DE19744300A1 - Production of shaped porous components on the basis of light metals - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gasgenerierte Hohlräume bzw. Poren aufweisenden Formkörpern bzw. Werkstücken, auf Basis von (Leicht-)Metallen bzw. (Leicht)Metall-Legierungen, vorzugsweise auf Basis von Aluminium, Anlagen zur Durchführung des Verfahrens und die Verwendung derselben.The invention relates to a method for producing gas-generated cavities or porous moldings or workpieces, based on (light) metals or (light) metal alloys, preferably based on aluminum, systems for Implementation of the procedure and use of the same.
Eine bekannte Technik zur Herstellung derartiger Formkörper besteht darin, daß ein Gemisch bzw. Gemenge von Partikeln mindestens eines derartigen Metalls bzw. einer derartigen Legierung, bevorzugt in Pulverform, mit Partikeln mindestens eines - bei erhöhten Temperaturen ein Gas abspaltenden - Treibmittels, ebenfalls bevorzugt in Pulverform, unter Druckbeaufschlagung zu einem Roh-Formkörper kompaktiert wird, wonach derselbe meist nach entsprechender, einer gewünschten Enddimension angepaßten Teilung oder echter Zerkleinerung in eine Kokille, die hier im wesentlichen die Funktion einer Schäumungsform aufweist, eingebracht und dort auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels und der Schmelztemperatur der metallischen Matrix gebracht und in dieser Schäumkokille zum gewünschten Formkörper bzw. Werkstück geschäumt wird.A known technique for producing such molded articles is that a Mixture or mixture of particles of at least one such metal or one alloy of this type, preferably in powder form, with particles of at least one elevated temperatures a gas-releasing - blowing agent, also preferred in Powder form, is compacted under pressure to a raw molded body, after which the same mostly according to a corresponding, a desired final dimension adapted division or real comminution into a mold, which is essentially the Has function of a foaming mold, introduced and there to a temperature above the decomposition temperature of the blowing agent and the melting temperature of the brought metallic matrix and in this foam mold to the desired molded body or workpiece is foamed.
Es sind nun an sich verschiedene Verfahren zur Herstellung poröser Formkörper auf Metall- und Legierungsbasis, bei denen ein Metallpulver-Treibmittelgemisch zu einem Rohling verarbeitet und dann in einer Form zu einer definierten Form aufgeschäumt wird, bekannt geworden.There are now various processes for producing porous moldings Metal and alloy base, where a metal powder-blowing agent mixture to one The blank is processed and then foamed into a defined shape in a mold, known.
So beschreibt die US-PS 30 87 807 ein Verfahren, bei dem eine Mischung aus einem Metallpulver und einem Treibmittel bei einem Preßdruck von mindestens 80 Mpa in einem ersten Schritt kalt kompaktiert wird. Durch anschließendes Warmstrangpressen wird die so kompaktierte Mischung umgeformt und dann durch Erhitzung auf mindestens die Schmelztemperatur des Metalles in einer Form zum gewünschten porösen Metallkörper aufgeschäumt.For example, US Pat. No. 3,087,807 describes a process in which a mixture of a metal powder and a blowing agent at a pressure of at least 80 Mpa is compacted cold in a first step. By subsequent The thus compacted mixture is shaped by hot extrusion and then through Heating to at least the melting temperature of the metal in a mold for foamed desired porous metal body.
Weitere Verfahren zur Herstellung von porösen Metallkörpern sind in der DE-PS 40 18 360 bzw. in der EP-A1-460 392 beschrieben. Anstelle eines wie oben erwähnten Kaltkompaktierens mit nachfolgendem Strangpressen mit hohen Umformgraden wird dort ein echtes Heißkompaktieren unterhalb der Gasentwicklungstemperatur vorgeschlagen. Die Herstellung des aufschäumbaren Vormaterials erfolgt durch Heißkompaktierung bei höheren Temperaturen. Das erhaltene Vormaterial kann dann in einer beheizten Form aufgeschäumt werden.Further processes for the production of porous metal bodies are in DE-PS 40 18 360 or described in EP-A1-460 392. Instead of one as mentioned above Cold compacting with subsequent extrusion with high degrees of forming is done there a real hot compacting below the gas evolution temperature is proposed. The The foamable primary material is produced by hot compaction higher temperatures. The raw material obtained can then be in a heated form be foamed.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von aufschäumbaren Vormaterialkörpern auf Basis einer Metallmatrix beschreibt die GB-PS 939 612. Der dort durch Strangpressen erhaltene Vormaterial-Formkörper wird dann in einer Schäumform einer Erhitzung auf eine Temperatur unterworfen , die über der Zersetzungstemperatur des Treibmittels und meist knapp unterhalb der Schmelztemperatur des Metalles liegt.Another method for producing foamable primary material bodies GB-PS 939 612 describes the basis of a metal matrix. The extrusion there The preform material obtained is then heated in a foam mold Subject to temperature that is above the decomposition temperature of the blowing agent and mostly is just below the melting temperature of the metal.
Die Nachteile aller dieser Verfahren bestehen neben der kostenaufwendigen Herstellung der Roh-Formkörper, insbesondere in deren dann notwendigen Zerkleinerung derselben, der aufwendigen Infrastruktur sowie in den langen Exponierzeiten beim Schäumen der Rohlinge.The disadvantages of all of these methods exist in addition to the costly ones Production of the raw shaped articles, in particular in the comminution then required the same, the complex infrastructure and in the long exposure times at Foaming the blanks.
Weitere wesentliche Nachteile bestehen darin, daß bei diskontinuierlicher oder kontinuierlicher Verarbeitung des Vormaterials zum metallischen Schaummaterial in jedem Fall der Einsatz von auf die Zersetzungstempertaur der gasabgebenden Substanz bzw. über die Schmelztemperatur der Metallmatrix zu erhitzenden Formgebungsorganen, also Kokillen bzw. Schäumformen unumgänglich ist.Other major disadvantages are that discontinuous or continuous processing of the primary material to the metallic foam material in each If the use of the gas-releasing substance on the decomposition temperature or shaping elements to be heated via the melting temperature of the metal matrix, ie Chill molds or foam molds are unavoidable.
Bei diskontinuierlichen Verfahren kommt noch der jeweils nötige Schritt der Befüllung der Schäumform mit dem in festem Zustand vorliegenden, zerkleinerten, schäumfähigen Vormaterial, also etwa nach Art eines Einschüttens oder durch Einlegen von abgelängtem Stangenmaterial in die Form hinzu.In the case of discontinuous processes, the necessary step of Filling the foam mold with the crushed, solid, foamable primary material, e.g. in the manner of pouring in or by inserting of cut bar stock into the mold.
In jedem Fall bleibt weiters noch zu berücksichtigen, daß z. B. bedingt durch den Temperaturgradienten von der Formwand zur Mitte des aufzuschäumenden Metallmaterials hin, Inhomogenitäten in den Porengrößen und in deren Verteilung im Schaummetallkörper auftreten, wozu noch durch die Außenflächen der Vormaterial-Formkörper selbst unerwünschte Unregelmäßigkeiten und Einschlüsse kommen können. In any case, it remains to be considered that z. B. due to the Temperature gradients from the mold wall to the center of the metal material to be foamed down, inhomogeneities in the pore sizes and in their distribution in the foam metal body occur, which is also due to the outer surfaces of the preform material itself unwanted irregularities and inclusions can occur.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein möglichst porenhomogenes bzw. bezüglich seiner Porenstruktur definiert reproduzierbares Schaummetallmaterial zu schaffen, wobei der Prozeß zu dessen Herstellung mit geringem technischen Aufwand beherrschbar sein und verminderten zeitlichen und technisch-infrastrukturellen Aufwand erfordern soll.The aim of the present invention is to provide a pore-homogeneous or with regard to its pore structure defines reproducible foam metal material create, the process for its production with little technical effort be manageable and reduce the time and technical-infrastructural effort should require.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein wie eingangs erwähntes Verfahren zur Herstellung von gasgenerierte Hohlräume bzw. Poren aufweisenden Formkörpern bzw. Werkstücken auf Basis von (Leicht-)Metallen bzw. (Leicht-)-Metallegierungen, vorzugsweise auf Basis von Aluminium, unter Einsatz mindestens eines durch Kompaktierung eines Gemisches bzw. Gemenges von Partikeln bzw. Pulver mindestens eines (Leicht-)Metalls bzw. einer (Leicht-)Metallegierung mit Partikeln bzw. Pulver mindestens eines - bei erhöhten Temperaturen ein porengenerierendes Gas abspaltenden - Treibmittels gefertigten Vormaterial-Formkörpers, dessen wesentliche Merkmale darin bestehen, daß mindestens ein derartiger kompaktierter Vormaterial-Formkörper in mindestens einem, insbesondere induktions-, beheizbaren, bevorzugt länglichen , Heiz- und Schäum-Durchlauf-Rezipienten mit jeweils mindestens einer Ein- und mindestens einer Ausbringungsöffnung eingebracht wird, in demselben, im wesentlichen unter Verschluß bzw. Abdichtung zur Einbringungsöffnung hin, auf eine oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels und zumindest bei, bevorzugt oberhalb, der Schmelztemperatur des Metalls bzw. der niedrigstschmelzenden Legierungskomponente bzw. der niedrigste-schmelzenden, Komponenten-Zusammensetzung des Vormaterials (Solidustemperatur) liegende Temperatur erhitzt wird, und daß der sich infolge Zersetzung des Treibmittels unter Volumszunahme im Rezipienten ausbildende, zumindest bis zu dessen Ausbringungsöffnung hin in fließfähig-plastischem Zustand gehaltene, heiße Metallschaum in Form eines im wesentlichen kontinuierlich ausgetragenen, fließfähig-flexiblen Metallschaum-Stranges in zumindest einen mit dem Schaummetall zu erfüllenden Hohlraum, insbesondere in das Innere einer Schaummetall-Formgebungs-Kokille volumsfüllend eingebracht und dort zum Erstarren gebracht wird, wonach gegebenenfalls ein Entformen des erstarrten, Poren aufweisenden, Schaummetall-Formkörpers bzw. -Werkstückes und dessen eventuelle Final-Formgebung bzw. -Behandlung erfolgt.The invention thus relates to a method for the aforementioned Production of gas-generated cavities or molded bodies or pores Workpieces based on (light) metals or (light) metal alloys, preferably based on aluminum, using at least one by compacting one Mixture or mixture of particles or powder of at least one (light) metal or a (light) metal alloy with particles or powder at least one - with increased Temperatures a pore-generating gas-producing blowing agent Pre-shaped material, the main features of which are that at least such a compacted preform material in at least one, in particular induction, heatable, preferably elongated, heating and foaming flow-through receivers each with at least one entry and at least one discharge opening becomes, in the same, essentially under closure or sealing for Insertion opening, to a temperature above the decomposition temperature of the blowing agent and at least at, preferably above, the melting temperature of the metal or lowest melting alloy component or the lowest melting, Component composition of the primary material (solidus temperature) Temperature is heated, and that due to decomposition of the blowing agent below Volume increase in the recipient, at least up to it Delivery opening, hot metal foam held in a flowable-plastic state in the form of an essentially continuously discharged, flowable-flexible Metal foam strand in at least one to be filled with the foam metal Cavity, especially in the interior of a foam metal mold introduced volume filling and solidified there, after which, if necessary a demolding of the solidified, porous foam metal molded body or -Workpiece and its eventual final shaping or treatment takes place.
Es ist ein ganz wesentliches Merkmal des neuen Verfahrens, daß die Schäumung des "latent schäumfähigen" Vormaterials nicht, wie bisher, in einer jedenfalls auf eine über die Zersetzungstemperatur des Treibmittels und über die Solidustemperatur des Matrixmetalls liegende Temperatur zu erhitzenden Form bzw. Kokille erfolgen muß, wobei z. B. im Falle des Schäumens von stückigem Vormaterial in Einzelkokillen jede derselben aufzuheizen ist, was jedenfalls erhöhten technischen Aufwand, Materialaufwand und Energieverbrauch nach sich zieht. Hierbei ist aber insbesondere noch jener Zeit- und Manipulations-Aufwand hinzuzurechnen, der nötig ist, um zuerst jede der Kokillen mit dem festen, latent schäumfähigen Metall-Vormaterial in Form von Stücken, Pellets, abgelängten Bändern, Drähten, Barren, Stangen o. dgl. zu füllen und sie dann erst auf die oben erwähnte, hohe Schäumtemperatur zu erhitzen, wonach wiederum die Abkühlung des gebildeten Schaummetalls in der es umschließenden Kokille abzuwarten ist, bevor deren Neubefüllung erfolgen kann.It is a very essential feature of the new process that foaming of the "latently foamable" primary material, as in the past, in any case to one over the decomposition temperature of the blowing agent and the solidus temperature of the Matrix metal lying temperature to be heated mold or mold must take place e.g. B. in the case of foaming lumpy material in individual molds each of them is to be heated, which in any case increased technical effort, material expenditure and Entails energy consumption. Here, however, is still that time and Add manipulation effort that is necessary to first each of the molds with the solid, latently foamable metal raw material in the form of pieces, pellets, cut to length Fill tapes, wires, bars, bars or the like and only then on the above mentioned to heat high foaming temperature, after which in turn the cooling of the formed foam metal in the mold surrounding it must be waited for before Refill can take place.
Auch bei Durchlaufkokillen für Schaummetall-Endlosprofile u. dgl. ist eine in jedem Fall aufwendige Hochtemperatur-Beheizung und damit eine teure Ausrüstung dieser an sich schon technisch auswendigen Einrichtungen notwendig.Also in continuous molds for foam metal endless profiles and. The like is one in everyone Case expensive high-temperature heating and thus an expensive equipment itself already technically complex facilities necessary.
Gemäß der Erfindung erfolgt hingegen die Erhitzung des schaumfähigen, kompakten Vormaterials in der Aufheiz- und Schäumungs-Initiations-Zone des Vormaterials eines entweder repetitiv oder kontinuierlich mit dem Vormaterial zu beschickenden Heiz und Schäumrezipienten, aus welchem als direkte Folge der Eigenvolumsvergrößerung des Vormaterials bei Erreichung der Schäumbedingungen der plastisch-flexible und fließfähige, heiße Metallschaum, im wesentlichen sich selbst aus dem Rezipienten verdrängend, praktisch fertig mit End-Expansionsvolumen vorliegend, nach Art des Spritzens von geschlagenem Schlagobers (wobei dort dasselbe rückseitig mit Druck beaufschlagt wird, z. B. mittels Kolben oder Spritzsack) od. dgl. als form-ausfüllender Schaumstrang in die letztlich formgebende Kokille einfließen gelassen wird. Die Volumsvergrößerung des Metallmatrixmaterials vom Vormaterial zum Metallschaum hin liegt, je nach Porengröße - abhängig vom Treibmittelgehalt, der Schäumtemperatur, der Matrixmetall-Viskosität u. dgl. Parameter - bei Werten zwischen 1 : 2 bis etwa 1 : 10, ein typischer Wert liegt im Bereich von etwa 1 : 5. Es ist ein wesentliches Merkmal des neuen Verfahrens, daß alles, was mit dem Schäumen zusammenhängt, in dem Heiz- und Schäumrezipienten konzentriert und zentralisiert ist, während die Form-Kokillen praktisch nur periphere, flexibel einsetzbare Finalisierungsgeräte darstellen.According to the invention, however, the foamable, compact primary material in the heating and foaming initiation zone of the primary material a heater to be fed either repetitively or continuously with the primary material and foam recipients, from which, as a direct consequence of the increase in volume of the Primary material when the foaming conditions of the plastic-flexible and flowable, hot metal foam, essentially displacing itself from the recipient, practically finished with the final expansion volume available, in the manner of spraying whipped whipped cream (with the same pressure applied to the back there, e.g. B. by means of pistons or spray bag) or the like. As a form-filling foam strand in the ultimately mold is allowed to flow. The increase in volume of the Metal matrix material from the primary material to the metal foam, depending on the pore size - depending on the blowing agent content, the foaming temperature, the matrix metal viscosity u. the like Parameters - for values between 1: 2 to about 1:10, a typical value is in the range of about 1: 5. It is an essential feature of the new procedure that everything with the Foaming is related, in which heating and foam recipients are concentrated and is centralized, while the mold chill practically only peripheral, flexible use Represent finalization devices.
Was die "Abdichtung" des Rezipienten zu dessen Einbringungsseite hin betrifft, so ist damit nur gemeint, daß der sich ja im materialflußabwärtigen Nahbereich der Ausbringungsöffnung(en) ausbildende, fließfähige Metallschaum an einem Austreten aus der Einbringungsöffnung des Rezipienten gehindert sein soll, z. B. durch eine Art einbringungsseitiger Deckel, einen in den Hohlraumn des Rezipienten passenden Kolben od. dgl. oder aber bevorzugterweise durch das eingebrachte, innenwand-anliegende Vormaterial eventuell zusammen mit dem zwischen Innenwand und Strang zurückflutenden jedoch dabei erstarrenden Metallschaummaterial selbst.Regarding the "sealing" of the recipient on its insertion side, so is only meant that the in the material flow downstream near the Flowable metal foam forming discharge opening (s) at an exit the opening of the recipient should be prevented, for. B. by a kind insertion-side cover, a plunger fitting in the cavities of the recipient or the like. Or, preferably, by the inserted inner wall Primary material, possibly together with that flowing back between the inner wall and the strand however, solidifying metal foam material itself.
Zu den Schaum-Formgebungskokillen selbst ist zu bemerken, daß sie praktisch nur wärmefest zu sein brauchen, da ihnen praktisch nur die Aufgabe der Begrenzung des Volumens des fließfähigen Metallschaums in einer gewünschten Gestalt in möglichst alle Volumsbereiche der Schäumform erfüllender Weise zukommt. Da die Schaummenge durch Treibmittelanteil und -zusammensetzung, Schäumtemperatur im Rezipienten und Metall-Viskosität steuerbar ist und das Schaummetall praktisch schon im Endvolumsumfang aus dem Rezipienten in die Schäumform einfließen gelassen wird, ist es zur Sicherung einer vollkommenen Volumserfüllung nicht notwendig, wesentlich mehr Vormaterial in die Schäumform einzubringen als theoretisch erforderlich. Dieser Materialüberschuß und damit -verlust beträgt bei der bisher üblichen, oben beschriebenen Vorgehensweise bei Einzelformen immerhin 30 bis 50%.It should be noted that the foam molding molds themselves are practically only need to be heat resistant, since they practically only have the task of limiting the Volume of the flowable metal foam in a desired shape in as many as possible Volumetric areas of the foam form are fulfilling. Because the amount of foam through Blowing agent content and composition, foaming temperature in the recipient and metal viscosity is controllable and the foam metal practically from the final volume the recipient is allowed to flow into the foam mold, it is to secure one perfect volume fulfillment not necessary, much more raw material in the To introduce foam form as theoretically necessary. This excess material and therefore -Loss is in the usual procedure described above for Individual forms at least 30 to 50%.
Als direkte Folge der nunmehr nicht mehr notwendigen Erhitzung einer Schaummetall-Bildungskokille bzw. -form auf Schmelztemperatur des Matrixmetalls ist es zum ersten Mal möglich, von einer etwa der Gießtechnik entsprechenden Kokille mit hocherhitzter Innenwandung abzugehen und wesentlich dünnerwandige Hohlräume mit einem gewünschten Schaummetall-Körper auszufüllen. So ermöglicht es die Erfindung zum ersten, Hohlprofile oder z. B. Karosserie-Hohlteile direkt mit Metallen auszuschäumen, was bisher wegen der viel zu hohen Temperatur beim direkten Schäumen des metallischen Vormaterials in der Schäumform selbst und der daraus resultierenden Phasenumwandlungen, Rekristallisationsphänomene u. dgl. im metallischen Werkstoff des auszuschäumenden Formteils nicht möglich war. Vielmehr mußte zuerst in einer erhitzten Kokille ein dem auszufüllenden Hohlraum entsprechender Schaummetall-Körper hergestellt werden, der dann nach dem Erstarren in ein Hohlprofil eingeschoben oder ein einen aufzufüllenden Hohlraum eingebracht werden mußte, was nur bei relativ einfach geformten Hohlräumen, die keine inneren Erweiterungen und Hintergreifungen aufweisen, möglich war und wobei immer der Mangel eines tatsächlichen satten allseitigen Anliegens der Schaummetallfüllung an die Innenwandung des Formteils besteht. Dieses satte Anliegen kann bei Anwendung der erfindungsgemäßen Technik eventuell noch durch eine Art Verlötungs- oder Verschweißungs-Mikroprozeß ergänzt werden.As a direct consequence of the heating of a now no longer necessary It is foam metal formation mold or mold at the melting temperature of the matrix metal possible for the first time, with a mold corresponding to the casting technique highly heated inner wall and much thinner cavities with fill in a desired foam metal body. Thus, the invention enables first, hollow sections or z. B. Foam hollow parts directly with metals, what so far because of the much too high temperature when foaming the metallic directly Primary material in the foam form itself and the resulting Phase transformations, recrystallization phenomena and. Like. in the metallic material of molding to be foamed was not possible. Rather, it had to be heated first Mold produced a foam metal body corresponding to the cavity to be filled are then inserted into a hollow profile after solidification or a fillable cavity had to be introduced, which only with relatively simple shape Cavities, which have no internal extensions and behind gripping, were possible and always the lack of an actual full all-round concern of the Foam metal filling on the inner wall of the molded part. This big concern can, when using the technology according to the invention, possibly by a kind Soldering or welding microprocess can be supplemented.
Im folgenden seien übersichtsweise die Nachteile des bisherigen Verfahrens den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenübergestellt.In the following, the disadvantages of the previous method are summarized The advantages of the method according to the invention are compared.
Die Nachteile der bisherigen Verfahrensweise sind im wesentlichen folgende:
The disadvantages of the previous procedure are essentially as follows:
- - Der Aufschäumungsvorgang erfolgt bei Einzelkokillentechnik diskontinuierlich für jeden Formteil- With single mold technology, the foaming process is carried out discontinuously for every molding
- - Stranggepreßtes Vormaterial muß fragmentiert werden.- Extruded stock has to be fragmented.
- - Das Vormaterialstückgut muß in den Formen angeordnet werden.- The basic material must be arranged in the molds.
- - Vormaterial, Schäumkammern und Kokillen müssen geheizt und gekühlt werden, sind also im Bau und Betrieb aufwendig.- primary material, foam chambers and molds must be heated and cooled, are therefore complex to build and operate.
- - Es bedarf einer Ofenanlage, welche größer ist als die Form.- A furnace system is required which is larger than the shape.
- - Die Reproduzierbarkeit der Aufschäumvorgänge ist erschwert. Die Oberfläche des Schaummaterials zeigt die Überstruktur des Einsatz-Vormaterials.- The reproducibility of the foaming processes is difficult. The surface of the foam material shows the superstructure of the insert material.
- - Die Materialausbeute liegt wegen des erforderlichen Überlaufs nur zwischen 50 und 70%.- The material yield is only between 50 due to the required overflow and 70%.
- - Dünnwandige und hitzeempfindliche Formen können nicht ausgeschäumt werden.- Thin-walled and heat-sensitive molds cannot be foamed will.
- - Die Homogenität bzw. Porenhomogenität des Schaummetalls läßt zu wünschen übrig.- The homogeneity or pore homogeneity of the foam metal leaves something to be desired left.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen, neuen Verfahrens liegen etwa in folgendem:
The advantages of the new method according to the invention are as follows:
- - Kontinuierlich kompaktierte Vormaterialien, wie Drähte, Bänder und Strangpreßprofile können kontinuierlich zum Aufschäumen gebracht werden.- Continuously compacted materials such as wires, strips and Extruded profiles can be foamed continuously.
- - Das Vormaterial braucht nicht zuerst gestückelt und dann erst in die Schäumform eingebracht oder eingelegt zu werden.- The primary material does not need to be cut into pieces and only then into the Foam mold to be introduced or inserted.
- - Die Schäummetallkörper können analog zum Kokillenguß-Karussel gefertigt werden.- The foam metal body can be made analogously to the permanent mold carousel will.
- - Es können kontinuierlich Schaumlangprodukte wie Stangen, Profile, Bänder, Bleche und dgl. hergestellt werden. - Long foam products such as bars, profiles, strips, Sheets and the like can be produced.
- - Die Schaumqualität ist mit hoher Reproduzierbarkeit wesentlich gleichmäßiger.- The foam quality is much more uniform with high reproducibility.
- - Die Herstellung der Schaummetallprodukte erfolgt mit herabgesetztem Energieeinsatz.- The production of the foam metal products takes place with reduced Use of energy.
- - Die Vormaterialnutzung beträgt mindestens 90%.- The use of raw materials is at least 90%.
- - Die Taktzeiten der Herstellung sind kürzer bzw. die Einbringung des Metallschaums in die "kalte" Kokille erfolgt kontinuierlich und die Herstellung wird damit wirtschaftlicher.- The cycle times of production are shorter or the introduction of the Metal foam in the "cold" mold is done continuously and the production is thus more economical.
- - Die Schaumdüse selbst oder zusammen mit dem Rezipienten kann mobil ausgeführt werden und bei großvolumigen Formen bzw. auszuschäumenden Hohlräumen von größeren Anlagen direkt an das Werkstück in jeweils geeignete Position herangebracht werden. So besteht praktisch jegliche Automatisierungsmöglichkeit, z. B. analog zu Schweißrobotern.- The foam nozzle itself or together with the recipient can be mobile be carried out and in the case of large-volume molds or foams Cavities from larger systems directly to the workpiece in each suitable Position. So there is practically everything Automation option, e.g. B. analogous to welding robots.
Eine gemäß Anspruch 2 vorgesehene Kraftbeaufschlagung des Vormaterials von der Einbringungsseite des Rezipienten her erleichtert die Steuerung des gesamten Schaummetalls-Bildungsprozesses und der Produktionsgeschwindigkeit.A proposed application of force to the Pre-material from the recipient's insertion side makes it easier to control the entire foam metal formation process and production speed.
Wesentlich unterstützt werden kann die vorerwähnte Druckbeaufschlagung in vorteilhafter Weise durch eine ausgangsseitige Verengung des Rezipienten-Hohlraumes, wie dies Anspruch 3 zum Ausdruck bringt.The above-mentioned pressurization in advantageously by narrowing the recipient cavity on the output side, how this expresses claim 3.
Dieses bevorzugte Verfahrensmerkmal führt darüber hinaus auch zu einer verbesserten Poren-Größen- und Verteilungshomogenität im fertigen Schaummetall-Werkstück.This preferred method feature also leads to a improved pore size and distribution homogeneity in the finished foam metal workpiece.
Dieser Homogenitätseffekt ist günstigerweise noch zu intensivieren, wenn die Bereiche der Dimensionierungsverhältnisse gemäß Anspruch 4 eingehalten werden.This homogeneity effect should be intensified if the Areas of the dimensioning relationships according to claim 4 are observed will.
Dies gelingt in besonders hohem Maße dann, wenn die Vormaterial-Schäumungszone innerhalb des Heiz-Rezipienten in den im Anspruch 5 genannten Bereichen desselben gehalten wird.This is particularly successful when the primary material foaming zone within the heating recipient in those mentioned in claim 5 Areas of the same is held.
Es hat sich insbesondere für eine kontinuierliche Schaummetall-Profilfertigung als günstig erwiesen, im Rezipienten die geometrischen Bedingungen gemäß Anspruch 6 einzuhalten.It has proven to be particularly suitable for continuous foam metal profile manufacture proven favorable, according to the geometric conditions in the recipient Claim 6 to be met.
Besonders wirtschaftlich und technisch wenig aufwendig ist eine Art der kontinuierlichen Einbringung des in Festform vorliegenden, latent schäumfähigen Vormaterials in den Rezipienten gemäß Anspruch 7.One type of is particularly economical and technically inexpensive continuous introduction of the latent foamable solid Primary material in the recipient according to claim 7.
Eine auf die jeweilige Schäumungsaufgabe und auf die Eigenschaften des letztlich erhaltenen Schaummetall-Formkörpers gerichtete und vormaterial-angepaßte, bevorzugte Verfahrensweise, die auf der Beobachtung der Lage der Schaumbildungsfront im zugeführten Metall-Kompaktstrang basiert, offenbart der Anspruch 8. One on the respective foaming task and on the properties of the ultimately obtained foam metal molded body directed and pre-adapted, preferred Procedure based on the observation of the location of the foam formation front in the supplied metal compact strand is based on claim 8.
Die Detektion dieser Front ist durch eine relativ abrupte Materialeigenschaftsänderung vom Matrixmetall/Treibmittel-Kompakt-Formkörper zur poren-aufgeweiteten Metallmatrix erleichtert, und kann z. B. mit Sensoren auf Basis einer Gammastrahlen-Dickenmessung oder von Ultraschall erfolgen. Besonders günstig ist es, hier Sensoren einzusetzen, welche auf Basis einer Induktionsankopplung arbeiten, wobei der Umstand ausgenutzt wird, daß die Leitfähigkeit beim Übergang vom kompakten Vormaterial zum Metallschaum etwa um eine Zehnerpotenz sinkt, womit sich der Kompaktmaterial/Schaum-Grenzbereich exakt und reproduzierbar lokalisieren läßt.The detection of this front is by a relatively abrupt one Material property change from matrix metal / blowing agent compact molded body to pore-expanded metal matrix facilitates, and can e.g. B. with sensors based on a Gamma-ray thickness measurement or ultrasound. It is particularly cheap to use sensors that work on the basis of induction coupling, whereby the fact is used that the conductivity in the transition from the compact The primary material for the metal foam drops by about a power of ten, which Compact material / foam boundary area can be localized precisely and reproducibly.
Der oben erwähnten Kraft- bzw. Druckausübung und der Forderung nach "Abdichtung" der Eingangsseite des Rezipienten dienlich kann auf vorteilhafte Weise eine Abstimmung von Vormaterial-Außen- und Rezipienten-Innenquerschnitt aufeinander gemäß Anspruch 9 sein.The above-mentioned application of force or pressure and the demand for "Sealing" the input side of the recipient can advantageously be a Coordination of raw material outer and recipient inner cross-sections according to each other Claim 9 to be.
Besonders günstig können die entsprechenden Bedingungen erreicht werden, wenn den Ausführungen des Anspruches 10 gefolgt wird.The corresponding conditions can be achieved particularly cheaply if the statements of claim 10 is followed.
Anpassend ist und gleichzeitig den realen, oft rauhen Verfahrensbedingungen im Betrieb Rechnung trägt eine bevorzugte Verfahrensführungs-Variante gemäß Anspruch 11, wobei die vorerwähnten Sensoren besonders hilfreich sein können.Is adaptable and at the same time the real, often harsh process conditions in the Operation takes into account a preferred procedural variant according to Claim 11, wherein the aforementioned sensors can be particularly helpful.
Unnötige Reibungsverluste und Störungen im Verfahrensablauf können mit Gleit-Agentien gemäß Anspruch 12 vermieden werden.Unnecessary friction losses and disruptions in the process flow can be with sliding agents be avoided according to claim 12.
Diesem wichtigen Aspekt vorteilhaft Rechnung trägt auch eine robuste Variante gemäß Anspruch 13.A robust variant also takes this important aspect into account according to claim 13.
Zur weitestgehenden Vermeidung von wie weiter oben schon angesprochenen Vormaterialsverlusten kann in sehr effizienter Weise der Einsatz eines Rezipienten-zu-Formgebungs-- Kokille-Anschlusses gemäß Anspruch 14 beitragen.To the greatest possible avoidance of those already mentioned above Loss of primary material can be done very efficiently by using a recipient-to-shape- Contribute mold connection according to claim 14.
Ein "Zusammenfallen" des in die Kokille eingebrachten Schaums bzw. die sofortige Ausbildung einer späteren, Inhomogenitäten und Materialfehler hervorrufenden, festen Haut am flexiblen Schaummetall-Strang kann in vorteilhafter Weise eine Temperierung der Schaumformungs-Kokille gemäß Anspruch 15 verhindern.A "collapse" of the foam introduced into the mold or the immediate one Formation of a later firm skin that causes inhomogeneities and material defects on the flexible foam metal strand, a temperature control of the Prevent foam molding die according to claim 15.
Besonders bevorzugt ist eine Verfahrensführung mit echt kontinuierlich arbeitendem Schäumrezipienten und daran sich anschiließender Durchlauf-Schaumformungs-Kokille gemäß Anspruch 16.A process control with a truly continuous process is particularly preferred Foam recipient and subsequent continuous foam-forming mold according to claim 16.
Eine geschlossene, im wesentlichen porenfreie Schaummetallprofil-Oberfläche läßt sich mit einer Verfahrensweise mit Deckfolien-Aufbringung auf einen Metallschaumstrang in situ gemäß Anspruch 17 erzielen.A closed, essentially non-porous foam metal profile surface leaves deal with a procedure with cover film application to a metal foam strand achieve situ according to claim 17.
Eine Verbesserung der Bindung der auf den erfindungsgemäß erhältlichen Schaummetall-Strang aufzukaschierenden Folie(n) mit dem Schaummetall läßt sich durch Einsatz eines etwa lotmetall-plattierten metallischen Folienmaterials gemäß Anspruch 18 erzielen. An improvement in the binding of those obtainable according to the invention Foam metal strand to be laminated foil (s) with the foam metal can be Use of an approximately solder-metal-clad metallic foil material in accordance with Achieve claim 18.
Die neue Verfahrenskonzeption der "Metallschaumbildung noch vor Einbringung in die gestaltgebende Form" ermöglicht die Erschließung ganz neuartiger Produktionstechnologien für Metall/Metallschaum-Verbundmaterialien und Werkstücke daraus.The new process concept of "metal foam formation even before introduction into the creative form "enables the development of completely new types Production technologies for metal / metal foam composite materials and workpieces from it.
So ist es z. B. bevorzugt, Rohre oder andere Hohlprofile gleichmäßig mit Metallschäumen gewünschter Qualität zu füllen, wie dies gemäß Anspruch 19 vorgesehen ist. Dabei wird der Effekt genutzt, daß auf einer Seite des Hohlprofils eingebrachte Metallschaum beim Erstarren etwas schrumpft, also nicht mehr ganz satt an der Hohlraum-Innenwandung anliegt und im Hohlprofil gleitbar und somit darin mechanisch verschieblich geworden, ein immer länger werdender Stopfen aus erstarrtem Schaummetall vom noch nachdrängenden Schaum in den Profil Hohlraum geschoben wird, bis dasselbe jeweils in seiner vollen Länge mit Schaummetall erfüllt ist.So it is z. B. preferred, tubes or other hollow profiles evenly with Fill metal foams of the desired quality as per this Claim 19 is provided. The effect is used that on one side of the hollow profile introduced metal foam shrinks somewhat during solidification, so not more fits snugly against the inner wall of the cavity and thus slides in the hollow profile become mechanically displaceable, an increasingly longer stopper solidified foam metal from the still pushing foam into the profile cavity is pushed until the full length of the same is filled with foam metal.
Bei einer nach diesem Prinzip arbeitenden Verfahrensvariante gemäß Anspruch 20 ist vorgesehen, gleichzeitig mit dem Fortschreiten der Produktion eines Hohlprofils, dessen Inneres mit Metallschaum zu füllen. So kann z.. B. als Hohlprofil-Erzeugungsanlage eine Strangpresse vorgesehen sein, in deren " Dorn" die Ausbringungsdüse des Metallschaum-Generierungsrezipienten angeordnet ist. Synchron mit der Auspressung des Profils erfolgt die Schaumeinbringung in dessen Innenraum.In the case of a method variant according to this principle Claim 20 is provided, simultaneously with the progress of the production of a Hollow profile, the inside of which is filled with metal foam. For example, as a hollow profile production system an extrusion press may be provided, in the "mandrel" of which Dispensing nozzle of the metal foam generation recipient is arranged. Synchronous When the profile is pressed out, the foam is introduced into the interior.
Eine bevorzugte, weniger aufwendige Ausführungsform einer derart synchronen Formherstellung und -ausschäumung bildet den Gegenstand des Anspruches 21.A preferred, less complex embodiment of such a synchronous Mold production and foaming forms the subject of claim 21.
Weiters kann eine "mitbewegende" Ausbildungsform des Verfahrens gemäß Anspruch 22 von Vorteil sein.Furthermore, a "co-moving" form of training according to the method Claim 22 be advantageous.
Einen saten, zumindest mechanischen Verbund von Schaummetall und Hohlprofil kann man schließlich nach Art des Anspruches 23 erzielen.A solid, at least mechanical connection of foam metal and hollow profile can finally be achieved in the manner of claim 23.
Was die erfindungsgemäß besonders einzusetzenden Vormaterialien betrifft, sind diese in den Ansprüchen 24 bis 26 angeführt, woraus erhellt, daß die erfindungsgemäß erhältlichen Schaummetalle keineswegs nur auf Leichtmetall-Komponenten beschränkt sind, obwohl dieselben bis jetzt in größerer Zahl untersucht worden sind und auch wegen ihrer niedrigeren Schmelzpunkte technisch leichter handhabbar sind.As for the primary materials to be used according to the invention relates, these are set out in claims 24 to 26, from which it is evident that the Foam metals obtainable according to the invention are by no means only based on light metal components are limited, although they have been examined in large numbers so far have become technically lighter and also because of their lower melting points are manageable.
Die Erfindung betrifft weiters eine Anlage zur Durchführung des oben mit verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen Verfahrens.The invention further relates to a system for carrying out the above different embodiments described method.
Diese Anlage zur Herstellung von gasgenerierte Hohlräume bzw. Poren aufweisenden Formkörpern bzw. Werkstücken auf Basis von (Leicht-)Metallen bzw. (Leicht-)Metallegierungen, vorzugsweise auf Basis von Aluminium, unter Einsatz mindestens eines, durch Kompaktierung eines Gemisches bzw. Gemenges von Partikeln bzw. Pulver mindestens eines (Leicht-)Metalls bzw. einer (Leicht-)Metallegierung mit Partikeln bzw. Pulver mindestens eines - bei erhöhten Temperaturen ein porengenerierendes Gas abspaltenden - Treibmittels vorgefertigten Vormaterial-Formkörpers, vorzugsweise zur Durchführung des Herstellungsverfahrens und seiner Varianten ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage mindestens einen von einer Zuführungs- und Vorschubeinrichtung, insbesondere mit Vorschubrollen oder -walzen mit latent schäumfähigem Vormaterial auf Basis eines kompaktierten Metall/Metall-Legierungs-Treibmittel-Gemenges, bevorzugt in Lang- bzw. Endlosform, wie insbesondere in Stangen-, Draht-, Band- oder Profil-Form, einbringungsseitig versorgbaren, mittels mindestens einer Heizeinrichtung, bevorzugt auf Basis von Induktion, im wesentlichen in voller Länge heizbaren, im wesentlichen rohrartigen Rezipienten mit in Vorschubrichtung länglichem Innenraum jeweils gewünschten Querschnittsprofils umfaßt, dessen Querschnittsfläche im Nahbereich seiner mindestens einen Ausbringungsöffnung, bevorzugt stetig, zu dieser Öffnung bzw. zu diesen Öffnungen hin sich verjüngend ausgebildet ist, an welche, bevorzugt düsenartig ausgebildete(n), Ausbringungsöffnung(en) für den im Rezipienten mittels der genannten Heizung generierten fließfähig-plastischen Metallschaum die Einbringungsöffnung(en) mindestens einer Einzel-Formgebungs-Kokille, eines einen mit Schaummetall zu füllenden Hohlraum aufweisenden Werkstücks, insbesondere Hohlteils, oder mindestens einer Durchlauf-Formgebungskokille, bevorzugt mit beweglichen Bändern oder Rollen bzw. Walzen als Wandungselemente, gegebenenfalls metallschaum-dicht, angeschlossen ist.This plant for the production of gas-generated cavities or pores molded articles or workpieces based on (light) metals or (Light) metal alloys, preferably based on aluminum, using at least one, by compacting a mixture or mixture of particles or powder of at least one (light) metal or one (light) metal alloy Particles or powder at least one - at elevated temperatures pore-generating gas-splitting propellant pre-molded material, preferably to carry out the manufacturing process and its Variants is essentially characterized in that the system has at least one from a feed and feed device, in particular with feed rollers or rollers with latent foamable primary material based on a compacted metal / metal alloy blowing agent mixture, preferably in long or endless form, such as in particular in rod, wire, ribbon or profile form, can be supplied on the insertion side, by means of at least one heating device, preferably based on induction, essentially in full-length heatable, essentially tubular recipients with in the feed direction elongated interior comprises each desired cross-sectional profile, the Cross-sectional area in the vicinity of its at least one discharge opening, preferably continuously, tapering towards this opening or towards these openings is formed, to which, preferably nozzle-like, discharge opening (s) for the flowable plastic generated in the recipient by means of the heating mentioned Metal foam, the insertion opening (s) of at least one individual molding die, a workpiece having a cavity to be filled with foam metal, in particular hollow part, or at least one continuous molding mold, is preferred with movable belts or rollers or rollers as wall elements, if necessary, metal foam-tight, is connected.
Wenn der Innenraum des Durchlaufrezipienten in seinem Querschnitt der Außenkontur des Vormaterialstrangs angeglichen ist, wie gemäß Anspruch 28 vorgesehen, ist damit im wesentlichen eine sichere Abdichtung gegen ein rückseitiges Austreten von Metallschaum aus dem Rezipienten gegeben.If the interior of the flow recipient in its cross section of the Outer contour of the primary material strand is aligned, as in claim 28 provided, is essentially a secure seal against a rear Escape of metal foam from the recipient.
Eine materialstromabwärtige stetige Verengung des Rezipienten-Innenraums bzw. Schaumumlenkung bzw. Vormaterial/Schaum-Querschnittsdimensions- und/oder -gestalts-Änderung (d. h., z. B., daß kreisförmiger Vormaterialeintritt und schlitzförmiger Austritt des Metallschaums vorgesehen sind), innerhalb der im Anspruch 29 genannten Grenzen sichert in günstiger Weise eine gleichmäßige Schaumstruktur des erhaltenen Schaummetall-Formkörpers oder einer Schaummetall-Füllung eines hohlen Werkstücks.A steady narrowing of the recipient interior downstream of the material or Foam deflection or primary material / foam cross-sectional dimension and / or shape change (i.e., circular stock entry and slot exit of the Metal foam are provided), within those mentioned in claim 29 Limits conveniently ensures a uniform foam structure of the obtained Foam metal molded body or a foam metal filling of a hollow workpiece.
In diesem Sinne vorteilhaft ist auch eine Ausbildung der Ausbringungsöffnung(en) im Vergleich um Rezipienten-Innenquerschnitt gemäß Anspruch 30.In this sense, it is also advantageous to design the discharge opening (s) in the Comparison of recipient internal cross section according to claim 30.
Die hier angesprochene Verengung des Innenraums bzw. Schaumumlenkung verursacht einen lokalen Druckanstieg, welcher einer letztlich günstigen Schaumstruktur förderlich ist.The narrowing of the interior or foam deflection mentioned here causes a local pressure increase, which ultimately has a favorable foam structure is beneficial.
Um den Schäumvorgang tatsächlich technisch voll im Griff zu haben und eine Feinsteuerung oder Korrekturen von z. B. durch ungleichmäßige Betriebsbedingungen bedingten Störungen vor der Schaumausbringung in die Kokille zu ermöglichen, ist eine Ausführungsart der erfindungsgemäßen Anlage gemäß Anspruch 31 zu bevorzugen.To actually have the foaming process technically fully under control and one Fine control or corrections of e.g. B. by uneven operating conditions Allowing conditional disturbances before the foam is released into the mold is one Embodiment of the system according to the invention according to claim 31 to prefer.
Reproduzierbare Produktionsbedingungen und damit geringer Ausschuß lassen sich besonders vorteilhaft mit einer Ausstattung der erfindungsgemäßen Anlage gemäß Anspruch 32 erreichen.Reproducible production conditions and thus less waste can be achieved particularly advantageous with equipment of the system according to the invention Reach claim 32.
Eine Art Schmierung des Vormaterial-Stranges gemäß Anspruch 33 trägt zur Produktionssicherheit wesentlich bei.A kind of lubrication of the primary material strand according to claim 33 carries essential to production security.
Weitere der Qualität und dem Einsatzspektrum der Schaummetallkörper förderliche, vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausstattungsvarianten der erfindungsgemäßen Produktionsanlage bilden die Gegenstände der Ansprüche 34 bis 37.More of the quality and the range of uses of the foam metal body, advantageous embodiments and equipment variants of the invention Production plant form the subject of claims 34 to 37.
Die Kaschierungseinrichtung gemäß Anspruch 35 führt z. B. zu sandwicharmierten Schaummetall-Strangprodukten mit kaschierten, porenfreien Oberflächen, wobei eine leicht konische Ausbildung der Durchlaufkokille gemäß Anspruch 36 ein Eindrücken der Metallfolie in den Schaum und damit eine bessere Bindung an denselben wesentlich unterstützen kann.The lamination device according to claim 35 performs z. B. too sandwich-reinforced foam metal strand products with laminated, non-porous Surfaces, according to a slightly conical design of the continuous mold Claim 36 a pressing of the metal foil into the foam and thus a better one Binding to the same can significantly support.
Anspruch 37 offenbart ein wesentliches, neues Merkmal der Anwendung, nämlich, daß statt einer Schäumkokille gleich ein mit Metallschaum auszufüllender Hohlkörper an den Rezipienten anschließt.Claim 37 discloses an essential new feature of the application, namely, that instead of a foam mold, one to be filled with metal foam Hollow body connects to the recipient.
Eine bevorzugt ausgestaltete Anlage zur schon beschriebenen Herstellung von mit Metall ausgeschäumten, länglichen Hohlprofilen bildet den Gegenstand des Anspruches 38, wobei hier eine synchrone und gleich gerichtete Generierung von Metallschaum und der mit diesem zu füllenden Form, die durch ein gerade in Erzeugung befindliches Hohlprofil, z. B. Rohr, gebildet ist, vorgesehen ist.A preferably configured plant for the production of Metal foamed, elongated hollow profiles form the subject of the Claim 38, wherein here a synchronous and rectified generation of Metal foam and the shape to be filled with it, which is being produced by a straight located hollow profile, for. B. tube is formed is provided.
Im Prinzip ähnlich, jedoch mit entgegengesetzten Richtungen von fortschreitend generiertem Hohlprofil und synchron generiertem Metallschaum arbeitet die Anlage gemäß Anspruch 39, wobei eine Ausgestaltung gemäß Anspruch 40 besonders gut reproduzierbare Produktionsbedingungen zu erreichen gestattet.In principle similar, but with opposite directions from progressive generated hollow profile and synchronously generated metal foam, the system works according to Claim 39, wherein an embodiment according to claim 40 is particularly good reproducible production conditions.
Schließlich ist es vorteilhaft, den mechanischen Verbund von Hohlprofil und Metallschaumkern mit einer Anlage gemäß Anspruch 41 zu sichern.Finally, it is advantageous to combine the hollow profile and mechanical To secure metal foam core with a system according to claim 41.
Letztlich bildet die Verwendung des neuen Verfahrens und der Einsatz der Anlage im Rahmen des Herstellungsprozesses, wie sie dem Anspruch 42 zu entnehmen ist, einen weiteren wesentlichen Gegenstand der Erfindung, wobei die völlig neue Möglichkeit der Ausschäumung von temperaturempfindlichen Formteilen mit Metallen ein völlig neues Einsatz-Segment auf diesem sich technisch rasch entwickelnden Gebiet eröffnet.Ultimately, the use of the new process and the use of the plant as part of the manufacturing process, as can be seen in claim 42 is another essential object of the invention, the completely new Possibility of foaming temperature-sensitive molded parts with metals completely new application segment in this rapidly developing field opened.
Im folgenden sollen die Erfindung und einige Details derselben aus der Praxis noch ergänzend erläutert werden: In the following, the invention and some details thereof are to be put into practice are also explained:
Das kompaktierte, Treibmittel enthaltende, metallische Vormaterial in Form von Langprodukten wird in den mit einem rohrförmigen Durchlaufofen gebildeten Rezipienten eingebracht und im Verlauf dessen in einer dem Querschnitt des Vormaterials entsprechenden Führung bis wenige Grade über die Solidustemperatur erhitzt. Die Führung weist an der Innenseite einen schwer- oder nicht benetzbaren Werkstoff auf. Die Ausgangsöffnung der Führung ist bevorzugt wie eine Düse ausgeführt, durch die der Schaum dann in das Formgebungs-Werkzeug austritt. Der Aufschäumvorgang erfolgt in der Führung, wobei die Materialexpansion seitlich durch die Führung nach hinten, bevorzugterweise durch das passende, noch feste Vormaterial verhindert wird, so daß der heiße, viskose Schaum nur durch die Austrittsdüse in das formgebende Werkzeug dringen kann. Die Austrittsdüse kann bei Bedarf zusätzlich gesondert beheizt werden. Das Werkzeug, also die Schaumformgebungskokille muß nur soweit angewärmt sein, daß es bzw. sie das Ausfließen und Ausbreiten des Schaums in die gesamte Form hinein erlaubt. Die Zuführung des festen Vormaterials wird vorteilhaft über Laufrollen nach Geschwindigkeit und Transportkraft so gesteuert, daß die Materialzuführung der Schäumgeschwindigkeit angepaßt wird und die Aufschäumfront im in der Führung befindlichen Vormaterial weitgehend stationär bleibt. Es bedarf keines Schaumüberlaufes, wenn z. B. die Luft aus dem Formgebungswerkzeug z. B. durch deren Einlauföffnung verdrängt werden kann.The compact, blowing agent-containing, metallic primary material in the form of Long products are in the recipient formed with a tubular continuous furnace introduced and in the course of this in a cross section of the primary material appropriate guide heated up to a few degrees above the solidus temperature. The leadership has a hard or non-wettable material on the inside. The The outlet opening of the guide is preferably designed like a nozzle through which the Foam then exits into the molding tool. The foaming process takes place in the Guidance, the material expansion laterally through the guidance to the rear, is preferably prevented by the appropriate, still solid material, so that the hot, viscous foam can only penetrate through the outlet nozzle into the shaping tool can. The outlet nozzle can also be heated separately if required. The Tool, that is, the foam molding mold only has to be warmed up to the extent that it is or it allows the foam to flow out and spread out into the entire mold. The supply of the solid primary material is advantageously followed by rollers Speed and transport force controlled so that the material feed of the Foaming speed is adjusted and the frothing front in the guide existing material remains largely stationary. No foam overflow is required if e.g. B. the air from the molding tool z. B. through the inlet opening can be ousted.
Zur Herstellung von Einzel-Formteilen ist es günstig, die Schäum-Formen mit einer der Düse des Rezipienten angepaßten Eingußöffnungen auszustatten, in die die Düse eingeführt wird und ein seitliches Austreten des Schaumes solange verhindert, bis die Form vollständig ausgeschäumt ist. Die Vormaterialzuführung wird vorteilhafterweise abwärtsgeneigt angebracht, so daß die Schwerkraft das Ausfließen des Schaumes in die Form unterstützt. Mehrere Schäum-Formen sind für eine wirtschaftliche Herstellung größerer Stückzahlen auf einem Karussel anordenbar und es laufen dann die Takte Beschlichten, Vorwärmen, Befüllen, Kühlen, Ausformen, Kokillenreinigung parallel ab.For the production of individual molded parts, it is favorable to use a foam mold to equip the nozzle of the recipient with adapted pouring openings into which the nozzle is inserted and prevents the foam from escaping sideways until the shape is completely foamed. The raw material feed is advantageously attached inclined so that gravity causes the foam to flow into the Form supports. Several foam molds are for economical production Larger quantities can be arranged on a carousel and the clocks then run Coating, preheating, filling, cooling, molding, mold cleaning in parallel.
Zur kontinuierlichen Herstellung von Lang- und Flachprodukten ist die Vormaterialzuführung vorteilhaft horizontal bzw. abwärts gering geneigt angeordnet. Die Austrittsdüse des Durchlauf-, Heiz- und Schäumrezipienten mündet zwischen formgebenden Umlaufbändern und/oder Rollen, zwischen denen der plastische Schaum nach der Formgebung erstarrt. Die der jeweiligen Durchlaufrate entsprechende Temperaturführung kann durch entsprechende Beheizung und Kühlung der Bänder bzw. Rollen erfolgen.For the continuous production of long and flat products Advance material feed advantageously arranged horizontally or downwards slightly inclined. The The outlet nozzle of the flow, heating and foam recipient flows between the shaping recipient Conveyor belts and / or rolls between which the plastic foam after the Shape freezes. The temperature control corresponding to the respective throughput rate can be done by appropriate heating and cooling of the tapes or rollers.
Je nach Breite und Dicke des herzustellenden Schaumproduktes können auch mehrere Vormaterialstränge gleichzeitig in den Durchlauf-Rezipienten eingeführt werden. Es können jedoch auch mehrere Stränge in parallelen Führungen eines Rezipienten oder mehrerer davon geschäumt und auf die Umlaufbänder des Formgebungswerkzeugs gebracht werden. Die getrennt einlaufenden Schaumstränge werden dann durch die Umlaufbänder der Schäumungskokille zusammengepreßt, damit sie noch im viskosen Zustand miteinander zu einem einheitlichen Schaum-Langmaterial verschweißen.Depending on the width and thickness of the foam product to be produced, you can also Several strands of primary material are introduced into the continuous recipient at the same time. However, it is also possible to have several strands in parallel guides of a recipient or several of them foamed and on the conveyor belts of the shaping tool to be brought. The separately entering foam strands are then covered by the Circulation belts of the foaming mold are pressed together so that they are still in the viscous Weld the condition together to form a uniform long foam material.
Für die Herstellung von Verbunden mit Deckfolien bzw. -blechen können zwischen der/den Austrittsdüsen und den Umlaufbändern Bleche auf beiden Seiten eingebracht werden, die vorteilhafterweise entsprechend vorgewärmt sind, so daß sie mit dem heißen Schaum verschweißen. Bleche mit Lotplattierung können die metallurgische Bindung erleichtern. Die Einlaufgeschwindigkeit der Deckbleche kann über Förderwalzen mit der Schäum- und Schaumbewegungsrate synchronisiert werden.For the production of composites with cover foils or sheets, between the outlet nozzle (s) and the conveyor belts introduced sheets on both sides are, which are advantageously preheated accordingly, so that they are hot with the Weld the foam. Sheet metal with solder plating can make the metallurgical bond facilitate. The infeed speed of the cover plates can be adjusted using the conveyor rollers Foam and foam movement rate can be synchronized.
Zusammengefaßt sind insbesondere folgende Vorteile der Erfindung wichtig:In summary, the following advantages of the invention are particularly important:
Eine kontinuierliche Aufschäumung des Vormaterials ergibt: wirtschaftliche Taktzeiten für Formteile, die Einsparung der Vormaterialzerstückelung, wesentlich gleichmäßigere Schaumqualität als bisherige Verfahren und wesentlich verbesserte Materialausbringung, also Ausbeute als Folge einer Minimierung der Verluste durch Überschußschaum zur Sicherstellung der vollständigen Formerfüllung.Continuous foaming of the primary material results in: economical Cycle times for molded parts, the saving of primary material dismantling, essential more uniform foam quality than previous processes and significantly improved Material output, i.e. yield as a result of minimizing losses through Excess foam to ensure complete form fulfillment.
Die erfindungsgemäße Konzentration der Energiezuführung auf das Vormaterial in einem zentralen, flexibel einsetzbaren Schaumgenerator ergibt eine wesentliche Einsparung von Energiekosten und eine höhere Lebensdauer der Kokillen. Zusätzlich ist eine wie schon weiter vorne erwähnte, problemlose Automatisierungsmöglichkeit gegeben.The concentration of the energy supply according to the invention on the primary material in a central, flexible foam generator results in an essential one Saving energy costs and a longer service life of the molds. In addition is a problem-free automation option, as mentioned earlier.
Die Kombination mit Umlaufbändern bzw. -walzen erlaubt eine kontinuierliche Herstellung von Lang- und Flachprodukten aus praktisch fertig bereitetem Metallschaum sowie die Produktion von Metallschäumen mit Deckblechen, auch mit stoffgleichen und einseitig oder mehrseitig verschweißten oder verlöteten Deckblechen.The combination with circulating belts or rollers allows continuous Manufacture of long and flat products from practically prepared metal foam as well as the production of metal foams with cover sheets, also with the same material and cover plates welded or soldered on one or more sides.
Anhand der folgenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutert.The invention is illustrated by the following examples.
Vormaterial Draht (Durchmesser 8 mm) aus Aluminium mit 0,8 Gew.-% TiH2-Treibmittel, strangpreß-kompaktiert, wird von einer Rolle mittels geschwindigkeits- und kraftgesteuerter Förderrollen in ein Führungsrohr aus Grafit mit 8 mm Innendurchmesser geführt. Das Führungsrohr befindet sich in einem senkrechten, mit einem Rohrofen hoher Energiedichte gebildeten Metallschaum-Generator, der ca. 10 g Al/s zum Schmelzen bringt. Das Führungsrohr ist mit einer Grafitdüse (Durchmesser 4 mm) abgeschlossen, die außen kegelförmig ausgebildet ist. Aus der Düse dringt viskoser Al-Schaum mit etwa 20facher Geschwindigkeit der Vormaterialeinbringungsrate. Die kegelförmige Düse paßt von oben in den Anguß einer Stahl-Schaumformgebungskokille für einen 3D-Formteil, die innen beschlichtet und auf 350°C vorgewärmt ist. Sobald das Formvolumen mit Schaumaluminium gefüllt ist, was an einem kleinen Überlauf beim Einguß erkennbar ist, wird die Düse abgesetzt und auf eine nächste Kokille aufgesetzt, während die vorhergehende Kokille gekühlt wird. Sechs derartig teilbare Kokillen befinden sich auf einem Karussel mit den Arbeitsstationen: Beschichten, Vorwärmen, Schäumofen (Schäumgenerator) aufsetzen und Kokille bzw. Form mit Metallschaum füllen, Abkühlen der Form, Ausformen und schließlich Reinigen der Form.Primary material wire (diameter 8 mm) made of aluminum with 0.8% by weight of TiH2 blowing agent, extruded, is made from a roll by means of speed and Force-controlled conveyor rollers in a graphite guide tube with 8 mm inner diameter guided. The guide tube is in a vertical, with a tube furnace higher Energy-density formed metal foam generator that melts approx. 10 g Al / s. The guide tube is closed with a graphite nozzle (diameter 4 mm), the outside is conical. Viscous Al foam emerges from the nozzle at about 20 times Speed of material feed rate. The conical nozzle fits in from above the sprue of a steel foam molding mold for a 3D molded part, the inside is sized and preheated to 350 ° C. Once the mold volume with Foam aluminum is filled, which can be recognized by a small overflow when pouring in, the nozzle is set down and placed on a next mold, while the previous mold is cooled. There are six molds that can be divided in this way a carousel with the workstations: coating, preheating, foaming oven Put on (foam generator) and fill mold or mold with metal foam, cool the Shape, shape and finally clean the shape.
In Taktzeiten von etwa 1 min lassen sich so gleichmäßig geschäumte Formteile mit einem Einzelvolumen von etwa 1 l erzeugen.Uniformly foamed molded parts can be used in cycle times of around 1 min generate a single volume of approximately 1 l.
Ein Band aus aufschäumbarem Vormaterial aus Al-Si-Gußlegierung mit dem Querschnitt 5 × 30 mm2 wird in einem horizontalen Schäumungs-Durchlaufofen-Rezipienten mit Führungsrohr aus Grafit mit gleichem Innenquerschnitt kontinuierlich eingebracht, so daß 100 g Al/s aufgeschmolzen werden. Die Austrittsdüse hat einen Öffnungsquerschnitt von 3 × 80 mm2 und es schließen sich oben und unten 100 mm breite Förderbänder und seitliche, formgebende Walzen einer Durchlauf-Formgebungskokille an.A band of foamable primary material made of Al-Si cast alloy with the cross section 5 × 30 mm 2 is continuously introduced in a horizontal continuous foaming furnace recipient with a graphite guide tube with the same inner cross section, so that 100 g Al / s are melted. The outlet nozzle has an opening cross section of 3 × 80 mm 2 and 100 mm wide conveyor belts and lateral shaping rollers of a continuous shaping mold are connected at the top and bottom.
Es tritt ca. 0,2 l Aluminiumschaum/s aus der Düse auf das untere Band. Das obere Band begrenzt die Dicke des Metallschaums auf 5 mm, so daß ein Schaumaluminiumband mit einem Querschnitt von 100 × 5 mm2 mit einer Geschwindigkeit von ca. 400 mm/s produziert wird. Der Schaum beginnt in seiner Hülle zu erstarren, sobald er in die Umlaufbänder eingelaufen ist.Approx. 0.2 l aluminum foam / s emerges from the nozzle onto the lower belt. The upper band limits the thickness of the metal foam to 5 mm, so that a foam aluminum band with a cross section of 100 × 5 mm 2 is produced at a speed of approximately 400 mm / s. The foam begins to solidify in its shell as soon as it has entered the conveyor belts.
Es werden 5 Düsen gemäß dem vorangegangenen Beispiel nebeneinander gereiht und simultan mit Vormaterialbändern beschickt, die in einem Schäum-Rezipienten mit einem Mehrzonen-Durchlaufofen erhitzt werden. Die Umlaufbänder der Formgebungs-Durchlaufkokille an den Austrittsdüsen sind 50 cm breit und mit Rollen seitlich begrenzt. Auf diese Weise kann ein Blechband mit 50 cm Breite kontinuierlich mit einer Rate von etwa 20 m/min hergestellt werden. An der Unterseite der Formgebungs-Kokille wird ein einseitig lotplattiertes Aluminiumblech mit 50 cm Breite und 0,5 mm Dicke mit gleicher Geschwindigkeit in auf 500°C vorgewärmtem Zustand eingespult. Die Durchlauflängen der Umlaufbänder in der Kokille sind etwa 1 m lang und der Spalt zwischen Ober- und Unterband nimmt von anfänglich 12 mm auf 9 mm ab, um den Schaum auf das Deckblech aufzudrücken. Der Schaum verlötet sich mit dem Blech und es entsteht ein ca. 9 mm hinterschäumtes Aluminiumblech.5 nozzles are lined up side by side according to the previous example and simultaneously loaded with pre-material tapes, which in a foam recipient with be heated in a multi-zone continuous furnace. The circulating belts of the forming continuous mold at the outlet nozzles are 50 cm wide and laterally limited with rollers. On in this way a sheet metal strip with a width of 50 cm can be continuously produced at a rate of approximately 20 m / min can be produced. On the underside of the mold, there is a one-sided solder-clad aluminum sheet 50 cm wide and 0.5 mm thick with the same Speed spooled in a state preheated to 500 ° C. The pass lengths of the Circulating belts in the mold are about 1 m long and the gap between the upper and Lower tape decreases from initially 12 mm to 9 mm to the foam on the cover plate to press on. The foam soldered to the sheet and there is an approx. 9 mm foamed aluminum sheet.
Die Schaumdüse(n) des Schaumgenerierungs-Rezipienten wird (werden) automatisiert an Einspritzöffnungen der Holme herangeführt und die Heizung und Vormaterial-Drahtzuführung in Betrieb genommen, wodurch die Holme mit Al-Schaum ausgefüllt werden, ohne thermisch überbeansprucht zu werden. Die neue Methode eignet sich besonders auch für die Fertigung von Crash-Absorbern und zur allgemeinen Steifigkeitserhöhung. The foam nozzle (s) of the foam generation recipient will be automatically led to the injection openings of the spars and the heating and Primary wire feeder put into operation, creating the spars with Al foam can be filled in without being overstressed. The new method is suitable are also particularly suitable for the manufacture of crash absorbers and for general purposes Stiffness increase.
AlMg0,6Si0,4-Pulver mit einer Korngröße von <400 µm mit 0,4% TiH2 (<300 µm) wird in einer Presse zu einem zusammenhängenden Körper mit einer Dichte von 2,4 g/cm3 primär-kompaktiert, um dessen Weiterverarbeitung in einer Horizontalstrangpresse zu ermöglichen. Der Körper wird mit einer Temperatur von 200°C in eine Strangpresse eingelegt und innerhalb von 5 s mit einem Preßdruck von 750 Mpa zu einem Rechteckprofil stranggepreßt. Die Temperatur des Rezipienten selbst betrug 300°C. Das entstandene Profil hat eine Dichte von 2,7 g/cm3 und kann, so wie es ist, im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden.AlMg0.6Si0.4 powder with a grain size of <400 µm with 0.4% TiH 2 (<300 µm) is primary compacted in a press to form a coherent body with a density of 2.4 g / cm 3 to enable its further processing in a horizontal extrusion press. The body is placed in an extrusion press at a temperature of 200 ° C. and extruded to a rectangular profile within 5 s with a pressing pressure of 750 Mpa. The temperature of the recipient itself was 300 ° C. The resulting profile has a density of 2.7 g / cm 3 and, as it is, can be used in the process according to the invention.
Anhand der Zeichnung werden das erfindungsgemäße Verfahren und zu dessen Durchführung besonders geeignete Ausführungsformen der Produktionsanlage näher erläutert, wobei die Fig. 1 eine Schaummetall-Herstellung mit Einzel-Schaumformgebungs-Kokille, die Fig. 2 eine solche mit Durchlauf-Schaumformgebungs-Kokille, die Fig. 3 eine Schaummetallstrang-Formgebung mit entsprechend profilierten Walzen, die Fig. 4 schematisch eine Ansicht eines Schäumungsrezipienten mit drei Aufheiz- und Schäumung-Räumen für das Vormaterial und einer einzigen, gemeinsamen Ausbringungsdüse für den Metallschaum, die Fig. 5 ein Schema eines Rezipienten mit der Anordnung einer Mehrzahl von Schaumausbringungs-Düsen, welche eine einzige Durchlaufkokille beliefert und die Fig. 6, 6a sowie 7 und 8 schematisch Fertigungsvarianten eines mit Metall ausgeschäumten Hohlprofils, konkret eines Rohres, zeigen.The method according to the invention and embodiments of the production plant which are particularly suitable for carrying it out are explained in more detail with the aid of the drawing, FIG. 1 showing a foam metal production with individual foam shaping mold, FIG. 2 such with a continuous foam molding mold, FIG . 3 is a foam metal extrusion molding with correspondingly profiled rollers, Fig. 4 schematically shows a view of a Schäumungsrezipienten with three heating and foaming spaces for the starting material and a single common Ausbringungsdüse for the metal foam, the Fig. 5 is a schematic of a recipient with the arrangement of a plurality of foam application nozzles, which supplies a single continuous mold, and FIGS. 6, 6a and 7 and 8 show schematically production variants of a hollow profile foamed with metal, specifically a tube.
Die Schaummetall-Fertigungsanlage 1000 der Fig. 1 umfaßt im wesentlichen eine Einbringungs- und Vorschubeinrichtung 10 mit Vorschubwalzen 101 mit Antrieb 110 für einen, hier aufgerollten Endlos-Strang aus kompaktiertem Metallschaum-Vormaterial 501, welcher über die mit einer Beschlichtungs-Einrichtung 201 mit einem Schlichtmittel 202 versorgbare Einbringungsöffnung 21 kontinuierlich in den Führungs- und Aufheizkanal 25 eines vorderseitig mit einer Isolierung 2031 versehenen Heiz- und Schäumungs-Durchlaufrezipienten 20 mit jeweils gruppenweise rundum angeordneten Heizspiralen oder umgebende Induktionsspulen 273 und 274 einer elektrischen Heizung 27 eingeführt wird.The foam metal manufacturing facility 1000 of the Fig. 1 comprises essentially an insertion and feed mechanism 10 having feed rollers 101 with the drive 110 for a, rolled here endless strand of compacted metal foam precursor material 501, which is a via with a Beschlichtungs device 201 with Insertion opening 21 , which can be supplied with sizing agent 202, is continuously introduced into the guiding and heating channel 25 of a heating and foaming flow-through container 20 provided with insulation 2031 on the front side, with heating spirals or surrounding induction coils 273 and 274 of an electric heater 27 arranged in groups all around.
In der Aufheiz- und Schäumungsinitiations-Zone 203 wird das Vormaterial 501 stetig steigend im wesentlichen auf Schäumungs- und Schmelztemperatur bzw. etwas darüber erhitzt und beginnt, im in die Schaumbildungs- und -austritts-Zone 204 des Rezipienten 20 übergehenden Strangteil 502 des - insgesamt mit 50 bezeichneten - Metallstrangs an der Schaumbildungsfront 55 - im wesentlichen gleichzeitig plastisch-fließfähig werdend - durch Gasentwicklung aus dem Treibmittel einen Metallschaum zu bilden. Der durch die Schaumbildungszone 204 weiter bewegte Metallschaum-Strangabschnitt 502 wird dort in seinem Querschnitt verengt und durch die Heizzone 274 nach-konditioniert. Er tritt letztlich als fließfähig-plastischer Metallschaum-Strang aus der Ausbringungsöffnung 22 des Austritts-Düsenteils 220 aus und gleich durch die anschließende, gegebenenfalls mit der Außenseite der Düsenöffnung 22, bzw. Düse 220 schaumdicht kooperierend ausgebildete Einbringungsöffnung 31 in die vorerwärmbare Schaumformgebungs-Kokille 30 ein, wobei der Metallschaum in derselben als Schaummetall-Formkörper 503 gewünschten Gestalt erstarrt. Dieser Erstarrungsvorgang innerhalb der Kokille ist als Erstarrungsfront 5035 symbolisiert.In the heating and foaming initiation zone 203 , the primary material 501 is steadily increasing essentially to the foaming and melting temperature or slightly above it and begins in the strand part 502 of the - totaling into the foam formation and exit zone 204 of the recipient 20 with 50 designated - metal strands on the foam formation front 55 - essentially simultaneously becoming plastic-flowable - to form a metal foam from the blowing agent by gas evolution. The cross section of the metal foam strand section 502 which is moved further through the foam formation zone 204 is narrowed there and post-conditioned by the heating zone 274 . Ultimately, it emerges as a flowable-plastic metal foam strand from the discharge opening 22 of the outlet nozzle part 220 and immediately through the subsequent insertion opening 31 , which is optionally formed to cooperate with the outside of the nozzle opening 22 or nozzle 220, into the preheatable foam shaping mold 30 one, the metal foam solidifying in the same shape as the foam metal molded body 503 desired. This solidification process within the mold is symbolized as the solidification front 5035 .
Mittels an eine zentrale Steuerung 75 angeschlossenem Sensor 70 kann die Schäumungsfront 55 im Strang 50 (501, 502) lagemäßig detektiert werden, und aufgrund dieser Daten steuert die Steuerung 75, z. B. ein Personalcomputer, den Antrieb 110 der Vormaterial-Vorschubrollen 101.By means of a sensor 70 connected to a central controller 75 , the foaming front 55 in the line 50 ( 501 , 502 ) can be detected in terms of position, and on the basis of this data the controller 75 controls e.g. B. a personal computer, the drive 110 of the raw material feed rollers 101st
Der Innenquerschnitt q1 des Rezipienten-Führungshohlraumes 25 entspricht im wesentlichen dem Kontur-Querschnitt q5 des Vormaterialstrangs 501. Nach Passieren der Schaumentstehungsfront 55 verengt sich die Querschnittsfläche bzw. ändert sich die Form des Querschnitts q1, bis er die Dimension bzw. Querschnittsgestalt q2, also jene der Schaum-Ausbringungsöffnung 22 aufweist.The inner cross section q 1 of the recipient guide cavity 25 essentially corresponds to the contour cross section q 5 of the preliminary material strand 501 . After passing the foam generation front 55 , the cross-sectional area narrows or the shape of the cross-section q 1 changes until it has the dimension or cross-sectional shape q 2 , that is to say that of the foam discharge opening 22 .
In Fig. 1b ist noch schematisch das Temperaturprofil des Material-Gesamtstrangs 50 innerhalb von Durchlauf-Rezipienten 20 und Formgebungs-Kokille 30 wiedergegeben, wobei etwa im Bereich der Düse - angedeutet durch unterbrochene Linien - ein kleines Temperaturmaximum auftreten kann.In Fig. 1b, the temperature profile is still schematically the total charge strand 50 shown within pass-recipient 20 and molding mold 30, wherein approximately in the region of the nozzle - as indicated by broken lines - a small temperature maximum may occur.
Fig. 2 zeigt - bei sonst völlig gleichbleibenden Bezugszeichen-Bedeutungen gegenüber Fig. 1 eine kontinuierlich arbeitende Anlage 1000 mit waagrecht ausgerichteten, in der Bauart sonst mit jenem der Fig. 1 praktisch identischen und gleich ausgestatteten Durchlauf-Rezipienten 20 und einer kontinuierlich arbeitenden, ebenfalls waagrecht angeordneten Durchlauf-Formgebungskokille 300 für den innerhalb des Gesamt-Vormaterialstranges 50 gebildeten Schaummetallstrang 503. Der Strang 501 des kompaktierten, wie in Fig. 1b und 1c im Querschnitt gezeigten Rund- oder Rechteck-Vormaterials wird hier von einer Endlosmaterialrolle abgespult und gelangt - von den Rollen 101 der Einzugs- und Vorschubseinrichtung 10 gezogen - in den Führungsraum 25 des mit Heizeinrichtung 27 ausgestatteten Heiz- und Schäumrezipienten 20, dessen Komponenten völlig analog zu Fig. 1 bezeichnet sind und auch in identischer Weise funktionieren. Fig. 2 shows - with otherwise completely identical reference sign meanings as compared to Fig. 1, a continuously operating system 1000 with horizontally oriented, otherwise identical in design to that of Fig. 1 and similarly equipped flow recipient 20 and a continuously operating, also horizontally arranged continuous molding die 300 for the foam metal strand 503 formed within the entire primary material strand 50 . The strand 501 of the compacted, as shown in Fig. 1b and 1c in cross section rectangular or pre-material is unwound from a continuous roll of material and reaches - pulled by the rollers 101 of the feed and feed device 10 - in the guide space 25 of the with heating device 27 equipped heating and foaming receptacles 20 , the components of which are identified completely analogously to FIG. 1 and also function in an identical manner.
Direkt nach seinem Austreten aus der Rezipientenöffnung 22 der Ausbringungsdüse 220 gelangt der heiße, fließfähige Schaummetall-Strangabschnitt 502 zwischen die beiden Endlosbänder 301 der Schaumformgebungs-Kokille 300, wobei zwischen die Bänder 301 und den Schaumstrang oben und unten jeweils ein Blechband 05 - von Rollen 350 abgespult - zur Kaschierung des Metallschaum-Strangs 503 eingezogen werden. Vorteilhaft sind die Bänder 301 strangbewegungs-fortschreitend in flachem Winkel aufeinander zulaufend ausgerichtet, wodurch die Bindung der Blechfolie 05 an das Schaummetall gefestigt wird. Hilfreich dafür ist weiters die Erhitzungseinrichtung 357 für die Folienbänder 05 vor ihrem Einzug in die Einbringungsöffnung 31 der Kokille 300. Nach Erstarrung und dem Verlassen der Kokille 300 durch deren Schaummetallausbringungsöffnung 32 durchläuft der nun feste - in Fig. 1d als Rechteckprofil gezeigte - Schaummetallstrang 503 noch durch, gegebenenfalls etwa auch angetriebene, paarweise Führungs- oder Abzugsrollen 302. Die Steuerung der Anlage 1000 kann analog zu jener gemäß Fig. 1 ebenfalls mittels die Schäumungsfront 55 im Strang 50, 501, 502 detektierendem Sensor 70 und mit ihm und dem Antrieb 110 der Rezipienten-Einzugsrollen 101 sowie der Heizung 27, 273, 274 des Rezipienten 20 steuerungssignal-verbundener Steuerungseinheit 75 vorgenommen werden.Passes directly after exiting the receptacle opening 22 of the Ausbringungsdüse 220 of the hot, flowable foam metal extrusion section 502 between the two endless belts 301, the foam molding mold 300, between the belts 301 and the foam strand top and bottom in each case a sheet metal strip 05 - rolls 350 uncoiled - are drawn in to laminate the metal foam strand 503 . The strips 301 are advantageously aligned toward one another in a progressive manner as the movement of the strand progresses, as a result of which the bond between the sheet metal foil 05 and the foam metal is strengthened. The heating device 357 for the film strips 05 is also helpful for this before it is drawn into the insertion opening 31 of the mold 300 . After solidification and leaving the mold 300 through its foam metal discharge opening 32 , the now fixed foam metal strand 503 - shown as a rectangular profile in FIG. 1d - still runs through, possibly also driven, paired guide or take-off rollers 302 . The control of the system 1000 can be analogous to that according to FIG. 1 also by means of the sensor 70 detecting the foaming front 55 in the line 50 , 501 , 502 and with it and the drive 110 of the recipient feed rollers 101 and the heating 27 , 273 , 274 of the recipient 20 control signal-connected control unit 75 can be made.
Die Fig. 3 zeigt schematisch, wie anstelle einer mit Formgebungs-Bändern ausgerüsteten Durchlauf-Kokille eine solche auch mit - bevorzugterweise in hier nicht dargestellten Mehrzahl vorliegenden und vorteilhafterweise heiz- und/oder kühlbaren Formgebungswalzen 302 mit entsprechender Profilierung zur Herstellung von Schaummetall-Profilen 503 runden, quadratischen oder komplizierteren Querschnitts (Fig. 3a, b, c) dienen können. Figs. 3 shows schematically how, instead of with shaping belts equipped pass mold such with - preferably present in not shown here majority and advantageously heatable and / or coolable forming rollers 302 with the appropriate profiling for the production of foam metal profiles 503 round, square or more complex cross-section ( Fig. 3a, b, c) can serve.
Fig. 4 zeigt schematisch, wie in einem Heiz- und Schäumrezipienten 20 mit Heizspiralen 273 nebeneinander drei Führungskanäle 25 kreisrunden Querschnitts für rundes, schaumfähiges Vormaterial vorgesehen sein können, welche letztlich - nach entsprechender Vereinigung und Verjüngung - in eine gemeinsame Ausbringungs-Düsenöffnung 22 für den austretenden fließfähigen Metallschaumstrang münden. Fig. 4 shows schematically how in a heating and foaming container 20 with heating spirals 273 next to each other three guide channels 25 of circular cross-section can be provided for round, foamable primary material, which ultimately - after appropriate union and rejuvenation - in a common application nozzle opening 22 for the emerging flowable metal foam strand open.
Ebenfalls nur grob schematisch soll Fig. 5 zeigen, wie sich drei aus innerhalb einer umschreibenden Rechteckform an deren Umfangslinie angrenzenden Düsenöffnungen 22 eines - nicht gezeigten - Durchlaufrezipienten - austretenden Metallschaumsträngen 502 nach deren Vereinigung in einer Durchlauf-Kokille 300 mit Begrenzungswalzen 302 - ein Metallschaum-Strang 503 rechteckigen Querschnitts produzieren läßt.Also just a rough schematic to Figure 5 show how three from within a circumscribing rectangular shape at the circumferential line adjacent nozzle openings 22 a -. Not shown - pass recipient - emerging metal foam strands 502 after their association in a continuous-casting mold 300 with limiting rollers 302 - a metal foam Strands 503 can produce rectangular cross-section.
Für eine in der Fig. 6 (mit ansonsten zu den vorherigen Figuren analogen Bezugszeichenbedeutungen) gezeigten Fertigung von mit Schaummetall gefüllten Hohlprofilen, beispielsweise Rohren 30 ist eine Anlage vorgesehen, bei welcher das auszuschäumende Werkstück 30 selbst erst während des Einströmens des Metallschaumes 502 fortschreitend gebildet wird. Die Gesamtanlage weist hier als Hohlprofil-Erzeugungseinrichtung eine Strangpresse 60 für metallische Werkstoffe mit Rezipienten 62, Preßbolzen 61 und Düse 63 mit Dorn 631 auf, aus welcher kontinuierlich ein Metallrohr 30, z. B. aus einer Al-Legierung, ausgepreßt wird. Der Dorn 631 der Düse 63 ist nun so ausgebildet, daß in ihn die Ausbringungsöffnung 22 bzw. -düse 220 eines erfindungsgemäßen Metallschaum-Generierungsrezipienten 20 integriert ist. Zeit/mengensynchron mit der fortschreitenden Bildung des auszuschäumenden Hohlprofils 30 wird in dasselbe Metallschaum 502 aus dem Rezipienten 20 über die Dorn-Düse 220 eingebracht und erfüllt gleichzeitig mit der Bildung des Hohlprofils 30 dasselbe fortschreitend mit dem genannten Metallschaum 502, wobei unter Umständen gleich eine zumindest punktuelle Verschweißung von letztlich erstarrtem Schaum 502 und Hohlprofil 30 erfolgen kann. Da gleichzeitig mit der an sich volumsvermindernden Erstarrung des Schaums 502 zu 503 auch das Hohlprofil 30 querschnittsmäßig "schrumpft", kann erreicht werden, daß der mechanische Verbund von Schaumkern und Profil-Wandung gleich erhalten bleibt. Für den Fall verschiedener Schrumpfungsraten kann eine den Profil-Innenquerschnitt verringernde Letztbehandlung des erhaltenen Schaummetall/Metall-Verbundprofils, z. B. durch Recken, vorgesehen sein.For a production of hollow profiles filled with foam metal, for example pipes 30 , shown in FIG. 6 (with reference sign meanings otherwise analogous to the previous figures), a system is provided in which the workpiece 30 to be foamed is itself progressively formed only when the metal foam 502 flows in . The entire system here has as an hollow profile generating device an extrusion press 60 for metallic materials with recipients 62 , press bolts 61 and nozzle 63 with mandrel 631 , from which a metal tube 30 , e.g. B. is pressed out of an Al alloy. The mandrel 631 of the nozzle 63 is now designed so that the discharge opening 22 or nozzle 220 of a metal foam generation recipient 20 according to the invention is integrated into it. Time / quantity-synchronized with the progressive formation of the hollow profile 30 to be foamed is introduced into the same metal foam 502 from the recipient 20 via the mandrel nozzle 220 and at the same time progressively fulfills the same with the mentioned metal foam 502 with the formation of the hollow profile 30 , in which case at least one at least punctual welding of ultimately solidified foam 502 and hollow profile 30 can take place. Since the hollow profile 30 also "shrinks" in cross section with the volume-solidification of the foam 502 to 503 , it can be achieved that the mechanical bond between the foam core and the profile wall is retained in the same way. In the case of different shrinkage rates, a final treatment of the resulting foam metal / metal composite profile, e.g. B. be provided by stretching.
Fig. 6a zeigt eine Ausführungsvariante für die Erzeugung von Hohlprofilen. FIG. 6a shows a variant embodiment for the production of hollow profiles.
Bei einer Verfahrensweise gemäß den Fig. 7 und 8 ist ebenfalls eine Hohlprofil-Erzeugungseinrichtung vorgesehen, im konkreten Fall wieder eine Strangpresse 60, aus welcher fortschreitend ein Hohlprofil 30 ausgepreßt wird. An die Öffnung 31 des freien Endes des Hohlprofils 30 ist an dieses - metallschaumdicht anliegend oder mit diesem verbunden - die Metallschaum 502-Ausbringungsöffnung 22 bzw. Düse 220 eines Metallschaum-Generierungsrezipienten 20 angeschlossen und die Düse 220 bzw. mit ihr der Rezipient 20 wandern synchron mit dem Fortschreiten des Profilausstoßes aus der Strangpresse 60 mit (zurück), wobei zeit/mengen-synchron Metallschaum 502 aus dem Rezipienten 20 in den Innenraum des Hohlprofils 30 eingebracht wird. Zur Strangpreßdüse 63 hin erstarrt der Schaum 502 volumsvermindernd und bildet eine Art Stopfen 503, der infolge Kontraktion im sich fortschreitend bildenden Hohlprofil 30 gleitbar verschieblich ist und bei entsprechend gesteuerter Synchronisation von Strangpreß- und Schäumrate positionskonstant bleibend in Richtung zum Schaumgenerator 20 hin mit der Hohlprofil-Verlängerung mitwächst. Hier ist letztlich eine den Hohlprofil-Innenquerschnitt verringernde Nachbehandlung, z. B. eine Reckung vorzusehen.In a procedure according to FIGS. 7 and 8, a hollow profile generating device is also provided, in the specific case again an extrusion press 60 , from which a hollow profile 30 is pressed out progressively. At the opening 31 of the free end of the hollow section 30 is attached to this - connected metal-foam-tight fitting or by using this - the metal foam 502 -Ausbringungsöffnung 22 or nozzle 220 connected to a metal foam generation receptacle 20 and the nozzle wander 220 and with it the recipient 20 in synchronism with the progress of the profile ejection from the extruder 60 with (back), metal foam 502 being brought into the interior of the hollow profile 30 from the recipient 20 in a time / quantity-synchronous manner. Towards the extrusion die 63 , the foam 502 solidifies in a volume-reducing manner and forms a type of stopper 503 which , due to contraction, is slidably displaceable in the progressively forming hollow profile 30 and, with a correspondingly controlled synchronization of the extrusion and foaming rate, remains in a positionally constant manner in the direction of the foam generator 20 with the hollow profile. Extension grows with you. Ultimately, here is a post-treatment that reduces the hollow profile inner cross-section, e.g. B. to provide stretching.
Schlüssel zur Key to
Fig.Fig.
1
1
502/503502/503
Schäumendes/geschäumtes Metall
Foaming / foamed metal
3030th
Formgebungs-Kokille
Schlüssel zur Forming mold
Key to
Fig.Fig.
2
2nd
501501
Vormaterial oder -strang
Input material or strand
101101
Zuführungsrollen
Feed rolls
20312031
Isolation
isolation
2727
Heizeinrichtung
Heating device
5050
Materialstrang
Strand of material
220220
Erwärmte Düse
Heated nozzle
301301
Transportband (gekühlt)
Conveyor belt (cooled)
300300
Schaumformgebungskokille
Foam molding mold
0505
Optionale Abdeckschicht
a: Unterseite
b: Oberseite
Optional cover layer
a: bottom
b: top
5050
Schaummetall (erstarrt)
Foam metal (solidified)
Claims (42)
mindestens ein derartiger kompaktierter Vormaterial-Formkörper in mindestens einem, insbesondere induktions-, beheizbaren, bevorzugt länglichen, Heiz- und Schäum-Durchlauf-Rezipienten mit jeweils mindestens einer Ein- und mindestens einer Ausbringungsöffnung eingebracht wird,
in demselben, im wesentlichen unter Verschluß bzw. Abdichtung zur Einbringungsöffnung hin, auf eine oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels und zumindest bei, bevorzugt oberhalb, der Schmelztemperatur des Metalls bzw. der niedrigstschmelzenden Legierungskomponente bzw. der niedrigstschmelzenden, Komponenten-Zusammensetzung des Vormaterials (Solidustemperatur) liegende Temperatur erhitzt wird,
und daß der sich infolge Zersetzung des Treibmittels unter Volumszunahme im Rezipienten ausbildende, zumindest bis zu dessen Ausbringungsöffnung hin in fließfähig-plastischem Zustand gehaltene, heiße Metallschaum in Form eines im wesentlichen kontinuierlich ausgetragenen, fließfähig-flexiblen Metallschaum-Stranges in zumindest einen mit dem Schaummetall zu erfüllenden Hohlraum, insbesondere in das Innere, einer Schaummetall-Formgebungs-Kokille volumsfüllend eingebracht und dort zum Erstarren gebracht wird,
wonach gegebenenfalls ein Entformen des erstarrten, Poren aufweisenden, Schaummetall-Formkörpers bzw. -Werkstückes und dessen eventuelle Final-Formgebung bzw. -Behandlung erfolgt.1. Process for the production of gas-generated cavities or pores having moldings or workpieces based on (light) metals or (light) metal alloys, preferably based on aluminum, using at least one by compacting a mixture or mixture of Particles or powders of at least one (light) metal or one (light) metal alloy with particles or powders of at least one propellant body produced at a higher temperature and which releases a pore-generating gas - characterized in that
at least one compacted preform material of this type is introduced into at least one, in particular induction, heatable, preferably elongate, heating and foaming pass-through recipient, each with at least one inlet opening and at least one discharge opening,
in the same, essentially with a seal or seal towards the insertion opening, at above the decomposition temperature of the blowing agent and at least at, preferably above, the melting temperature of the metal or the lowest-melting alloy component or the lowest-melting component composition of the primary material (solidus temperature) lying temperature is heated,
and that the hot metal foam which forms as a result of the decomposition of the blowing agent and increases in volume in the recipient, at least up to its discharge opening, is kept in a flowable-plastic state in the form of an essentially continuously discharged, flowable-flexible metal foam strand in at least one with the foam metal filling cavity, in particular into the interior, of a foam metal shaping mold is filled to fill the volume and solidified there,
after which, if necessary, the rigid, porous foam metal molded body or workpiece is removed from the mold and its final shaping or treatment, if any.
mindestens einen von einer Zuführungs- und Vorschubeinrichtung (10), insbesondere mit Vorschubrollen oder -walzen (101), mit latent schäumfähigem Vormaterial (501) auf Basis eines kompaktierten Metall/Metall-Legierungs-Treibmittel-Gemenges, bevorzugt in Lang- bzw. Endlosform, wie insbesondere in Stangen-, Draht-, Band- oder Profil-Form, einbringungsseitig versorgbaren, mittels mindestens einer Heizeinrichtung (27), bevorzugt auf Basis von Induktion, im wesentlichen in voller Länge heizbaren, im wesentlichen rohartigen Rezipienten (20) mit in Vorschubrichtung (r) länglichem Innenraum (25) jeweils gewünschten Querschnittsprofils umfaßt, dessen Querschnittsfläche (q1) im Nahbereich seiner mindestens einen Ausbringungsöffnung (22), bevorzugt stetig, zu dieser Öffnung (22) bzw. zu diesen Öffnungen hin sich verjüngend ausgebildet ist,
an welche, bevorzugt düsenartig ausgebildete(n), Ausbringungsöffnung(en) (22) für den im Rezipienten mittels Heizung generierten, fließhähig-plastischen Metallschaum (502) die Einbringungsöffnung(en) (31) mindestens einer Einzel-Formgebungs-Kokille (30), eines einen mit Schaummetall zu füllenden Hohlraum aufweisenden Werkstücks, insbesondere Hohlteils, Hohlprofils oder mindestens einer Durchlauf-Formgebungskokille (300), bevorzugt mit beweglichen Bändern (301) und/oder Rollen bzw. Walzen (302) als Wandungselemente, gegebenenfalls im wesentlichen metallschaum-dicht, angeschlossen ist. 27. Plant for the production of gas-generated cavities or pores having moldings or workpieces based on (light) metals or (light) metal alloys, preferably based on aluminum, using at least one, by compacting a mixture or batch of particles or powder of at least one (light) metal or one (light) metal alloy with particles or powder of at least one preformed preform material - which releases a pore-generating gas at elevated temperatures - prefabricated molded article, preferably for carrying out the method according to one of the Claims 1 to 26, characterized in that they
at least one of a feed and feed device ( 10 ), in particular with feed rollers or rollers ( 101 ), with latent foamable starting material ( 501 ) based on a compacted metal / metal alloy blowing agent mixture, preferably in long or endless form , as in particular in the form of a rod, wire, tape or profile, can be supplied on the insertion side, by means of at least one heating device ( 27 ), preferably based on induction, essentially full-length, essentially crude receivers ( 20 ) with in feed direction comprises respectively desired cross-sectional profile (s) elongated inner space (25) whose cross-sectional area (Q 1) in the vicinity of its at least one output opening (22), preferably continuously, is tapered to this opening (22) and to said openings out
to which, preferably nozzle-like, discharge opening (s) ( 22 ) for the flowable plastic metal foam ( 502 ) generated in the recipient by means of heating, the insertion opening (s) ( 31 ) of at least one individual shaping mold ( 30 ) , a workpiece having a cavity to be filled with foam metal, in particular hollow part, hollow profile or at least one continuous shaping mold ( 300 ), preferably with movable belts ( 301 ) and / or rollers or rollers ( 302 ) as wall elements, optionally essentially metal foam tight, connected.
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