WO2007095878A1 - Verfahren zur herstellung dreidimensionaler, einen metallschaum enthaltender schichtkörper - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for producing a three-dimensional, a metal foam-containing laminated body according to the preamble of the main claim and is particularly suitable for producing such laminates economically.
- the aim of the invention is to simplify the manufacturing process and thus to reduce the manufacturing costs.
- DE 197 44 300 B4 describes a process for the production of gas-generated cavities having shaped bodies based on light metals using a, manufactured by compacting a mixture of particles of a metal with particles of a blowing agent Vormaterial- molding.
- it is proposed to introduce a semifinished molded article in at least one heatable heating and frothing throughflow recipient with an inlet and an outlet opening.
- the Vormaterial- molded body is heated substantially at a sealing to the introduction opening to a temperature above the decomposition temperature of the blowing agent and above the melting temperature of the metal.
- the hot metal foam which forms in the container in a flowable plastic state as a result of decomposition of the blowing agent increases in volume introduced volume-filling and solidified.
- a composite component which consists of at least two opposing solid metal sheet metal parts and arranged between the sheet metal parts to be foamed metal powder layer in which this has additional stiffening elements in individual cross-sectional areas, the form-fitting with the surrounding foamed Metal powder layer are connected. These should be non-destructively inseparably connected to the outer massive metal sheet metal parts.
- each a solid metallic, already brought into the final shape sheet metal part is provided with a metal powder layer.
- the two sheet metal parts with their sides provided with the metal powder layer facing each other are arranged one above the other.
- the superposed sheet metal parts are heated by supplying heat in such a way that a non-destructive inseparable connection is made between the mutually facing metal powder layers by a heat-induced foaming.
- the invention has the object, a
- Laminated body is a flat two-dimensional blank (1) of the laminated body in a, at least one punch (2) and a die (3) existing hollow mold inserted.
- Laminated body of a sintered foamable alloy as well as when the laminated body consists of a layer of foamable alloy, which is covered by one or both sides with a metal sheet.
- the punch and die are placed so far toward each other that the mold closes.
- the preformed blank is further heated until the foaming temperature is reached.
- the three-dimensional shape of the composite body is effected exclusively by the forces occurring during foaming.
- the mold is cooled to such an extent that the molded body produced becomes stable and can be removed from the mold.
- FIG. 1 shows the mold consisting of die and punch with inserted blank in the cold state
- FIG. 2 shows the same shape with inserted blank when the softening point is reached
- FIG. 3 shows the same shape with foam-filled blank.
- the blank adapts to the molded parts to such an extent that the mold can close completely.
- the alloy between the sheets foams until the entire cavity is filled with the foam enclosed by sheets Ia and Ib.
- known means such as pawls or sufficient weight of the punch 3, it is prevented that the mold opens during the foaming process.
- the mold After completion of the foaming process, the mold is cooled so far that the softening temperature of the sheets is again fallen below. Then, the molded in this way component of the mold can be removed.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen, einen Metallschaum enthaltenden Schichtkörpers und ist insbesondere dazu geeignet, derartige Schichtkörper wirtschaftlich herzustellen. Die Aufgabe der Efindung, ein derartiges Verfahren vorzuschlagen, mit dem es möglich ist, einen dreidimensionalen, einen Metallschaum enthaltenden Schichtkörper zu erzeugen, dessen äußere Geometrie exakt bestimmbar ist, wird gelöst, indem ein flächiger zweidimensionaler Zuschnitt des Schichtkörpers in eine, mindestens aus einen Stempel und einer Matrize bestehende Hohlform eingelegt. Anschließend die Hohlform erwärmt und beim Erreichen des Erweichungspunktes werden Stempel und Matrize so weit aufeinander zugestellt, dass sich die Form schließt. Danach wird der vorgeformte Zuschnitt weiter erhitzt bis die Aufschäumtemperatur erreicht wird. Dabei wird die dreidimensionale Ausformung des Schichtkörpers ausschließlich durch die beim Aufschäumen auftretenden Kräfte bewirkt.
Description
Beschreibung Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler, einen Metallschaum enthaltender Schichtkörper Technisches Umfeld
[001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen, einen Metallschaum enthaltenden Schichtkörpers gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches und ist insbesondere dazu geeignet, derartige Schichtkörper wirtschaftlich herzustellen.
[002] Die Herstellung von Bauteilen, die völlig oder teilweise aus schäumbaren Materialien bestehen, wie beispielsweise Sandwichbleche (Deckblech - schäumbares Material - Deckblech), erfolgt derzeit durch die getrennt durchgeführten drei Prozesse: Umformen, Aufschäumen und Kalibrieren. Jeder dieser Prozesse erfordert jeweils ein unterschiedliches Werkzeug oder eine gesonderte Vorrichtung. Dies führt zu einem aufwendigen Herstellungsprozess sowie zu hohen Herstellungskosten. Das Ziel der Erfindung ist es, den Herstellungsprozess zu vereinfachen und damit die Herstellungskosten zu senken.
[003] Für die Herstellung von Formkörpern, die ganz oder teilweise aus Metallschäumen bestehen, wurde bereits eine Anzahl verschiedener Verfahren vorgeschlagen.
[004] So beschreibt beispielsweise die DE 197 44 300 B4 ein Verfahren zur Herstellung von gasgenerierte Hohlräume aufweisenden Formkörpern auf Basis von Leichtmetallen unter Einsatz eines, durch Kompaktierung eines Gemisches von Partikeln eines Metalls mit Partikeln eines Treibmittels gefertigten Vormaterial- Formkörpers. Hierbei wird vorgeschlagen, einen Vormaterial-Formkörper in mindestens einem beheizbaren Heiz- und Schäum-Durchlaufrezipienten mit einer Ein- und einer Ausbringungsöffnung einzubringen. In demselben wird der Vormaterial- Formkörper im wesentlichen unter Abdichtung zur Einbringungsöffnung hin auf eine oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels und oberhalb der Schmelztemperatur des Metalls liegende Temperatur erhitzt. Der sich infolge Zersetzung des Treibmittels unter Volumenzunahme im Rezipienten ausbildende, in fließfähig- plastischem Zustand vorliegende, heiße Metallschaum wird in Form eines kontinuierlich ausgetragenen, fließfähig-flexiblen Metallschaumstranges in zumindest einen mit dem Schaummetall zu erfüllenden Hohlraum bzw. in eine Schaummetall- formgebungs-Kokille volumenfüllend eingebracht und zum Erstarren gebracht.
[005] Danach erfolgt im Wesentlichen ein Entformen des erstarrten Schaummetall-
Formkörpers. Da hierzu der Metallschaum gut fließfähig sein muss, besteht die Gefahr, dass ein großer Teil des Treibgases entweicht.
[006] Aus der DE 199 11 213 Cl ist ein Verbundbauteil bekannt, welches aus mindestens zwei sich gegenüberliegenden massivmetallischen Blechteilen und einer zwischen den Blechteilen angeordneten aufzuschäumenden Metallpulverschicht besteht, bei dem dieses in einzelnen Querschnittsbereichen zusätzliche Versteifungselemente aufweist, die formschlüssig mit der sie umgebenden aufgeschäumten Metallpulverschicht verbunden sind. Diese sollen zerstörungsfrei untrennbar mit den außenliegenden massiv metallischen Blechteilen verbunden sein.
[007] Für die Herstellung dieses Verbundbauteils wird vorgeschlagen, dass je ein massivmetallisches, bereits in die endgültige Form gebrachtes Blechteil mit einer Metallpulverschicht versehen wird.
[008] Anschließend werden die beiden Blechteile mit ihren mit der Metallpulverschicht versehenen Seiten einander zugewandt übereinander angeordnet.
[009] Letztlich werden die übereinander liegenden Blechteile durch Wärmezufuhr dergestalt aufgeheizt, dass zwischen den einander zugewandten Metallpulverschichten durch einen wärmebedingten Aufschäumungsvorgang eine zerstörungsfrei untrennbare Verbindung hergestellt wird.
[010] Wie leicht zu erkennen ist, werden bei diesem Verfahren, wie bereits oben erwähnt, mehrere verformende Arbeitsschritte nacheinander, für die jeweils getrennte Werkzeuge benötigt werden, ausgeführt. Wesentlich effektiver erscheint das in der den DE 199 05 124 Cl beschriebene Verfahren und die hierfür vorgeschlagene Vorrichtung zur Herstellung eines aus Metallschaum und Metallblech bestehenden Profilteils. Hierbei wird das Metallblech mit einem aufschäumbaren und/oder vorverdichteten Metallpulver versehen. Anschließend wird die Profilgebung des Metall- Verbundblechs mittels Innenhochdruckumformens in einem Gesenk vollzogen. Das aufschäumbare Metallpulver wird gleichzeitig oder nachfolgend direkt im Gesenk aufgeschäumt.
[011] Durch das hierbei angewendete Innenhochdruckumformen ist es möglich, die
Außenseite des erzeugten Körpers exakt der vorgegebenen Außenform anzupassen. Dadurch, dass als Innenform jedoch ein Fluid wirkt, ist eine exakte Ausformung der Innenseite nicht zu gewährleisten. Offenbarung der Erfindung Technisches Problem
[012] Ausgehend von dieser Beschreibung stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein
Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches vorzuschlagen, mit dem es möglich ist, einen dreidimensionalen, einen Metallschaum enthaltenden Schichtkörper zu erzeugen, dessen äußere Geometrie exakt bestimmbar ist. Technische Lösung
[013] Erfindungsgemäß wird ein derartiges Verfahren gemäß den im Hauptanspruch vorgeschlagenen Verfahrensschritten realisiert.
[014] Zur Herstellung eines dreidimensionalen, einen Metallschaum enthaltenden
Schichtkörpers wird ein flächiger zweidimensionaler Zuschnitt (1) des Schichtkörpers in eine, mindestens aus einen Stempel (2) und einer Matrize (3) bestehende Hohlform eingelegt.
[015] Hierbei ist es sowohl im Sinne der Erfindung, wenn der Zuschnitt (1) ein ebener
Schichtkörper aus einer gesinterten aufschäumbaren Legierung ist, als auch wenn der Schichtkörper aus einer Schicht einer aufschäumbaren Legierung besteht, die von einer oder beiden Seiten mit einem Metallblech überdeckt ist.
[016] Anschließend wird zumindest der Innenraum der Hohlform erwärmt und beim
Erreichen des Erweichungspunktes werden Stempel und Matrize so weit aufeinander zugestellt, dass sich die Form schließt.
[017] Dabei ist es ganz im Sinne der Erfindung, wenn beim Schließen der Form eine teilweise Umformung des bereits erweichten Rohlings erfolgt.
[018] Der sich in der geschlossenen Form ergebende Hohlraum entspricht dann dem
Volumen des gewünschten Schichtkörpers.
[019] Anschließend wird der vorgeformte Zuschnitt weiter erhitzt bis die Aufschäumtemperatur erreicht wird. Dabei wird die dreidimensionale Ausformung des Schichtkörpers ausschließlich durch die beim Aufschäumen auftretenden Kräfte bewirkt.
[020] Schließlich wird nach dem vollständigen Aufschäumen die Form so weit abgekühlt, dass der erzeugte Formkörper stabil wird und der Form entnommen werden kann.
Kurze Beschreibung von Zeichnungen
[021] m Folgenden soll die Erfindung an Hand der Zeichnungen Figur 1 bis 3 in Form eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. Dabei zeigt
[022] Fig. 1 die aus Matrize und Stempel bestehende Form mit eingelegtem Zuschnitt im kalten Zustand
[023] Fig. 2 die gleiche Form mit eingelegtem Zuschnitt bei Erreichung des Erweichungspunktes
[024] Fig. 3 die gleiche Form mit ausgeschäumtem Zuschnitt.
Die beste Art und Weise, die Erfindung auszunutzen
[025] Zur Herstellung einer Fensterstrebe für ein Fahrzeug wird ein länglicher Zuschnitt
1 aus den zwei aufeinander liegenden Aluminiumblechen Ia und Ib, zwischen die eine Schicht einer aufschäumbaren Aluminiumlegierung Ic eingebracht ist, in die aus einer Matrize 2 und einem Stempel 3 bestehende Form eingelegt.
[026] Die Form mit dem innenliegenden Zuschnitt wird in einem Ofen erhitzt. Beim
Erreichen des Erweichungspunktes passt sich der Zuschnitt den Formteilen soweit an, dass sich die Form vollständig schließen kann. Beim weiteren Anstieg der Temperatur schäumt die zwischen den Blechen befindliche Legierung auf, bis der gesamte Hohlraum mit dem von den Blechen Ia und Ib umschlossenen Schaum ausgefüllt ist. Durch in der Zeichnung nicht dargestellte bekannte Mittel, wie beispielsweise Sperrklinken oder ein ausreichendes Gewicht des Stempels 3, wird dabei verhindert, dass sich die Form während des Aufschäumvorganges öffnet.
[027] Nach Abschluss des Aufschäumvorganges wird die Form so weit abgekühlt, dass die Erweichungstemperatur der Bleche wieder unterschritten wird. Dann kann das auf diese Weise geformte Bauteil der Form entnommen werden.
Bezugszeichenliste
[028] Schichtkörper 1
[029] Metallbereich Ia
[030] Metallbereich Ib
[031] Metallpulver Ic
[032] Matrize 2
[033] Stempel 3
Claims
Ansprüche
[001] 1. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen, einen Metallschaum enthaltenden Schichtkörpers, wobei der Schichtkörper (1) mit einem aufschäumbaren und/oder vorverdichteten Metallpulver versehen wird, und die Pro- filgebung des Schichtkörpers in einem Gesenk (2, 3) vollzogen wird und das aufschäumbare Metallpulver (Ic) gleichzeitig direkt im Gesenk aufgeschäumt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein flächiger zweidimensionaler Zuschnitt der Schichtkörper (1) in eine, mindestens aus einen Stempel (3) und einer Matrize (2) bestehende Hohlform eingelegt wird, dass der Innenraum der Hohlform erwärmt wird, dass beim Erreichen des Erweichungspunktes Stempel (3) und Matrize (2) so weit aufeinander zugestellt werden, dass der sich dazwischen ergebende Hohlraum dem Volumen des gewünschten Schichtkörpers entspricht, dass anschließend der Rohling weiter erhitzt wird bis die Aufschäumtemperatur erreicht wird, wobei die dreidimensionale Ausformung des Schichtkörpers ( ^ausschließlich durch die beim Aufschäumen auftretenden Kräfte bewirkt wird sowie das nach dem vollständigen Aufschäumen die Form so weit abgekühlt wird, dass der erzeugte Formkörper stabil wird.
[002] 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schließen der
Form (2, 3) eine teilweise Umformung des bereits erweichten Rohlings (1) erfolgt.
[003] 3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling ein ebener Schichtkörper aus einer gesinterten aufschäumbaren Legierung ist.
[004] 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling ein ebener Schichtkörper ist, bei dem eine Schicht einer aufschäumbaren Legierung (Ic) von einer oder beiden Seiten mit einem Metallbereich (la/lb) überdeckt ist.
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