成形機(4,5,6,7)に印加されることを特徴とする、上記請求項のいずれかに記載の方法。A method according to any of the preceding claims, characterized in that a pressure of more than 10 bar, preferably more than 30 bar, is applied to the extruder (4, 5, 6, 7) at a temperature of more than 300 ° C. Method. 少なくとも部分的に溶解した前記混合粉剤の射出成形は、前記鋳型(9)に向けられる前記スクリュ(5)の軸運動によって行われることを特徴とする、上記請求項のいずれかに記載の方法。Method according to any of the preceding claims, characterized in that the injection molding of the mixed powder, at least partially dissolved, is performed by an axial movement of the screw (5) towards the mold (9). 前記鋳型(9)は予め加熱されることを特徴とする、上記請求項のいずれかに記載の方法。Method according to any of the preceding claims, characterized in that the mold (9) is pre-heated. 前記鋳型(9)で囲まれるキャビティのサイズは、射出成形後に大きくされることを特徴とする、上記請求項のいずれかに記載の方法。Method according to any of the preceding claims, characterized in that the size of the cavity enclosed by the mold (9) is increased after injection molding. 使用される前記メタルはマグネシウム、アルミニウム、マグネシウムアロイ、またはアルミニウムアロイであることを特徴とする、上記請求項のいずれかに記載の方法。Method according to any of the preceding claims, characterized in that the metal used is magnesium, aluminum, magnesium alloy or aluminum alloy. 使用される前記発泡剤はメタル水素化物、好ましくはTiH またはMgH であることを特徴とする、上記請求項のいずれかに記載の方法。The blowing agent used is a metal hydride, preferably TiH 2 Or MgH 2 A method according to any of the preceding claims, characterized in that:
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