ES2240704T3 - Procedimiento para la fabricacion de espuma metalica y cuerpo metalico fabricado a continuacion. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la fabricación de espuma metálica mediante añadido de un agente de expansión a un baño de metal fundido caracterizado porque se deposita el baño de metal fundido en el espacio hueco del molde de una moldeadora a presión metálica y se espuma con un agente de expansión sólido disolvente de gas a temperatura ambiente.

Description

Procedimiento para la fabricación de espuma metálica y cuerpo metálico fabricado a continuación.

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de espuma metálica en una moldeadora a presión metálica, especialmente de espuma metálica de material de aluminio, así como a un cuerpo metálico fabricado según este procedimiento, por ejemplo, un componente de material de aluminio este tipo.

Es conocida la fabricación de piezas de construcción a partir de materiales metálicos espumados. Estos se caracterizan, entre otras cosas, por la facilidad de construcción, rigidez, resistencia a la presión y una mejorada amortiguación mecánica y acústica. De esta forma, por ejemplo, se funden núcleos de fundido de espuma de aluminio con un material de aluminio o se colocan como molde en un componente. Se fabrican envoltura y núcleo y/o molde separadamente y se unen unos con otros a continuación. Esto tiene como consecuencia, además de un elevado gasto de producción, una escasa calidad de producción.

La base de semiacabado de aluminio con contenido de espuma es polvo de aluminio oscurecido, al cual se le mezcla un agente de expansión. De esta forma, por ejemplo, según el documento DE-A-19744300, se calienta un cuerpo prensado a partir de una mezcla de polvo en un recipiente cerrado y calefactable a una temperatura por encima de la temperatura de disolución del agente de expansión y/o de la temperatura de fusión del metal.

El polvo se comprime y el molde así obtenido se deposita en la zona que se ha de espumar de un componente y se espuma a través de un calentamiento de hasta 650ºC. En este punto, la "envoltura" puede dar lugar a deformaciones inadmisibles o el proceso de espuma tiene lugar de forma desigual.

Igualmente es posible un sinterizado de esferas huecas metálicas o una infiltración de baño de metal fundido en núcleos y/o cuerpos de relleno que se eliminan tras la solidificación de la fusión.

Tras un procedimiento conforme al documento JP-A-03017236, se producen artículos metálicos con espacios huecos, de manera que se disuelven gases en un baño de metal fundido y el proceso de espumado se inicia a través de un decremento de presión. A través del enfriado de la fusión se estabiliza la espuma.

Siguiendo la teoría del documento JP-A-09241780 se obtiene espuma metálica bajo desencadenamiento controlado de gases combustibles, en la que se funde en primer lugar un metal a temperaturas por debajo de la temperatura de disolución del agente de expansión usado. Mediante la consiguiente dispersión del agente de expansión en metal fundido y el calentamiento de la matriz por encima de la temperatura necesaria entonces para el desencadenamiento de gases combustibles, se establece una espuma metálica.

W. Thiele: Füllstoffhaltiger Aluminiumschwamm - ein kompressibler GuBwerkstoff zur Absorption von StoBenergie, en Metall 28, 1974, cuaderno 1, páginas 39 a 42 describe la fabricación de espuma de aluminio. Los espacios huecos pretendidos se fijan en tamaño, forma y lugar en forma de una carga aislada de materia ligera, anorgánica y fácilmente comprimible, como por ejemplo, minerales arcillosos hinchables, barro expansivo, esferas de espuma de cristal o esferas huecas, etc. La carga de materia ligera se lleva a un molde de fusión. Los espacios intermedios de la carga se rellenan con metal. La espuma de aluminio así conservada es relativamente mala en cuanto a su capacidad de soportar carga mecánica y contiene el material de la carga.

Los documentos DE-B-11 64 103 y DE-B-1164 102 se refieren a un procedimiento para la fabricación de cuerpos de espuma metálica. Durante este procedimiento se mezcla un material sólido, que se disuelve con calentamiento bajo la formación de gas, con un metal fundido, de tal forma que el material sólido se humedece mediante el metal. Así, por ejemplo, se añade hidruro de titanio en polvo a una aleación fundida de aluminio y magnesio a una temperatura de 600ºC. La espuma así formada y cerrada se funde a continuación en un molde para allí enfriarse y ponerse rígida. Evidentemente, tampoco aquí se trabaja en un sistema cerrado sino en un sistema abierto.

El documento GB-A-892934 se refiere a la fabricación de estructuras complejas con núcleo de metal espumado y superficie de metal cerrada no porosa, con lo cual la realización del procedimiento descrito de llenado de la mezcla metálica del agente de expansión en el molde depende del arranque del proceso de espumado.

El documento DE-C-19832794 describe un procedimiento de fabricación de un perfil hueco que es llenado con espuma metálica. Este procedimiento comprende los pasos del prensado del perfil hueco a partir de un material de revestimiento con una prensa de extrusión que presenta material de presa de extrusión con una matriz y un mandril, de la administración de la espuma metálica de un material espumado a través de un canal de administración que se forma en el mandril.

Ya conocido es el fundido de piezas de metal con espuma perdida según el documento EP-B-0461052. El documento WO 92/21457 describe la fabricación de espuma de aluminio de tal manera que se inyecta gas bajo la superficie de un metal fundido, en el que los materiales abrasivos sirven como estabilizadores.

El documento EP-B-0666784 describe un procedimiento par fundir en molde una espuma metálica estabilizada por medio de partículas, en particular, una aleación de aluminio en la que se calienta una fusión de una matriz metálica y partículas de estabilización sólidas distribuidas de forma fina, por encima de la temperatura de solidificación de la matriz metálica y el soplado de gas en la unión metálica fundida, por debajo de cuyas superficies se deja escapar, para formar con ello una espuma estabilizada líquida en la superficie de la unión metálica fundida. Característico es una fundición en molde de la espuma metálica mediante prensado de la espuma líquida y estabilizada en un molde y con una presión que sólo cesa cuando la espuma líquida toma la forma del molde sin comprimirse sustancialmente las celdas de la espuma y el consiguiente enfriamiento y solidificación de la espuma para mantener un objeto moldeado. En esto, se prensa la espuma en el molde por medio de una plancha móvil. Una primera plancha móvil prensa la espuma líquida en el molde y en el objeto de espuma moldeado conforma una superficie lisa. Una segunda plancha móvil se prensa en la espuma dentro de un molde para conformar en el objeto de espuma superficies interiores lisas. La conformación puede realizarse también por medio de rodillos.

El documento EP-A-0804982 informa sobre otro procedimiento de fabricación de partículas moldeadas de espuma metálica. Aquí se realiza el espumado en una cámara calefactable fuera de un molde de fundición en el que el volumen del material pulvimetalúrgico de partida producido en la cámara para la espuma metálica en su capacidad general de espumar en la fase de espumado corresponde, en lo esencial, al volumen de relleno del molde de fundición. Toda la espuma metálica situada en la cámara se prensa en el molde de fundición, en el que se continúa un espumado con la capacidad de espumar restante, hasta el llenado completo del molde de fundición. El molde es un molde de arena o de cerámica, la espuma metálica se produce como semiproducto en la cámara y se prensa primeramente tras el espumado en el molde, por ejemplo, mediante un pistón. Al prensar la espuma en el molde se recorta éste. El molde no se llena con una espuma de estructura en sí intencionadamente no homogénea.

El documento DE-A-19501508 da a conocer un procedimiento para la fabricación de un perfil hueco de peso reducido y elevada rigidez, por ejemplo, un componente para un chasis de vehículo. Este está compuesto en una fundición a presión de aluminio en cuyos espacios huecos se encuentra un núcleo de espuma de aluminio. El núcleo de espuma integrado se fabrica por medios pulvimetalúrgicos y a continuación se fija en la pared interior de una herramienta de fundido y se funde mediante un procedimiento de moldeado a presión con metal.

La disolución y/o insuflación de gases de expansión en el baño de metal fundido no es apropiada para la fabricación de componentes de construcción próximos al contorno final ya que un sistema compuesto por fusión con inyección oclusiva de gas no es suficientemente estable en el tiempo para ser elaborado en herramientas moldeantes.

El objetivo de la invención es, por tanto, proponer un sencillo procedimiento capaz de preparar masas de espuma metálica, que permita la fabricación, con un gasto reducido, de cuerpos metálicos próximos al contorno final.

La solución del objetivo anteriormente mencionado consiste en una primera forma de realización en un procedimiento de fabricación de espuma metálica mediante el añadido de un agente de expansión a un baño de metal fundido, caracterizado porque se produce el baño de metal fundido en el espacio hueco del metal de una moldeadora a presión metálica y se espuma con un agente de expansión sólido capaz de desintegrar gas a temperatura ambiente.

Sorprendentemente se descubrió que en particular la espuma de metal ligero, por ejemplo, de aluminio o aleación de aluminio como espumas integrales, es decir, con piel exterior cerrada, permite fabricarse, como material graduado y próximo al contorno final en un paso mediante un proceso de fusión en una moldeadora a presión habitual en el mercado, basándose en el uso de agente de expansión sólido capaz de desintegrar gas como, por ejemplo, un hidruro metálico, en particular, un hidruro de metal ligero.

Durante el moldeado a presión en el sentido de la presente invención se prensa metal líquido o viscoso con una alta presión en un molde que representa el espacio hueco del molde. Durante el procedimiento de cámara caliente se pulveriza el metal directamente desde el espacio de fusión en el molde con hasta 10^{7} PA aprox., durante el procedimiento de cámara fría preferible de acuerdo a la invención, por ejemplo, para materiales de aleaciones de Al o Mg, se prensa la fusión primero en una cámara intermedia fría y de allí con más de 10^{8} PA en el molde. El rendimiento de fusión del procedimiento de cámara caliente es más alto aunque también, efectivamente, lo es el deterioro de la instalación. Las ventajas del fundido a presión consisten en la buena solidez del material, las superficies limpias, la alta precisión en las dimensiones, el escaso espesor de pared preciso, la posibilidad de formación de piezas de fundido complejas y la alta velocidad de trabajo. Estas ventajas pueden mejorarse mediante depresión (vacío) en el molde. Ventajosas son, en este sentido, las moldeadoras a presión en tiempo real disponibles en el mercado.

El desarrollo del procedimiento preferible según la invención comprende el llenado del volumen preciso de baño de metal fundido en la cámara de llenado y/o de fundido y su depósito en un espacio hueco del molde hueco durante el añadido del agente de expansión al baño de metal fundido. El baño de metal fundido y el agente de expansión se pone en contacto en una forma de realización en el espacio hueco del molde, en el que el molde se llena o se llena insuficientemente de forma definida en volumen con la mezcla de fusión y agente de expansión.

En otra forma de ejecución preferida, el agente de expansión se pone en contacto con el baño de metal fundido no directamente en el espacio hueco del molde, sino en una cámara de llenado o de fundido y, a continuación, la mezcla se deposita en el espacio hueco del molde.

El depósito del agente de expansión en la cámara de llenado o cámara de fundido por un lado, y/o en el espacio hueco del molde por otro, puede realizarse antes, durante y/o después del depósito del baño de metal fundido en la cámara respectiva. Durante el depósito de baño de metal fundido y agente de expansión no es preciso un proceso de mezcla especial. Más bien la mezcla se realiza durante un procedimiento conforme la invención mediante el depósito del baño del metal fundido realizado en la moldeadora a presión con gran velocidad en la cámara del molde, a saber, independientemente del momento de añadido del agente de expansión al baño de metal fundido.

Significativo para la presente invención es, no obstante, que el espumado se realiza mediante la disolución del gas del agente de expansión en lo esencial en el espacio hueco del molde.

El propio espumado se realiza en el espacio hueco del molde que presenta un molde cerrado. Este puede disponer, sin embargo, como en el fundido a presión o similares, de los canales de ascenso para la ventilación. A continuación, se realiza la emisión del cuerpo metálico esencialmente espumado.

En otra configuración, se deposita el agente de expansión directamente en la cámara de llenado o de fusión o en la cavidad del molde para el baño del metal fundido, en el que, respectivamente, en un paso de trabajo se fabrican cuerpos de metal espumado de manera integral. Estos presentan una superficie lisa, cuya formación es bien reproducible. A consecuencia del posible llenado por pulverización, se pueden ajustar diferentes fuerzas de pared. Las paredes están cerradas por todos los lados, son limpias, estancas y homogéneas. Normalmente, no es necesario un posterior tratamiento. Los cuerpos metálicos fabricados son siempre más porosos hacia adentro y presentan una graduación de la estanqueidad.

El agente de expansión debería, respecto a su temperatura de disolución, ajustarse a la temperatura de disolución del material de fusión (baño de metal fundido). La disolución sólo puede comenzar por encima de 100ºC y no debe ser superior a 150ºC aproximadamente, por encima de la temperatura de fusión.

En relación con el material completo, la proporción de metal en el cuerpo de metal fabricado puede situarse en el intervalo del 5% al 95% en volumen o en peso, dependientemente del volumen o de la densidad del cuerpo metálico, en el que una menor relación entre volumen y superficie habla de un mayor grado de llenado.

A continuación la invención será descrita más detalladamente en un ejemplo de realización.

Ejemplo de realización

En una moldeadora a presión disponible en el mercado, por ejemplo, una moldeadora a presión de la serie Evolution de Bühler Druckguss AG, debe fabricarse la pieza de un vehículo de un material de aluminio íntegramente como cuerpo metálico espumado. Para esto, una cámara de fundido de la moldeadora a presión se llenó con una cantidad correspondiente de baño de metal fundido. En la cámara de fundido cerrada fue añadido al metal líquido, hidruro de magnesio en forma de polvo como agente de expansión. Casi al mismo tiempo comenzó un rápido intercalado de la mezcla del agente de expansión y baño de metal fundido en el espacio hueco del molde. El espacio hueco del molde se llenó de forma definida en volumen. Mediante las turbulencias surgidas se realizó una buena mezcla en el espacio hueco del molde y el espumado. El metal se endureció en las paredes del molde y formó una pared estanca y homogénea del cuerpo metálico, siendo ajustable la robustez de la pared como también la porosidad y su graduación mediante variación de los parámetros del procedimiento.

El "disparo" se realizó antes de la formación de espuma; el proceso de espumado se desarrolló in situ en el espacio hueco del molde. Se espumó rápidamente en el molde frío. El componente presentaba una masa de sólo el 40% aprox. comparado con piezas de moldeadora a presión convencionales.

El cuerpo de metal fabricado conforme al ejemplo de un material de aluminio presentaba una escasa densidad de magnesio, pero aproximadamente su rigidez de torsión.

Claims (6)

1. Procedimiento para la fabricación de espuma metálica mediante añadido de un agente de expansión a un baño de metal fundido caracterizado porque se deposita el baño de metal fundido en el espacio hueco del molde de una moldeadora a presión metálica y se espuma con un agente de expansión sólido disolvente de gas a temperatura ambiente.

2. Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque se llena o se llena de forma insuficiente el espacio hueco del molde de forma definida respecto al volumen y se realiza el espumado en un espacio hueco de molde no calefactable.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2 caracterizado porque se pone en contacto el agente de expansión con el baño de metal fundido en una cámara de llenado o de fundido y, a continuación, se deposita la mezcla en el espacio hueco del molde.

4. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2 caracterizado porque se deposita el agente de expansión en el espacio hueco del molde.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque se deposita el agente de expansión en el espacio hueco del molde antes, durante y/o después del depósito del baño de metal fundido en el mismo.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizadas porque se emplea un baño de metal ligero, especialmente de aluminio o aleaciones de aluminio.