PT2069707E

PT2069707E - Corpo metálico moldado e processo para produção de um corpo metálico moldado

Info

Publication number: PT2069707E
Application number: PT07763727T
Authority: PT
Inventors: Franz Dobesberger; Dietmar Leitlmeier; Herbert J Flankl; Joerg Wellnitz
Original assignee: Hutte Klein Reichenbach Ges M
Priority date: 2006-10-05
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2010-08-20
Also published as: DE502007004210D1; EP2069707B1; WO2008040035A1; RU2375668C1; CN101356416B; CN101356416A; AT504305A1; ES2347604T3; ATE472081T1; EP2069707A1; US20160024618A1; AT504305B1; SI2069707T1; US20100107860A1

Description

ΕΡ 2 069 707/PT

DESCRIÇÃO "Corpo metálico moldado e processo para produção de um corpo metálico moldado" 0 presente invento refere-se a um corpo metálico moldado com várias camadas, com uma matriz de espuma metálica, na qual é inserido um elemento de inserção com uma ou várias partes, em que a matriz de espuma metálica e o elemento de inserção estão interligados por interferência de forma, e refere-se a um processo para produção de um corpo metálico moldado deste género.

Um corpo metálico moldado é apresentado, por exemplo, em DE 203 13 655 Ul, que descreve um elemento à prova de balas de espuma de alumínio com um reforço tipo rede incorporado na espuma de alumínio, em que o reforço é formado por uma de malha metálica ou uma disposição ligada de arame de aço. Uma malha metálica é neste caso uma malha, na qual vários dos arames contínuos estão ligados, de modo a formarem uma malha ligada. Os pontos de contacto entre os arames individuais podem neste caso ser rígidos ou soltos. No entanto, quando sujeitos a um tiroteio estes arames contínuos são sujeitos a elevadas tensões de tracção e alongamentos pelo projéctil ou pela bala a ser parado e assim é necessário um arame de aço quer de elevada resistência quer de elevada elasticidade, ou o arame de aço deve ser adequadamente dimensionado. Embora que com isto seja possível conseguir uma boa resistência balística, pode, no entanto, serem assim bastante aumentados os custos de um corpo metálico moldado deste género. O objectivo do presente invento consiste portanto em proporcionar um corpo metálico moldado, o qual não apresenta as desvantagens citadas acima e, além disso, possui uma melhor resistência à penetração ou à colisão de corpos, tal como a colisão de um corpo, por exemplo, provocado por uma explosão perto ou por um projéctil.

Este objectivo é conseguido pelo invento, devido ao facto do elemento de inserção ser formado por uma malha de anéis que não oferece resistência ao deslocamento estando os anéis interligados de modo solto. Um processo de acordo com o 2 ΕΡ 2 069 707/ΡΤ invento para produção de um corpo metálico moldado com várias camadas distingue-se pelos seguintes passos: fornecimento de um molde para o corpo metálico moldado; disposição de, pelo menos, um elemento de inserção no molde, com uma ou várias partes com a forma de uma malha de anéis que não oferece resistência ao deslocamento com os anéis interligados de modo solto; fusão de um metal; introdução de gás no metal fundido, a fim de ser formada a espuma metálica fundida, sendo produzida espuma metálica fluida; transferência da espuma metálica fluida para dentro do molde; arrefecimento do metal no molde, após o que o metal solidifica para formar o corpo metálico moldado.

Em esforço (provocado por impacto lateral ou quando num tiroteio) os anéis individuais da malha de anéis, que não oferece resistência ao deslocamento, deslizam uns sobre os outros na matriz de espuma metálica. Deste modo a carga sobre cada um dos anéis é significativamente reduzida, mas ao mesmo tempo a resistência da estrutura composta é simultaneamente aumentada, uma vez que esta estrutura composta pode dissipar uma elevada quantidade de energia. Com uma peça metálica moldada de acordo com o invento pode portanto ser conseguido, deste modo, um componente muito leve com a classe balística mais elevada B7. Uma peça metálica moldada deste género pode, por exemplo, ser utilizada como blindagem em viaturas ou em edifícios, mas também para protecção pessoal. 0 efeito pode ser ainda aumentado se forem dispostas várias malhas de anéis, ligadas umas a seguir às outras ou umas atrás das outras, na matriz de espuma metálica, sendo também possível que as malhas de anéis ligadas fiquem também dispostas umas de modo desfasado em relação às outras.

Dependendo da aplicação, a matriz de espuma metálica pode apresentar uma distribuição dimensão de bolha essencialmente monomodal. No entanto, as dimensões de bolha da matriz de espuma metálica podem também aumentar gradualmente de uma superfície lateral do corpo metálico moldado para a superfície lateral oposta, pelo que a resistência do corpo metálico moldado pode ser ainda aumentada. 3 ΕΡ 2 069 707/ΡΤ

Um aumento adicional da resistência do corpo metálico moldado é obtido por meio de uma tensão prévia da malha de anéis ligados na matriz de espuma metálica.

Mais em particular, para a utilização como blindagem balisticamente resistente é vantajoso que uma camada de um material homogéneo e/ou isotrópico, tal como uma película de pedra, seja aplicada a uma das superfícies laterais do corpo metálico moldado, uma vez que esta se fractura quando da colisão do bala e altera a trajectória da bala, reduz, por conseguinte, o seu efeito. Para uma aplicação deste género é favorável orientar esta camada na direcção do tiroteio. 0 invento é descrito a seguir com base nas figuras esquemáticas e não restritivas 1 a 7, as quais mostram exemplos de concretização vantajosos e em que: a Fig. 1 mostra uma representação de um corpo metálico moldado com várias camadas, as Figs. 2 a 4 mostram cortes transversais de um corpo metálico moldado de acordo com o invento, a Fig. 5 mostra uma vista de uma malha de anéis, a Fig. 6 mostra exemplos de anéis possíveis para uma cota de malha de anéis, e a Fig. 7 mostra um dispositivo para a produção de um corpo metálico moldado de acordo com o invento. A Fig. 1 mostra um corpo metálico moldado, rígido, plano e com várias camadas 1, em que as relações entre o comprimento, a altura e a largura são escolhidas de modo favorável de acordo com a relação i, h>>b, pelo que é obtido um corpo metálico moldado plano 1 com uma superfície lateral 2 de grandes dimensões. 0 corpo metálico moldado 1 pode, neste caso, ser realizado como placa, painel ou disco com qualquer curvatura e secção transversal desejadas. O corpo metálico moldado 1 é essencialmente composto por uma matriz de espuma metálica 4, de preferência, espuma de alumínio, na qual se encontram integrados um ou vários elementos de 4 ΕΡ 2 069 707/ΡΤ inserção 3 com uma ou várias partes. A espuma metálica 4 e o(s) elemento (s) de inserção 3 estão, neste caso, interligados por interferência de forma e formam uma peça interligada. Devido ao tipo de produção do corpo metálico moldado (1) (por um processo de moldação) pode também por meio de adesão ocorrer uma certa união do material por aderência, no entanto, apenas até a um máximo de 30% em relação à resistência é capaz de resistir à ruptura e ao arranque.

Os elementos de inserção 3 podem, neste caso, ser dispostos praticamente de forma arbitrária, como está indicado nas Figs. 2 a 4. Por exemplo, pode estar previsto apenas um único elemento de inserção 3 no bordo ou no meio do corpo metálico moldado 1. No entanto, podem estar também previstos vários elementos de inserção 3, dispostos uns a seguir aos outros ou uns por detrás dos outros. É de igual modo pensável não dispor os elementos de inserção 3 essencialmente em paralelo em relação a uma superfície lateral 2, mas sim com um determinado ângulo em relação à mesma. Pode estar também previsto pré-esforçar, com uma determinada força F, um ou vários elementos 3 antes de incorporar os mesmos na matriz de espuma metálica 4. A espuma metálica 4 numa concretização particular, de acordo com o invento, apresenta essencialmente uma distribuição monomodal, isto é, as bolhas têm, no essencial, todas a mesma dimensão e estão distribuídas homogeneamente. Em alternativa, pode no entanto estar também previsto aumentar gradualmente a dimensão das bolhas da matriz de espuma metálica de uma superfície lateral 2 do corpo metálico moldado 1 para a superfície lateral oposta, como está indicado na Fig. 3, o que é possível por meio de uma regulação correspondente do processo de formação de espuma.

Evidentemente que é possível combinar aleatoriamente os aperfeiçoamentos e as disposições supracitadas e ajustar assim para uma determinada aplicação.

Além disso, é possível aplicar numa das superfícies laterais 2, por meio de um processo adequado, uma camada 5 adicional de um material homogéneo e/ou isotrópico, como, por 5 ΕΡ 2 069 707/ΡΤ exemplo, uma película de pedra fina, por exemplo de granito ou semelhante, por meio de um processo adequado, tal como, por exemplo, por aderência ou união de material, de preferência, por meio de uma colagem superficial. Esta camada 5 tem principalmente um efeito positivo, no caso, de uma utilização como peça moldada rígida à prova de balas, uma vez que a classe de resistência balística admissível pode ser aumentada e o efeito explosivo ser reduzido ou até eliminado. Para este efeito a camada 5 deve estar orientada para o tiroteio. Devido a uma tal camada 5 um projéctil ou bala, que colide é fracturado e a trajectória do projéctil é alterada (essencialmente por entrar em rotação lenta quando do impacto) sendo deste modo reduzido o seu efeito.

De acordo com o invento, o elemento de inserção 3 é formado como uma malha de anéis que não oferece resistência ao deslocamento, como indicado na Fig. 5. Uma tal malha de anéis é composta por uma pluralidade de anéis 6, os quais engatam uns nos outros, estando, no entanto, dispostos de modo solto entre si, ou seja, não apresentam portanto qualquer ponto de contacto fixo. Uma malha de anéis deste género, portanto, não oferece resistência ao deslocamento em todas as direcções e os anéis 6, em esforço, deslizam uns nos outros. A produção de uma malha de anéis deste género é, em princípio, do conhecimento geral e é efectuada, por exemplo por meio de soldadura dos anéis individuais 6 para formar uma malha. A malha de anéis pode neste caso por exemplo ser realizado como uma malha de 1:4, 1:6 ou 2:8, de acordo com a definição de anel a anel. Na Fig. 6 são representadas possíveis formas de anéis, sendo também possível que formas de anéis diferentes sejam combinadas numa malha. 0 efeito, de acordo com o invento, é desenvolvido pela malha de anéis, a qual não oferece resistência ao deslocamento deste género na matriz de espuma metálica 4. Em esforço (provocado por impacto lateral ou num tiroteio) os anéis 6 individuais deslizam uns nos outros na matriz de espuma metálica 4. Deste modo o esforço em cada anel 6 é consideravelmente reduzido, sendo, no entanto, a resistência da estrutura composta aumentada simultaneamente, dado que esta estrutura composta pode dissipar um elevado grau de energia. Para além disso, a disseminação da onda de choque é 6 ΕΡ 2 069 707/ΡΤ significativamente reduzida na estrutura composta e podem formar-se frentes amplas de fissuras para a absorção da energia. Com uma peça metálica moldada, de acordo com o invento, pode ser obtido portanto um componente muito leve até à classe de segurança balística mais elevada B7. Uma peça metálica moldada deste género pode, por exemplo, ser utilizada como blindagem em viaturas ou em edifícios, mas também como uma protecção pessoal.

Um corpo metálico moldado 1 de acordo com o invento pode ser formado por uma matriz de espuma metálica 4 de alumínio (ou de um outro metal adequado), na qual se encontra incorporada uma malha de anéis de aço, de titânio ou de alumínio. Os anéis podem neste caso apresentar por exemplo um diâmetro exterior de 3 a 20 mm (dependendo da utilização) e o tamanho de bolha da matriz de espuma metálica 4 é também escolhido em função da utilização, por exemplo, até uma dimensão de bolha de 30 mm. As espessuras dos anéis podem ser escolhidas por exemplo entre 1 e 2 mm. A malha de anéis pode também ter um tratamento de superfície e ser endurecida. A tensão prévia de uma malha de anéis na matriz de espuma metálica 4 pode ser, por exemplo, lkN. Uma disposição deste género é adequada como uma peça metálica moldada com resistência balística, para 1 kg TNT a uma distância de 5 m ou 15 kg de explosivo plástico a uma distância de 15 m. A produção de uma peça metálica moldada 1, de acordo com o invento, é descrita como exemplo a seguir com a base da Fig. 7.

Um ou vários elementos de inserção 3 com uma ou várias partes, com a forma de uma malha de anéis que não oferece resistência ao deslocamento, com os anéis 6 interligados de modo solto, são instalados num molde 10 de duas partes na posição pretendida no interior de uma cavidade 12, a qual determina a forma exterior da peça metálica moldada. O elemento de inserção 3 pode, neste caso, ser também pré-esforçado com uma tensão determinada. Numa fornalha 14, o metal, por exemplo, alumínio, é aquecido e liquefeito. A cavidade 12 do molde 10 está ligada à fornalha 14 através de um orifício de enchimento 11 e uma peça de enchimento 13 (ou um dispositivo semelhante). A peça de enchimento 13 imerge 7 EP 2 069 707/ΡΤ neste caso na massa de metal líquida 16 na fornalha 14. Na fornalha 14 está previsto além disso, por baixo da peça de enchimento 13, um dispositivo para formação de espuma 18, tal como, por exemplo, um difusor ou um impulsor. Os dispositivos para formação de espuma e os processos para formação de espuma adequados são descritos, por exemplo, nas patentes EP 1 288 320 BI e EP 1 419 835 Bl da requerente. O gás, de preferência ar, é introduzido no dispositivo para formação de espuma 18 através de um tubo 20, o ar que sai do dispositivo para formação de espuma 18 entra na massa de metal líquida 16 e forma bolhas 22 na massa de metal. Estas bolhas 22 sobem na massa de metal 16 e na peça de enchimento 13 (assinaladas pela seta na Fig. 7) e chegam assim à cavidade 12 do molde 10. O processo de formação de espuma é executado durante tanto tempo até que a totalidade da cavidade 12 esteja preenchida com as bolhas 22, ou com a espuma metálica 4. Neste caso, a espuma metálica pode ser pressionada para dentro da cavidade 12 do molde 10, por exemplo, exercendo pressão sobre a massa de metal 16. Deste modo o(s) elemento(s) de inserção 3 é (são), pelo menos parcialmente, contudo, de preferência, totalmente envolvidos com a espuma metálica líquida e incorporados na matriz de espuma metálica 4. Evidentemente também podem eventualmente ser previstas aberturas de purga necessárias entre o molde 10 ou a fornalha 14 e o ambiente exterior, de modo a produzir uma compensação de pressão durante o enchimento. Depois do processo de formação de espuma, a cavidade 12 pode ser fechada e o molde 10 ser removido para arrefecimento.

Após o enchimento, o molde 10 ou o corpo metálico moldado 1, que se encontra no mesmo é arrefecido, até que a espuma metálica líquida esteja solidificada, formando a matriz de espuma metálica 4. A seguir o molde 10 pode ser aberta e ser retirado o corpo metálico moldado 1 acabado.

Em princípio, no entanto, é possível encher, parcial ou totalmente a cavidade 12 do molde 10 com metal líquido, antes da formação da espuma, por exemplo, quando sobre a massa de metal líquida 16 for exercida uma pressão, pelo que o nivel do líquido sobe na peça de enchimento 13 e, por conseguinte, também na cavidade 12. Se for agora produzida espuma a partir do metal líquido como descrito acima, as bolhas 22 sobem e 8 ΕΡ 2 069 707/ΡΤ deslocam neste caso o metal líquido na cavidade 12, até que esta última, para a formação da matriz de espuma metálica 4, esteja completamente enchida com a espuma metálica. Para este efeito pode estar prevista uma certa compensação de pressão, de modo a assegurar uma formação uniforme da espuma, por exemplo, quando o molde, durante o processo da formação de espuma, for elevado lentamente ou quando a pressão na massa metálica 16 baixar lentamente. O processo de formação de espuma pode, no entanto, ser também controlado de tal modo que no corpo metálico moldado 1 se situe nas zonas com espuma metálica e nas zonas a seguir umas às outras de metal compacto. Para este efeito podem ser dispostos no molde 10 os elementos de separação adequados.

Evidentemente é também possível separar o processo de formação de espuma e o processo de moldação. Para este efeito, a espuma metálica pode ser produzida num dispositivo separado, tal como uma fornalha 14, por exemplo, por processos conhecidos convencionalmente, sendo esta espuma metálica transportada para um molde separado 10 por um dispositivo adequado, como, por exemplo, uma concha ou uma colher. Ai a espuma metálica líquida pode ser enchida para a cavidade 12 do molde 10. Isto pode, por exemplo, ser realizado quando a espuma metálica líquida for pressionada na cavidade 12 do molde, por exemplo, por meio de um êmbolo.

Lisboa, 2010-08-13

Claims

ΕΡ 2 069 707/ΡΤ 1/3 REIVINDICAÇÕES 1 - Corpo metálico moldado com várias camadas, que compreende uma matriz de espuma metálica (4), na qual está incorporado um elemento de inserção (3) com uma ou várias partes, em que a matriz de espuma metálica (4) e o elemento de inserção (3) estão ligados por interferência de forma, caracterizado por o elemento de inserção (3) ser configurado como uma malha de anéis que não oferece resistência ao deslocamento com os anéis (6) interligados de modo solto.
2 - Corpo metálico moldado com várias camadas de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os vários elementos de inserção (3) estarem dispostos na matriz de espuma metálica (4) uns ao lado dos outros ou uns atrás dos outros.
3 - Corpo metálico moldado com várias camadas de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a matriz de espuma metálica (4) apresentar uma distribuição dos tamanhos de bolha essencialmente monomodal.
4 - Corpo metálico moldado com várias camadas de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por os tamanhos de bolha da matriz de espuma metálica (4) aumentarem gradualmente a partir de uma superfície lateral (2) do corpo metálico moldado (1) para a superfície lateral oposta.
5 - Corpo metálico moldado com várias camadas de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o elemento de inserção (3) ser pré-esforçado na matriz de espuma metálica (4).
6 - Corpo metálico moldado com várias camadas de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por numa das superfícies laterais (2) do corpo metálico moldado (1) ser aplicada mais camada suplementar (5) de um material homogéneo e/ou isotrópico.
7 - Corpo metálico moldado com várias camadas de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a camada suplementar (5) ser realizada como película de pedra. ΕΡ 2 069 707/ΡΤ 2/3
8 - Utilização do corpo metálico moldado de acordo com uma das reivindicações 1 a 7 como peça moldada rígida à prova de balas.
9 - Utilização de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por a camada suplementar (5) de um material homogéneo e/ou isotrópico estar disposta na superfície lateral do corpo metálico moldado (1) orientada para o tiroteio.
10 - Processo para produção de um corpo metálico moldado (1) com várias camadas que compreende os passos seguintes: fornecimento de um molde (10) para o corpo metálico moldado (Indisposição de, pelo menos, um elemento de inserção (3) no molde (10) com a forma de uma malha de anéis que não oferece resistência ao deslocamento, com os anéis interligados de modo solto; fusão de um metal; introdução de gás no metal fundido (16), a fim de ser formada espuma a partir do metal fundido (16), sendo assim produzida uma espuma metálica fluida; transferência da espuma metálica fluida para dentro do molde (10); e arrefecimento do metal no molde (10), após o que o metal solidifica, para formar o corpo metálico moldado (1).
11 - Processo de acordo com a reivindicação 10, no qual a espuma metálica fluida é pressionada para dentro ou deitada para dentro do molde (10).
12 - Processo de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado por o molde (10) ser disposto com um orifício de enchimento (11) por cima da massa fundida de metal (16); por a cavidade (12) do molde (10) ser ligada, de modo estanque ao metal líquido, a uma peça de enchimento (13), ΕΡ 2 069 707/ΡΤ 3/3 prolongando-se a peça de enchimento (13) para dentro da massa metálica fundida (16); e por a espuma metálica fluida ser transportada através da peça de enchimento (13) para dentro a cavidade (12) do molde (10).
13 - Processo de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado por o molde (10) ser disposto com um orificio de enchimento (11) por cima da massa metálica fundida (16); por a cavidade (12) do molde (10) ser ligada, de modo estanque ao metal liquido, a uma peça de enchimento (13), prolongando-se a peça de enchimento (13) para dentro da massa metálica fundida (16); por o nível do metal líquido da massa metálica fundida (16) ser transportado para cima através da peça de enchimento (13) e do orifício de enchimento (11) para a cavidade (12) do molde (10); e por a massa metálica fundida (16) ser deslocada na cavidade (12) pela espuma metálica fluida.
14 - Processo de acordo com uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado por, pelo menos, um elemento de inserção (3) ser pré-esforçado antes da introdução da espuma metálica fluida.
15 - Processo de acordo com uma das reivindicações 10 a 14, caracterizado por o processo de formação de espuma ser controlado, de tal modo que o tamanho de bolha na espuma metálica aumentar ou diminuir gradualmente durante a formação de espuma.
16 - Processo de acordo com uma das reivindicações 10 a 15, caracterizado por numa das superfícies laterais (2) do corpo metálico moldado (1) solidificado ser aplicada uma camada suplementar (5) de um material homogéneo e/ou isotrópico. Lisboa, 2010-08-13