SK288885B6 - Method for production of component made of metal foam, a mould for carrying out the method and the component produced by the method - Google Patents

Method for production of component made of metal foam, a mould for carrying out the method and the component produced by the method Download PDF

Info

Publication number
SK288885B6
SK288885B6 SK500462015A SK500462015A SK288885B6 SK 288885 B6 SK288885 B6 SK 288885B6 SK 500462015 A SK500462015 A SK 500462015A SK 500462015 A SK500462015 A SK 500462015A SK 288885 B6 SK288885 B6 SK 288885B6
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
mold
metal foam
fluid
metal
manufacturing
Prior art date
Application number
SK500462015A
Other languages
Slovak (sk)
Other versions
SK500462015A3 (en
Inventor
Dr. Ing. Simančík František
Original Assignee
Ústav Materiálov A Mechaniky Strojov Sav
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ústav Materiálov A Mechaniky Strojov Sav filed Critical Ústav Materiálov A Mechaniky Strojov Sav
Priority to SK500462015A priority Critical patent/SK288885B6/en
Priority to PCT/IB2015/059639 priority patent/WO2017037522A1/en
Priority to US15/756,318 priority patent/US11229948B2/en
Priority to JP2018529748A priority patent/JP6748208B2/en
Priority to AU2015407251A priority patent/AU2015407251B2/en
Priority to RU2018110874A priority patent/RU2696998C1/en
Priority to ES15200292T priority patent/ES2867810T3/en
Priority to KR1020187008700A priority patent/KR102391939B1/en
Priority to MX2018002444A priority patent/MX2018002444A/en
Priority to CN201580084125.XA priority patent/CN108136494B/en
Priority to EP15200292.9A priority patent/EP3135404B1/en
Priority to CA2996474A priority patent/CA2996474C/en
Publication of SK500462015A3 publication Critical patent/SK500462015A3/en
Priority to IL257774A priority patent/IL257774B/en
Priority to ZA2018/01984A priority patent/ZA201801984B/en
Publication of SK288885B6 publication Critical patent/SK288885B6/en

Links

Landscapes

  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

A method is disclosed, wherein a semi-product in the form of granulate from mixture of metal alloy powder and foaming agent is placed into a cavity of a closing mould. Liquid having higher density as is fictitious density of resulting foam is introduced to the semi-product. The liquid has higher temperature than is melting temperature of powder metal alloy. The semi-product subsequently expands and is upheld by the liquid. At least a part of the liquid is pressed out of the mould through an opening during the expansion. The melt can partly remain in the mould whereby a hybrid structure of the component is formed. The disclosed method substantially speeds up foaming, ensures the homogeneity of metal foam, simplifies the moulds and diminishes the energetic demands of the process.

Description

Vynález sa týka spôsobu výroby súčiastok z kovovej peny, najmä komplexných a rozmerných súčiastok, kde spôsob umožňuje lýchle, rovnomerné a riadené napeňovanie vo forme. Vynález tiež opisuje formu výhodne používanú pri napeňovaní a súčiastku vyrobenú prostredníctvom nového spôsobu distribúcie tepla pri napeňovaní.The invention relates to a process for the production of metal foam components, in particular complex and dimensional components, the process enabling rapid, uniform and controlled foaming in the mold. The invention also describes a mold preferably used in foaming and a part made by a new method of heat distribution during foaming.

Doterajší stav technikyPrior art

Súčiastky z kovových pien sa v súčasnosti vyrábajú štyrmi základnými spôsobmi:Metal foam components are currently manufactured in four basic ways:

• priamym speňovaním taveniny kovu pomocou plynu vháňaného do taveniny alebo pomocou primiešaného peniaceho činidla, ktoré sa po pridaní do taveniny rozkladá, pričom generuje plyn, • odliatím kovovej zliatiny do vhodnej formy, ktorej dutina vytvára presnú štruktúru výslednej kovovej peny, pričom táto forma sa vytvára vhodnou depozičnou metódou na model z polymémej peny, ktoiý je následne vhodnou metódou z formy odstránený, • priamou depozíciou kovu metódou 3 D tlače alebo na vhodný polymémy model peny, ktoiý sa následne odstraňuje, • speňovaním kompaktných výliskov alebo granulátu vyrobených z práškovej zmesi pozostávajúcej zo základného prášku kovovej zliatiny a prídavného prášku peniaceho činidla (spravidla kovového hydridu alebo uhličitanu), pričom sa výlisky/granulát umiestnené vo vhodnej forme zahrievajú až na teplotu tavenia, kedy sa v roztavenom prášku kovovej zliatiny rozkladom peniaceho činidla začnú vytvárať plynové póry, čím výlisok/granulát expanduje, až kým sa nevyplní celá dutina formy.• direct foaming of the metal melt by means of a gas blown into the melt or by means of a mixed foaming agent which decomposes on addition to the melt, generating gas; by a suitable deposition method on a polymeric foam model which is subsequently removed from the mold by a suitable method, • by direct metal deposition by the 3D printing method or on a suitable polymeric foam model which is subsequently removed, of the base metal alloy powder and the additional foaming agent powder (usually metal hydride or carbonate), the compacts / granules placed in a suitable form being heated up to the melting point, at which gas pores begin to form in the molten metal alloy powder by decomposition of the foaming agent. the granulate expands until the cell is filled á cavity mold.

Všetky uvedené principiálne metódy majú svoje zásadné obmedzenia, ktoré napriek výnimočným vlastnostiam doteraz neumožnili významné rozšírenie sériovej výroby súčiastok z kovových pien.All the mentioned principal methods have their fundamental limitations, which, despite their exceptional properties, have not yet enabled a significant expansion of the serial production of metal foam components.

Priame speňovanie taveniny naráža na problém rovnomernej distribúcie plynu, resp. častíc peniaceho činidla v tavenine, pretože plyn, resp. peniace činidlo sa musia dodávať do taveniny postupne a musia sa v nej vhodným spôsobom zamiešať. Dochádza pritom k nerovnomernému napeňovaniu rôznych častí taveniny, ktorú je navyše potrebné vhodne stabilizovať pridaním alebo vytvorením stabilizačných keramických častíc, aby nedochádzalo ku kolapsu prvých pórov, kým sa celý objem taveniny nenapení. Problémom je aj samotné miešanie taveniny, ktoré neumožňuje výrobu komplexných rozmerných hotových súčiastok, pretože sa v ich formách nedajú vhodne umiestniť miešadlá. Tento spôsob sa preto väčšinou obmedzuje na výrobu menej zložitých a objemných penových súčiastok, ako sú bloky, panely a pod. Komplexné tvarové súčiastky sa z nich potom vytvárajú mechanickým obrábaním.Direct foaming of the melt encounters the problem of uniform gas distribution, resp. of foaming agent particles in the melt, because the gas, resp. the foaming agent must be added to the melt gradually and must be mixed in a suitable manner. There is an uneven foaming of the various parts of the melt, which, in addition, must be suitably stabilized by adding or forming stabilizing ceramic particles so that the first pores do not collapse until the entire volume of the melt is foamed. Another problem is the mixing of the melt itself, which does not allow the production of complex dimensional finished parts, because the stirrers cannot be placed properly in their forms. This method is therefore mostly limited to the production of less complex and bulky foam components, such as blocks, panels and the like. Complex shaped parts are then formed from them by mechanical machining.

Depozičné metódy sú jednak veľmi pomalé a nákladné, jednak takisto neumožňujú výrobu komplexných súčiastok veľkých rozmerov, vzhľadom na možnosti súčasných depozičných zariadení, ako aj s ohľadom na komplikované následné tepelné spracovanie vytvorených pien.Deposition methods are both very slow and expensive, and also do not allow the production of complex components of large dimensions, due to the possibilities of current deposition equipment, as well as due to the complicated subsequent heat treatment of the formed foams.

Speňovanie práškových výliskov naopak umožňuje priamu výrobu hotových tvarových súčiastok, pokiaľ sa práškový polotovar ponechá expandovať teplom vo vhodnej dutine formy, až kým sa dutina nevyplní. Nie je pritom potrebné miešadlo, pretože peniace činidlo je už rovnomerne zamiešané v zlisovanej zmesi prášku v polotovare. Problémom však ostáva rovnomernosť napenenia súčiastky, pretože práškový polotovar sa v uzatvorenej dutine formy ohrieva postupne od jej stien, čím dochádza k predčasnému napeneniu v blízkosti stien formy a kúsky polotovaru v strede objemu formy ostávajú často nenapenené. Aby nedochádzalo ku kolapsom pórov, ktoré sú v kontakte so stenou formy, musí mať stena formy teplotu blízku teplote tavenia kovovej zliatiny, čo výrazne spomaľuje celý proces penenia. Forma musí byť okrem toho tenkostenná, pretože celý transfer tepla do práškového polotovaru, ktoré je potrebné na jeho roztavenie, prebieha cez stenu formy navyše pri malom teplotnom rozdiele. Formy, ktoré nemajú dobrú tepelnú vodivosť, napr. pieskové alebo keramické škrupinové, sa preto použiť nedajú. Najčastejšie sa preto používajú tenkostenné kovové formy, ktoré sa však vplyvom neustále sa meniacej teploty v dôsledku tepelných pnutí deformujú a je potrebné ich často nahrádzať, aby sa dosiahla požadovaná tolerancia rozmerov. Alternatívne sa používajú aj formy vyrobené z grafitu, ktoré síce majú dobrú rozmerovú stálosť, sú však náchylné na poškodenie a pri vysokých teplotách ich treba chrániť pred oxidáciou. Veľké a komplexne tvarované súčiastky sa preto týmto spôsobom tiež efektívne vyrábať nedajú. Dlhý čas procesu penenia navyše významne znižuje výrobnú produktivitu a zvyšuje náklady celého procesu, pretože je potrebná paralelná práca naraz vo viaceíých pomerne drahých trvalých formách a zariadeniach.The foaming of powder moldings, on the other hand, allows the direct production of finished shaped parts, as long as the powder blank is allowed to expand by heat in a suitable mold cavity until the cavity is filled. A stirrer is not required, since the foaming agent is already uniformly mixed in the compressed powder mixture in the semi-finished product. However, the uniformity of the foaming of the part remains a problem because the powder blank is gradually heated from the walls in the closed mold cavity, causing premature foaming near the mold walls and often leaving the blank pieces in the middle of the mold volume unfoamed. In order to avoid collapse of the pores which are in contact with the mold wall, the mold wall must have a temperature close to the melting temperature of the metal alloy, which significantly slows down the whole foaming process. In addition, the mold must be thin-walled, because all the heat transfer to the powder blank, which is necessary for its melting, takes place through the wall of the mold in addition with a small temperature difference. Molds that do not have good thermal conductivity, e.g. sand or ceramic shells, therefore, cannot be used. Therefore, thin-walled metal molds are most often used, which, however, are deformed due to the constantly changing temperature due to thermal stresses and need to be replaced frequently in order to achieve the required dimensional tolerance. Alternatively, molds made of graphite are used, which, although they have good dimensional stability, are prone to damage and must be protected from oxidation at high temperatures. Therefore, large and complexly shaped components cannot be produced efficiently in this way. In addition, the long foaming process time significantly reduces production productivity and increases the cost of the entire process, as parallel work is required at once in more relatively expensive permanent molds and equipment.

Je žiadané a nie je známe jednoduché riešenie, ktoré vo forme zabezpečí efektívnu distribúciu tepla k speniteľnému polotovaru, najmä v podobe granulátu, pričom riešenie umožní proces napeňovania nielen ziýchliť, ale aj riadiť na dosiahnutie požadovaných vlastností penovej štruktúry.A simple solution is desired and not known, which in the form ensures efficient heat distribution to the foamable semi-finished product, especially in the form of granules, while the solution allows not only to accelerate the foaming process but also to control the foam structure properties.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňuje spôsob výroby súčiastok z kovovej peny podľa nárokov 1 až 9. Podstata vynálezu spočíva predovšetkým v novom spôsobe ohrevu práškového speniteľného polotovaru v dutine formy, ktorý zabezpečí jeho lýchle a rovnomerné roztavenie, bez potreby dlhodobého transferu tepla cez stenu formy, a tým bez rizika prehriatia peny s následkom kolapsu pórov pri okraji steny formy.The method of manufacturing metal foam components according to claims 1 to 9 is substantially eliminated by the above-mentioned disadvantages. and thus without the risk of foam overheating resulting in the pores collapsing at the edge of the mold wall.

Speniteľný práškový polotovar sa vloží do dutiny formy, ktorá má vtok na taveninu. Po vložení speniteľného polotovaru, napríklad granulátu, do formy sa cez vtok forma zaplní vhodnou tekutinou, ktorá má teplotu dostatočne vyššiu, ako je teplota tavenia speniteľného polotovaru. Po úplnom zaplnení formy tekutinou sa táto okamžite dostane do bezprostredného kontaktu s každým kúskom speniteľného polotovaru, pričom mu lýchlo odovzdá teplo, až kým sa vzájomne teploty nevyrovnajú. Tekutina v tejto etape plní funkciu prenosu tepla, teplo je pritom distribuované priamo dovnútra formy na povrch každej čiastočky speniteľného polotovaru. Takýto prenos tepla je významne rýchlejší ako postupný prenos z povrchu formy a následný proces vzájomného odovzdávania tepla medzi čiastočkami speniteľného polotovaru. Do tekutiny sa pritom vopred naakumuluje potrebné množstvo tepla, ktoré stačí na ohriatie a roztavenie speniteľného polotovaru.The foamable powder blank is inserted into a mold cavity which has a melt inlet. After insertion of the foamable semi-finished product, for example granules, into the mold, the mold is filled through an inlet with a suitable liquid which has a temperature sufficiently higher than the melting point of the foamable semi-finished product. When the mold is completely filled with liquid, it immediately comes into direct contact with each piece of foamable semi-finished product, quickly transferring heat to it until the temperatures equal each other. At this stage, the liquid performs the function of heat transfer, while the heat is distributed directly inside the mold to the surface of each particle of the foamable semi-finished product. Such heat transfer is significantly faster than the gradual transfer from the mold surface and the subsequent process of heat transfer between the particles of the foamable blank. The required amount of heat is pre-accumulated in the liquid in advance, which is sufficient for heating and melting the foamable semi-finished product.

Konkrétne množstvo tepla závisí od merného tepla použitej tekutiny, pomeru hmotnosti speniteľného polotovaru a tekutiny, merného tepla speniteľného polotovaru, latentného tepla tavenia speniteľného polotovaru a rozdielu teplôt medzi speniteľným polotovarom vo forme a teplotou tekutiny. Množstvo tepla potrebné na dokonalé spenenie speniteľného polotovaru sa takto dá po započítaní predpokladaných strát do stien formy presne nastaviť teplotou tekutiny na dané množstvá speniteľného polotovaru a tekutiny.The particular amount of heat depends on the specific heat of the fluid used, the weight ratio of the foamable blank to the liquid, the specific heat of the foamable blank, the latent heat of fusion of the foamable blank and the temperature difference between the foamable blank and the fluid temperature. The amount of heat required for perfect foaming of the foamable semi-finished product can thus be precisely set by the temperature of the liquid to the given amounts of foamable semi-finished product and liquid, after taking into account the expected losses in the walls of the mold.

Natavený speniteľný polotovar začne okamžite expandovať vytváraním plynových pórov pomocou peniaceho činidla a jeho zdanlivá hustota sa takto začne výrazne znižovať. Vytváraná pena plávajúca na teploprenosnej tekutine je gravitačnou silou automaticky tlačená do vrchnej časti dutiny formy, pričom ťažšia tavenina sa zhromažďuje v jej spodnej časti. Tekutina teda okrem teploprenosnej funkcie má aj schopnosť napomáhať pohybu čiastočiek speniteľného polotovaru práve vo fáze, kedy tieto začínajú expandovať. Použitím tekutiny sa dosahuje významný synergický efekt, tekutina rýchlo prenesie teplo a zároveň zjednodušuje distribúciu polotovaru pri napeňovaní. Tekutina je expandujúcim polotovarom cez vtok vytláčaná von z formy do vhodnej zbernej nádoby. Proces sa ukončuje, keď speniteľný polotovar expanduje na požadovanú hodnotu, pričom vyplní určitú časť alebo celú dutinu formy, a tým prebytočnú tekutinu po odovzdaní potrebného tepla vytlačí z formy von. Proces sa úplne ukončí ochladením formy, až pokiaľ hotová pena kompletne nestuhne.The molten foamable blank begins to expand immediately by the formation of gas pores by means of a foaming agent, and its apparent density thus begins to decrease significantly. The foam formed floating on the heat transfer fluid is automatically pressed by gravity into the upper part of the mold cavity, while the heavier melt collects in its lower part. Thus, in addition to the heat transfer function, the fluid also has the ability to assist the movement of the particles of the foamable semi-finished product just in the phase when they begin to expand. By using the liquid, a significant synergistic effect is achieved, the liquid quickly transfers heat and at the same time simplifies the distribution of the semi-finished product during foaming. The liquid is forced out of the mold through the expanding semi-finished product through the inlet into a suitable collection container. The process is completed when the foamable blank expands to the desired value, filling a part or all of the mold cavity, thereby forcing the excess fluid out of the mold after the required heat has been transferred. The process is completely terminated by cooling the mold until the finished foam has completely solidified.

Tekutina je vo výhodnom usporiadam tvorená kovovou taveninou. Ak sa použije tavenina s vyššou teplotou tuhnutia ako pena, najskôr stuhne vtok, pričom expandujúca pena ostane pod tlakom vyvíjaného plynu až do úplného stuhnutia, čím sa zabezpečí dôkladné vyplnenie detailov aj komplexnej dutiny formy. Ak sa použije tavenina s teplotou tuhnutia nižšou, ako je teplota tuhnutia kovovej peny, po spenení pena v dutine formy stuhne najskôr a prebytočná tavenina z vtoku sa môže následne vyliať. Počas tuhnutia peny možno na taveninu vo vtoku v tomto prípade pôsobiť vhodným tlakom, aby tuhnutie peny prebiehalo podobne ako v prvom prípade.The fluid is preferably a molten metal. If a melt with a higher solidification temperature than the foam is used, the inlet first solidifies, while the expanding foam remains under the pressure of the generated gas until complete solidification, thus ensuring thorough filling of the details of the complex mold cavity. If a melt with a solidification temperature lower than the solidification temperature of the metal foam is used, after foaming, the foam solidifies first in the mold cavity and the excess melt can subsequently be poured out of the inlet. During the solidification of the foam, the melt in the inlet can in this case be subjected to a suitable pressure so that the solidification of the foam proceeds similarly to the first case.

Na výrobu penových súčiastok je najvhodnejšie použiť taveninu, ktorá s roztavenou penou nijako nereaguje (napr. olovo alebo cín v prípade hliníkovej peny), v určitých prípadoch je však výhodné použiť naopak zliatinu, ktorá sa s vytváranou penou difúzne spája, pričom sa môže vytvoriť hybridný odliatok pozostávajúci sčasti z taveniny a sčasti z peny. Týmto spôsobom možno využiť aj taveninu z rovnakej zliatiny, ako je kovová pena.For the production of foam components, it is best to use a melt that does not react with the molten foam (e.g., lead or tin in the case of aluminum foam), but in some cases it is preferable to use an alloy that diffusely bonds with the foam to form a hybrid. casting consisting partly of melt and partly of foam. In this way, a melt made of the same alloy as the metal foam can also be used.

Dutina formy môže byť navrhnutá tak, aby z nej vplyvom expanzie speniteľného polotovaru vytiekla všetka tavenina alebo možno na vnútornom povrchu dutiny vytvoriť umelé prekážky (záhyby), z ktorých tavenina penou vytlačená nemôže byť a vyrobiť tak hybridný odliatok, ktorý má na povrchu stuhnutú taveninu v hrúbke podľa tvaru dutiny. Rovnako možno do dutiny spolu s práškovým speniteľným polotovarom vložiť rôzne vystužovacie sieťky, ktoré kopírujú vnútorný povrch formy a umožňujú naliatej tavenine premknúť až k povrchu formy, pričom vhodne nastavenou veľkosťou oka sieťky nedovolia expandujúcemu polotovaru taveninu spoza sieťky vytlačiť. Na povrchu peny sa takto dá z taveniny vytvoriť kompaktná bezpórovitá vrstva navyše vystužená sieťkou z vhodného kovu, čo výrazne zlepšuje mechanické vlastnosti hotovej súčiastky najmä pri namáhaní jej povrchu ťahovým napätím, pretože sieťka a kompaktná vrstva bránia rozširovaniu potenciálnych trhlín v pene podobne, ako je to pri železobetóne.The mold cavity can be designed so that all the melt flows out of it due to the expansion of the foamable semi-finished product or artificial obstacles (folds) can be formed on the inner surface of the cavity from which the melt cannot be extruded by foam to produce a hybrid casting having solidified melt thickness according to the shape of the cavity. It is also possible to insert various reinforcing nets into the cavity together with the powdered foamable blank, which copy the inner surface of the mold and allow the poured melt to soften to the mold surface, while the appropriately set mesh size does not allow the expanding semi-finished product to push the melt from behind the net. On the surface of the foam, a compact non-porous layer can be formed from the melt, additionally reinforced with a mesh of suitable metal, which significantly improves the mechanical properties of the finished part, especially when its surface is subjected to tensile stress. near reinforced concrete.

Aby tekutina alebo tavenina pri nalievaní do dutiny formy predčasne nestuhla, môže byť forma predohriata na teplom tekutiny, resp. taveniny, resp. forma môže byť vyrobená z materiálu, ktorý zle odvádza teplo, napr. z pieskovej zmesi alebo keramiky. V prípade predohriatia formy nad teplom tuhnutia peny je potrebné po ukončení procesu penenia formu vhodným spôsobom ochladiť.In order to prevent the liquid or melt from solidifying prematurely when poured into the cavity of the mold, the mold can be preheated to the heat of the liquid or the liquid. melt, resp. the mold can be made of a material that dissipates heat poorly, e.g. of sand mixture or ceramic. In the case of preheating the mold above the heat of solidification of the foam, it is necessary to cool the mold in a suitable manner after the end of the foaming process.

Vzhľadom na to, že proces rozkladu peniaceho činidla závisí od teploty a tlaku, možno pri vhodne nastavenom výrobnom postupe navrhovaný proces penenia uskutočniť v krátkych časových okamihoch (rádovo v sekundách) pomocou manipulácie s externým tlakom. Je známe, že pri zvyšujúcej sa teplote nad kritickou teplotou sa plyn začne z peniaceho činidla samovoľne uvoľňovať, pričom kritická teplota rastie so zvyšujúcim sa tlakom. Ak proces odlievania prebieha v autokláve a prehriata tavenina sa naleje do formy so speniteľným polotovarom pri zvýšenom okolitom tlaku, ktoiý posúva teplotu rozkladu peniaceho činidla nad teplotu tavenia polotvaru (pri hliníkových penách s Tiťť je to napr. tlak viac ako 1 MPa), polotovar ani pri úplnom roztavení nezačne expandovať. Expanzia začne však okamžite po klesnutí externého tlaku na stanovenú konečnú hodnotu. Túto vlastnosť možno využiť na ešte lepšie zrovnomernenie teploty v dutine formy po naliatí taveniny, pretože umožňuje získať dostatok času na vyrovnanie teplôt medzi jednotlivými kúskami polotovaru a taveninou bez expanzie polotovaru. Expanzia sa naštartuje až po vyrovnaní teploty znížením vonkajšieho tlaku. Tekutina, tavenina v tejto fáze procesu môže teda fungovať ako ovládač spúšťania riadenej expanzie. Expanzia sa môže spustiť v momente, kedy je teplota homogénne rozdelená.Since the decomposition process of the foaming agent depends on temperature and pressure, with a suitably set production process, the proposed foaming process can be carried out in short moments of time (in the order of seconds) by manipulating the external pressure. It is known that as the temperature rises above the critical temperature, the gas begins to release spontaneously from the foaming agent, with the critical temperature increasing with increasing pressure. If the casting process takes place in an autoclave and the superheated melt is poured into a mold with a foamable semi-finished product at elevated ambient pressure, which shifts the decomposition temperature of the foaming agent above the melting point of the semi-finished product (for aluminum foams with Titanium when fully melted, it does not begin to expand. However, the expansion starts immediately after the external pressure drops to the set final value. This feature can be used to even better balance the temperature in the mold cavity after pouring the melt, as it allows sufficient time to equalize the temperatures between the individual pieces of the blank and the melt without expanding the blank. The expansion is started only after the temperature has equalized by reducing the external pressure. Thus, the fluid, melt at this stage of the process can function as a controlled trigger for controlled expansion. Expansion can start when the temperature is homogeneously distributed.

Je tiež známe, že so zvyšujúcim sa vonkajším tlakom pri penení veľkosť výsledných pórov klesá. Tento jav možno pri spôsobe podľa vynálezu využiť na nastavenie veľkosti pórov tým, že sa po začiatku expanzie udrží zvyškový tlak v autokláve alebo tlak pôsobiaci na vytekajúcu taveninu z vtoku na vhodne nastavenej úrovni. Tekutina, tavenina okrem spustenia expanzie predstavuje tlakové médium na reguláciu veľkosti pórov.It is also known that with increasing external foaming pressure, the size of the resulting pores decreases. This phenomenon can be used in the process according to the invention to adjust the pore size by maintaining the residual pressure in the autoclave or the pressure acting on the melt flowing out of the inlet at a suitably set level after the start of the expansion. In addition to triggering expansion, the fluid, melt is a pressure medium for regulating the pore size.

Alternatívne k opísanému zaliatiu dutiny formy s vloženým speniteľným polotovarom možno proces uskutočniť aj obrátene tak, že do otvorenej formy už naplnenej prehriatou tekutinou, resp. taveninou sa vložia (napríklad zasunú) kúsky speniteľného polotovaru, pričom sa forma uzavrie tak, aby expandujúca pena nemohla z dutiny uniknúť predtým, ako vytlačí prebytočnú tekutinu, resp. taveninu. Na to je potrebný vhodný otvor v spodnej časti dutiny formy.As an alternative to the described casting of the mold cavity with the inserted foamable semi-finished product, the process can also be carried out in reverse so that the open mold is already filled with superheated liquid or pieces of foamable semi-finished product are inserted (for example inserted) by the melt, the mold being closed so that the expanding foam cannot escape from the cavity before it expels the excess liquid or melt. This requires a suitable hole in the bottom of the mold cavity.

Vynález s využitím jednej tekutiny na prenos tepla, podpom pohybu čiastočiek speniteľného polotovaru a riadené spúšťame expanzie prináša celý rad dôležitých výhod. Najmä nasledujúce:The invention offers a number of important advantages with the use of a single heat transfer fluid, the support of the movement of the particles of the foamable semi-finished product and the controlled triggering of the expansions. In particular the following:

• Umožňuje expanziu peny v krátkom časovom úseku v celom objeme dutiny formy bez ohľadu na jej veľkosť, čím sa dá s vysokou produktivitou získať aj komplexná súčiastka veľkých rozmerov a komplexných tvarov (napr. monolitická automobilová karoséria podobná karosériám vyrobeným z uhlíkových kompozitov).• Allows foam expansion in a short period of time in the entire volume of the mold cavity, regardless of its size, thus obtaining with high productivity a complex component of large dimensions and complex shapes (eg monolithic car body similar to bodies made of carbon composites).

• Pena sa vytvára v celom objeme v krátkom okamihu, čo významne zvyšuje rovnomernosť rozdelenia pórov a zabraňuje tak kolapsu predčasne vytvorených pórov, resp. znižuje objem nevypenených miest.• Foam is formed in the entire volume in a short time, which significantly increases the uniformity of the pore distribution and thus prevents the collapse of prematurely formed pores, respectively. reduces the volume of unfilled seats.

• Môžu sa použiť ľubovoľné hmoty na výrobu foriem, vrátane lacných keramických zmesí na výrobu škrupín alebo pieskových zmesí, pretože teplo sa do polotovaru nemusí transportovať cez stenu formy, ale dostáva sa doň prostredníctvom prehriatej tekutiny.• Any mold materials can be used, including inexpensive ceramic mixes for shells or sand mixes, as heat does not have to be transported to the blank through the mold wall but enters through the superheated fluid.

• Prakticky všetko teplo vnesené do tekutiny sa spotrebuje na roztavenie speniteľného polotovaru, pri minimálnych stratách do steny formy. Ak sa použije trvalá forma, môže byť udržiavaná na teplote penenia stratovým teplom, ktoré sa cez ňu pri tuhnutí peny odvedie. Významne sa tak znížia energetické nároky na penenie, pretože na ohrev formy nie je potrebné žiadne ďalšie teplo a do taveniny, ktorá je počas celého procesu v roztavenom stave, sa prakticky dodáva len teplo, ktoré sa pri procese penenia spotrebovalo na roztavenie polotovaru. Zvýšená energetická efektívnosť zníži nákladovosť celého procesu.• Virtually all the heat introduced into the liquid is used to melt the foamable semi-finished product, with minimal losses to the mold wall. If a permanent mold is used, it can be maintained at the foaming temperature by the heat loss which is dissipated through it as the foam solidifies. This significantly reduces the energy requirements for foaming, since no additional heat is required to heat the mold and practically only the heat consumed during the foaming process to melt the semi-finished product is supplied to the melt, which is in the molten state during the whole process. Increased energy efficiency will reduce the cost of the whole process.

• Vhodná voľba taveniny, speniteľného polotovaru a tvaru povrchu dutiny formy umožňuje vytvárať hybridné odliatky s časťami bez pórov tvorenými stuhnutou taveninou, pričom expandujúca pena vnútri dutiny formy bráni vzniku stiahnutín v dôsledku tuhnutia taveniny (expanzia peny kompenzuje zmenšovanie objemu taveniny v dôsledku tuhnutia). Týmto spôsobom je možné aj vytvárať sendvičové štruktúry s kompaktnou povrchovou vrstvou požadovanej hrúbky a s penovým jadrom, ktoré majú vynikajúce mechanické vlastnosti, najmä z pohľadu dosahovanej tuhosti na jednotku hmotnosti.• Appropriate choice of melt, foamable blank and mold cavity shape allows hybrid castings with pore-free portions formed by solidified melt, with expanding foam inside the mold cavity preventing shrinkage due to melt solidification (foam expansion compensates for melt volume reduction due to solidification). In this way, it is also possible to form sandwich structures with a compact surface layer of the desired thickness and with a foam core which have excellent mechanical properties, in particular in terms of the stiffness achieved per unit weight.

• Umožňuje jednoduchým spôsobom realizovať penenie v podmienkach meniaceho sa externého tlaku (tlak sa rovnomerne prenáša na všetky časti polotovaru prostredníctvom tekutiny, resp. taveniny), čím sa dá významne riadiť veľkosť výsledných pórov a rovnomernosť ich rozdelenia. Manipulácia s externým tlakom navyše umožňuje výrazné skrátenie samotného procesu penenia na niekoľko sekúnd.• It enables simple foaming in conditions of changing external pressure (pressure is evenly transferred to all parts of the semi-finished product by means of liquid or melt), which can significantly control the size of the resulting pores and the uniformity of their distribution. In addition, the handling of external pressure makes it possible to significantly shorten the foaming process itself to a few seconds.

Opísaný spôsob podľa vynálezu možno využiť na výrobu akýchkoľvek tvarových súčiastok z granulátu zmesi práškov kovovej zliatiny a vhodného peniaceho činidla. Vhodné zloženia zmesí sú technicky známe prakticky pre všetky bežne používane konštrukčné zliatiny. Obzvlášť výhodné budú aplikácie pri výrobe veľkorozmerných súčiastok z kovovej peny komplexného tvaru alebo pri výrobe hybridných odliatkov (kov pena) v jednej technologickej operácii. Použitie vynálezu sa predpokladá všade tam, kde sú potrebné ľahké monolitické konštrukcie s vysokým pomerom tuhosti a pevnosti k hmotnosti súčiastky, najmä pri výrobe automobilových karosérií, resp. ich súčastí, lodných a leteckých konštrukcií, pri výrobe ľahkých rozmerných konštrukčných dielov elektromobilov, trojkoliek, prívesných a závesných vozíkov a pod. Na trhu by mohol rozšíriť aplikácie, ktoré sa dnes dajú vyrobiť len z kompozitov s uhlíkovými, resp. sklenými vláknami, tieto materiály sú však pre ne veľmi drahé, resp. nedokážu poskytovať požadovanú produktivitu a opakovateľnosť výroby.The described process according to the invention can be used for the production of any shaped parts from a granulate of a mixture of metal alloy powders and a suitable foaming agent. Suitable compound compositions are technically known for virtually all commonly used structural alloys. Particularly advantageous will be applications in the production of large-scale components from complex-shaped metal foam or in the production of hybrid castings (metal foam) in a single technological operation. The use of the invention is envisaged wherever lightweight monolithic constructions with a high ratio of stiffness and strength to weight of the component are required, especially in the production of car bodies, resp. their components, ship and aircraft structures, in the production of light dimensional components for electric cars, tricycles, trailers and trailers, etc. It could expand applications on the market, which today can only be made from composites with carbon, resp. glass fibers, but these materials are very expensive for them, respectively. they cannot provide the required productivity and repeatability of production.

Predložený spôsob umožní posunúť napeňovanie na vysokoproduktívnu úroveň s krátkym výrobným taktom.The present method makes it possible to shift the foaming to a highly productive level with a short production cycle.

Príklady uskutočnenia vynálezuExamples of embodiments of the invention

Príklad 1Example 1

Speniteľný polotovar v podobe granulátu je pripravený z práškovej hliníkovej zliatiny AlSilO a 0,8 hmotn.% prášku peniaceho činidla TiHj. Granulát sa vložil do dutiny dvojdielnej zlievarenskej grafitovej formy, ktorá mala vo svojej najspodnejšej časti umiestnený vtok na taveninu, pričom nalievací otvor do vtoku bol vyústený nad najvyšším bodom dutiny formy. Objem speniteľného polotovaru zaberal približne 20 % vnútorného priestoru formy. Uzatvorená forma so speniteľným polotovarom bola v ochrannej atmosfére dusíka ohriata na 550 °C, kedy ešte nedochádza k žiadnej expanzii polotovaru. Po zrovnomemení teploty formy a granulátu bola do formy mimo pece cez vtok naliata roztavená zliatina AlSilO predohriata na 900 °C tak, aby sa zaplnilo najmenej 80 % voľného priestoru dutiny formy. Bezprostredne, asi po 2 sekundách po naliatí taveniny do formy došlo k nataveniu speniteľného granulátu a jeho expanzii, čo sa prejavilo spätným tokom taveniny von z vtoku. Výtok taveniny sa asi po 20 sekundách zastavil, čo signalizovalo, že expanzia granulátu je ukončená. Forma, ktorá už bola umiestnená mimo pece, sa ponechala vychladnúť do asi 450 °C. Po otvorení sa z nej vybrala hotová súčiastka, ktorá bola kompletne tvorená hliníkovou penou s celkovou pórovitosťou 83 %. Všetka tavenina naliata do formy bola expanziou polotovaru vytlačená mimo dutiny formy, časť peny bola aj vo vtokovom otvore.The foamable semi-finished product in the form of a granulate is prepared from a powdered aluminum alloy AlSilO and 0.8% by weight of a powder of the foaming agent TiH 2. The granulate was inserted into the cavity of a two-part graphite foundry mold, which had a melt inlet located at its lowest part, the pouring opening into the inlet being above the highest point of the mold cavity. The volume of the foamable blank occupied approximately 20% of the internal space of the mold. The closed mold with the foamable semi-finished product was heated to 550 ° C in a protective nitrogen atmosphere, when no expansion of the semi-finished product has yet taken place. After equilibrating the temperature of the mold and the granulate, the molten AlSilO alloy was poured into the mold outside the furnace through an inlet preheated to 900 ° C so as to fill at least 80% of the free space of the mold cavity. Immediately, about 2 seconds after pouring the melt into the mold, the foamable granulate melted and expanded, which manifested itself in the backflow of the melt out of the inlet. The melt flow stopped after about 20 seconds, signaling that the granulate expansion was complete. The mold, which had already been placed outside the oven, was allowed to cool to about 450 ° C. After opening, a finished part was selected from it, which was completely made of aluminum foam with a total porosity of 83%. All the melt poured into the mold was pushed out of the mold cavity by expansion of the semi-finished product, part of the foam was also in the inlet opening.

Príklad 2Example 2

Granulát speniteľného polotovaru bol v tomto príklade pripravený z práškovej hliníkovej zliatiny AlMgSi a 1 hmotn. % prášku peniaceho činidla Tifť. Granulát bol vložený do dutiny tenkostennej formy zváranej z oceľového plechu. Objem polotovam zaberal približne 20 % vnútorného priestoru formy. Forma mala v hornej časti umiestnené odvzdušňovacie kruhové otvory s priemerom 0,2 mm a v spodnej časti mala kruhový otvor priemeru 15 mm. Forma spolu s polotovarom bola v špeciálnom autokláve zavesená nad téglikom s roztaveným olovom, ktorého teplota bola 950 °C. Po uzatvorení autoklávu bol jeho vnútorný priestor natlakovaný dusíkom na úroveň 1 MPa (10 atm). Následne sa forma kompletne ponorila do roztaveného olova, ktoré spodným otvorom pomaly natieklo do dutiny formy, čo umožnili odvzdušňovacie otvory v jej hornej časti vyvedené nad hladinu roztaveného olova.In this example, the foamable semi-finished product granulate was prepared from a powdered aluminum alloy AlMgSi and 1 wt. % of foaming powder Tiff. The granulate was inserted into the cavity of a thin-walled mold welded from sheet steel. The volume of the blanks occupied approximately 20% of the internal space of the mold. The mold had vent holes with a diameter of 0.2 mm in the upper part and a circular hole with a diameter of 15 mm in the lower part. The mold together with the semi-finished product was suspended in a special autoclave over a crucible with molten lead, the temperature of which was 950 ° C. After closing the autoclave, its interior was pressurized with nitrogen to a level of 1 MPa (10 atm). Subsequently, the mold was completely immersed in the molten lead, which slowly flowed through the lower hole into the mold cavity, which allowed vent holes in its upper part to be led above the surface of the molten lead.

Po úplnom zaplnení formy tekutým olovom (asi po 30 s) a po asi 1 min. výdrži sa prakticky všetok granulát vo forme roztavil, čo sa prejavilo znížením teploty v dutine formy na približne 680 °C, ale granulát v dôsledku vysokého tlaku prakticky neexpandoval. Následne bol v autokláve znížený tlak na 0,15 MPa (1,5 atm), čo okamžite spôsobilo expanziu granulátu a vytláčame olova spodným otvorom von z dutiny formy. Hornými odvzdušňovacími otvormi sa hliníková pena von nedostávala, pretože boli príliš malé na to, aby cez ne prenikla a navyše boli vyústené do chladnejšej časti nad roztavené olovo, kde použitá hliníková zliatina tuhla a odvzdušňovacie otvory tak uzatvárala. Počas expanzie granulátu bola forma vytiahnutá z téglika s olovom tak, aby spodný otvor ostal ponorený v olovenej tavenine. Po vytiahnutí formy z téglika vplyvom nižšej teploty v priestore nad olovom hliníková pena stuhla, pričom až do úplného stuhnutia dochádzalo k expanzii granulátu. Vytekaniu peny spodným otvorom však bránila zátka z olovenej taveniny. Po úplnom stuhnutí hliníkovej peny pri asi 580 °C bola prakticky celá dutina formy zaplnená hliníkovou penou, len v oblasti spodného otvoru ostalo roztavené olovo s teplotou tuhnutia pod 400 °C, ktoré po úplnom vytiahnutí formy z téglika vytieklo naspäť do téglika.After complete filling of the mold with liquid lead (after about 30 s) and after about 1 min. During the endurance, practically all of the granulate in the mold melted, which was reflected in a reduction of the temperature in the mold cavity to about 680 ° C, but the granulate did not expand due to the high pressure. Subsequently, the pressure in the autoclave was reduced to 0.15 MPa (1.5 atm), which immediately caused the granulate to expand and we push the lead out of the mold cavity through the bottom hole. The aluminum foam did not get out through the upper vents because they were too small to penetrate through them and, in addition, resulted in a cooler part above the molten lead, where the used aluminum alloy solidified and closed the vents. During the expansion of the granulate, the mold was pulled out of the lead crucible so that the bottom hole remained immersed in the lead melt. After removing the mold from the crucible, the aluminum foam solidified due to the lower temperature in the space above the lead, and the granulate expanded until it completely solidified. However, foam leakage through the bottom hole was prevented by a lead melt plug. After complete solidification of the aluminum foam at about 580 ° C, virtually the entire cavity of the mold was filled with aluminum foam, only molten lead with a solidification temperature below 400 ° C remained in the lower hole area, which flowed back into the crucible after complete removal of the mold from the crucible.

Vzhľadom na zvyškový pretlak 0,15 MPa v autokláve bol výsledný zdanlivý priemer pórov v hliníkovej zliatine obmedzený na max. 2 mm, pričom zdanlivá hustota peny bola 0,55 g/cm3.Due to the residual overpressure of 0.15 MPa in the autoclave, the resulting apparent pore diameter in the aluminum alloy was limited to max. 2 mm, with an apparent foam density of 0.55 g / cm 3 .

Príklad 3Example 3

Granulát bol v tomto príklade pripravený z práškovej hliníkovej zliatiny AlMglSi 0,6 a 0,6 hmotn.% prášku peniaceho činidla TiH2. Granulát bol v silikónovej forme zaliaty do voskového modelu tvarovej súčiastky. Spolu s granulátom sa do silikónovej formy vložila sietka z antikorového ťahokovu s veľkosťou oka približne 1,5 mm tak, aby kopírovala povrch formy. Objem polotovaru zaberal približne 20 % objemu voskového modelu. Voskový model bol potom známymi technikami namáčaný do keramickej suspenzie a sušený, až sa na ňom vytvorila súvislá keramická škrupina hrúbky približne 4 mm. Po úplnom vysušení škmpiny s voskom sa do nej v spodnej časti urobil otvor a pri teplote približne 100 °C sa z nej vosk úplne vytavil. V dutine škrupinovej formy však ostal speniteľný granulát a antikorová sietka, ktorá kopírovala jej povrch. Na otvor v spodnej časti sa následne umiestnil vtok vyrobený z rovnakého materiálu ako škrupina tak, aby jeho vyústenie do dutiny bolo vo výške približne 20 mm nad najspodnejšou časťou dutiny formy.In this example, the granulate was prepared from a powdered aluminum alloy AlMglSi of 0.6 and 0.6% by weight of TiH 2 foaming agent powder. The granulate was cast in silicone form into a wax model of the shaped part. Together with the granulate, a stainless steel expanded metal mesh with a mesh size of approximately 1.5 mm was inserted into the silicone mold so as to copy the surface of the mold. The volume of the semi-finished product occupied approximately 20% of the volume of the wax model. The wax model was then dipped into a ceramic slurry by known techniques and dried until a continuous ceramic shell approximately 4 mm thick was formed thereon. After the wax was completely dried with wax, a hole was made in it at the bottom and at a temperature of about 100 ° C the wax was completely melted from it. However, a foamable granulate and a stainless steel mesh remained in the cavity of the shell mold, which copied its surface. An inlet made of the same material as the shell was then placed on the opening in the lower part so that its outlet into the cavity was at a height of approximately 20 mm above the lowermost part of the mold cavity.

Škrupina s vtokom, granulátom a antikorovou sieťkou sa následne postupne ohriali na teplotu 550°, a potom sa do dutiny cez vtok naliala roztavená hliníková zliatina AlMglSiO,6 ohriata na teplotu 850 °C tak, aby vyplnila celý voľný priestor dutiny formy. Pri plnení formy sa dutina postupne odvzdušňovala cez jemne pórovitú keramickú stenu škrupiny. Prakticky okamžite po naliatí taveniny do formy došlo k nataveniu speniteľného granulátu a jeho expanzii, čo sa prejavilo spätným tokom taveniny von z vtoku. Výtok taveniny sa asi po 15 sekundách zastavil, čo signalizovalo, že expanzia granulátu je ukončená. Forma sa ponechala vychladnúť do asi 400 °C. Po odstránení keramickej škrupiny sa z nej vybrala hotová súčiastka, ktorá mala jadro tvorené hliníkovou penou s celkovou pórovitosťou asi 80 %. Pena bola na celom povrchu, na ktorom bola v dutine antikorová sieťka, pokrytá vrstvou približne 1 mm hrubej kompaktnej zliatiny AlMglSiO,6, v ktorej bola zatavená sieťka, pretože pena cez sieťku k povrchu dutiny formy kvôli sieťke preniknúť nemohla, a preto odtiaľ nemohla roztavenú zliatinu vytlačiť. Podobne v najspodnejšej časti súčiastky sa nachádzal bezpórovitý kov, pretože pena nemohla vytlačiť taveninu z oblasti nachádzajúcej sa pod zaústením vtoku/výtoku. Vznikol tak hybridný odliatok s jadrom z AlMglSiO,6 peny a bezpórovitou povrchovou vrstvou hrúbky 1 mm tvorenou tou istou zliatinou. Povrchová vrstva bola navyše podobne ako železobetón spevnená antikorovou ťahokovovou sietkou. V spodnej časti súčiastky sa nachádzala bezpórovitá vrstva zliatiny AlMglSiO,6 hrúbky približne 20 mm, ktorá slúžila na navŕtame upevňovacích závitov súčiastky.The shell with the inlet, the granulate and the stainless steel mesh were then successively heated to 550 °, and then molten aluminum alloy AlMglSi0, 6 heated to 850 ° C was poured into the cavity through the inlet so as to fill the entire free space of the mold cavity. As the mold was filled, the cavity was gradually vented through the finely porous ceramic shell wall. Almost immediately after pouring the melt into the mold, the foamable granulate melted and expanded, which manifested itself in the return flow of the melt out of the inlet. The melt flow stopped after about 15 seconds, signaling that the granulate expansion was complete. The mold was allowed to cool to about 400 ° C. After removing the ceramic shell, a finished part was selected from it, which had a core of aluminum foam with a total porosity of about 80%. The foam was covered with a layer of approximately 1 mm thick compact alloy AlMglSi0.6 on the entire surface on which the stainless steel mesh was in the cavity, in which the mesh was sealed because the foam could not penetrate through the mesh to the mold cavity surface due to the mesh and therefore could not melt from there. alloy extruded. Similarly, a non-porous metal was present in the lowermost part of the part because the foam could not push the melt out of the area below the inlet / outlet. This resulted in a hybrid casting with an AlMglSi0.6 foam core and a 1 mm thick non-porous surface layer formed by the same alloy. In addition, the surface layer was reinforced with reinforced concrete with a stainless steel expanded metal mesh. In the lower part of the part, there was a non-porous layer of AlMglSi0, 6 alloy approximately 20 mm thick, which was used to drill the fastening threads of the part.

Príklad 4Example 4

Tyčky pripravené z hliníkového prášku technickej čistoty a 0,4 hmotn. % prášku peniaceho činidla TiH2 boli hliníkovými drôtmi pripevnené na veko dvojdielnej zlievarenskej formy vyrobenej z HBN tak, aby deliaca rovina formy bola v jej najvrchnejšej časti. Forma prakticky vytvárala nádobu zakrytú vekom. V spodne časti formy (nádobe) bol zospodu umiestnený vtok, pričom nalievaci otvor do vtoku bol vyústený nad úrovňou deliacej roviny. Objem polotovaru zaberal približne 20 % priestoru dutiny formy. Otvorená spodná časť formy (nádoba) bola ohriata na 850 °C a bola zaplnená roztaveným olovom rovnakej teploty približne do 4/5 výšky nádoby. Veko formy s pripevneným polotovarom bolo pritom paralelne v peci nahriate na 550 °C, kedy ešte nedochádza k žiadnej expanzii polotovaru.Bars prepared from aluminum powder of technical purity and 0.4 wt. % of TiH 2 foaming powder were attached by aluminum wires to the lid of a two-part foundry mold made of HBN so that the parting plane of the mold was at its uppermost part. The mold practically created a container covered with a lid. In the lower part of the mold (vessel), an inlet was placed from below, while the pouring opening into the inlet was above the level of the parting plane. The volume of the blank occupied approximately 20% of the space of the mold cavity. The open bottom of the mold (vessel) was heated to 850 ° C and filled with molten lead of the same temperature to approximately 4/5 of the height of the vessel. The lid of the mold with the attached semi-finished product was heated in parallel in the oven to 550 ° C, when no expansion of the semi-finished product has taken place yet.

Po zrovnomernení teploty formy a olovenej taveniny sa na spodnú časť formy pomocou pneumatického piesta nasunulo veko s pripevneným polotovarom a forma sa tlakom uzatvorila. Bezprostredne po uzatvorení formy a ponorení speniteľného polotovaru do olova došlo k jeho expanzii, čo sa prejavilo vytláčaním olova z vtoku. Výtok olova sa asi po pol minúte zastavil, čo signalizovalo, že expanzia granulátu je ukončená. Spodná forma, ktorá po uzatvorení vekom a začatí penenia prakticky okamžite ochladla približne o 150 °C, sa ponechala vychladnúť do asi 500 °C. Po otvorení sa z nej vybrala hotová súčiastka, ktorá bola kompletne tvorená hliníkovou penou s celkovou pórovitosťou 78 %. Všetko olovo naliate do spodnej časti formy bolo expanziou polotovaru cez vtok vytlačené mimo dutiny formy, penou bol zaplnený aj celý vtokový kanál.After equalizing the temperature of the mold and the lead melt, the lid with the attached semi-finished product was pushed onto the lower part of the mold by means of a pneumatic piston and the mold was closed by pressure. Immediately after closing the mold and immersing the foamable semi-finished product in lead, it expanded, which manifested itself in the extrusion of lead from the inlet. The outflow of lead stopped after about half a minute, which signaled that the expansion of the granulate was complete. The bottom mold, which cooled almost immediately by about 150 ° C after closing with the lid and the onset of foaming, was allowed to cool to about 500 ° C. After opening, a finished part was selected from it, which was completely made of aluminum foam with a total porosity of 78%. All the lead poured into the lower part of the mold was pushed out of the mold cavity by expanding the semi-finished product through the inlet, the entire inlet channel was also filled with foam.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial applicability

Priemyselná využiteľnosť je zrejmá. Podľa tohto vynálezu je možné priemyselne a opakovane vyrábať súčiastky z kovovej peny, a to aj komplexné a rozmerné súčiastky, pričom sa teplo potrebné k napeneniu nemusí prenášať cez steny formy.Industrial applicability is obvious. According to the invention, it is possible to industrially and repeatedly produce metal foam components, even complex and dimensional components, without the heat required for foaming having to be transferred through the walls of the mold.

Claims (19)

1. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny, pri ktorom sa speniteľný polotovar v podobe granulátu zo zmesi prášku kovovej zliatiny a peniaceho činidla vloží do dutiny uzatváracej formy, speniteľný polotovar sa nahrieva nad teplotu tavenia práškovej kovovej zliatiny na vyvolanie požadovanej expanzie speniteľného polotovaru a neskôr sa forma po dosiahnutí požadovaného stupňa expanzie ochladí pod teplotu tuhnutia vytvorenej kovovej peny, vyznačujúci sa tým, že do dutiny formy sa umiestni tekutina s hustotou vyššou, ako je zdanlivá hustota výslednej peny, tekutina má teplotu vyššiu, ako je teplota tavenia prášku kovovej zliatiny, tekutina sa uvedie do styku so speniteľným polotovarom v dutine formy na odovzdanie tepla tekutiny speniteľnému polotovaru, na dosiahnutie expanzie speniteľného polotovaru a na následné vytlačenie aspoň časti tekutiny z formy von cez otvor.A method of manufacturing a metal foam part, wherein a foamable blank in the form of a granulate of a mixture of metal alloy powder and foaming agent is inserted into a cavity of a closure mold, the foamable blank being heated above the melting temperature of the powdered metal alloy to induce desired foamable blank expansion. the mold is cooled below the solidification temperature of the formed metal foam after reaching the desired degree of expansion, characterized in that a liquid with a density higher than the apparent density of the resulting foam is placed in the mold cavity, the liquid having a temperature higher than the melting point of the metal alloy powder. is brought into contact with the foamable blank in the mold cavity to transfer heat of fluid to the foamable blank, to expand the foamable blank, and to subsequently expel at least a portion of the fluid from the mold out through the opening. 2. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že tekutina sa do formy umiestňuje vtláčaním cez otvor v najspodnejšej časti formy.A method of manufacturing a metal foam part according to claim 1, characterized in that the fluid is placed in the mold by pushing it through an opening in the lowermost part of the mold. 3. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa nárokov 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že po umiestnení tekutiny do formy sa z formy nechá vytiecť viac ako 75 % tekutiny, výhodne viac ako 90 % tekutiny.A method of manufacturing a metal foam component according to claim 1 or 2, characterized in that after placing the liquid in the mold, more than 75% of the liquid, preferably more than 90% of the liquid, is allowed to flow out of the mold. 4. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž3, vyznačujúci sa tým, že tekutina sa do formy umiestni po vložení speniteľného polotovaru.A method of manufacturing a metal foam component according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the fluid is placed in the mold after insertion of the foamable blank. 5. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž4, vyznačujúci sa tým, že časť tekutiny sa ponechá zatuhnúť vo forme na vytvorenie hybridného odliatku kombinujúceho do jednej monolitickej súčiastky stuhnutú penu a stuhnutú tekutinu.A method of making a metal foam component according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a portion of the fluid is allowed to solidify in a mold to form a hybrid casting combining the solidified foam and the solidified fluid into a single monolithic component. 6. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž4, vyznačujúci sa tým, že voľný priestor ostávajúci v dutine formy po vložení speniteľného polotovaru sa vyplní tekutinou len čiastočne, kedy tekutina a speniteľný polotovar pred expanziou majú spolu menší objem, ako je vnútorný objem dutiny formy.A method of manufacturing a metal foam part according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the free space remaining in the mold cavity after insertion of the foamable blank is only partially filled with liquid, the fluid and the foamable blank having a smaller volume mold cavity volume. 7. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa nároku 6, vyznačujúci sa tým, že voľný priestor ostávajúci v dutine formy po vložení speniteľného polotovaru sa vyplní tekutinou len v množstve nevyhnutnom na priamy kontakt tekutiny s plochou speniteľného polotovaru.A method of manufacturing a metal foam part according to claim 6, characterized in that the free space remaining in the mold cavity after insertion of the foamable blank is filled with liquid only in the amount necessary for direct contact of the fluid with the surface of the foamable blank. 8. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 7, vyznačujúci sa tým, že pri vzájomnom kontakte speniteľného polotovaru s tekutinou je tekutina vystavená tlaku, ktorý je pri danej teplote vyšší ako tlak zabraňujúci peniacemu činidlu uvoľňovať plyn potrebný na penenie a expanziu a neskôr, ešte pred prípadným znížením teploty tekutiny k teplote tuhnutia peny, sa tlak tekutiny zníži pod hodnom zabraňujúcu peniacemu činidlu uvoľňovať plyn pri danej teplote.A method of manufacturing a metal foam component according to any one of claims 1 to 7, characterized in that upon contact of the foamable blank with the liquid, the liquid is exposed to a pressure which at a given temperature is higher than the pressure preventing the foaming agent from releasing the gas required for foaming. expansion, and later, before any reduction in the temperature of the fluid to the solidification temperature of the foam, the pressure of the fluid is reduced below that which prevents the foaming agent from releasing gas at that temperature. 9. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž8, vyznačujúci sa tým, že tekutina je tavenina kovu s teplotou tavenia nižšou, ako je teplota tuhnutia kovovej peny.A method of manufacturing a metal foam component according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the fluid is a metal melt with a melting point lower than the solidification temperature of the metal foam. 10. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž8, vyznačujúci sa tým, že tekutina je tavenina kovu s teplotou tavenia vyššou, ako je teplota tuhnutia kovovej peny.A method of manufacturing a metal foam component according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the fluid is a metal melt with a melting point higher than the solidification temperature of the metal foam. 11. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov lažlO, vyznačujúci sa tým, že tekutina vo forme taveniny má základ s rovnakým chemickým zložením ako kovová zliatina v speniteľnom polotovare.A method of manufacturing a metal foam component according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the liquid in the form of a melt has a base with the same chemical composition as the metal alloy in the foamable semi-finished product. 12. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 11, vyznačujúci sa tým, že do dutiny formy sa vložia kovové a/alebo keramické výstuže, výhodne vo forme sieťok, tyčí, dutých profilov, drôtov alebo vlákien, obzvlášť výhodne sa vložia priľahlo k vnútornému povrchu formy.A method of manufacturing a metal foam component according to any one of claims 1 to 11, characterized in that metal and / or ceramic reinforcements are inserted into the mold cavity, preferably in the form of meshes, rods, hollow sections, wires or fibers, particularly preferably insert adjacent to the inner surface of the mold. 13. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov lažl2, vyznačujúci sa tým, že forma sa zohrieva na teplom vyššiu, ako je teplota tavenia speniteľného polotovaru.A method of manufacturing a metal foam component according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the mold is heated to a heat higher than the melting point of the foamable blank. 14. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov lažl3, vyznačujúci sa tým, že tekutina opúšťa formu heterogénne, kedy aspoň jedna prekážka na vnútornom povrchu dutiny formy bráni vytečeniu tekutiny z príslušnej zóny formy.A method of manufacturing a metal foam part according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the fluid leaves the mold heterogeneously, wherein at least one barrier on the inner surface of the mold cavity prevents fluid from flowing out of the respective mold zone. 15. Spôsob výroby súčiastky z kovovej peny podľa ktoréhokoľvek z nárokov lažl4, vyznačujúci sa tým, že tekutina vytlačená expanziou von z formy sa bez vychladnutia použije v ďalšom cykle napeňovania, výhodne pri vytláčam vytečie do zbernej nádoby, kde sa zohreje na ďalšie použitie.A method of manufacturing a metal foam part according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the fluid expelled by expansion out of the mold is used without cooling in the next foaming cycle, preferably during extrusion it flows into a collecting vessel where it is heated for further use. 16. Forma na výrobu súčiastky z kovovej peny spôsobom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 15, vyznačujúca sa tým, že je vyrobená sušením suspenzie obsahujúcej keramické častice nanesenej na vytaviteľný model súčiastky, výhodne na voskový model súčiastky, pričom forma je delená a má v spodnej časti aspoň jeden otvor na vtok a výtok teploprenosnej tekutiny, výhodne kovovej taveniny.A mold for producing a metal foam part by a method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that it is made by drying a suspension containing ceramic particles applied to a meltable part model, preferably a wax model part, the mold being divided and part at least one opening for the inlet and outlet of a heat transfer fluid, preferably a molten metal. 17. Súčiastka obsahujúca kovovú penu vyrobená spôsobom podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 15.A metal foam-containing component made by a method according to any one of claims 1 to 15. 18. Súčiastka obsahujúca kovovú penu podľa nároku 17, vyznačujúca sa tým, že je časťou karosérie dopravného prostriedku.A component comprising metal foam according to claim 17, characterized in that it is part of the body of a vehicle. 19. Súčiastka obsahujúca kovovú penu podľa nároku 18, vyznačujúca sa tým, že v jednom celku zahŕňa nosnú konštrukciu aj vonkajšie tvarové plochy.A component comprising a metal foam according to claim 18, characterized in that it also includes the outer shaped surfaces in one unit.
SK500462015A 2015-08-28 2015-08-28 Method for production of component made of metal foam, a mould for carrying out the method and the component produced by the method SK288885B6 (en)

Priority Applications (14)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK500462015A SK288885B6 (en) 2015-08-28 2015-08-28 Method for production of component made of metal foam, a mould for carrying out the method and the component produced by the method
KR1020187008700A KR102391939B1 (en) 2015-08-28 2015-12-15 A method for manufacturing a component from a metal foam, a component manufactured by the method and a mold for implementing the method
MX2018002444A MX2018002444A (en) 2015-08-28 2015-12-15 Method of production of component from metal foam, component produced by said method and mould for the realization of said method.
JP2018529748A JP6748208B2 (en) 2015-08-28 2015-12-15 METHOD FOR PRODUCING PARTS INCLUDING METAL FOAM, PARTS PRODUCED BY THE METHOD, AND MOLD FOR IMPLEMENTING THE METHOD
AU2015407251A AU2015407251B2 (en) 2015-08-28 2015-12-15 Method of production of component from metal foam, component produced by said method and mould for the realization of said method
RU2018110874A RU2696998C1 (en) 2015-08-28 2015-12-15 Method of producing article from foamed metal, article made by said method, and mold for realizing said method
ES15200292T ES2867810T3 (en) 2015-08-28 2015-12-15 Method of production of the component from metallic foam, component produced by said method and mold for carrying out said method
PCT/IB2015/059639 WO2017037522A1 (en) 2015-08-28 2015-12-15 Method of production of component from metal foam, component produced by said method and mould for the realization of said method
US15/756,318 US11229948B2 (en) 2015-08-28 2015-12-15 Method of production of component from metal foam, component produced by said method and mould for the realization of said method
CN201580084125.XA CN108136494B (en) 2015-08-28 2015-12-15 Method for producing a part from metal foam, part produced by said method and mould for carrying out said method
EP15200292.9A EP3135404B1 (en) 2015-08-28 2015-12-15 Method of production of component from metal foam, component produced by said method and mould for the realization of said method
CA2996474A CA2996474C (en) 2015-08-28 2015-12-15 Method of production of component from metal foam, component produced by said method and mould for the realization of said method
IL257774A IL257774B (en) 2015-08-28 2018-02-27 Method of production of component from metal foam, component produced by said method and mould for the realization of said method
ZA2018/01984A ZA201801984B (en) 2015-08-28 2018-03-26 Method of production of component from metal foam, component produced by said method and mould for the realization of said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK500462015A SK288885B6 (en) 2015-08-28 2015-08-28 Method for production of component made of metal foam, a mould for carrying out the method and the component produced by the method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SK500462015A3 SK500462015A3 (en) 2018-01-04
SK288885B6 true SK288885B6 (en) 2021-07-28

Family

ID=60788520

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK500462015A SK288885B6 (en) 2015-08-28 2015-08-28 Method for production of component made of metal foam, a mould for carrying out the method and the component produced by the method

Country Status (1)

Country Link
SK (1) SK288885B6 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
SK500462015A3 (en) 2018-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6748208B2 (en) METHOD FOR PRODUCING PARTS INCLUDING METAL FOAM, PARTS PRODUCED BY THE METHOD, AND MOLD FOR IMPLEMENTING THE METHOD
JP4322665B2 (en) Manufacturing method of metal / foam metal composite parts
US6915834B2 (en) Process for producing metal foam and metal body produced using this process
US6866084B2 (en) Method and means for producing moulded foam bodies
US8562904B2 (en) Method for the powder-metallurgical production of metal foamed material and of parts made of metal foamed material
JP2005500162A (en) Manufacturing method of metal molded parts
JP4176975B2 (en) Manufacturing method of foam metal
CN102912172B (en) Method and device for manufacturing foam metal by assistance of magnetic field
CZ20031104A3 (en) Lightweight structural element, process and apparatus for its manufacture
SK288885B6 (en) Method for production of component made of metal foam, a mould for carrying out the method and the component produced by the method
SK500822015A3 (en) Process of manufacture metal foam component and mold for this method
JP2008501855A (en) Recycling method for light metal parts
US7174946B2 (en) Chill casting process and foam casting process as well as a pressure tight closable casting mold for manufacture of form parts
CN115627377B (en) Special-shaped foam metal preparation device and implementation method thereof
JP2007061865A (en) Metal foamed body and its manufacturing method
WO2018132357A1 (en) Cast aluminum or magnesium foam insert
JP2007063629A (en) Foam and production method therefor
CN116516204A (en) Method for preparing foam aluminum net-shaped part based on liquid phase foaming
JP2009228027A (en) Method for producing foam metal molded body, and foam metal molded body
Sridhar et al. Production of gunmetal foam castings-a novel technique
JP2004050200A (en) Metallic porous material, and its producing method and its producing apparatus
KR20170059256A (en) Electric Furnace
Bauer et al. Proizvodnja i primjena metalnih pjena u ljevarstvu
JP2010185096A (en) Foam metal and method for continuously producing the same

Legal Events

Date Code Title Description
TC4A Change of owner's name

Owner name: USTAV MATERIALOV A MECHANIKY STROJOV SAV, V. V, SK

Effective date: 20220208