PT2046519E

PT2046519E - CORPO DE MOLDAGEM METáLICO E PROCESSO PARA A SUA PRODUÃO

Info

Publication number: PT2046519E
Application number: PT07763726T
Authority: PT
Inventors: Franz Dobesberger; Dietmar Leitlmeier; Herbert J Flankl
Original assignee: Hutte Klein Reichenbach Ges M
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2010-07-21
Also published as: US20100190028A1; CN101583448A; ATE468187T1; RU2009104946A; ES2344372T3; SI2046519T1; CN101583448B; RU2421300C2; EP2046519B1; US8435644B2; DE502007003874D1; EP2046519A1; AT503824B1; AT503824A1; WO2008006122A1

Description

ΕΡ 2 046 519/PT

DESCRIÇÃO "Corpo de moldagem metálico e processo para a sua produção" 0 presente invento refere-se a um corpo de moldagem metálico que compreende, por um lado, zonas ligadas metalicamente de espuma metálica e, outro lado, metal e, pelo menos, um elemento de inserção de um material que apresenta um ponto de fusão mais elevado do que o material de base da espuma e do metal, bem como um processo para a produção do mesmo.

Os corpos de moldagem metálicos leves, respectivamente, os processos de produção do tipo acima mencionado são, por exemplo, conhecidos de AT 408317 B, de acordo com a qual num processo metalúrgico de pós um elemento semi-acabado de uma mistura compactada de um pó metálico matricial e um agente de expansão são dispostos num molde para formar espuma em conjunto com, pelo menos, um elemento de inserção, aquecido a uma temperatura na qual o pó metálico de matriz funde e o pó do agente de expansão liberta gás, formando bolhas de gás no metal de matriz. A espuma metálica produzida envolve o elemento de inserção composto por material que não funde às temperaturas aplicadas, o qual pode desempenhar as mais diferentes funções, como, por exemplo, o fornecimento de ligações, cavidades, reforços e semelhantes. As desvantagens dos corpos de moldagem metálicos deste tipo, respectivamente, do processo de produção são o dispêndio de trabalho, os custos que dai resultam, bem como principalmente também na dificilmente ou até incontrolável distribuição das zonas de espuma metálica ou de metal e da grande distribuição da dimensão dos poros na espuma metálica propriamente dita, o que tem influências negativas na qualidade do corpo de moldagem.

Nos processos metalúrgicos de fusão conhecidos para a produção de espuma metálica propriamente dita (ver, por exemplo, AT 410103 B ou AT 411970 B) é introduzido gás numa massa fundida reforçada com partículas, pelo que as bolhas de gás geradas na formação de espuma metálica fluida se reúnem na superfície da massa fundida. Esta espuma metálica é então vazada ou comprimida num molde ou pode também subir 2

ΕΡ 2 046 519/PT directamente para um molde disposto por cima da massa fundida. 0 gás efervescente é, neste caso, introduzido na massa fundida por meio de injectores (ver, por exemplo, AT 410104 B ou AT 411768 B) ou por meio de um denominado "Impeller" (ver, por exemplo, US 2003/0051850 AI) . A espuma metálica é neste caso sobretudo produzida por material composto por aluminio, tendo além disso também compostos de magnésio ou de outros metais leves. As experiências industriais mais abrangentes que existem até à data foram realizadas com espuma de alumínio, a qual no que se refere à massa volúmica mínima desejada é praticamente ideal e que apresenta também no que se refere à absorção de energia características excelentes. Os corpos de moldagem de espuma metálicos têm portanto aplicação, por exemplo, nas zonas de absorção de impactos de automóveis, como reforços de cavidades, mas também como corpos nucleares perdidos de corpos fundidos leves e ocos, reforçados com essas, em que estas adicionalmente influenciam de forma positiva as características de ruídos estruturais. F., et al., "Reinforced aluminium Foams", in Cellular Metals and Metal Forming Technology (2001), páginas 365 a 368 descreve um processo para a produção de espuma de alumínio com elementos de inserção. A espuma metálica, respectivamente, os corpos de moldagem produzidos a partir da mesma são, no entanto, apenas num grau relativamente reduzido capazes de absorverem esforços de tensão, o que já foi tentado aperfeiçoar com os elementos de inserção mencionados inicialmente. Além disso, até esta data também não resultou satisfatoriamente o fornecimento de uma zona da parede exterior à escolha, com espessura ou de configuração sólida, densa e relativamente isenta de espuma. O invento tem por objectivo o aperfeiçoamento de um corpo de moldagem metálico, respectivamente, um processo do tipo inicialmente mencionado, de tal modo que as possibilidades proporcionadas pelos elementos funcionais de inserção possam ser aproveitadas optimamente e que também seja possível uma zona sólida da parede exterior de metal isenta de espuma permitindo uma configuração à escolha dentro de limites amplos. 3 ΕΡ 2 046 519/ΡΤ

Este objectivo é conseguido de acordo com o presente invento de acordo com a reivindicação 1, por um corpo de moldagem metálico do tipo mencionado inicialmente, em que a(s) zona(s) de espuma metálica é/são composta(s) (respectivamente) por espuma metálica com uma dimensão de bolha essencialmente monomodal e é/são delimitada(s), pelo menos parcialmente, em relação às zonas adjacentes por meio de elementos de inserção, dispostos na zona limite, os quais têm uma configuração essencialmente bidimensional, e têm aberturas de passagem de uma zona para a outra, as quais têm uma configuração em secção transversal tal que as bolhas de espuma monomodais de uma zona são impedidas de passar para a outra zona. 0 processo de produção, de acordo com o invento, mencionado na reivindicação 11 para um corpo de moldagem metálico deste tipo é caracterizado pelos seguintes passos: fornecimento de um molde para o corpo de moldagem metálico; colocação de um elemento de inserção inteiriço ou de diversas partes com aberturas ou intervalos no molde, numa zona limite entre, pelo menos, uma zona de espuma metálica a ser preenchida com espuma metálica e mais outra zona; fundição de um metal; introdução de gás no metal fundido, a fim de formar a espuma de metal fundido, sendo produzida espuma metálica fluida com dimensão de bolhas essencialmente monomodais maior do que a das aberturas no elemento de inserção; fornecimento da espuma metálica fluida na zona de espuma metálica e de metal essencialmente isento de bolhas na outra zona; e o arrefecimento do metal no molde, pelo que o metal solidifica para formar o corpo de moldagem metálico. 4 ΕΡ 2 046 519/ΡΤ

Uma peça vazada de acordo com o invento, a qual contém um corpo de moldagem metálico deste tipo com a forma de um núcleo perdido, faz igualmente parte do invento. 0 presente invento baseia-se na ideia de dispor um elemento de inserção ou vários elementos de inserção no corpo de moldagem metálico, em que cada elemento de inserção pode ser inteiriço ou ter diversos corpos e, de preferência, essencialmente bidimensional, mas não obrigatoriamente plano. Este elemento de inserção ou estes elementos de inserção apresentam um ponto de fusão, o qual se situa na temperatura máxima atingida quando da produção do corpo de moldagem metálico, e contêm de preferência aço, um outro metal, ou uma liga, ou também cerâmica, ou outros materiais, principalmente matérias-primas fibrosas de fibras de carbono, vidro, carbureto de silício, óxido de alumínio, ou outras fibras cerâmicas. Um elemento de inserção pode, além disso, ser composto por uma liga de alumínio ou conter alumínio e/ou uma liga de alumínio, que apresenta um ponto de fusão mais elevado do que a temperatura máxima atingida na produção do corpo de moldagem metálico, que apresenta, de preferência, uma superfície revestida ou alisada. O elemento de inserção é, de preferência, uma rede, uma grade, um elemento perfurado bidimensional, em particular, uma chapa perfurada, uma malha de arame ou de fibras ou é composto por uma pluralidade de varetas essencialmente paralelas direitas ou curvas. Apresenta aberturas ou intervalos, cuja forma e/ou dimensão é/são escolhida(s) de tal forma que o metal liquido pode passar pelas aberturas ou intervalos, não podendo contudo passar essencialmente qualquer espuma ou as suas bolhas de gás. O elemento de inserção forma portanto um limite entre uma zona de espuma metálica e uma outra zona, em que o metal apresenta menos ou menores ou cavidades essencialmente nenhumas cavidades. A zona de espuma metálica está neste caso disposta, de preferência, no interior do corpo de moldagem metálico, enquanto que a outra zona forma a superfície sólida, isenta de espuma, do corpo de moldagem metálico. O metal na zona de espuma metálica e o metal da outra zona estão metalicamente interligados através das aberturas ou dos intervalos do 5 ΕΡ 2 046 519/ΡΤ elemento de inserção, isto é, os mesmos formam uma estrutura de cristal sem uma camada intercalada de óxido, cola ou de um outro material.

Devido à configuração e colocação do elemento de inserção ou dos elementos de inserção, a forma e, em particular, a espessura da outra zona ou da zona sólida da parede podem ser ajustada à escolha. O elemento de inserção define o limite entre a zona da espuma de metal e a outra zona e está deste modo disposto na zona limite entre ambas. O elemento de inserção é além disso capaz de absorver os esforços de tensão e cumprir deste modo uma função semelhante à do aço na armação de betão armado. Para este efeito o mesmo pode ser pré-esforçado mecanicamente. Este pré-esforço pode por meio de dispositivos tensores ser já realizado no molde antes da introdução da espuma metálica fluida ou antes do arrefecimento do metal. Em alternativa, o pré-esforço ocorre pelo facto de que o elemento de inserção é composto por um material que apresenta um coeficiente de dilatação térmica diferente, de preferência mais elevado do que o metal na zona de espuma metálica e na outra zona. Ao esforço de tensão no elemento de inserção opõem-se em qualquer caso uma correspondente tensão de compressão da zona de espuma metálica e da zona sólida da parede.

Outros aperfeiçoamentos estão indicados nas reivindicações subordinadas. Os exemplos de realização preferidos do presente invento são a seguir explicados com pormenor, com referência às figuras anexas, as quais mostram: na Fig. 1 e la respectivas representações esquemáticas de um corte através de um corpo de moldagem metálico; na Fig. 2 uma representação esquemática de um corte através de um outro corpo de moldagem metálico; na Fig. 3 uma representação esquemática de um corte através de mais um outro corpo de moldagem metálico; na Fig. 4 uma representação esquemática, em corte transversal, de um processo de fundição; 6 ΕΡ 2 046 519/ΡΤ na Fig. 5 uma representação esquemática, em corte transversal, de um processo de fundição; na Fig. 6 uma representação esquemática de um fluxograma de um processo de produção. A Fig. 1 é uma representação esquemática de um corpo de moldagem metálico 10 com uma zona de espuma metálica 12 e uma zona sólida de parede 14. Na zona limite entre a zona de espuma metálica 12 e a zona sólida de parede 14 encontra-se disposto um elemento de inserção 16. 0 elemento de inserção 16 é de preferência uma rede, uma grade ou uma malha de arame metálico ou de cordão metálico com um corte transversal discricionário ou de fibras de carbono ou outras fibras, uma chapa perfurada ou outro elemento bidimensional ou uma disposição de preferencialmente varetas essencialmente paralelas ou arames com um corte transversal discricionário. De preferência o elemento de inserção 16 é composto por alumínio ou um outro metal ou por uma liga ou um outro material com um ponto de fusão mais elevado do que o ponto de fusão do metal de que são formadas a zona de espuma metálica 12 ou a zona sólida de parede 14. O aço de diferentes qualidades é particularmente adequado, devido à sua elevada estabilidade, ao seu elevado ponto de fusão, à sua boa disponibilidade, ao seu preço reduzido e à sua pluralidade de possibilidades de tratamento e maquinação. O elemento de inserção 16 pode apresentar superfícies revestidas ou alisadas. O elemento de inserção 16 apresenta aberturas ou intervalos, nos quais a zona de espuma metálica 12 e a zona sólida de parede 14 estão dispostas directamente adjacentes e passam de forma homogénea uma para a outra. A zona de espuma metálica 12 e a zona sólida de parede 14 estão interligadas metalicamente ou apresentam uma estrutura cristalina contínua sem camadas intercaladas de óxido ou outros materiais. A zona de espuma metálica 12 e a zona sólida de parede 14 estão deste modo interligadas em integralmente unidas pelas aberturas ou pelos intervalos do elemento de inserção 16. A zona de espuma metálica 12 apresenta cavidades ou bolhas de gás com uma distribuição das dimensões 7 ΕΡ 2 046 519/ΡΤ essencialmente monomodal. Isto significa que todas ou quase todas as cavidades da zona de espuma metálica 12 têm essencialmente o mesmo diâmetro e o mesmo volume. As cavidades têm aproximadamente a forma de esferas ou poliedros achatados. Entre respectivamente duas cavidades adjacentes encontra-se disposto um filete metálico essencialmente plano ou em forma de placa. A zona sólida de parede 14 apresenta, no corpo de moldagem metálico 10 representado na Fig. 1, essencialmente a forma de uma camada, a qual envolve com uma espessura constante a zona de espuma metálica 12 e o elemento de inserção 16.

Numa secção 18 os elementos de inserção 16 e a zona sólida de parede 14 apresentam uma abertura ou uma interrupção pela qual, quando da produção do corpo de moldagem metálico 10, descrita mais abaixo em pormenor com referência à Fig. 4, é introduzida espuma metálica fluida para a zona de espuma metálica 12. Na secção 18 a zona de espuma metálica 12 fica directamente adjacente à superfície 20 do corpo de moldagem metálico 10. Isto, no entanto, pode ser evitado por meio de medidas especiais quando da produção ou no seguimento da mesma por meio de fresagem e obstrução com material sólido. A zona sólida de parede 14 não apresenta qualquer ou essencialmente qualquer ou apresenta, pelo menos, (essencialmente) menos cavidades ou (essencialmente) cavidades mais pequenas, do que a zona de espuma metálica 12. Como quase todos os corpos fundidos a zona sólida de parede 14 pode apresentar, pelo menos, porosidades isoladas ou outras oclusões de gás. A Fig. la distingue-se da Fig. 1 apenas pelo facto de que nesta estão agora previstas duas zonas de espuma metálica diferentes 12, 13, as quais estão separadas entre si por um elemento de inserção 16 adicional ou uma parte suplementar do elemento de inserção 16 com diversos corpos e que contêm espuma metálica com propriedades diferentes. Por questões de clareza estão neste caso representadas dimensões diferentes de bolhas, no entanto, poderia também tratar-se de espuma 8

ΕΡ 2 046 519/PT metálica de diferentes materiais básicos, com diferentes aditivos ou diferenças semelhantes. O elemento de inserção 16 aplicado na superfície limite entre as duas zonas de espuma metálica 12, 13 impede aqui essencialmente uma mistura dos dois tipos de espuma, pelo que nas duas zonas 12, 13 podem existir propriedades predeterminadas diferentes do corpo de moldagem metálico 10. Também na realização de acordo com a Fig. la é válido que as zonas de espuma metálica 12, 13 entre si, bem como entre estas e a zona metálica 14 estejam em ligação metálica através dos elementos de inserção 16 ou dos corpos do elemento de inserção 16 e portanto por meio dos elementos de inserção 16 resultar um corpo de moldagem metálico 10 reforçado.

Independentemente das zonas 12, 13 e 14 serem compostas pelo mesmo material de base e se distinguirem essencialmente apenas pelo facto de que na zona 14 praticamente não existirem bolhas de gás, na zona 13 bolhas muitas pequenas de gás e na zona 12 bolhas menos grandes de gás (como representado na Fig. la) , estas diferenças também poderiam ir ao ponto de os materiais básicos se diferenciarem nas zonas 12, 13 e 14, por exemplo, poderiam ter, nas zonas individuais utilizadas, ligas de alumínio diferentes ou aditivos diferentes de modo a proporcionar nas zonas de espuma ou nas zonas metálicas determinadas propriedades pretendidas. A Fig. 2 é uma representação esquemática de uma secção parcial de mais um outro corpo de moldagem metálico 10 com uma zona de espuma metálica 12 e uma zona sólida de parede 14, as quais estão separadas entre si por elementos de inserção 16. O exemplo da Fig. 2 distingue-se do da Fig. 1, entre outras coisas, também pelo facto de que a zona sólida de parede 14 devido à forma do elemento de inserção 16 se distinguir de uma camada simples com uma espessura constante. Na zona sólida de parede 14 encontra-se numa das extremidades do corpo de moldagem metálico 10 disposto um olhai 22. A forma e a disposição do olhai 22 são definidas pelo molde utilizado na produção do corpo de moldagem metálico 10 ou, por exemplo, por uma bucha inserida. Em alternativa o olhai 22 é no final do processo de fundição produzido por meio de uma perfuração ou fresagem no corpo de moldagem metálico 10 arrefecido. O elemento de inserção 16 apresenta na zona do 9

ΕΡ 2 046 519/PT olhai 22 uma distância acentuada da superfície 20 do corpo de moldagem metálico 10. Na zona sólida de parede 14 mantém-se portanto um espaço suficiente para o olhai 22. Devido à forma e à colocação do elemento de inserção 16 está salvaguardado que o olhai 22 está rodeado por todos os lados por material sólido com a espessura necessária. Além disso o elemento de inserção 16 está configurado e disposto de tal forma que a zona sólida de parede 14 no sentido da extremidade e do olhai 22 está, devidamente reforçada em relação às tensões mecânicas locais mais elevadas que ocorrem ali. A Fig. 3 é uma representação esquemática de uma secção através de uma peça vazada 30 com um corpo de parede exterior 34. 0 corpo de parede exterior 34 apresenta uma forma e uma espessura de material, que correspondem à aplicação prevista. Aqui estão representados, por exemplo, os olhais 22 e os furos 36. No corpo de parede exterior 34 encontra-se disposto uma parte de núcleo, o qual, à semelhança dos corpos de moldagem representadas acima na base das Figs. 1 a 3, é composta por uma zona de espuma metálica 12, uma zona sólida de parede 14 e um elemento de inserção 16 disposto na zona limite das mesmas. A superfície exterior 20 da parte de núcleo, a qual corresponde simultaneamente à superfície interior do corpo de parede exterior 34, é estriada ou apresenta uma outra estrutura, a qual por meio de interferência de forma realiza uma ligação entre a parte de núcleo e o corpo de parede exterior 34. Dado que o corpo de parede exterior 34 ao ser fundido é encaixado a quente sobre a parte de núcleo, pode-se eventualmente prescindir de estrias na superfície 20 da parte de núcleo respectivamente da superfície limite entre a parte de núcleo e o corpo de parede exterior 34.

Quando da produção da peça vazada 30 é, em primeiro lugar, fabricada a parte de núcleo e a seguir disposta e alinhada num molde, o que define a configuração exterior da peça vazada 30. Neste molde a parte de núcleo é envolto pela massa fundida do corpo de parede exterior 34. Por meio de uma escolha adequada das temperaturas da parte de núcleo, do molde para a peça vazada 30 e do material líquido do corpo de parede exterior 34 e/ou por meio de utilização de diferentes metais com deferentes temperaturas de fusão para a parte de 10

ΕΡ 2 046 519/PT núcleo e para o corpo de parede exterior 34, é garantido que a parte de núcleo ao ser envolvida pela massa de fundição, não funde novamente.

No exemplo representado na Fig. 3 um corpo de moldagem metálico serve portanto, tal como acima foi representado nas Figs. 1 e 2, como um núcleo perdido. 0 seu tamanho e sua disposição definem a espessura do corpo de parede exterior 34. Além disso a zona de espuma metálica 12 apoia o corpo de parede exterior e aumenta deste modo a rigidez do corpo de moldagem metálico e absorve o ruido de estrutura. A Fig. 4 é uma representação esquemática de uma secção transversal de um molde 40, na qual é produzido um corpo de moldagem metálico ou uma parte de núcleo 10. como é representado na base das Figs. 1 ou 2. A superfície interior 42 do molde 40 define pela sua configuração a forma do corpo de moldagem metálico ou a forma da superfície do corpo de moldagem metálico. Dentro do molde 40 está disposto um elemento de inserção 16, tal como também já foi descrito acima com base nas Figs. 1 a 3.

Através de uma abertura 44 do elemento de inserção 16 é introduzida espuma metálica fluida com um determinado teor de metal líquido para uma zona de espuma metálica 12 definida pelo elemento de inserção 16 (seta 46) . A espuma metálica preenche a zona para a espuma metálica 12. O elemento de inserção 16 apresenta, como já foi mencionado acima, aberturas ou intervalos menores do que as bolhas de gás da espuma metálica líquida. Isto significa que, no caso de aberturas ou intervalos oblongos, pelo menos, a largura dos mesmos é menor ou substancialmente menor do que o diâmetro da maioria das bolhas de gás (por exemplo 90 % ou 99 %) . Por este motivo as bolhas de gás ou a espuma metálica não pode passar pelas aberturas ou pelos intervalos do elemento de inserção 16. O metal líquido em excesso, isto é, o metal líquido que nas hastes com uma espessura reduzida ou mínima não está contido entre duas bolhas de gás, penetra pelas aberturas ou pelos intervalos do elemento de inserção 16 e preenche um intervalo 14 entre o elemento de inserção 16 e a superfície 11 ΕΡ 2 046 519/ΡΤ interior 42 do molde 40. O movimento da corrente de metal liquido através do elemento de inserção 16 e dentro do intervalo 14 está indicado pelas setas 48.

Depois da zona de espuma metálica 12 estar completamente preenchida com a espuma metálica fluida e o intervalo 14 com o metal liquido e substancialmente isento de bolhas, o molde 40 é arrefecido. Depois da espuma metálica, na zona de espuma metálica 12, e o metal, no intervalo 14, estarem solidificados, o molde 40 é aberto ou fragmentado, para ser retirado um corpo de moldagem metálico acabado. Para a regulação da temperatura antes do processo de fundição e durante o arrefecimento, o molde 40 apresenta, de preferência, elementos de aquecimento e/ou de arrefecimento, não representados na Fig. 4.

Em alternativa ao processo acima representado, com base da Fig. 4, o corpo de moldagem metálico é, de forma semelhante à descrita em AT 411 970 B, produzido por meio de um molde de fundição ou um molde 40, o qual além da abertura de introdução 50 apresenta uma abertura de pequeno formato 52, na zona vertical mais alta, tal como é representado na Fig. 5. No molde 40 é disposto o elemento de inserção 16. O molde 40 é levado e/ou mantido a uma temperatura abaixo da temperatura de liquefacção ou da temperatura de fusão da liga expansível. Uma peça de vazamento ou de enchimento 56, por um lado projectada numa massa fundida 54 desta liga é, por outro lado, ligada ao molde 40 de forma vedante contra o metal líquido. Por meio de um movimento em sentido ascendente do menisco respectivamente do nível de metal líquido 58 da massa fundida pela abertura de introdução 50 até à, pelo menos, uma abertura de pequeno formato 52, o ar é deslocado ou expelido do molde 40. São formadas bolhas de gás na massa fundida 54 e reunidas formam a espuma metálica. Esta desloca a massa fundida 54 originalmente isenta ou, pelo menos, na maior parte isenta de bolhas, no interior do elemento de inserção 16. As bolhas são produzidas com um diâmetro, o qual é maior do que as aberturas no elemento de inserção 16, permanecendo portanto dentro do elemento de inserção 16. Entre o elemento de inserção 16 e a parede interior do molde permanece 12

ΕΡ 2 046 519/PT portanto uma massa fundida 54 isenta ou na maior parte isenta de bolhas numa camada com uma espessura definida pela forma da parede interior do molde 40 e pela forma e colocação do elemento de inserção 16.

Após uma absorção de calor especifica a espuma metálica e a massa fundida solidificam no molde 40. Antes desta absorção de calor a abertura de introdução 50 do molde pode ser fechada e o molde 40 separado da peça de vazamento ou enchimento 56.

Como já foi mencionado, a colocação do elemento de inserção 16 define a configuração da zona sólida de parede 14. Principalmente, a distância do elemento de inserção 16 da superfície 20 do corpo de moldagem metálico 10 define a espessura da zona sólida de parede 14. No caso limite o elemento de inserção 16 pode ser disposto directamente na superfície 20 do corpo de moldagem metálico 10, sendo o elemento de inserção 16, por exemplo, uma rede ou rede de arame. Neste caso a zona sólida de parede 14 compreende as aberturas ou intervalos do elemento de inserção 16, principalmente os intervalos entre os arames de uma rede de arame ou de rede, no qual não penetram ou penetram apenas poucas bolhas de gás ou bolhas de gás muito pequenas.

Pela correspondente colocação e formação de um ou vários elementos de inserção 16 podem ser também formadas zonas sólidas com menos ou menores ou essencialmente sem cavidades, as quais não são zonas de parede, respectivamente não ou não em grande superfície são adjacentes a uma superfície 20 do corpo de moldagem metálico 10.

Além do elemento de inserção 16, o corpo de moldagem metálico 10 pode conter mais outras inserções na zona sólida de parede 14 ou na zona de espuma metálica 12. Estas inserções podem então, ao contrário do elemento de inserção 16, servir não apenas para a definição de uma zona limite entre uma zona de espuma metálica 12 e uma zona sólida de parede 14, mas também para a armação ou para o reforço mecânico e/ou como ancoragem ou elemento de fixação para ser aparafusado, rebitado, soldado ou como uma outra ligação do corpo de moldagem metálico 10 a outros dispositivos. Por 13

ΕΡ 2 046 519/PT exemplo, os elementos de inserção 16 com forma de haste ou faixa podem servir para melhorar ou aumentar as propriedades mecânicas, principalmente a estabilidade (em particular a resistência à tracção) e a rigidez da zona de espuma metálica 12 e com isto de todo o corpo de moldagem metálico 10. Desde que uma inserção deste tipo esteja disposta na espuma metálica, esta deve estar disposta ou configurada com aberturas suficientemente grandes, de tal modo que a mesma não impeça o preenchimento completo da zona de espuma metálica com espuma metálica fluida.

Os elementos de inserção podem, além disso, ser utilizados de forma favorável para definir as zonas de espuma metálica 12 com diferentes características da espuma metálica, principalmente com bolhas ou poros com dimensões diferentes (ver também a Fig. la). Deste modo, por exemplo, pode ser modulada, em particular, a capacidade de absorção de energia dentro de um único corpo de moldagem metálico 10 (ajustamento de vários niveis de absorção de energia ou niveis de tensão). Isto, entre outros, é particularmente favorável em componentes para a zona de absorção de impactos em automóveis ou outras viaturas, dado que permite uma adaptação exacta a possíveis cenários de acidentes e uma optimização da protecção dos passageiros. A Fig. 6 é um fluxograma esquemático de um processo para a produção de um corpo de moldagem metálico 10, como, por exemplo, foi representado basicamente nas Figs. 1 a 3. Num primeiro passo 82 é determinada uma espessura da zona sólida de parede 14 ou de uma outra zona, em que o corpo de moldagem metálico 10 deverá conter menos ou menores cavidades ou essencialmente não conter qualquer cavidade. Isto é efectuado, por exemplo, com base nos requisitos mecânicos, aos quais o corpo de moldagem metálico 10 deve corresponder ou com base na espessura do material necessária para o passo seguinte de processamento (fresagem, perfuração, soldadura, etc.)

Num segundo passo 84 é proporcionado um molde 40, cuja superfície interior 42 define a configuração da superfície exterior 20 do corpo de moldagem metálico 10 a ser produzido. Num terceiro passo 86 um elemento de inserção é disposto no 14

ΕΡ 2 046 519/PT molde 40, alinhado e, por exemplo, fixo por meio de dispositivos de aperto. O molde ou, pelo menos, a sua superfície interior 42 é de preferência pré-aquecida a uma temperatura próxima da temperatura de fusão do material utilizado.

Num quarto passo 88 é fornecido um metal expansível, por exemplo, uma liga preparada que é fundida ou produzida directamente no estado líquido. O metal expansível compreende, de preferência, compostos com metais leves tais como alumínio ou magnésio. 0 metal fundido pode ser misturado com partículas compostas por um outro material com um ponto de fusão mais elevado do que o ponto de fusão do metal (como, por exemplo, SiC ou AI2O3) . Estas partículas servem principalmente para a estabilização da espuma metálica produzida a seguir. Os pormenores disto podem ser retirados da literatura de patentes mencionada na introdução.

No quinto passo 90 é introduzido gás na massa fundida metálica, para produzir bolhas de gás ou espuma metálica. Neste caso o gás é introduzido de tal modo que é produzida espuma metálica com uma distribuição essencialmente monomodal de dimensões de bolhas de gás respectivamente de cavidades. Num sexto passo 92 são vazados na zona de espuma metálica 12 a espuma metálica fluida e na futura zona sólida de parede 14 o metal líquido essencialmente isento de bolhas. O quinto e o sexto passos 90, 92 efectuam-se, de preferência, como foi descrito com base nas Fig. 4 e 5 e podem neste caso ser também realizados numa sequência diferente.

Num sétimo passo 94 o molde 40 e o metal são arrefecidos de modo que a espuma metálica na zona de espuma metálica 12 e o metal essencialmente isento de bolhas na futura zona sólida de parede 14 solidificam, formando o corpo de moldagem metálico 10.

Lisboa, 2010-07-14

Claims

ΕΡ 2 046 519/PT 1/5 REIVINDICAÇÕES 1 - Corpo de moldagem metálico (10) que compreende, por um lado, zonas metalicamente ligadas (12, 14) de espuma metálica e, por outro lado, metal e, pelo menos, um elemento de inserção (16) com um ponto de fusão mais elevado do que o material de base da espuma metálica e do metal, caracterizado por a(s) zona(s) de espuma metálica (12) ser(em) composta(s) (respectivamente) por espuma metálica com uma dimensão de bolha essencialmente monomodal e estar(em) delimitada(s), pelo menos parcialmente, em relação às zonas adjacentes (14) por meio de elementos de inserção (16), dispostos na zona limite, os quais têm uma configuração essencialmente bidimensional, e terem aberturas de passagem de uma zona para a outra, as quais têm uma secção transversal tal que as bolhas de espuma essencialmente monomodais de uma zona são impedidas de passar para a outra zona, por meio do que não existe essencialmente bolhas de gás no lado oposto do(s) elemento(s) de inserção (16) da(s) zona(s) de espuma metálica (12) .
2 - Corpo de moldagem metálico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o(s) elemento(s) de inserção (16) serem inteiriços ou com vários corpos e, de preferência, incluir(em) um elemento de rede e/ou grade e/ou de metal em chapa perfurada e/ou outro elemento bidimensional perfurado e/ou uma pluralidade de varetas essencialmente paralelas e/ou uma rede de arame.
3 - Corpo de moldagem metálico de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por o material de base para a espuma metálica e o metal ser um material composto de alumínio e o material para o(s) elemento(s) de inserção (16) conter aço, alumínio, cerâmica, carbono ou vidro na forma sólida ou como um material fibroso compósito.
4 - Corpo de moldagem metálico de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o(s) elemento(s) de inserção (16) terem essencialmente a mesma distância a partir do contorno exterior do corpo de moldagem (10), pelo menos, em locais, não tendo a zona entre o(s) elemento(s) de ΕΡ 2 046 519/ΡΤ 2/5 inserção e ο contorno exterior essencialmente quaisquer bolhas de espuma ou apenas poucas/nenhumas bolhas de espuma.
5 - Corpo de moldagem metálico de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o elemento de inserção (16) separar uma zona de espuma metálica, pelo menos, de uma outra zona de espuma metálica, diferindo as espumas metálicas nestas zonas uma da outra, pelo menos, numa propriedade, de preferência, a dimensão das bolhas de espuma.
6 - Corpo de moldagem metálico de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por o(s) elemento(s) de inserção (16) aumentar(em) a estabilidade ou rigidez do(s) corpo(s) de moldagem metálico(s).
7 - Corpo de moldagem metálico de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por um elemento de inserção (16) apresentar a forma de banda, ou de faixa ou apresentar uma secção com forma de hastes, ripas ou faixas.
8 - Corpo de moldagem metálico de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por, pelo menos, um elemento de inserção (16) ser pré-esforçado mecanicamente.
9 - Corpo de moldagem metálico de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por os materiais de espuma metálica e do elemento de inserção (16) terem coeficientes de dilatação térmica diferentes, e devido aos diferentes coeficientes de dilatação térmica a o pré-esforço ocorre quando do arrefecimento do corpo de moldagem metálico (10) após a sua produção.
10 - Peça vazada de fundição com as seguintes características: uma parte de núcleo; e um corpo de parede exterior, o qual envolve, pelo menos parcialmente, a parte de núcleo, em que a parte de núcleo é um corpo de moldagem metálico de acordo com uma das reivindicações 1 a 9. ΕΡ 2 046 519/ΡΤ 3/5
11 - Processo para ο fabrico de um corpo de moldagem metálico (10) que compreende os seguintes passos: fornecimento (84) de um molde (40) para o corpo de moldagem metálico (10); colocação (86) de um elemento de inserção (16) inteiriço ou de várias partes com aberturas ou intervalos no molde (40), numa zona limite entre, pelo menos, uma zona de espuma metálica (12) a ser preenchida com espuma metálica e uma outra zona (14); fundição (88) de um metal; introdução (90) de gás no metal fundido, a fim de formar espuma de metal fundido, sendo produzida espuma metálica fluida com uma dimensão de bolhas essencialmente monomodal maior do que a das aberturas no elemento de inserção (16); fornecimento (92) da espuma metálica fluida no molde (40), pelo que a espuma metálica se acumula numa zona de espuma metálica (12) num lado do elemento de inserção (16) e se acumula metal essencialmente isento de bolhas de gás no outro lado do elemento de inserção (16); e arrefecimento (94) do metal no molde (40), em que o metal solidifica, formando o corpo de moldagem metálico (10) .
12 - Processo para a produção de um corpo de moldagem metálico (10) com os passos seguintes: fornecimento (84) de um molde (40) com uma abertura de introdução (50) e, pelo menos, uma abertura de pequeno formato (52) na zona vertical mais alta: colocação (86) de um elemento de inserção (16) no molde (40) ; ligação de uma peça de vazamento ou enchimento (56) ao molde (40) de modo a fica impermeável ao metal liquido, ΕΡ 2 046 519/ΡΤ 4/5 projectando-se também a peça de vazamento ou enchimento (56) para uma massa fundida (54) de um metal; movimentação do nivel do metal liquido (58) da massa fundida (54) para cima através da abertura de introdução (50) para, pelo menos, uma abertura de pequeno formato (52) ; introdução (90) de gás na massa fundida (54), para formar espuma metálica na massa fundida (54), pelo que se acumula espuma metálica numa zona de espuma metálica (12) num lado do elemento de inserção (16) e se acumula metal essencialmente isento de bolhas de gás no outro lado do elemento de inserção (16); e arrefecimento (94) do metal no molde (40), em que o metal solidifica, formando o corpo de moldagem metálico (10) .
13 - Processo de acordo com a reivindicação 12, em que o gás é introduzido (90) na massa fundida (54), de tal modo que a espuma metálica é formada dentro de um elemento de inserção (16) inteiriço ou de várias partes com aberturas ou intervalos.
14 - Processo de acordo com uma das reivindicações 11 a 13, em que o elemento de inserção (16) compreende uma rede ou uma grade ou uma chapa perfurada ou um outro elemento bidimensional perfurado ou uma pluralidade de varetas essencialmente paralelas ou uma rede de arame.
15 - Processo de acordo com uma das reivindicações 11 a 14, que compreende ainda o passo seguinte: pré-esforço de, pelo menos, um dos elementos de inserção (16) antes do fornecimento (92) da espuma metálica fluida ou antes do arrefecimento (94) da espuma metálica.
16 - Processo de acordo com uma das reivindicações 11 a 15, além disso com o passo seguinte: ΕΡ 2 046 519/PT 5/5 predeterminação (82) da espessura de uma outra zona (14) do corpo de moldagem metálico (10), na qual o corpo de moldagem metálico (10) deve conter menos cavidades ou cavidades mais pequenas do que na zona de espuma metálica (12), sendo o elemento de inserção (16) formado e disposto no molde (40), de tal modo que a outra zona (14) apresenta a espessura predeterminada. Lisboa, 2010-07-14