SK500822015A3 - Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny a forma na uskutočňovanie spôsobu - Google Patents

Abstract

Speniteľný polotovar (1) v podobe granulátu kovovej zliatiny a peniaceho činidla sa vloží do dutiny uzatváracej formy (2) a k nemu sa privedie tekutina (3) s hustotou vyššou, ako je zdanlivá hustota výslednej peny. Tekutina (3) má pritom teplotu vyššiu, ako je teplota tavenia kovovej zliatiny, dôjde k prenosu tepla do čiastočiek speniteľného polotovaru (1), ktorý následne expanduje a je nadnášaný tekutinou (3). Počas expanzie sa aspoň časť tekutiny (3) vytláča z formy (2) von cez otvor. Tavenina môže čiastočne zostať vo forme (2), čím vznikne hybridná štruktúra súčiastky. Ďalej sa opisuje forma na výrobu súčiastky, ktorá má keramickú škrupinu a tvar modelu súčiastky.

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu výroby súčiastok z kovovej peny, najmä komplexných a rozmerných súčiastok, kde spôsob umožňuje rýchle, rovnomerné a riadené napeňovanie vo forme. Vynález tiež opisuje formu výhodne používanú pri napeňovaní a súčiastku vyrobenú prostredníctvom nového spôsobu distribúcie tepla pri napeňovaní.

Doterajší stav techniky

Súčiastky z kovových pien sa v súčasnosti vyrábajú štyrmi základnými spôsobmi:

• priamym speňovaním taveniny kovu pomocou plynu vháňaného do taveniny alebo pomocou primiešaného peniaceho činidla, ktoré sa po pridaní do taveniny rozkladá, pričom generuje plyn, • odliatím kovovej zliatiny do vhodnej formy, ktorej dutina vytvára presnú štruktúru výslednej kovovej peny, pričom táto forma sa vytvára vhodnou depozičnou metódou na model z polymérnej peny, ktorý je následne vhodnou metódou z formy odstránený, • priamou depozíciou kovu metódou 3 D tlače alebo na vhodný polymérny model peny, ktorý sa následne odstraňuje, • speňovaním tuhého polotovaru obsahujúceho okrem kovovej zliatiny, ktorá tvorí finálnu penovú štruktúru, aj prídavné peniace činidlo (spravidla práškový kovový hydrid alebo uhličitan), pričom sa speniteľný polotovar umiestnený vo vhodnej forme zahrieva až na teplotu tavenia, kedy sa v roztavenej kovovej zliatine rozkladom peniaceho činidla začnú vytvárať plynové póry, čím speniteľný polotovar expanduje, až kým sa nevyplní celá dutina formy.

Všetky uvedené principiálne metódy majú svoje zásadné obmedzenia, ktoré napriek výnimočným vlastnostiam doteraz neumožnili významné rozšírenie sériovej výroby súčiastok z kovových pien.

i

Priame speňovanie taveniny naráža na problém rovnomernej distribúcie plynu resp. častíc peniaceho činidla v tavenine, pretože plyn resp. peniace činidlo sa musia dodávať do taveniny postupne a musia sa v nej vhodným spôsobom zamiešať. Dochádza pritom k nerovnomernému napeňovaniu rôznych častí taveniny, ktorú je navyše potrebné vhodne stabilizovať pridaním alebo vytvorením stabilizačných keramických častíc, aby nedochádzalo ku kolapsu prvých pórov, kým sa celý objem taveniny nenapení. Problémom je aj samotné miešanie taveniny, ktoré neumožňuje výrobu komplexných rozmerných hotových súčiastok, pretože sa v ich formách nedajú vhodne umiestniť miešadlá. Tento spôsob sa preto väčšinou obmedzuje na výrobu menej zložitých a objemných penových súčiastok ako sú bloky, panely a pod. Komplexné tvarové súčiastky sa z nich potom vytvárajú mechanickým obrábaním.

Depozičné metódy sú jednak veľmi pomalé a nákladné, jednak takisto neumožňujú výrobu komplexných súčiastok veľkých rozmerov, vzhľadom na možnosti súčasných depozičných zariadení ako aj s ohľadom na komplikované následné tepelné spracovanie vytvorených pien.

Speňovanie tuhého polotovaru naopak umožňuje priamu výrobu hotových tvarových súčiastok, pokiaľ sa polotovar ponechá expandovať teplom vo vhodnej dutine formy, až kým sa dutina nevyplní. Nie je pritom potrebné miešadlo, pretože peniace činidlo je už rovnomerne distribuované v polotovare, ktorý možno pripraviť napríklad lisovaním zmesi prášku kovovej zliatiny a prášku peniaceho činidla, alebo pomocou zamiešania prášku peniaceho činidla do taveniny pri zvýšenom tlaku, kedy sa z neho neuvoľňujú plyny a následnom odliatí a stuhnutí takto pripravenej zmesi do vhodného tvaru polotovaru. Problémom však zatiaľ ostáva rovnomernosť následného napenenia súčiastky, pretože polotovar sa v uzatvorenej dutine formy ohrieva postupne od jej stien, čím dochádza k predčasnému napeneniu v blízkosti stien formy a kúsky polotovaru v strede objemu formy ostávajú často nenapenené. Aby nedochádzalo ku kolapsom pórov, ktoré sú v kontakte so stenou formy, musí mať stena formy teplotu blízku teplote tavenia kovovej zliatiny, čo výrazne spomaľuje celý proces penenia. Forma musí byť okrem toho tenkostenná, pretože celý transfer tepla do polotovaru, ktoré je potrebné na jeho roztavenie, prebieha cez stenu formy, a to navyše pri malom teplotnom rozdiele. Formy, ktoré nemajú dobrú tepelnú vodivosť, napr. pieskové alebo keramické škrupinové sa preto nedajú použiť. Najčastejšie sa preto používajú tenkostenné kovové formy, ktoré sa však vplyvom neustále sa meniacej teploty v dôsledku tepelných pnutí deformujú, a je potrebné ich často nahrádzať, aby sa dosiahla požadovaná tolerancia rozmerov. Alternatívne sa používajú aj formy vyrobené z grafitu, ktoré síce majú dobrú rozmerovú . stálosť, sú však náchylné na poškodenie a pri vysokých teplotách ich treba chrániť pred oxidáciou. Veľké a komplexne tvarované súčiastky sa preto týmto spôsobom tiež efektívne vyrábať nedajú. Dlhá doba procesu penenia navyše významne znižuje výrobnú produktivitu a zvyšuje náklady celého procesu, pretože je potrebná paralelná práca naraz vo viacerých pomerne drahých trvalých formách a zariadeniach.

Je žiadané a nie je známe jednoduché riešenie, ktoré vo forme zabezpečí efektívnu distribúciu tepla k speniteľnému polotovaru, najmä v podobe granulátu, pričom riešenie umožní proces napeňovania nielen zrýchliť, ale aj riadiť na dosiahnutie požadovaných vlastností penovej štruktúry.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňuje spôsob výroby súčiastok z kovovej peny podľa nárokov 1 až 16. Podstata vynálezu spočíva predovšetkým v novom spôsobe ohrevu speniteľného polotovaru v dutine formy, ktorý zabezpečí jeho rýchle a rovnomerné roztavenie, bez potreby zdĺhavého, postupného transferu tepla cez stenu formy, a tým bez rizika prehriatia peny s následkom kolapsu pórov pri okraj i steny formy.

Speniteľný polotovar sa vloží do dutiny formy, ktorá má vtok pre taveninu. Po vložení speniteľného polotovaru, napríklad granulátu v odváženom množstve, sa cez vtok forma zaplní vhodnou tekutinou, ktorá má teplotu dostatočne vyššiu ako je teplota tavenia speniteľného polotovaru. Tekutina je schopná plynulo a rýchlo naprúdiťi preniknúť do vnúrra formy, čím sa do fomiy v podsaate „naleje“ potrebné množstvo tepla na spenenie. Počas vnikania tekutiny do formy a po zaplnení formy tekutinou sa tekutina okamžite dostane do bezprostredného kontaktu s každým kúskom speniteľného polotovaru, pričom mu rýchlo odovzdá teplo, až kým sa vzájomne teploty nevyrovnajú. Tekutina v tejto etape plní funkciu prenášača tepla, eeplo e pritom distribucvaré priamo do vnútra formy na povrch každej čiastočky speniteľného polotovaru. Takýto prenos tepla je významne rýchlejší a priestorovo rovnomernejší ako postupný prenos z povrchu formy a následný proces vzájomného odovzdávania tepla medzi napeňujícimi sa čiastočkami speniteľného polotovaru. Postupný prenos tepla medzi jednotlivými prvkami sústavy, ako bol doteraz používaný pri výrobe kovových pien z tuhého polotovaru, je v tomto vynáleze nahradený priamym pôsobením zohriatej tekutiny naraz na všetky čiastočky speniteľného polotovaru. Do tekutiny pritom vopred naakumulujeme potrebné množstvo tepla, ktoré stačí na ohriatie a roztavenie speniteľného polotovaru. Konkrétne množstvo tepla závisí predovšetkým od merného tepla použitej tekutiny, pomeru hmotnosti speniteľného polotvaru a tekutiny, merného tepla speniteľného polotovaru, latentného tepla tavenia speniteľného polotovaru a rozdielu teplôt medzi speniteľným polotovarom vo forme a teplotou tekutiny. Množstvo tepla potrebné na dokonalé spenenie speniteľného polotovaru sa takto dá po započítaní predpokladaných strát do stien formy presne nastaviť teplotou tekutiny pre dané množstvá speniteľného polotovaru a tekutiny.

Natavený speniteľný polotovar začne okamžite expandovať vytváraním plynových pórov pomocou peniaceho činidla a jeho zdanlivá hustota sa takto začne výrazne znižovať. Zdanlivá hustota predstavuje podiel hmotnosti pórovitej štruktúry vznikajúcej z polotovaru k jej momentálnemu objemu. Bezpórovitá tavenina má samozrejme hustotu vyššiu ako je zdanlivá hustota peny. Vytváraná pena je preto gravitačnou silou automaticky tlačená do vrchnej časti dutiny formy, pričom ťažšia tavenina sa zhromažďuje v jej spodnej časti. Tekutina teda okrem teploprenosnej funkcie má aj schopnosť napomáhať pohybu čiastočiek speniteľného polotovaru práve vo fáze, kedy tieto začínajú expandovať. Použitím tekutiny sa dosahuje významný synergický efekt, tekutina rýchlo prenesie teplo a zároveň zjednodušuje distribúciu polotovaru pri napeňovani. Tekutina je expandujúcim polotovarom cez vtok vytláčaná naspäť von z formy do vhodnej zbernej nádoby. Hlavný proces sa ukončuje, keď speniteľný polotovar expanduje na požadovanú hodnotu, pričom vyplní určitú časť alebo celú dutinu formy a tým prebytočnú tekutinu po odovzdaní potrebného tepla vytlačí z formy von. Proces sa úplne ukončí ochladením formy až pokiaľ hotová pena kompletne nestuhne.

Zvyčajne spôsob podľa tohto vynálezu zahrňuje na začiatku krok, kedy sa speniteľný polotovar v podobe granulátu vyrobeného napríklad zo zmesi prášku kovovej zliatiny a peniaceho činidla vloží do dutiny uzatváracej alebo jednorazovej formy. Pojem granulát je pritom potrebné vysvetľovať široko, bez rozmerových obmedzení, môže sa jednať o akékoľvek tuhé zrná, telieska, kúsky. Zvyčajne, nie však výlučne, sa bude jednať o granulát v podobe tyčí, profilov alebo plechov. Pojem spenitefný vyjadruje v sebe spôsobilosť primerane napeniť kovový materiál. Z uvedeného vyplýva, že speniteľný polotovar bude mať speniteľné činidlo v podstatnej miere plynotesné uzavreté kovovým materiálom, aby pri uvoľňovaní plynu z činidla došlo k napeňovaniu kovu a nedochádzalo k podstatnému uvoľňovaniu plynu neúčinne mimo štruktúru kovu.

Do dutiny formy sa potom umiestni tekutina s hustotou vyššou ako je zdanlivá hustota výslednej kovovej peny, pričom tekutina má teplotu vyššiu ako je teplota tavenia prášku kovovej zliatiny. Umiestnením tekutiny do formy sa tekutina uvedie do styku so speniteľným polotovarom v dutine formy. Tento styk vedie k okamžitému odovzdávaniu tepla z tekutiny do speniteľného polotovaru, speniteľný polotovar sa týmto nahrieva nad teplotu tavenia kovovej zliatiny, následkom čoho speniteľný polotovar expanduje, pričom aspoň časť expandujúceho speniteľného polotovaru je nadnášaná v tekutine. Požadovaná expanzia je sprevádzaná výtokom aspoň časti tekutiny z formy von cez príslušný otvor vo forme, výhodne je tekutina pritom vytláčaná samotnou expanziou speniteľného polotovaru. Po dosiahnutí požadovaného stupňa expanzie sa forma ochladzuje pod teplotu tuhnutia vytvorenej kovovej peny.

Časť vhodne zvolenej tekutiny môže cielene zostať vo forme, kde stuhne spolu s penou a vytvorí hybridný odliatok kombinujúci do jednej monolitickej súčiastky stuhnutú penu a stuhnutú tekutinu.

Tekutina sa do formy môže umiestňovať predovšetkým vtláčaním cez otvor v spodnej časti formy, výhodne v najspodnejšej časti formy. Rovnaký otvor môže byť neskôr použitý aj na výtok tekutiny. Pri expanzii sa z formy vytlačí viac ako 75% tekutiny, výhodne viac ako 90 % tekutiny.

Na dosiahnutie účinkov podľa tohto vynálezu nie je nevyhnutné, aby tekutina vyplnila celý voľný priestor dutiny formy. Voľný priestor ostávajúci v dutine formy po vložení speniteľného polotovaru sa môže vyplniť tekutinou len čiastočne. Vtákom prípade má tekutina a speniteľný polotovar pred expanziou spolu menší objem ako je vnútorný objem dutiny formy. Množstvo potrebnej tekutiny sa môže minimalizovať, čím sa zmenšia príslušné zariadenia na ohrev a vedenie tekutiny a to tak, že sa voľný priestor ostávajúci v dutine formy po vložení speniteľného polotovaru vyplní tekutinou len v množstve nevyhnutnom na priamy kontakt tekutiny s plochou speniteľného polotovaru. To je také množstvo tekutiny, ktoré je schopné obsiahnuť a zmáčať vložené množstvo speniteľného polotovaru. Konkrétne množstvo tekutiny bude závisieť najmä od hmotnosti a granulometrie speniteľného polotovaru a môže sa spresniť skúškou na mieste.

Tekutina vytečená von z formy sa bez vychladnutia môže použiť v ďalšom cykle napeňovania, čo podstatne znižuje energetické nároky na výrobu súčiastok z kovovej peny. Pojem „bez vychladnutia“ pritom označuje stav, kedy tekutina nie je zámerne ochladzovaná, čo však nevylučuje bežné tepelné straty pri jej uchovávaní do ďalšieho cyklu vypeňovania. Podstatné je, že v ďalšom cykle sa už do tekutiny dodá len teplo, ktoré sa spotrebovalo v predchádzajúcom cykle pričom vzhľadom na to, že tekutina nestuhne, nie je potrebné dodávať latentné teplo. Zvyčajne tekutina pri vytekaní z formy vytečie do zbernej nádoby pod formou, kde sa môže následne zohriať pre ďalšie použitie.

Tekutina je vo výhodnom usporiadaní tvorená kovovou taveninou. Tavenina môže byť zliatina s rovnakým chemickým zložením ako kovový prášok v zmesi speniteľného polotovaru, ale môže sa tiež do rôznej miery od takého zloženia líšiť. Ak sa použije tavenina s vyššou teplotou tuhnutia ako má pena, najskôr stuhne vtok, pričom expandujúca pena ostane pod tlakom vyvíjaného plynu až do úplného stuhnutia, čím sa zabezpečí dôkladné vyplnenie detailov aj komplexnej dutiny formy. Ak sa použije tavenina s teplotou tuhnutia nižšou ako je teplota tuhnutia kovovej peny, po spenení pena v dutine formy stuhne najskôr a prebytočná tavenina z vtoku sa môže následne vyliať. Počas tuhnutia peny možno na taveninu vo vtoku v tomto prípade pôsobiť vhodným tlakom, aby tuhnutie peny prebiehalo podobne ako v prvom prípade.

Na výrobu penových súčiastok je vhodné použiť aj taveninu, ktorá s roztavenou penou nijako nereaguje (napr. olovo alebo cín v prípade hliníkovej peny), v určitých prípadoch je však výhodné použiť naopak zliatinu, ktorá sa s vytváranou penou difúzne spája, pričom sa môže vytvoriť hybridný odliatok pozostávajúci z časti zo stuhnutej taveniny a z časti z peny. Týmto spôsobom možno využiť aj taveninu z rovnakej zliatiny, ako je kovová pena.

Dutina formy môže byť navrhnutá tak, aby z nej vplyvom expanzie speniteľného polotovaru vytiekla všetka tavenina. Zvyčajne bude v takom prípade vtok do formy umiestnený na jej najspodnejšom mieste. Je však možné zámerne na vnútornom povrchu dutiny vytvoriť umelé prekážky (záhyby) alebo uzávery, teda rôzne tvarové prvky, z ktorých tavenina nemôže byť penou vytlačená. Tavenina bude v týchto tvarových prvkoch alebo na úrovni týchto tvarových prvkov zadržaná vo forme až do jej stuhnutia, čím sa vyrobí hybridný odliatok, ktorý má na povrchu stuhnutú taveninu v hrúbke podľa tvaru dutiny, resp. podľa tvaru a pozície tvarového prvku. Hybridný odliatok sa môže vyrobiť aj tak, že vtok na tekutinu, použitý súčasne na výtok tekutiny pri expanzií, sa umiestni vyššie nad úrovňou spodku dutiny formy a tým na tomto spodku zostane tekutina až do jej stuhnutia. Je prirodzene možné, aby technik bez ďalšej zvláštnej invencie na tomto základe vytvoril rôzne tvary foriem, ktoré budú mať rôzne tvarové prvky v podobe rebier, výstuh a podobne. Môže sa pritom použiť aj forma s viacerými vtokmi, prípadne s riadenými vtokmi a výtokmi tekutiny na rôznych miestach a v rôznych výškach formy.

Rovnako možno do dutiny spolu so speniteľným polotovarom vložiť rôzne vystužovacie sieťky, ktoré napríklad kopírujú vnútorný povrch formy alebo aspoň časť jej povrchu a umožňujú naliatej tavenine preniknúť až k povrchu formy, pričom vhodne nastavenou veľkosťou oka sieťky nedovolia expandujúcemu polotovaru taveninu spoza sieťky vytlačiť. Na povrchu peny sa takto dá z taveniny vytvoriť kompaktná bezpórovitá vrstva navyše vystužená sieťkou z vhodného kovu, čo výrazne zlepšuje mechanické vlastnosti hotovej súčiastky najmä pri namáhaní jej povrchu ťahovým napätím, pretože sieťka a kompaktná vrstva bránia rozširovaniu potenciálnych trhlín v pene podobne ako je to u železobetónu.

Výstuž s perforovaným povrchom plní nielen úlohu zvýšenia pevnostných vlastností odliatku, ale počas odlievania perforácia vytvára oddeľujúci prvok, hranicu medzi hmotou speneného materiálu a stuhnutou bezpórovitou tekutinou. Vhodne navrhnutá perforácia vo výstuži má teda dvojitú funkciu, zlepšuje odolnosť odliatku voči ťahovým napätiam a súčasne slúži na vytvorenie bezpórovitej vrstvy na povrchu peny, pričom podobne ako sito bráni prieniku expandujúcej peny cez otvory vo výstuži a vytlačeniu taveniny za výstužou. Teplota tavenia materiálu výstuže musí byť vyššia ako je teplota tekutiny, výstuž môže byť napríklad z ocele, iných vysokôtaviteľných kovov alebo keramických vlákien.

Kovové a/alebo keramické výstuže, napríklad vo forme sieťok, ťahokovu, tyčí, dutých profilov, drôtov alebo vlákien sa do dutiny formy môžu umiestniť aj pred umiestnením speniteľného polotovaru, zvyčajne sa výstuž bude do formy umiestňovať pred napustením tekutiny.

Aby tekutina alebo tavenina pri nalievaní do dutiny formy predčasne nestuhla, môže byť forma predohriata na teplotu tekutiny, resp. taveniny, resp. forma môže byť vyrobená z materiálu, ktorý zle odvádza teplo, napr. z pieskovej zmesi alebo keramiky, čo je vlastne protichodná požiadavka oproti súčasnému stavu techniky. V prípade predohriatia formy nad teplotu tuhnutia peny, je potrebné po ukončení procesu penenia formu vhodným spôsobom ochladiť. Pred umiestnením tekutiny do formy sa forma môže zohrievať aj na teplotu vyššiu ako je teplota tavenia speniteľného polotovaru.

Vzhľadom na to, že proces rozkladu peniaceho činidla závisí od teploty a tlaku, možno pri vhodne nastavenom výrobnom postupe navrhovaný proces penenia uskutočniť v krátkych časových okamžikoch (rádovo v sekundách) pomocou manipulácie s externým tlakom. Je známe, že pri zvyšujúcej sa teplote nad kritickou teplotou sa plyn začne z peniaceho činidla samovoľne uvoľňovať, pričom kritická teplota rastie so zvyšujúcim sa tlakom. Ak proces odlievania prebieha v autokláve a prehriata tavenina sa naleje do formy so speniteľným polotovarom pri zvýšenom okolitom tlaku, ktorý posúva teplotu rozkladu peniaceho činidla nad teplotu tavenia polotvaru (u hliníkových pien s TiH2 je to napr. tlak viac ako 1 MPa), polotovar ani pri úplnom roztavení nezačne expandovať. Expanzia začne však okamžite po klesnutí externého tlaku pod kritickú hodnotu. Túto vlastnosť možno využiť na ešte lepšie zrovnomernenie teploty v dutine formy po naliatí taveniny, pretože umožňuje získať dostatok na času na vyrovnanie teplôt medzi jednotlivými kúskami polotovaru a taveninou bez expanzie polotovaru. Expanzia sa naštartuje až po vyrovnaní teploty znížením vonkajšieho tlaku. Tekutina v tejto fáze procesu môže teda fungovať ako ovládač spúšťania riadenej expanzie, pretože na všetky kúsky polotovaru rovnomerne a prakticky ihneď prenáša nastavený tlak okolia. Expanzia sa teda môže spustiť až v momente, kedy je teplota homogénne rozdelená. To znamená, že pri vzájomnom kontakte tekutiny so speniteľným polotovarom je tekutina pod tlakom, ktorý je pri danej teplote vyšší ako tlak zabraňujúci peniacemu činidlu uvoľňovať plyn potrebný na penenie a expanziu. Pri vyššom tlaku dochádza dokonca k lepšiemu prestupu tepla z taveniny do polotovaru, pričom nemusí dochádzať k expanzii. Expanziu týmto krokom možno časovo odsunúť do momentu, kedy sa dosiahne požadované teplotné pole vo vnútri formy. Pred znížením teploty tekutiny k teplote tuhnutia peny sa tlak tekutiny riadene zníži pod hodnotu zabraňujúcu peniacemu činidlu uvoľňovať plyn pri danej teplote a tým sa spustí expanzia. Tento postup bude výhodný najmä pri komplikovaných tvaroch odliatkoch, pri dlhých dráhach pohybu tekutiny v dutinách formy, pri rozdielnych vzdialenostiach medzi vtokom a okrajmi dutiny a podobne.

Na vytvorenie tlaku sa môže výhodne využiť autokláv, kde zvýšený tlak pôsobí aj zvonka na štruktúru formy. To umožní výhodne použiť tenkostennú škrupinovú formu s nízkymi výrobnými nákladmi. Nie je však vylúčené ani použitie klasickej konštrukcie tlakovej formy, ktorá je schopná zniesť vnútorný pretlak. Možné sú aj riešenia s dvojplášťovou formou, kde medzi tuhým vonkajším plášťom a vnútornou tenkostennou štruktúrou je tlakové médium.

Je tiež známe, že so zvyšujúcim sa vonkajším tlakom pri penení veľkosť výsledných pórov klesá. Tento jav možno pri spôsobe podľa vynálezu využiť na nastavenie veľkosti pórov tým, že sa po začiatku expanzie udrží zvyškový tlak v autokláve alebo tlak pôsobiaci na vytekajúcu taveninu z vtoku na vhodne nastavenej úrovni. Tekutina okrem spustenia expanzie týmto predstavuje tlakové médium na reguláciu veľkosti pórov, čo je znázornené na obrázku 33.

Alternatívne k opísanému zaliatiu dutiny formy s vloženým speniteľným polotovarom možno proces uskutočniť aj obrátene tak, že do otvorenej formy už naplnenej prehriatou tekutinou, resp. taveninou sa vložia (napríklad zasunú) kúsky speniteľného polotovaru, pričom sa forma uzavrie tak, aby expandujúca pena nemohla z dutiny uniknúť pred tým, ako vytlačí prebytočnú tekutinu, resp. taveninu. Na to je potrebný vhodný otvor v spodnej časti dutiny formy.

Predmetom vynálezu je tiež súčiastka podľa nárokov 17 až19. Súčiastka môže bjyť časťou karosérie dopravného prosrriedku alebo môže h/oriť aj celú karosériu vytvorenú v jednom kuse a v jednom pracovnom cykle. Súčasné konštrukcie karosérií sú zásadným spôsobom ovplyvnené technologickými možnosťami pri tvárnení plechových dielov, ktoré sú následne zvárané alebo inak spájané do priestorovej štruktúry. Tento vynález však umožňuje vytvoriť priestorovú štruktúru, ktorá nie je obmedzená technológiám i tvárnenia a následného spájania. V prípade rámov a/alebo karosérií dopravných prostriedkov (automobilr , lietadla, železničné vozidlá, lode) môže súčiastka v jednom celku zahrňovať nosnú konštrukciu aj vonkajšie tvarové plochy. Jednotlivé zóny karosérie alebo rámu môžu mať premenlivú hrúbku kovovej peny, môžu mať postupné prechody spojovacích uzlov, čo sa dalo v prípade plechovej konštrukcie vytvoriť len zložito a obmedzene. Priestorová štruktúra môže mať zóny so stuhnutou tekutinou a/alebo výstužou.

Predmetom vynálezu je aj forma podľa nároku 20. Forma nemusí mať steny navrhnuté na rýchly prenos tepla, nemusí byť teda ani kovová. Súčiniteľ tepelnej vodivosti materiálu formy môže byť menší ako 70 W.m'ÍK¹. Vo výhodnom usporiadaní je forma vyrobená sušením suspenzie obsahujúcej keramické častice nanesenej na vytaviteľný model súčiastky, výhodne na voskový model súčiastky. Forma môže byť delená a zvyčajne bude mať v spodnej časti aspoň jeden otvor na vtok a výtok teploprenosnej tekutiny.

Vynález s využitím jednej tekutiny na prenos tepla, podporu pohybu čiastočiek speniteľného polotovaru a riadené spúšťanie expanzie prináša celý rad dôležitých výhod. Najmä nasledovné:

• Umožňuje expanziu peny v krátkom časovom úseku v celom objeme dutiny formy bez ohľadu na jej veľkosť, čím sa dá s vysokou produktivitou získať aj komplexná súčiastka veľkých rozmerov a komplexných tvarov (napr. monolitická automobilová karoséria podobná karosériám vyrobeným z uhlíkových kompozitov), • Pena sa vytvára v celom objeme v krátkom okamžiku, čo významne zvyšuje rovnomernosť rozdelenia pórov a zabraňuje tak kolapsu predčasne vytvorených pórov, resp. znižuje objem nevypenených miest, • Môžu sa použiť ľubovoľné hmoty na výrobu foriem, vrátane lacných keramických zmesí na výrobu škrupín alebo pieskových zmesí, pretože teplo sa do polotovaru nemusí transportovať cez stenu formy, ale dostáva sa do neho prostredníctvom prehriatej tekutiny, • Prakticky všetko teplo vnesené do tekutiny sa spotrebuje na roztavenie speniteľného polotovaru, pri minimálnych stratách do steny formy. Ak sa použije trvalá forma, môže byť udržiavaná na teplote penenia stratovým teplom, ktoré sa cez ňu pri tuhnutí peny odvedie. Významne sa tak znížia energetické nároky na penenie, pretože na ohrev formy nie je potrebné žiadne ďalšie teplo a do taveniny, ktorá je počas celého procesu v roztavenom stave, sa prakticky dodáva len teplo, ktoré sa pri predchádzajúcom procese penenia spotrebovalo na roztavenie polotovaru. Zvýšená energetická efektívnosť zníži nákladovosť celého procesu.

• Vhodnou voľbou taveniny, speniteľného polotovaru a tvaru povrchu dutiny formy umožňuje vytvárať hybridné odliatky s časťami bez pórov tvorenými stuhnutou taveninou, pričom expandujúca pena vnútri dutiny formy bráni vzniku stiahnutín v dôsledku tuhnutia taveniny (expanzia peny kompenzuje zmenšovanie objemu taveniny v dôsledku tuhnutia). Týmto spôsobom je možné vytvárať sendvičové štruktúry s kompaktnou povrchovou vrstvou požadovanej hrúbky a s penovým jadrom, ktoré majú vynikajúce mechanické vlastnosti, najmä z pohľadu dosahovanej tuhosti a pevnosti na jednotku hmotnosti.

• Umožňuje jednoduchým spôsobom realizovať penenie v podmienkach meniaceho sa externého tlaku (tlak sa rovnomerne prenáša na všetky časti polotovaru prostredníctvom tekutiny, resp. taveniny), čím sa dá významne riadiť veľkosť výsledných pórov a rovnomernosť ich rozdelenia. Manipulácia s externým tlakom navyše umožňuje výrazné skrátenie samotného procesu penenia na niekoľko sekúnd.

Opísaný spôsob podľa vynálezu možno využiť na výrobu akýchkoľvek tvarových súčiastok z granulátu tvoreného kovovou zliatinou a vhodným peniacim činidlom. Vhodné zloženia tuhých speniteľných polotovarov sú technicky známe prakticky pre všetky bežne používané konštrukčné zliatiny. Obzvlášť výhodné budú aplikácie pri výrobe veľkorozmerných súčiastok z kovovej peny komplexného tvaru alebo pri výrobe hybridných odliatkov (kov - pena) v jednej technologickej operácii. Použitie vynálezu sa predpokladá všade tam, kde sú potrebné ľahké monolitické konštrukcie s vysokým pomerom tuhosti a pevnosti k hmotnosti súčiastky, najmä pri výrobe automobilových karosérií resp. ich súčastí, lodných a leteckých konštrukcií, pri výrobe ľahkých rozmerných konštrukčných dielov elektromobilov, trojkoliek, prívesných a závesných vozíkov, železničných vozidiel a pod. Na trhu by mohol rozšíriť aplikácie, ktoré sa dnes dajú vyrobiť len z kompozitov s uhlíkovými resp. sklenými vláknami, tieto materiály sú však pre ne veľmi drahé, resp. nedokážu poskytovať požadovanú produktivitu a opakovateľnosť výroby. Predložený spôsob umožní posunúť napeňovanie na vysokoproduktívnu úroveň s krátkym výrobným taktom, pričom sa aj pri rozmerných súčiastkach môže ako forma použiť tenkostenná škrupina.

Výroba rozmerných súčiastok z jedného kusa v jednom pracovnom cykle zmenšuje nielen počet dielov a spojovacích prvkov, ale zároveň zlepšuje prenos n

mechanického zaťaženia v súčiastke. Vynález poskytuje viaceré synergické výhody, ktoré vyplývajú z rýchleho a homogénneho vnesenia tepla priamo do vnútra formy, pričom nosič tepla vchádza do priameho kontaktu s granulátom speniteľného polotovaru. Vďaka tomu výrazne vzrastie produktivita odlievania, rastie opakovaná stabilita procesov a klesá energetická náročnosť.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je bližšie vysvetlený pomocou obrázkov 1 až 43. Použitá mierka a zobrazený konkrétny tvar formy a príslušného výrobku je nezáväzný, informatívny alebo bol priamo upravený pre zvýšenie prehľadnosti. Z tohto dôvodu je na obrázkoch vyobrazená forma s jednoduchým tvarom dutiny, a to aj v prípade, že príslušný príklad slovne opisuje odlišný tvarový charakter odliatku.

Na obrázkoch 1 až 6 sú postupne zachytené základné kroky v jednom cykle vypeňovania v delenej forme. Obrázok 1 vyobrazuje umiestnenie speniteľného polotovaru do vnútra formy pred nalievaním tekutiny, ktoré je zobrazené na obrázku 2. Podľa obrázku 3 dochádza k aktivácii penenia, ktoré pokračuje na obrázku 4. Následne obrázok 5 vyobrazuje expanziu speniteľného polotovaru, kde táto expanzia vytláča tekutinu do zbernej nádoby. Na obrázku 5 je vľavo dole piktogram vyjadrujúci recykláciu tekutiny, ktorá sa zo zbernej nádoby premiestni a opätovne použije.

Obrázky 7 až 17 ozrejmujú použitie oddeľujúcej výstuže z nerezového ťahokovu. Na obrázku 7 je výstuž vložená do formy tak, že jej perforovaná plocha je priľahlo umiestnená s odstupom od vnútorných stien formy. Na obrázkoch 8 až 12 sú potom vyobrazené kroky postupu podobne ako pri obrázkoch 2 až 6.

Obrázok 13 znázorňuje formu s odliatkom v stuhnutom stave. Plnou čiernou farbou je vyznačená stuhnutá tekutina bez penovej štruktúry. Odliatok bez formy je na obrázku 14, odliatok s odstránenou vtokovou sústavou je na obrázku 15. Obrázok 16 je priestorovo zobrazený rez formou, pričom pohľad zachytáva obnaženú výstuž z ťahokovu, ktorá svojou perforáciou vytvorila hranicu medzi vypenenou hmotou a so stuhnutou taveninou. Na obrázku 17 je podobný rezový pohľad z čiastočne vyrezanou výstužou.

Obrázky 18 až 26 vyobrazujú postup, kde forma má tvarové prvky účelne brániace vytlačeniu tekutiny z niektorých oblastí formy. Obrázok 18 vyobrazuje umiestnenie speniteľného polotovaru do vnútra formy pred nalievaním tekutiny, ktoré je zobrazené na obrázku 19. Podľa obrázku 20 dochádza k aktivácii penenia, ktoré pokračuje na obrázku 21. Následne obrázok 22 vyobrazuje expanziu speniteľného polotovaru, kde táto expanzia vytláča tekutinu do zbernej nádoby. Na obrázku 23 je vľavo dole piktogram vyjadrujúci recykláciu tekutiny, ktorá sa zo zbernej nádoby premiestni a opätovne použije. Obrázok 24 znázorňuje formu s odliatkom v stuhnutom stave. Plnou čiernou farbou je vyznačená stuhnutá tekutina bez penovej štruktúry. Odliatok bez formy je na obrázku 25, odliatok s odstránenou vtokovou sústavou je na obrázku 26, kde rebrá a spodná časť odliatku je tvorená stuhnutou taveninou.

Na obrázkoch 27 až 32 sú kroky vypeňovania vo forme, kde sa v závere podľa obrázku 32 zvýši tlak tekutiny.

Vplyv tlaku na štruktúru peny je schematicky znázornený na obrázku 33. P1 až P5 označuje zvyšujúci sa tlak. Obrázky pod jednotlivým označeniami tlaku predstavujú príklad štruktúry.

Na obrázkoch 34 až 36 sú znázornené kroky postupu s reguláciou tlaku. Kruh znázorňuje tlakovú nádobu, napr. autokláv, v ktorom je umiestnená forma. Šípky smerujúce z obvodu kruhu a označenie Pn vyjadruje vyvinutý vnútorný pretlak. Prečiarknuté písmeno P na obrázku 36 znamená ukončenie pretlaku. Obrázok 34 vyobrazuje speniteľný polotovar vo vnútri formy pred nalievaním tekutiny, ktoré je zobrazené na obrázku 35. Na obrázku 36 je potom vyobrazené vytlačenie tekutiny do zbernej nádoby po znížení tlaku a následnej expanzii.

Obrázok 37 vyobrazuje použitie nedelenej keramickej formy.

Obrázky 38 až 43 opisujú kroky vypeňovania, kedy sa speniteľný polotovar vkladá do formy už naplnenej tekutinou. Na obrázku 38 je vyobrazená otvorená forma na začiatku procesu. Na obrázku 39 sa forma plní tekutinou. Obrázok 40 predstavuje krok, v ktorom sa speniteľný polotovar uvedie do styku s tekutinou, pričom sa zároveň forma uzavrie. Na obrázku 41 sa rozbieha expanzia speniteľného polotovaru, čo je sprevádzané vytláčaním tekutiny naspäť z formy. Pokračujúca expanzia je na obrázku 42. Následne na obrázku 43 je znázornené vypenenie celej dutiny formy.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

V tomto príklade podľa obrázkov 1 až 6 je speniteľný polotovar 1 v podobe granulátu pripravený z práškovej hliníkovej zliatiny AISÍ10 a 0,8 hm.% prášku peniaceho činidla TiH₂. Granulát sa vložil do dutiny dvojdielnej zlievarenskej grafitovej formy 2, ktorá má vo svojej najspodnejšej časti umiestnený vtok pre taveninu, pričom nalievací otvor do vtoku je vyústený nad najvyšším bodom dutiny formy 2. Objem speniteľného polotovaru 1 zaberá približne 20% vnútorného priestoru formy 2. Uzatvorená forma 2 so speniteľným polotovarom 1 je v ochrannej atmosfére dusíka ohriata na 550°C, kedy ešte nedochádza k žiadnej expanzii speniteľného polotovaru 1.. Po zrovnomernení teploty formy 2 a granulátu bola do formy 2 mimo pece cez vtok podľa obrázku 2 naliata roztavená zliatina AISÍ10 predohriata na 900 °C tak, aby sa zaplnilo najmenej 80 % voľného priestoru dutiny formy 2. Bezprostredne, asi po 2 sekundách po naliatí taveniny do formy 2 dochádza k nataveniu speniteľného polotovaru 1 - granulátu a jeho expanzii podľa obrázkov 3 a 4, čo sa prejavilo spätným tokom tekutiny 3, teda taveniny von z vtoku do zbernej nádoby 4 pod formou 2. Výtok taveniny sa asi po 20 sekundách zastavil, čo signalizovalo, že expanzia granulátu je ukončená. Forma 2, ktorá už bola umiestnená mimo pece sa ponechá vychladnúť do asi 450°C. Po otvorení sa z nej vybrala hotová súčiastka, ktorá bola kompletne tvorená hliníkovou penou s celkovou pórovitosťou 83%. Všetka tavenina naliata do formy 2 bola expanziou speniteľného polotovaru 1 vytlačená mimo dutiny formy 2, časť peny bola aj vo vtokovom otvore.

Príklad 2

Granulát speniteľného polotovaru 1 bol v tomto príklade podľa obrázku 33 pripravený z práškovej hliníkovej zliatiny AlMgSi a 1 hm.% prášku peniaceho činidla T1H2. Granulát bol vložený do dutiny tenkostennej formy 2 zváranej z oceľového plechu. Objem polotovaru zaberal približne 20% vnútorného priestoru formy 2. Forma 2 mala v hornej časti umiestnené odvzdušňovacie kruhové otvory s priemerom 0,2 mm a v spodnej časti mala kruhový otvor priemeru 15 mm. Forma 2 spolu so speniteľným polotovarom 1 bola v špeciálnom autokláve zavesená nad téglikom s roztaveným olovom, ktorého teplota bola 950°C. Po uzatvorení autoklávu bol jeho vnútorný priestor natlakovaný dusíkom na úroveň 1 MPa (10 atm). Následne sa forma 2 kompletne ponorila do roztaveného olova, ktoré spodným otvorom pomaly natieklo do dutiny formy 2, čo umožnili odvzdušňovacie otvory v jej hornej časti vyvedené nad hladinu roztaveného olova.

Po úplnom zaplnení formy 2 tekutým olovom (asi po 30 s) a po asi 1 min výdrži sa prakticky všetok granulát vo forme 2 roztavil, čo sa prejavilo znížením teploty v dutine formy 2 na približne 680 °C, ale granulát v dôsledku vysokého tlaku prakticky neexpandoval. Následne bol vautokláve znížený tlak na 0,15 MPa (1,5 atm), čo okamžite spôsobilo expanziu granulátu a vytláčanie olova spodným otvorom von z dutiny formy 2. Hornými odvzdušňovacími otvormi sa hliníková pena von nedostávala, pretože boli príliš malé na to, aby cez ne prenikla a navyše boli vyústené do chladnejšej časti nad roztavené olovo, kde použitá hliníková zliatina tuhla a odvzdušňovacie otvory tak uzatvárala. Počas expanzie granulátu bola forma 2 vytiahnutá z téglika s olovom tak, aby spodný otvor ostal ponorený v olovenej tavenine. Po vytiahnutí formy 2 z téglika vplyvom nižšej teploty v priestore nad olovom hliníková pena stuhla, pričom až do úplného stuhnutia dochádzalo k expanzii granulátu. Vytekaniu peny spodným otvorom však bránila zátka z olovenej taveniny. Po úplnom stuhnutí hliníkovej peny pri asi 580°C bola prakticky celá dutina formy 2 zaplnená hliníkovou penou, len v oblasti spodného otvoru ostalo roztavené olovo s teplotou tuhnutia pod 400°C, ktoré po úplnom vytiahnutí formy 2 z téglika vytieklo naspäť do téglika.

Vzhľadom na zvyškový pretlak 0,15 MPa v autokláve bol výsledný zdanlivý priemer pórov v hliníkovej zliatine obmedzený na max. 2mm, pričom zdanlivá hustota peny bola 0,55 g/cm³.

Príklad 3

V tomto príklade podľa obrázkov 7 až 17 je speniteľný polotovar 1 ako granulát pripravený z práškovej hliníkovej zliatiny AIMg1SiO,6 a 0,6 hm.% prášku peniaceho činidla TÍH2. Granulát bol v silikónovej forme 2 zaliaty do voskového modelu tvarovej súčiastky. Spolu s granulátom sa do silikónovej formy 2 vložila sieťka z nerezového ťahokovu s veľkosťou oka približne 1,5 mm tak, aby kopírovala povrch formy 2 s dodržaním odstupu od vnútornej steny. Sieťka v hotovom výrobku plní aj funkciu výstuže 5. Objem speniteľného polotovaru 1 zaberal približne 20% objemu voskového modelu. Voskový model bol potom známymi technikami namáčaný do keramickej suspenzie a sušený až sa na ňom vytvorila súvislá keramická škrupina hrúbky približne 4 mm. Po úplnom vysušení škrupiny s voskom sa do nej v spodnej časti urobil otvor a pri teplote približne 100°C sa znej vosk úplne vytavil. V dutine škrupinovej formy 2 však ostal speniteľný granulát a nerezová sieťka, ktorá kopírovala jej povrch. Na otvor v spodnej časti sa následne umiestnil vtok vyrobený z rovnakého materiálu ako škrupina tak, aby jeho vyústenie do dutiny bolo vo výške približne 20 mm nad najspodnejšou časťou dutiny formy 2.

Škrupina s vtokom, granulátom a nerezovou sieťkou sa následne postupne ohriali na teplotu 550°C a potom sa do dutiny cez vtok naliala roztavená hliníková zliatina AIMg1SiO,6 ohriata na teplotu 850 °C tak, aby vyplnila celý voľný priestor dutiny formy 2. Pri plnení formy 2 sa dutina postupne odvzdušňovala cez jemne pórovitú keramickú stenu škrupiny. Prakticky okamžite po naliatí taveniny do formy 2 došlo k nataveniu speniteľného polotovaru 1 - granulátu a k jeho expanzii, čo sa prejavilo spätným tokom tekutiny 3 - taveniny von z vtoku. Výtok taveniny sa asi po 15 sekundách zastavil, čo signalizovalo, že expanzia granulátu je ukončená. Forma 2 sa ponechala vychladnúť do asi 400°C. Po odstránení keramickej škrupiny sa z nej vybrala hotová súčiastka, ktorá mala jadro tvorené hliníkovou penou s celkovou pórovitosťou asi 80%. Pena bola na celom povrchu, na ktorom bola v dutine nerezová sieťka, pokrytá vrstvou približne 1 mm hrubej kompaktnej zliatiny AlMgISiO,6, v ktorej bola zatavená sieťka, pretože pena cez sieťku k povrchu dutiny formy 2 kvôli sieťke preniknúť nemohla a preto odtiaľ nemohla roztavenú zliatinu vytlačiť. Podobne v najspodnejšej časti súčiastky sa nachádzal bezpórovitý kov, pretože pena nemohla vytlačiť taveninu z oblasti nachádzajúcej sa pod zaústením vtoku/výtoku. Vznikol tak hybridný odliatok s jadrom z AlMgISiO,6 peny a bezpórovitou povrchovou vrstvou hrúbky 1 mm tvorenou tou istou zliatinou. Povrchová vrstva bola navyše podobne ako železobetón spevnená nerezovou ťahokovovou sieťkou. V spodnej časti súčiastky sa nachádzala bezpórovitá vrstva zliatiny AlMgISiO,6 hrúbky približne 20 mm, ktorá slúžila na navŕtanie upevňovacích závitov súčiastky.

Príklad 4

Tyčky podľa obrázkov 38 až 43 pripravené z hliníkového prášku technickej čistoty a 0,4 hm.% prášku peniaceho činidla T1H2 boli hliníkovými drôtmi pripevnené na veko dvojdielnej zlievarenskej formy 2 vyrobenej z HBN tak, aby deliaca rovina formy 2 bola v jej najvrchnejšej časti. Forma 2 prakticky vytvárala nádobu zakrytú vekom. V spodnej časti formy 2 (v nádobe) bol zospodu umiestnený vtok, pričom nalievaci otvor do vtoku bol vyústený nad úrovňou deliacej roviny. Objem speniteľného polotovaru 1_ zaberal približne 20% priestoru dutiny formy 2. Otvorená spodná časť formy 2 (nádoba) bola ohriata na 850°C a bola zaplnená roztaveným olovom rovnakej teploty približne do 4/5 výšky nádoby. Veko formy 2 s pripevneným speniteľným polotovarom 1 bolo pritom paralelne v peci nahriate na 550°C, kedy ešte nedochádza k žiadnej expanzii speniteľného polotovaru L

Po zrovnomernení teploty formy 2 a olovenej taveniny sa na spodnú časť formy 2 pomocou pneumatického piestu nasunulo veko s pripevneným speniteľným polotovarom 1 a forma 2 sa tlakom uzatvorila. Bezprostredne po uzatvorení formy 2 a ponorení speniteľného polotovaru 1 do olova došlo k jeho expanzii, čo sa prejavilo vytláčaním olova z vtoku. Výtok olova sa asi po pol minúte zastavil, čo signalizovalo, že expanzia granulátu je ukončená. Spodná forma 2, ktorá po uzatvorení vekom a začatí penenia prakticky okamžite ochladla približne o 150 °C sa ponechala vychladnúť do asi 500°C. Po otvorení sa z nej vybrala hotová súčiastka, ktorá bola kompletne tvorená hliníkovou penou s celkovou pórovitosťou 78%. Všetko olovo naliate do spodnej časti formy 2 bolo expanziou speniteľného polotovaru 1 cez vtok vytlačené mimo dutinu formy 2, penou bol zaplnený aj celý vtokový kanál.

Príklad 5

Postup v tomto príklade podľa obrázkov 18 až 26 je podobný ako v príklade 1. Rozdielna je forma 2, ktorá má vytvorené tvarové prvky 6 brániace vytlačeniu tekutiny 3 z formy 2 počas expanzie speniteľného polotovaru L Tekutina 3 má v tomto príklade rovnaký materiálový základ ako speniteľný polotovar L

Tvarové prvky 6 majú podobu napríklad rebier, do ktorých tekutina 3, natečie, ale už nemá byť ako vytlačená von. Na obrázkoch 24 až 26 sú tieto zóny vyznačené plnou čiernou farbou, ktorá predstavuje nepórovitú hmotu stuhnutej tekutiny 3, presnejšie stuhnutej taveniny s rovnakým materiálovým základom ako má pena. Je pritom vhodné, aby napríklad chladiace alebo výstužné rebrá mali plnú štruktúru bez pórov.

Príklad 6

Postup v tomto príklade podľa obrázkov 27 až 32 je podobný ako v príklade 1 až do momentu vytekania tekutiny 3 von z formy 2, kedy sa cez vtokovú sústavu vyvinie tlak proti vytláčanej tekutine 3 podľa obrázku 32. Znázornený piest pôsobiaci priamo vo vtokovej sústave je len schematickým znázornením, v skutočnej prevádzke sa môžu použiť rôzne mechanické alebo hydraulické sústavy na vyvodenie tlaku. Riadením tlaku sa môže ovplyvňovať štruktúra peny. Forma 2 má v tomto príklade primerane pevnú konštrukciu.

Príklad 7

Použitím autoklávu podľa obrázkov 34 až 36 sa v tomto príklade získa dôležitá dispozícia na spúšťanie expanzie a na ovplyvnenie výslednej štruktúry peny podľa obrázku 33. Postup v tomto príklade podľa obrázkov 27 až 32 je podobný ako v príklade 1, ale počas umiestňovania tekutiny 3 do formy 2 sa na celú formu 2 aj na tekutinu 3 pôsobí okolitým tlakom Pn, ktorý bráni spusteniu expanzie. Tlak pôsobiaci na tekutinu 3 pritom pôsobí aj zvonka formy 2, vďaka čomu nemusí byť forma 2 odolná voči pretlaku Pn.

Po uvoľnení tlaku podľa obrázku 36 dochádza k expanzií a výtoku tekutiny 3 do zbernej nádoby 4.

Príklad 8

Forma 2 je nedelená, jednorazová ako je znázornené na obrázku 37. Škrupina formy 2 je tvorená nekovovým, keramickým materiálom, konkrétne je forma 2 vyrobená sušením suspenzie obsahujúcej keramické častice nanesené na vytaviteľný voskový model súčiastky. Bežný postup známy z prípravy voskového modelu je doplnený tým, že ešte pred nanášaním vrstiev škrupiny sa do voskového modelu alebo na jeho povrch umiestni speniteľný polotovar 1, prípadne aj výstuž 5. Speniteľný polotovar 1 nie je teda vnesený do formy 2 po jej výrobe, ale už v procese jej výroby, forma 2 vlastne vyrastie okolo hmoty speniteľného polotovaru J.

Priemyselná využiteľnosť

Priemyselná využiteľnosť je zrejmá. Podľa tohto vynálezu je možné priemyselne a opakovane vyrábať súčiastky z kovovej peny, a to aj komplexné a rozmerné súčiastky, pričom sa teplo potrebné k napeneniu nemusí prenášať cez steny formy, čo významne znižuje celkové energetické nároky a výrobné náklady. 5 Možnosť použitia lacných jednorazových ale aj komplexných trvalých foriem umožňuje efektívnu výrobu pri rôznej sériovosti od výroby prototypov až po hromadnú výrobu s vysokým stupňom automatizácie.

Claims (23)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny.priktorom sa tuha speniteľný polotovar (1) v podobe predovšetkým granulátu vyrobeného z kovovej ' zliatiny a peniaceho činidla vloží do dukiny uzatváracej a/alebo jednorazovej formy {2). s^f^e^nk^eľň^ý polotovar (1) sa nahrieva nad keploku kavenia kovovej zliakiny, čo vyvolá požadovanú expanziu spenikeľného polotovaru (1) a neskôr sa forma (2) po dosiahnukí požadovaného stupňa expanzie ochladí pod keploku kuhnukia vytvorenej kovovej peny, i sa kým, že do dukiny formy (2) sa umieskni kekukina (3) s hustokou vyššou ako je zdanlivá hustota výslednej peny, kekukina (3) má pritom keploku vyššiu ako je keploký kavenia kovovej zliakiny, kekukina (3) sa uvedie do skyku so speniteľným polotovarom (1) v dutine formy (2), kedy kekutina (3) odovzdá speniteľnému polotovaru (1) keplo , následkom čoho spenikeľný polotovar (1) expanduje, pričom expandujúci spenikeľný polotovar (1) je nadnášaný v kekukine (3), a počas expanzie aspoň čast kekutiny (3) vychádza z formy (2) von cez príslušný otvor vo forme (2).
2. 2 . SsôôoSvVýoabsSúiaýtky z kvaeaejpeny poeľanároSk1 ,veznľýujúe s s kým, že tekutina (3) je vykláčaná samstnou expanziou spenikeľného polotovaru (1).
3. 3. Spôsob výroby súčia^kky z kovovej peny podľa nároku 1 alebo 2 , vyznačujúci sa kým, že kekutina (3) sa do formy (2) umiestňuje vkláčaním cez otvor v spodne) alebo v najspodnejše) časki formy (2) a neskôr sa cez tenko otvor vytláča von.
4. 4. Spôsob výroby súčiastky z kovové) peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 3 , vyznačujúci sa kým, že pri expanzii sa z formy vytlačí viac ako 75% tekutiny (3), výhodne viac ako 90 % tekutiny (3))
5. 5. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že tekutina (3) sa do formy umiestni po vložení speniteľného polotovaru (1).
6. 6. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 5, vyznačujúci sa tým, že časť tekutiny (3) zostane vo forme (2), kde následne stuhne spolu s penou do monolitu hybridného odliatku.
7. 7. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 6, vyznačujúci sa tým, že voľný priestor ostávajúci v dutine formy (2) po vložení speniteľného polotovaru (1) sa vyplní tekutinou (3) len čiastočne, pričom tekutina (3) a speniteľný polotovar (1) pred expanziou majú spolu menší objem ako je vnútorný objem dutiny formy (2).
8. 8. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa nároku 7, vyznačujúci sa tým, že voľný priestor ostávajúci v dutine formy (2) po vložení speniteľného polotovaru (1) sa vyplní tekutinou (3) len v množstve nevyhnutnom na priamy kontakt tekutiny (3) s plochou speniteľného polotovaru (1).
9. 9. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až nároku 8, vyznačujúci sa tým, že pri vzájomnom kontakte speniteľného polotovaru (1) s tekutinou (3) je tekutina (3) vystavená tlaku, ktorý je pri danej teplote vyšší ako tlak zabraňujúci peniacemu činidlu uvoľňovať plyn potrebný na penenie a expanziu a neskôr, ešte pred znížením teploty tekutiny (3) na teplotu tuhnutia peny sa tlak tekutiny (3) zníži pod hodnotu zabraňujúcu peniacemu činidlu uvoľňovať plyn pri danej teplote.
10. 10. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 9, vyznačujúci sa tým, že tekutina (3) je tavenina kovu s teplotou tavenia nižšou, ako je teplota tuhnutia kovovej peny.
11. 11. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 9, vyznačujúci sa tým, že tekutina (3) je tavenina kovu s teplotou tavenia vyššou, ako je teplota tuhnutia kovovej peny.
12. 12. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 11, vyznačujúci sa tým, že tekutina (3) ako tavenina má základ s rovnakým chemickým zložením ako kovová zliatina v zmesi speniteľného polotovaru.
13. 13. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 ak 12, vyznačujúci sa tým, kn pred umiestnením tekutiny (3) sa do dutiny formy (2) vloží kovová a/alebo keramická výstuž (5), výhodne vo forme sieťok a/alebo tyčí a/alebo dutých profilov a/alebo drôtov a/alebo vlákien, obzvlášť výhodne sa výstuž (5) s odstupom vloží priľahlo k vnútornému povrchu formy (2).
14. 14.Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa nároku 13, vyznačujúci sa tým, že perforácia vo výstuži (5) vytvára sito na oddelenie peny od tekutiny (3) na povrchu hotového odliatku.
15. 15. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 14, vyznačujúci sa tým, že pred umiestnením tekutiny (3) do formy (2) sa forma (2) zohrieva na teplotu vyššiu ako je teplota tavenia speniteľného polotovaru (1).
16. 16. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 15, vyznačujúci sa tým, že pri vytláčaní tekutiny (3) von z formy (2) zostáva časť tekutiny (3) v záhyboch (6), kde následne zatuhne so štruktúrou odlišnou od štruktúry ostatných zón s kovovou penou.
17. 17. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 16, vyznačujúci sa tým, že tekutina (3) vytečená von z formy (2) sa bez vychladnutia vracia do ďalšieho cyklu napeňovania, výhodne tekutina (3) vytečie do zbernej nádoby (4) a neskôr sa zohreje pre ďalšie použitie.
18. 18. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 17, vyznačujúci sa tým, že sa vytvára karoséria alebo časť karosérie dopravného prostriedku.
19. 19. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa nároku 18, vyznačujúci sa tým, že v jednom celku sa súčasne vypeňuje nosná konštrukcia karosérie aj vonkajšie tvarové plochy karosérie.
20. 20. Forma na výrobu súčiastky z kovovej peny spôsobom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 19, vyznačujúca sa tým, že má keramickú škrupinu s tvarom podľa vytaviteľného modelu súčiastky.
21. 21. Forma na výrobu súčiastky z kovovej peny podľa nároku 20, vyznačujúca sa tým, že je delená a má v spodnej časti aspoň jeden otvor na vtok a výtok tnploprenvsnnj tekutiny (3), výhodne kovovej taveniny.
22. 22. Forma na výrobu súčiastky z kovovej peny podľa nároku 20, vyznačujúca sa tým, ž e vo svojom vnútri má zaformovaný speniteľný polotovar (1).
23. 23. Forma na výrobu súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov 20 až 22, vyznačujúca sa tým, že súčiniteľ tepelnej vodivosti materiálu

    5 formy (2) je menší ako 70 W.m'¹.K’¹.