DE10260418A1 - Components and semi-finished products with a metallic foam layer - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, das zumindest eine aufgeschäumte Lage, die mit einer oder mehreren Sorten von Treibmittel und einer oder mehreren Sorten von Metallpulver gebildet ist, und zumindest eine massivmetallische Lage umfaßt, wobei zur Bildung der aufgeschäumten Lage ein Pulver aus mehreren Komponenten gemischt und die so gebildete Mischung (1; 101; 102; 103; 201; 202; 203) zusammen mit der oder den metallischen Lage(n) (30; 31; 3; 130; 131; 132; 133; 6; 230; 231; 232; 233; 234; 235) zumindest einer Druckeinwirkung ausgesetzt und später gegebenenfalls umgeformt und aufgeschäumt wird, wird die Druckeinwirkung auf die Lagen ohne einen Walzschritt vorgenommen (Fig. 4).In a method of manufacturing a component comprising at least one foamed layer formed with one or more types of blowing agent and one or more types of metal powder and at least one solid metal layer, a powder consisting of several components being used to form the foamed layer mixed and the mixture thus formed (1; 101; 102; 103; 201; 202; 203) together with the metallic layer (s) (30; 31; 3; 130; 131; 132; 133; 6; 230; 231; 232; 233; 234; 235) is exposed to at least one pressure and later, if necessary, formed and foamed, the pressure is applied to the layers without a rolling step (FIG. 4).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bauteilherstellung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2 bzw. des Anspruchs 7.The invention relates to a method for component manufacture according to the preamble of claim 1 or of claim 7 and a method for producing a semi-finished product according to the preamble of claim 2 and claim 7.
Bei der Herstellung von Bauteilen oder Halbzeugen mit zumindest einer Lage, die ein Treibmittel und ein metallisches Pulver enthält, müssen diese Komponenten aus einer Pulverkonsistenz nach ihrer Vermischung zu einem schäumbaren Verbund zusammengeführt werden. Derartige Bauteile sind aufgrund des Schaumanteils besonders leicht und gleichzeitig sehr steif, so daß sie etwa in mobilen Einheiten, wie Kraftfahrzeugen, sehr vorteilhaft als Karosserieteile, auch zum Abbau von eingeleiteter Energie bei einem Unfall, einsetzbar sind.In the manufacture of components or semi-finished products with at least one layer containing a blowing agent and contains a metallic powder, have to these components from a powder consistency after mixing to a foamable Verbund merged become. Such components are special due to the foam content light and at the same time very stiff, so that they can be used in mobile units, like motor vehicles, very advantageous as body parts, too can be used to reduce the energy introduced in an accident are.
Aus der
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, auch für große Einheiten ein einfaches Herstellungsverfahren zu bilden, das zu guter Qualität bei hoher Effizienz führt.The invention addresses the problem, too for large units to form a simple manufacturing process that is of good quality with high efficiency leads.
Die Erfindung löst dieses Problem für eine Bauteilherstellung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie des Anspruchs 7 sowie für die Halbzeug herstellung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 2 bzw. des Anspruchs 7. Hinsichtlich vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die weiteren Ansprüche 3 bis 6 sowie 8 bis 16 verwiesen.The invention solves this problem for component manufacture by a method with the features of claim 1 and Claim 7 as well as for the semi-finished product production by a process with the features of Claim 2 and claim 7. With regard to advantageous embodiments of the Invention is based on the further claims 3 to 6 and 8 to 16 directed.
In der Ausbildung nach Anspruch 1 bzw. Anspruch 2 ist eine Qualitätssteigerung der gebildeten Bauteile oder Halbzeuge dadurch erreicht, daß eine Einleitung von Schubkräften parallel zur Erstreckung der Lagen unterbleibt. Es muß somit keine Luft in Walzrichtung herausgepreßt werden. Einer Fluidisierung ist dadurch zuverlässig vorgebeugt. Gleichzeitig ist die Effizienz gesteigert, da der aufwendige Walzprozeß vollständig entfällt. Mit der Druckeinwirkung kann in der Pulverschicht nahezu die Feststoffdichte des metallischen Pulvers erreicht werden. Gaseinschlüsse sind somit fast vollständig eliminiert.In the training according to claim 1 or claim 2 is an increase in quality the components or semi-finished products achieved in that an introduction of thrust parallel to the extension of the layers is omitted. So it must no air is pressed out in the rolling direction. Fluidization is therefore reliable prevented. At the same time, the efficiency is increased because the complex Rolling process is completely eliminated. With the effect of pressure in the powder layer can be almost the solid density of the metallic powder can be achieved. Gas inclusions are almost completely eliminated.
Wenn besonders vorteilhaft eine Druckeinwirkung durch Krafteinleitung in Normalenrichtung zur Erstreckung der oder einer Pulverlage vorgenommen wird, ist die Verdichtung der Pulverlage(n) optimiert. Sie kann bis auf eine Enddicke vorgenommen werden, beispielsweise durch einen oder mehrere Schmiedehübe. Das Plattieren, also das Entstehen einer metallischen Bindung zwischen der Pulver enthaltenden Lage und einer massivmetallischen Lage, kann bei dieser Druckeinwirkung ebenfalls gleichmäßig über die Fläche verteilt erreicht werden.If particularly advantageous, pressure by applying force in the normal direction to extend the or a powder layer, the compression of the powder layer (s) optimized. It can be made to a final thickness, for example through one or more forging strokes. The plating, that is Form a metallic bond between the powder containing Layer and a solid metal layer, can with this pressure also equally over the area distributed can be achieved.
Dabei ist sowohl durch ein Schmieden oder Explosionsverdichten eine Krafteinleitung nur in Normalenrichtung als auch durch ein heißisostatisches Pressen eine Krafteinleitung aus allen Richtungen möglich.It is both by forging or explosion compression only in the normal direction as well as by hot isostatic pressing force can be applied from all directions.
In der Ausbildung nach Anspruch 7, die vorteilhaft mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 kombiniert sein kann, ist eine Optimierung der Herstellung erreicht. Dabei können die massivmetallischen Lagen im Behälter nach Druckeinwirkung entnommen werden, ohne daß obere und untere Plattenkörper, die den Behälter begrenzen und auf die die äußere Kraft einwirkt, Teil des Verbundes würden. Diese Plattenkörper können daher aus einem stabilen und billigen Werkstoff, insbesondere einem warmfesten Stahl, gebildet sein.In the training according to claim 7, which are advantageous with the method according to any one of claims 1 to 6 can be combined, an optimization of the production is achieved. You can the solid metallic layers in the container are removed after exposure to pressure be without upper and lower plate body, the the container limit and to which the external force acts as part of the network. This plate body can therefore made of a stable and cheap material, especially a heat-resistant one Steel.
Zur Vermeidung eines unerwünschten Plattierens während der Druckeinwirkung zwischen den massivmetallischen Lagen und den Plattenkörpern des Behälters können vorteilhaft Trennschichten, etwa aus Bornitrit oder Graphit, vorgesehen sein.To avoid unwanted Plating during the pressure between the solid metal layers and the Plate bodies of the container can separating layers, for example made of boron nitride or graphite, are advantageously provided his.
Eine besondere Vorteilhaftigkeit entfaltet das Verfahren, wenn in einen Behälter mehrere Pulverlagen und mehrere diesen jeweils benachbart liegende massivmetallische Lagen eingebracht werden, wobei voneinander nicht durch Pulverlagen getrennte massivmetallische Lagen durch Trennschichten voneinander beabstandet werden.A special advantage the process unfolds when several powder layers and several solid metal layers lying adjacent to each other be introduced, with each other not separated by powder layers solid metallic layers spaced apart by separating layers become.
An den Trennschichten können nach der Druckeinwirkung einzelne Halbzeuge ohne Verbindung zueinander entnommen werden. Dadurch können mehrere Halbzeuge im Paket gleichzeitig gebildet werden, was zu einer erheblichen Effizienzsteigerung führt. Durch die Evakuierung des befüllten Behälters, die vorteilhaft bei erhöhter Temperatur stattfinden kann, wird der Restgasanteil im Pulver minimiert, so daß bei einer nachfolgenden Kompaktierung des Pulvers einem Entstehen von Gaseinschlüssen entgegengewirkt ist.After the pressure has been applied, individual semi-finished products can be removed from the separating layers without being connected to one another. As a result, several semi-finished products can be formed in the package at the same time, which leads to a considerable increase in efficiency tion leads. By evacuating the filled container, which can advantageously take place at elevated temperature, the residual gas content in the powder is minimized, so that subsequent formation of the powder counteracts the formation of gas inclusions.
Eine Vermeidung der Oxidation der inneren Behälteroberflächen, was insbesondere bei Aluminiumwerkstoffen aufgrund der harten und schwer durchdringbaren geschlossenen Oxidschicht für das Plattieren qualitätsmindernd ist, kann sowohl durch eine chemische und/oder mechanische Bearbeitung der Oberfläche der Behälterinnenwandungen als auch durch ein Fluten des zu befüllenden und noch offenen Behälters mit einem Inertgas, das schwerer als Luft ist, etwa Argon, erreicht werden.Avoiding the oxidation of the inner container surfaces what especially with aluminum materials due to the hard and difficult to penetrate closed oxide layer for plating reduces quality is, both by chemical and / or mechanical processing of the surface the inner walls of the container as well as by flooding the container to be filled and still open an inert gas heavier than air, such as argon become.
Das Evakuieren des gasdicht verschlossenen Behälters wirkt zudem ebenfalls oxidationsvermindernd.Evacuation of the gastight sealed container also reduces oxidation.
Die gleichmäßige Ausbildung bis in den Randbereich und die Möglichkeit, mit sehr hohen Drücken auf den Behälter einzuwirken, ist verbessert, wenn dieser Seitenwandungen aufweist, deren Widerstand gegen eine aufzubrin gende Druckeinwirkung durch ihre Formgebung verringert ist. Sehr vorteilhaft werden die Seitenwandungen abgekantet und mit nach innen weisendem Vorsprung an die Plattenkörper angesetzt. Die Gasdichtigkeit des Behälters ist weiter erhöht, wenn ein oberer und ein unterer Plattenkörper jeweils Nuten aufweist, wobei in die Nuten der Plattenkörper die Seitenwandungen eingesetzt und dann beispielsweise verschweißt werden.Uniform training right up to the edge and the opportunity with very high pressures on the container acting is improved if it has side walls, their resistance to pressure exerted by their shape is reduced. The side walls are very advantageous folded and attached to the panel body with an inward projection. The gas tightness of the container is further increased if an upper and a lower plate body each have grooves, being in the grooves of the plate body the side walls are inserted and then welded, for example.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus in der Zeichnung dargestellten und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen des Gegenstandes der Erfindung.Other advantages and features of Invention result from shown in the drawing and below described embodiments of the Object of the invention.
In der Zeichnung zeigt:The drawing shows:
Um mehrlagige Metallbauteile mit
zumindest einer aufgeschäumten
Lage zu schaffen, wird zunächst
eine Pulvermischung
Da aus der Pulverlage die spätere aufgeschäumte Schicht
in gleichmäßiger Zusammensetzung,
Dicke und Dichte und ohne Luftblaseneinschluß, Lunker oder Risse entstehen
soll, wird erfindungsgemäß die Pulvermischung
Um von vorneherein den Sauerstoffanteil
in der Pulvermischung
Des weiteren ist es möglich und
insbesondere bei Werkstoffen auf Aluminium-Basis angeraten, die
Wandungen
In einem ersten Ausführungsbeispiel
(
In einem zweiten Ausführungsbeispiel (
Demgegenüber ist im dritten Ausführungsbeispiel
(in
Trennschicht
massivmetallisches
Blech
Trennschicht
massivmetallisches
Blech
Trennschicht
massivmetallisches
Blech
Trennschicht
Interface
solid metal sheet
Interface
solid metal sheet
Interface
solid metal sheet
Interface
Die massivmetallischen Lagen
Es versteht sich, daß die Zahl
der eingebrachten Pulverlagen und somit die Zahl der später in einem
Behälter
Zur Stabilitätsverbesserung des jeweiligen Behälters
Zudem weist zumindest eine der Seitenwandungen
Ein Abdrücken des geschlossenen Behälters
Zur Evakuierung des geschlossenen
Behälters
Nach Vornahme der Evakuierung wird
das Vakuumrohr
Die Druckeinwirkung erfolgt dabei
bei einer Explosionsverdichtung oder bei einem Schmiedeverfahren,
bei dem ein Schmiedehammer mit einem oder mehreren Schmiedehüben auf
den evakuierten Behälter
Somit entsteht im ersten Ausführungsbeispiel
beim Kompaktieren ein Verbund, gebildet von der massivmetallischen
Lage
Im zweiten und dritten Ausführungsbeispiel entstehen
beim Kompaktieren jeweils drei voneinan der durch die Trennschichten
Im zweiten Ausführungsbeispiel können somit
nach Abtrennen der deformierten Seitenwandungen
unterer Plattenkörper
massivmetallisches
Blech
massivmetallisches
Blech
entnommen werden, die gleichzeitig gebildet
wurden.In the second embodiment, the deformed side walls can thus be separated
lower plate body
solid metal sheet
solid metal sheet
that were formed simultaneously.
Im dritten Ausführungsbeispiel hingegen können nach
Abtrennen der deformierten Seitenwandungen
massivmetallisches Blech
massivmetallisches
Blech
massivmetallisches
Blech
entnommen werden, die ebenfalls gleichzeitig
gebildet wurden.In the third exemplary embodiment, however, the deformed side walls can be separated
solid metal sheet
solid metal sheet
solid metal sheet
that were also formed at the same time.
Durch die Bildung mehrerer Halbzeuge – hier drei – in einem Arbeitsschritt ist die Effizienz erheblich erhöht.By forming several semi-finished products - here three - in one Working step, the efficiency is significantly increased.
Durch die walzenfreie Druckbeaufschlagung kann
eine Zunahme der Dichte im Pulver auf nahezu 100 der Festkörperdichte
erreicht werden. Die Dicke der aufzuschäumenden Schicht nimmt gegenüber ihrem
vorherigen Pulverzustand durch die Verdichtung auf etwa 50% ihres
Ausgangswertes vor der Druckbeaufschlagung ab. Die massivmetallischen
Bleche
Während
der Druckbeaufschlagung kann der Behälter
Bei der Druckeinleitung bleiben die
abgestützten
Kantbereiche
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist sowohl ein Halbzeug als auch ein Bauteil herstellbar. Zur weiteren
Fertigung eines Bauteils würde
das Halbzeug nach dem Kompaktieren zunächst randseitig gesägt und anschließend gegebenenfalls
noch umgeformt werden, etwa durch ein- oder zweiseitige Formgebung,
wie etwa durch ein Tiefziehverfahren, wobei eine Seite bereits ihre
Endkontur erhält.
Anschließend
wird das so gebildete Halbzeug in eine Form eingelegt, die an die
endkonturierte Seite angepaßt
ist, so daß beim
nachfolgenden Aufschäumen eine
Expansion nur noch in von der endkonturierten Seite abgewandter
Richtung stattfindet. Das Schäumen
bei einer Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels,
bei der dieses Gas abspaltet, kann je nach Anforderung begrenzt
sein oder frei erfolgen. Für
planebene Bauteile ist der Umformschritt verzichtbar. Details des
Umformens und Schäumens
sind auch in der
Claims (16)
Priority Applications (3)
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---|---|---|---|
DE10260418A DE10260418A1 (en) | 2002-12-21 | 2002-12-21 | Components and semi-finished products with a metallic foam layer |
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- 2002-12-21 DE DE10260418A patent/DE10260418A1/en not_active Withdrawn
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- 2003-12-11 WO PCT/DE2003/004101 patent/WO2004058436A1/en not_active Application Discontinuation
- 2003-12-11 AU AU2003294649A patent/AU2003294649A1/en not_active Abandoned
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WO2004058436A1 (en) | 2004-07-15 |
AU2003294649A1 (en) | 2004-07-22 |
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