WO2000038863A1 - Method and device for producing a profiled part consisting of metal foam and sheet metal - Google Patents

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WO2000038863A1
WO2000038863A1 PCT/DE1999/004103 DE9904103W WO0038863A1 WO 2000038863 A1 WO2000038863 A1 WO 2000038863A1 DE 9904103 W DE9904103 W DE 9904103W WO 0038863 A1 WO0038863 A1 WO 0038863A1
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metal powder
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sheet
foaming
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    • B22F3/1125—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers involving a foaming process

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for producing a profile part consisting of a metal foam and a metal sheet according to the preambles of claims 1 and 11.
  • Profile parts are known from the article “metal foam - a material with perspectives” (J. Banhart, magazine “Aluminum”, 70th year 1994, edition 3.4). Profile parts provided with metal foam are used, for example, in the automotive industry because of their advantageous static buckling and upsetting behavior.
  • Aluminum foam - can also be used dynamically as impact protection. This means that profile parts made of sheet metal and metal foam are far superior to conventional profile parts without metal foam in terms of their static and dynamic properties.
  • the powder metallurgical metal foam production is based on the processing steps of powder mixing, cold isostatic pressing, extrusion and, if necessary, rolling or roll cladding.
  • the foamable metal powder bodies are thus in the form of rod material, sheet metal or plated sheet metal structures. Sandwich structures can plating - be prepared for example with steel sheets ⁇ .
  • the foamable metal powder bodies are subsequently heated to temperatures above the liquidus temperature and the decomposition temperature of the blowing agent, the foam genesis begins.
  • Suitable foaming molds can be produced in a variety of forms. If the foamable metal powder body is introduced into a hollow profile made of sheet metal and then foamed, the expanding metal foam fills the cavity. In this way, hollow profile parts are made with metal foam.
  • the metal sheet is first to be shaped into its final shape before the precompressed metal powder body is introduced and then foamed in a subsequent process step, so that the associated large number of process steps necessitates a long process time for producing a profile part.
  • the invention includes the technical teaching that after a metal sheet is provided with a foamable, uncompressed or pre-compressed metal powder driving mixture, hereinafter called foamable metal powder, the subsequent profiling of the metal sheet is carried out in a die by means of internal high pressure forming, and the metal powder is simultaneously or subsequently directly in the die is foamed.
  • foamable metal powder a foamable, uncompressed or pre-compressed metal powder driving mixture
  • the process step of forming a profile part is carried out here by means of hydroforming, with which even complicated profile parts can be produced with high accuracy within a very short time.
  • the metal sheet is used for internal high pressure forming - as a hollow profile or as a flat profile - with already applied uncompressed or pre-compressed foamable metal memever.
  • the foaming is preferably triggered by an increase in temperature after or during hydroforming. At the start of the foaming at an advantageously lower trigger temperature, a pressure reduction can be brought about or a foamable one at a low trigger temperature
  • Metal powder alloy or blowing agent can be selected. This measure lowers the energy consumption points caused by the heating and improves the maintenance of reproducible component properties.
  • a hollow profile can be provided with a prefabricated foamable metal powder body, which is connected to the hollow profile by insertion or plugging; on the other hand, the metal sheet can also be designed as a flat profile, which is coated with foamable metal powder.
  • the open high-pressure forming preferably forms an open profile part from the flat profile.
  • strip material with foamable metal powder can first be sprinkled, which is then pre-compressed by rollers, while and subsequently the strip material-metal powder composite thus obtained is formed into a can, the gap of which is finally closed, preferably by welding.
  • the metal sheet with the foamable metal powder can be precompressed by drawing and / or annealing before being profiled by internal high pressure forming.
  • the forming process of a metal sheet provided with metal foam is carried out with a device in which the profile is formed in a die for internal high-pressure forming, which is equipped with directly or indirectly acting means for foaming the metal powder into metal foam.
  • a means of foaming this can be done directly for the Pressurized fluid used for internal high pressure forming can be provided, which can be heated for this purpose.
  • the metal sheet to be introduced into the die can be designed in the form of a metal tube which is provided with a metal powder body which is pushed in or pushed on. Furthermore, it can also be assumed that there is a flat profile as a metal sheet which, by means of a sprinkling device, is given a layer of metal powder which passes through a downstream compacting device with a roller arrangement, a subsequent molding device with a joining arrangement being provided for forming a tubular hollow body from the flat profile, and after cutting to length a with metal powder coated hollow profile section this is fed to the die for profiling and foaming.
  • a profile part provided with metal foam can advantageously be produced in a continuous manufacturing process.
  • the foamable metal powder can be precompacted again by means of a drawing and / or annealing device following the upstream production arrangement for a hollow profile.
  • the metal sheet designed as a flat profile can be coated with areas of different types of metal powder and / or metal powder thicknesses. This means that special static and dynamic requirements for the profile part during production can be met flexibly.
  • Fig. 1 shows a general flow chart for the inventive
  • Production method shows a partial flow chart when using a hollow profile as a metal sheet
  • FIG. 3 shows a partial flowchart when using a flat profile as a metal sheet, an open profile part being produced
  • FIG. 5 shows a basic illustration of a production arrangement preceding the internal high-pressure forming with foaming, for producing a flat or hollow profile provided with precompacted metal powder
  • Fig. 6 shows a schematic diagram of an arrangement for producing a hollow profile part or an open profile part with metal foam
  • Fig. 7 is a schematic diagram for coating metal sheet with
  • Metal powder for a component part that is optimized for component stress.
  • a production method for a metal foam-reinforced profile part uses a metal sheet and a foamable metal powder as the starting product.
  • the metal sheet can either be in the form of a hollow profile or as
  • the metal sheet is provided with the foamable metal powder.
  • the metal powder is pre-compacted to form a bond with the metal sheet.
  • the metal sheet is profiled in a die by internal high-pressure forming, the metal powder being foamed simultaneously or subsequently directly in the die.
  • the end product thus results in the profile part with metal foam, a hollow profile part being produced in the case of a hollow profile as a metal sheet and an open profile part in the case of a flat profile as the metal sheet.
  • Two open profile parts can, however, be connected to a closed hollow profile part by joining in a subsequent process step.
  • a hollow profile as a metal sheet - for example a pipe - is assumed, then a pressed metal powder with a solid geometric shape can be used
  • Shape, d. H. a metal powder body, either introduced into the hollow profile or attached to it.
  • the method described above is used to produce a hollow profile part with metal foam.
  • Flat profile can be coated with metal powder. This creates a bond between the flat profile and the metal powder.
  • the procedure for producing an open profile part with metal foam is analogous.
  • Metal strip - it is assumed that in order to produce a hollow profile with metal foam, the flat profile is first coated with the metal powder - as described above - in a first process step. This coating is done by sprinkling the flat profile with metal powder and then compacting. In a second process step, the composite is formed into a hollow profile, i. H. to a pipe. Then, as above, the profiling and foaming are carried out via the hydroforming step.
  • Manufacturing arrangement for producing a hollow profile or flat profile provided with precompacted metal powder is based on FIG. 5 in the case of a hollow profile starting from metal powder 1, which is introduced into a prefabricated hollow profile by inserting or plugging it on.
  • the hollow profile can have a circular cross section 3.
  • the hollow profile is to have a non-circular cross-section 4, for example a trapezoidal cross-section, this cross-section can be produced by means of a pulling device 5, the die of which generates the desired non-circular cross-section 4 starting from a circular cross-section 3.
  • the cross section of the metal powder body 6 pre-compressed from the metal powder 1 is to be adapted to the cross section of the hollow body.
  • Sprinkler 7 provide the flat profile 8 with a layer of metal powder 1.
  • a subsequent compacting device 9 in the form of a roller arrangement presses the metal powder 1 onto the flat profile 8. Compression can also be generated via a compression device 9 'which is arranged downstream of the compression device 9 and which partially preforms the
  • Flat profile 8 causes, for example, a deep-drawing or stretch-drawing process.
  • An open hollow profile with metal foam can then be produced from this.
  • the flat material prepared with the compression device 9 is formed into a tubular hollow profile 11 by means of a subsequent molding device 10 with a joining arrangement.
  • the hollow profile 1 1 with the pre-compressed metal powder ultimately results in a hollow profile part filled with metal foam.
  • the production arrangement described above which precedes the internal high-pressure forming with foaming, can be followed by a drawing / annealing device 12 with which a further pre-compression of the metal powder is achieved.
  • FIG. 6 outlines the device for producing the profile part provided with metal foam, which follows the upstream production arrangement.
  • the profiling takes place in a die 15 for internal high pressure forming, which is equipped with - not shown - directly or indirectly acting foaming agents.
  • These can be designed, for example, in the form of a heating device integrated in the die 15.
  • An open profile part 16 with metal foam is created.
  • Metal powder 18 or with an inner and / or outer metal powder body the final profiling takes place in a die 15 'with the features as described above.
  • a closed with inner-walled metal foam is created provided hollow profile part 19 or a closed hollow profile part 20 filled with metal foam.
  • a metal sheet for producing a profile part with areas (I, II, III) optimized for component stress is different or the same
  • Metal powder types (X, Z) and / or metal powder thicknesses (a, b) coated on the top and / or bottom. These metal composite sheets defined in this way can be connected to one another in the form of tailored blanks. Using these freely selectable parameters, the reinforcement of a profile part can be optimized according to the component stress.

Abstract

The invention relates to a method for producing a profiled part (16, 19) consisting of metal foam and a sheet metal (13, 17). Said sheet metal is provided with an expandable metal powder (14, 18) which is not compressed or precompressed. The composite metal sheet is then profiled by internal high pressure shaping in a die and the expandable metal powder is expanded directly in the die either simultaneously or subsequently.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG EINES AUS METALLSCHAUM UND METALLBLECH BESTEHENDEN PROFILTEILS METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING A PROFILE PART MADE OF METAL FOAM AND METAL SHEET
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines aus einem Metallschaum und einem Metallblech bestehenden Profilteils gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 1 1.The invention relates to a method and a device for producing a profile part consisting of a metal foam and a metal sheet according to the preambles of claims 1 and 11.
Derartige Profilteile sind aus dem Artikel "Metallschaum - Ein Werkstoff mit Perspektiven" (J. Banhart, Zeitschrift "Aluminium", 70. Jahrgang 1994, Ausgabe 3,4) bekannt. Mit Metallschaum versehene Profilteile finden beispielsweise in der Automobilindustrie wegen ihres vorteilhaften statischen Knick- und Stauchverhaltens Verwendung.Such profile parts are known from the article "metal foam - a material with perspectives" (J. Banhart, magazine "Aluminum", 70th year 1994, edition 3.4). Profile parts provided with metal foam are used, for example, in the automotive industry because of their advantageous static buckling and upsetting behavior.
Die guten Energieabsorbtionseigenschaften von Metallschaum - beispielsweiseThe good energy absorption properties of metal foam - for example
Aluminiumschaum - können darüber hinaus als Aufprallschutz dynamisch ausgenutzt werden. Damit sind Profilteile, die aus einem Metallblech und Metallschaum bestehen, herkömmlichen Profilteilen ohne Metallschaum hinsichtlich ihrer statischen und dynamischen Eigenschaften weit überlegen.Aluminum foam - can also be used dynamically as impact protection. This means that profile parts made of sheet metal and metal foam are far superior to conventional profile parts without metal foam in terms of their static and dynamic properties.
Die pulvermetallurgische Metallschaumherstellung basiert auf den Bearbeitungsschritten Pulvermischen, kaltisostatisches Pressen, Strangpressen und ggfs. Walzen oder Walzplattieren. Die aufschäumbaren Metallpulverkörper liegen somit in Form von Stangenmaterial, Blechen oder plattierten Blechstrukturen vor. Sandwich-Strukturen können durch eine Plattierung - beispielsweise mit Stahlblechen ■ hergestellt werden. Beim nachfolgenden Erwärmen der aufschäumbaren Metallpulverkörper auf Temperaturen oberhalb der Liquidustemperatur und der Zersetzungstemperatur des Treibmittels setzt die Schaumgenese ein. Durch die Wahl geeigneter Aufschäumkokillen sind vielfältige Formen herstellbar. Wird der aufschäumbare Metallpulverkörper in einem Hohlprofil aus Metallblech eingebracht und anschließend aufgeschäumt, so füllt der expandierende Metallschaum den Hohlraum aus. Auf diese Weise werden Hohlprofilteile mit Metallschaum hergestellt. Dabei ist das Metallblech zunächst in seine endgültige Gestalt umzuformen, ehe in einem nachfolgenden Verfahrensschritt der vorverdichtete Metallpulverkörper eingebracht und anschließend aufgeschäumt wird, so daß die damit einhergehende Vielzahl von Verfahrensschritten eine hohe Verfahrenszeit zur Herstellung eines Profilteils erforderlich macht.The powder metallurgical metal foam production is based on the processing steps of powder mixing, cold isostatic pressing, extrusion and, if necessary, rolling or roll cladding. The foamable metal powder bodies are thus in the form of rod material, sheet metal or plated sheet metal structures. Sandwich structures can plating - be prepared for example with steel sheets ■. When the foamable metal powder bodies are subsequently heated to temperatures above the liquidus temperature and the decomposition temperature of the blowing agent, the foam genesis begins. By choice Suitable foaming molds can be produced in a variety of forms. If the foamable metal powder body is introduced into a hollow profile made of sheet metal and then foamed, the expanding metal foam fills the cavity. In this way, hollow profile parts are made with metal foam. The metal sheet is first to be shaped into its final shape before the precompressed metal powder body is introduced and then foamed in a subsequent process step, so that the associated large number of process steps necessitates a long process time for producing a profile part.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. der in einfacher Weise und mit geringem Zeitbedarf aus Metallschaum und Metallblech bestehende Profilteile herstellbar sind.It is therefore the object of the present invention to provide a method and a device with which profile parts consisting of metal foam and sheet metal can be produced in a simple manner and with little time requirement.
Die Aufgabe der Erfindung wird verfahrensgemäß durch den Anspruch 1 und vorrichtungsgemäß durch den Anspruch 1 1 gelöst. Die jeweils rückbezogenen Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.The object of the invention is achieved according to the method by claim 1 and according to the device by claim 11. The respective dependent claims relate to advantageous developments of the invention.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, daß nachdem ein Metallblech mit einer aufschäumbaren un- oder vorverdichteten Metallpulvertreibmischung, nachfolgend aufschäumbares Metallpulver genannt, versehen wird, die anschließende Profilgebung des Metallblechs mittels Innenhochdruckumformens in einem Gesenk vollzogen wird und das Metallpulver gleichzeitig oder nachfolgend direkt im Gesenk aufgeschäumt wird.The invention includes the technical teaching that after a metal sheet is provided with a foamable, uncompressed or pre-compressed metal powder driving mixture, hereinafter called foamable metal powder, the subsequent profiling of the metal sheet is carried out in a die by means of internal high pressure forming, and the metal powder is simultaneously or subsequently directly in the die is foamed.
Damit wird der Verfahrensschritt des Umformens zu einem Profilteil hier mittels Innenhochdruckumformens ausgeführt, womit selbst kompliziert ausgestaltete Profilteile mit hoher Genauigkeit innerhalb kürzester Zeit herstellbar sind. Zum Innenhochdruckumformen gelangt das Metallblech - als Hohlprofil oder als Flachprofil - mit bereits aufgebrachtem un- oder vorverdichteten aufschäumbaren Metallpuiver.The process step of forming a profile part is carried out here by means of hydroforming, with which even complicated profile parts can be produced with high accuracy within a very short time. The metal sheet is used for internal high pressure forming - as a hollow profile or as a flat profile - with already applied uncompressed or pre-compressed foamable metal puiver.
Somit ist es möglich, direkt im Gesenk entweder gleich beim Umformen oder danach das Aufschäumen des Metallpulvers zu Metallschaum zu vollziehen. Vorzugsweise wird das Aufschäumen durch eine Temperaturerhöhung nach oder beim Innenhochdruckumformen ausgelöst. Zum Start des Aufschäumens bei einer vorteilhaft geringeren Auslösetemperatur kann eine Druckabsenkung herbeigeführt werden oder eine bei geringer Auslösetemperatur aufschäumbareIt is therefore possible to carry out the foaming of the metal powder into metal foam directly in the die, either immediately after forming or afterwards. The foaming is preferably triggered by an increase in temperature after or during hydroforming. At the start of the foaming at an advantageously lower trigger temperature, a pressure reduction can be brought about or a foamable one at a low trigger temperature
Metallpulverlegierung oder Treibmittel gewählt werden. Diese Maßnahme senkt die durch die Erwärmung bedingten Energieverbrauchspunkte und verbessert die Aufrechterhaltung reproduzierbarer Bauteileigenschaften.Metal powder alloy or blowing agent can be selected. This measure lowers the energy consumption points caused by the heating and improves the maintenance of reproducible component properties.
Als Metallblech kann zum einen ein Hohlprofil mit einem vorgefertigten aufschäumbaren Metallpulverkörper versehen werden, der durch Ein- oder Aufstecken mit dem Hohlprofil verbunden wird; zum anderen kann das Metallblech auch als Flachprofil ausgeführt sein, das mit aufschäumbarem Metallpulver beschichtet wird. Im letztgenannten Fall wird durch das Innenhochdruckumformen vorzugsweise aus dem Flachprofil ein offenes Profilteil geformt. Es ist jedoch nach einer weiteren dieOn the one hand, as a metal sheet, a hollow profile can be provided with a prefabricated foamable metal powder body, which is connected to the hollow profile by insertion or plugging; on the other hand, the metal sheet can also be designed as a flat profile, which is coated with foamable metal powder. In the latter case, the open high-pressure forming preferably forms an open profile part from the flat profile. However, it is the one after another
Erfindung verbessernden Maßnahme möglich, daß aus dem Flachprofil ein Hohlprofil geformt wird. Hierzu kann in einem kontinuierlich laufenden Prozeß zuerst Bandmaterial mit aufschäumbaren Metallpulver berieselt werden, das anschließend über Walzen vorverdichtet, während und nachfolgend der damit gewonnene Bandmaterial-Metallpulver-Verbund zu einem Spaltrohr eingeformt wird, dessen Spalt schließlich - vorzugsweise durch Schweißen - verschlossen wird.Measure improving the invention possible that a hollow profile is formed from the flat profile. For this purpose, in a continuously running process, strip material with foamable metal powder can first be sprinkled, which is then pre-compressed by rollers, while and subsequently the strip material-metal powder composite thus obtained is formed into a can, the gap of which is finally closed, preferably by welding.
Weiterhin kann zur Gewährleistung einer reproduzierbaren Qualität des Endproduktes das Metallblech mit dem aufschäumbaren Metallpulver vor der Profilgebung durch Innenhochdruckumformen durch Ziehen und / oder durch Glühen vorverdichtet werden.Furthermore, in order to ensure a reproducible quality of the end product, the metal sheet with the foamable metal powder can be precompressed by drawing and / or annealing before being profiled by internal high pressure forming.
Das eingangs in der Figurenbeschreibung erläuterte Umformverfahren eines mit Metallschaum versehenen Metallbleches wird mit einer Vorrichtung ausgeführt, bei der die Profilgebung in einem Gesenk für Innenhochdruckumformen erfolgt, das mit direkt oder indirekt wirkenden Mitteln zum Aufschäumen des Metallpulvers zu Metallschaum ausgestattet ist. Als Mittel zum Aufschäumen kann direkt das für das Innenhochdruckumformen verwendete Druckfluid vorgesehen werden, welches zu diesem Zweck aufwärmbar ist.The forming process of a metal sheet provided with metal foam, which was explained at the beginning of the figure description, is carried out with a device in which the profile is formed in a die for internal high-pressure forming, which is equipped with directly or indirectly acting means for foaming the metal powder into metal foam. As a means of foaming, this can be done directly for the Pressurized fluid used for internal high pressure forming can be provided, which can be heated for this purpose.
Das in das Gesenk einzubringende Metallblech kann in Form eines Metallrohres ausgestaltet sein, das mit einem ein- oder aufgeschobenen Metallpulverkörper versehen ist. Weiterhin kann auch von einem Flachprofil als Metallblech ausgegangen werden, das mittels einer Berieselungsvorrichtung eine Metallpulverschicht erhält, die eine nachgeschaltete Verdichtungseinrichtung mit einer Walzenanordnung durchläuft, wobei zur Bildung eines rohrförmigen Hohlkörpes aus dem Flachprofil eine nachfolgende Einformeinrichtung mit Fügeanordnung vorgesehen ist und wobei nach einem Ablängen eines mit Metallpulver beschichteten Hohlprofilabschnittes dieser dem Gesenk zur Profilierung und zum Aufschäumen zugeführt wird. Mit der dem Innenhochdruckumformen mit Aufschäumen vorgeschalteten Herstellungsanordnung läßt sich in einem kontinuierlichen Herstellungsprozeß vorteilhaft ein mit Metallschaum versehenes Profilteil produzieren.The metal sheet to be introduced into the die can be designed in the form of a metal tube which is provided with a metal powder body which is pushed in or pushed on. Furthermore, it can also be assumed that there is a flat profile as a metal sheet which, by means of a sprinkling device, is given a layer of metal powder which passes through a downstream compacting device with a roller arrangement, a subsequent molding device with a joining arrangement being provided for forming a tubular hollow body from the flat profile, and after cutting to length a with metal powder coated hollow profile section this is fed to the die for profiling and foaming. With the manufacturing arrangement upstream of the internal high-pressure forming with foaming, a profile part provided with metal foam can advantageously be produced in a continuous manufacturing process.
Mittels einer der vorgeschalteten Herstellungsanordnung für ein Hohlprofil nachfolgenden Zieh- und / oder Glüheinrichtung ist das aufschäumbare Metallpulver nochmals vorverdichtbar.The foamable metal powder can be precompacted again by means of a drawing and / or annealing device following the upstream production arrangement for a hollow profile.
Zur spezifischen bauteilbeanspruchungsoptimierten Herstellung des Profilteils kann das als Flachprofil ausgestaltete Metallblech mit Bereichen unterschiedlicher Metallpulversorten und/oder Metallpulverdicken beschichtet sein. Damit kann auf spezielle statische und dynamische Anforderungen an das Profilteil bei der Herstellung flexibel eingegangen werden.For the specific component stress-optimized production of the profile part, the metal sheet designed as a flat profile can be coated with areas of different types of metal powder and / or metal powder thicknesses. This means that special static and dynamic requirements for the profile part during production can be met flexibly.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt:Further measures improving the invention are explained in more detail below together with the description of a preferred exemplary embodiment of the invention with reference to the figures. It shows:
Fig. 1 einen allgemeinen Ablaufplan für das erfindungsgemäßeFig. 1 shows a general flow chart for the inventive
Herstellungsverfahren, Fig. 2 einen Teilablaufplan bei Verwendung eines Hohlprofils als Metallblech,Production method, 2 shows a partial flow chart when using a hollow profile as a metal sheet,
Fig. 3 einen Teilablaufplan bei Verwendung eines Flachprofils als Metallblech, wobei ein offenen Profilteil hergestellt wird,3 shows a partial flowchart when using a flat profile as a metal sheet, an open profile part being produced,
Fig. 4 einen Teilablaufplan bei Verwendung eines Flachprofils als Metallblech, wobei ein Hohlprofilteil hergestellt wird,4 shows a partial flow chart when using a flat profile as a metal sheet, a hollow profile part being produced,
Fig. 5 eine Prinzipdarstellung einer dem Innenhochdruckumformen mit Aufschäumen vorgeschalteten Herstellungsanordnung zur Erzeugung eines mit vorverdichtetem Metallpulver versehenen Flach- oder Hohlprofils,5 shows a basic illustration of a production arrangement preceding the internal high-pressure forming with foaming, for producing a flat or hollow profile provided with precompacted metal powder,
Fig. 6 eine Prinzipdarstellung einer Anordnung zur Herstellung eines Hohlprofilteils oder eines offenen Profilteils mit Metallschaum beimFig. 6 shows a schematic diagram of an arrangement for producing a hollow profile part or an open profile part with metal foam
Innenhochdruckumformen undHydroforming and
Fig. 7 eine Prinzipdarstellung zur Beschichtung von Metallblech mitFig. 7 is a schematic diagram for coating metal sheet with
Metallpulver für eine bauteilbeanspruchungsoptimierte Herstellung eines Profilteils.Metal powder for a component part that is optimized for component stress.
Ein Herstellungsverfahren für ein metallschaumverstärktes Profilteil bedient sich gemäß Figur 1 eines Metallbleches und eines aufschäumbaren Metallpulvers als Ausgangsprodukt. Das Metallblech kann entweder in Gestalt eines Hohlprofils oder alsAccording to FIG. 1, a production method for a metal foam-reinforced profile part uses a metal sheet and a foamable metal powder as the starting product. The metal sheet can either be in the form of a hollow profile or as
Flachprofil ausgebildet sein. In einem ersten Verfahrensschritt wird das Metallblech mit dem aufschäumbaren Metallpulver versehen. Das Metallpulver wird vorverdichtet, um einen Verbund mit dem Metallblech zu bilden. Anschließend wird in einem zweiten Verfahrensschritt durch Innenhochdruckumformen in einem Gesenk die Profilgebung des Metallbleches vollzogen, wobei gleichzeitig oder nachfolgend direkt im Gesenk das Metallpulver aufgeschäumt wird. Als Endprodukt entsteht so das Profilteil mit Metallschaum, wobei bei einem Hohlprofil als Metallblech ein Hohlprofilteil und bei einem Flachprofil als Metallblech ein offenes Profilteil entsteht. Zwei offene Profilteile können jedoch in einem nachfolgenden Verfahrensschritt zu einem geschlossenen Hohlprofilteil durch Fügen verbunden werden.Flat profile be formed. In a first process step, the metal sheet is provided with the foamable metal powder. The metal powder is pre-compacted to form a bond with the metal sheet. Then, in a second process step, the metal sheet is profiled in a die by internal high-pressure forming, the metal powder being foamed simultaneously or subsequently directly in the die. The end product thus results in the profile part with metal foam, a hollow profile part being produced in the case of a hollow profile as a metal sheet and an open profile part in the case of a flat profile as the metal sheet. Two open profile parts can, however, be connected to a closed hollow profile part by joining in a subsequent process step.
Wenn gemäß Figur 2 von einem Hohlprofil als Metallblech - beispielsweise einem Rohr - ausgegangen wird, so kann ein gepreßtes Metallpulver mit fester geometrischerIf, according to FIG. 2, a hollow profile as a metal sheet - for example a pipe - is assumed, then a pressed metal powder with a solid geometric shape can be used
Gestalt, d. h. ein Metallpulverkörper, entweder in das Hohlprofil eingebracht werden oder hierauf aufgesteckt werden. Zur Herstellung eines Hohlprofilteils mit Metallschaum wird in vorstehend beschriebener Weise weiterverfahren.Shape, d. H. a metal powder body, either introduced into the hollow profile or attached to it. The method described above is used to produce a hollow profile part with metal foam.
Wird gemäß Figur 3 von einem Flachprofil als Metallblech ausgegangen, so kann dasIf, according to FIG. 3, a flat profile is used as the metal sheet, this can be done
Flachprofil mit Metallpulver beschichtet werden. Es entsteht damit ein Verbund zwischen dem Flachprofil und dem Metallpulver. Zur Herstellung eines offenen Profilteils mit Metallschaum wird analog verfahren.Flat profile can be coated with metal powder. This creates a bond between the flat profile and the metal powder. The procedure for producing an open profile part with metal foam is analogous.
Wenn gemäß Figur 4 von einem Flachprofil als Metallblech - beispielsweise einemIf according to Figure 4 of a flat profile as a sheet metal - for example one
Metallband - ausgegangen wird, so wird zur Herstellung eines Hohlprofils mit Metallschaum in einem ersten Verfahrensschritt zunächst das Flachprofil mit dem Metallpulver - wie vorstehend beschrieben - beschichet. Dieses Beschichten erfolgt durch eine Berieselung des Flachprofils mit Metallpulver und anschließendem Verdichten. In einem zweiten Verfahrensschritt erfolgt das Umformen des Verbundes zu einem Hohlprofil, d. h. zu einem Rohr. Anschließend wird wie vorstehend die Profilgebung und das Aufschäumen über den Innenhochdruckumformschritt ausgeführt.Metal strip - it is assumed that in order to produce a hollow profile with metal foam, the flat profile is first coated with the metal powder - as described above - in a first process step. This coating is done by sprinkling the flat profile with metal powder and then compacting. In a second process step, the composite is formed into a hollow profile, i. H. to a pipe. Then, as above, the profiling and foaming are carried out via the hydroforming step.
Die dem Innenhochdruckumformen mit Aufschäumen vorgeschalteteThe upstream of hydroforming with foaming
Herstellungsanordnung zur Erzeugung eines mit vorverdichtetem Metallpulver versehenen Hohlprofils oder Flachprofils geht nach Figur 5 im Falle eines Hohlprofils von Metallpulver 1 aus, welches in ein vorgefertigtes Hohlprofil durch Ein- oder Aufstecken 2 eingebracht wird. Das Hohlprofil kann einen kreisförmigen Querschnitt 3 aufweisen. Soll das Hohlprofil einen nicht-kreisförmigen Querschnitt 4, beispielsweise einen trapezförmigen Querschnitt erhalten, so ist dieser Querschnitt über eine Zieheinrichtung 5 herstellbar, deren Matrize den gewünschten nicht-kreisförmigen Querschnitt 4 ausgehend von einem kreisförmigen Querschnitt 3 erzeugt. Um das nachfolgende Ein- oder Aufstecken 2 in diesem Fall zu ermöglichen, ist der Querschnitt des aus dem Metallpulver 1 vorverdichteten Metallpulverkörpers 6 an den Querschnitt des Hohlkörpers anzupassen.Manufacturing arrangement for producing a hollow profile or flat profile provided with precompacted metal powder is based on FIG. 5 in the case of a hollow profile starting from metal powder 1, which is introduced into a prefabricated hollow profile by inserting or plugging it on. The hollow profile can have a circular cross section 3. If the hollow profile is to have a non-circular cross-section 4, for example a trapezoidal cross-section, this cross-section can be produced by means of a pulling device 5, the die of which generates the desired non-circular cross-section 4 starting from a circular cross-section 3. To do that to enable subsequent insertion or plugging 2 in this case, the cross section of the metal powder body 6 pre-compressed from the metal powder 1 is to be adapted to the cross section of the hollow body.
Im Falle eines Flachprofils als Ausgangsprodukt wird mittels einerIn the case of a flat profile as the starting product, a
Berieselungseinrichtung 7 das Flachprofil 8 mit einer Schicht aus Metallpulver 1 versehen. Eine nachfolgende Verdichtungseinrichtung 9 in Form einer Walzenanordnung preßt das Metallpulver 1 auf das Flachprofil 8 auf. Ein Verdichten kann auch über eine der Verdichtungseinrichtung 9 nachgeschaltete Verdichtungseinrichtung 9' erzeugt werden, die ein partielles Vorumformen desSprinkler 7 provide the flat profile 8 with a layer of metal powder 1. A subsequent compacting device 9 in the form of a roller arrangement presses the metal powder 1 onto the flat profile 8. Compression can also be generated via a compression device 9 'which is arranged downstream of the compression device 9 and which partially preforms the
Flachprofils 8 beispielsweise über einen Tiefzieh- oder Streckziehprozeß bewirkt. Daraus läßt sich dann ein offenes Hohtprofil mit Metallschaum herstellen. Das mit der Verdichtungseinrichtung 9 vorbereitete Flachmaterial wird mittels einer nachfolgenden Einformvorrichtung 10 mit Fügeanordnung zu einem rohrförmigen Hohlprofil 1 1 umgeformt. Das Hohlprofil 1 1 mit dem vorverdichteten Metallpulver ergibt letztlich ein mit Metallschaum gefülltes Hohlprofilteil.Flat profile 8 causes, for example, a deep-drawing or stretch-drawing process. An open hollow profile with metal foam can then be produced from this. The flat material prepared with the compression device 9 is formed into a tubular hollow profile 11 by means of a subsequent molding device 10 with a joining arrangement. The hollow profile 1 1 with the pre-compressed metal powder ultimately results in a hollow profile part filled with metal foam.
Optional kann der vorstehend beschriebenen, dem Innenhochdruckumformen mit Aufschäumen vorgeschalteten Herstellungsanordnung eine Zieh-/Glüheinrichtung 12 folgen, mit der ein weiteres Vorverdichten des Metallpulvers erzielt wird.Optionally, the production arrangement described above, which precedes the internal high-pressure forming with foaming, can be followed by a drawing / annealing device 12 with which a further pre-compression of the metal powder is achieved.
Die Figur 6 skizziert die Vorrichtung zur Herstellung des mit Metallschaum versehenen Profilsteils, welches der vorgeschalteten Herstellungsanordnung folgt. Für ein Flachprofil 13 mit vorverdichteter Metallpulverauflage 14 erfolgt die Profilierung in einem Gesenk 15 für Innenhochdruckumformen, welches mit - nicht dargestellten - direkt oder indirekt wirkenden Mitteln zum Aufschäumen ausgestattet ist. Diese können beispielsweise in Form einer im Gesenk 15 integierten Heizeinrichtung ausgebildet sein. Es entsteht ein offenes Profilteil 16 mit Metallschaum.FIG. 6 outlines the device for producing the profile part provided with metal foam, which follows the upstream production arrangement. For a flat profile 13 with pre-compressed metal powder support 14, the profiling takes place in a die 15 for internal high pressure forming, which is equipped with - not shown - directly or indirectly acting foaming agents. These can be designed, for example, in the form of a heating device integrated in the die 15. An open profile part 16 with metal foam is created.
Für ein Hohlprofil 17 mit innenwandig und / oder außenwandig beschichtetemFor a hollow profile 17 with an inside wall and / or outside wall coating
Metallpulver 18 oder mit einem inneren und / oder äußeren Metallpulverkörper erfolgt die endgültige Profilierung in einem Gesenk 15' mit den wie vorstehend beschriebenen Merkmalen. Es entsteht ein geschlossenes mit innenwandigem Metallschaum versehenes Hohlprofilteil 19 oder ein geschlossenes mit Metallschaum ausgefülltes Hohlprofilteil 20.Metal powder 18 or with an inner and / or outer metal powder body, the final profiling takes place in a die 15 'with the features as described above. A closed with inner-walled metal foam is created provided hollow profile part 19 or a closed hollow profile part 20 filled with metal foam.
Gemäß Figur 7 ist ein Metallblech zur bauteilbeanspruchungsoptimierten Herstellung eines Profilteils mit Bereichen (I, II, III) unterschiedlicher oder gleicherAccording to FIG. 7, a metal sheet for producing a profile part with areas (I, II, III) optimized for component stress is different or the same
Metallpulversorten (X, Z) und/oder Metallpulverdicken (a, b) auf Ober- und / oder Unterseite beschichtet. Diese so definierten Metallverbundbleche können in Form von tailored blanks miteinander verbunden sein. Über diese frei wählbaren Parameter kann die Verstärkung eines Profilteils entsprechend der Bauteilbeanspruchung optimiert werden. Metal powder types (X, Z) and / or metal powder thicknesses (a, b) coated on the top and / or bottom. These metal composite sheets defined in this way can be connected to one another in the form of tailored blanks. Using these freely selectable parameters, the reinforcement of a profile part can be optimized according to the component stress.
BezugszeichenlisteReference list
1 Metallpulver1 metal powder
2 Ein- oder Aufstecken2 Plug in or plug on
3 kreisförmiger Querschnitt nicht-kreisförmiger Querschnitt3 circular cross-section non-circular cross-section
5 Zieheinrichtung5 pulling device
6 Metallpulverkörper6 metal powder bodies
BerieselungseinrichtungSprinkler
FlachprofilFlat profile
VerdichtungseinrichtungCompression device
10 Einformeinrichtung10 molding device
11 rohrförmiges Hohlprofil11 tubular hollow profile
12 Zieh-/Glüheinrichtung 3 Flachprofil 4 Metallpuiverauflage 5 Gesenk 6 offenes Profilteil 7 Hohlprofil 8 innenwandiges Metallpulver 9 innenwandverstärktes Hohiprofilte 0 ausgefülltes Hohlprofilteil 12 drawing / annealing device 3 flat profile 4 metal puiver support 5 die 6 open profile part 7 hollow profile 8 inner wall metal powder 9 inner wall reinforced hollow profile 0 filled hollow profile part

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines aus Metallschaum und Metallblech bestehenden1. Process for producing an existing metal foam and sheet metal
Profilteils, wobei das Metallblech mit einem aufschäumbaren un- oder vorverdichteten Metallpulver versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend die Profilgebung des Metall-Verbundblechs mittels Innenhochdruckumformens in einem Gesenk vollzogen wird und das aufschäumbare Metallpulver gleichzeitig oder nachfolgend direkt im Gesenk aufgeschäumt wird.Profile part, the metal sheet being provided with a foamable, uncompressed or pre-compressed metal powder, characterized in that the profiling of the metal composite sheet is then carried out by means of internal high pressure forming in a die and the foamable metal powder is simultaneously or subsequently foamed directly in the die.
2. Verfahren nach Ansprch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschäumen durch eine Temperaturerhöhung nach oder beim Innenhochdruckumformen ausgelöst wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the foaming is triggered by an increase in temperature after or during hydroforming.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Start des Aufschäumens bei einer geringen Auslösetemperatur eine Druckabsenkung herbeigeführt wird oder eine bei geringer Auslösetemperatur aufschäumende Metalllegierung oder Treibmittel gewählt wird.3. The method according to claim 2, characterized in that a reduction in pressure is brought about at the start of the foaming at a low trigger temperature or a foaming metal alloy or blowing agent is selected at a low trigger temperature.
4. Verfahren nach Ansprch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Metallblech ein Hohlprofil mit einem vorgefertigten aufschäumbaren Metallpulverkörper versehen wird, der durch Ein- oder Aufstecken mit dem Hohlprofil verbunden wird. 4. The method according to claim 1, characterized in that a hollow profile is provided as a metal sheet with a prefabricated foamable metal powder body, which is connected to the hollow profile by insertion or plugging.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Metallblech ein Flachprofil mit aufschäumbarem Metallpulver beschichtet wird.5. The method according to claim 1, characterized in that a flat profile is coated with foamable metal powder as the metal sheet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Innenhochdruckumformen aus dem Flachprofil ein offenes Profilteil geformt wird.6. The method according to claim 5, characterized in that an open profile part is formed by the hydroforming from the flat profile.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Innenhochdruckumformen aus dem Flachprofil ein Hohlprofil geformt wird.7. The method according to claim 5, characterized in that a hollow profile is formed from the flat profile before the hydroforming.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des mit aufschäumbarem Metallpulver versehenen Hohlprofils in einem kontinuierlich laufenden Prozeß zuerst Bandmaterial mit aufschäumbarem Metallpulver berieselt wird, das anschließend über Walzen vorverdichtet wird und nachfolgend der damit gewonnene Bandmaterial- Metallpulver-Verbund zu einem Spaltrohr eingeformt wird, dessen Spalt schließlich verschlossen wird.8. The method according to claim 7, characterized in that for producing the hollow profile provided with foamable metal powder in a continuously running process, first strip material with foamable metal powder is sprinkled, which is then pre-compressed by rollers and subsequently the strip material-metal powder composite obtained therewith into one Canned tube is formed, the gap is finally closed.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt am Spaltrohr über Schweißen verschlossen wird. 9. The method according to claim 8, characterized in that the gap on the can is closed by welding.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblech mit aufschäumbarem Metallpulver vor der Profilgebung durch Innenhochdruckumformen im Falle eines Hohlprofils durch Ziehen und / oder Glühen und im Falle eines Flachprofils durch Tiefziehen-Streckziehen und / oder Glühen vorverdichtet wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the metal sheet with foamable metal powder is pre-compressed by drawing and / or annealing in the case of a hollow profile by deep drawing and / or annealing and in the case of a flat profile by deep drawing-stretch drawing and / or annealing prior to profiling.
1 1. Vorrichtung zur Herstellung eines aus Metallschaum und einem Metallblech bestehenden verstärkten Profilteils (16,19,20), wobei das Metallblech mit einem aufschäumbaren vorverdichteten Metallpulver (14,18) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilgebung in einem Gesenk (15,15') für Innenhochdruckumformen erfolgt, das mit Mitteln zum Aufschäumen des Metallpulvers (14,18) zu Metallschaum ausgestattet ist.1 1. Device for producing a reinforced profile part (16, 19, 20) consisting of metal foam and a metal sheet, the metal sheet being connected to a foamable, pre-compressed metal powder (14, 18), characterized in that the profile is formed in a die (15 , 15 ') for internal high pressure forming, which is equipped with means for foaming the metal powder (14, 18) into metal foam.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Aufschäumen eine im Gesenk (15,15') das Metallblech berührend oder berührungslos zumindest teilweise umgebende Heizeinrichtung vorgesehen ist.12. The apparatus according to claim 1 1, characterized in that a heating device is provided in the die (15, 15 ') in contact with the metal sheet, or at least partially surrounding it, as a means for foaming.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Aufschäumen das für das Innenhochdruckumformen verwendete Druckfluid vorgesehen ist, welches zu diesem Zwecke erwärmbar ist.13. The apparatus of claim 1 1, characterized in that the pressure fluid used for hydroforming is provided as a means for foaming, which is heatable for this purpose.
14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallblech in Form eines Hohlprofils (3,4) mit einem ein- oder aufgeschobenen Metallpulverkörper (6) in dem Gesenk (15,15') zur Profilgebung sowie zum Aufschäumen einbringbar ist. 14. Device according to one of the preceding claims 1 1 to 13, characterized in that a metal sheet in the form of a hollow profile (3, 4) with an inserted or pushed-on metal powder body (6) in the die (15, 15 ') for profiling and can be introduced for foaming.
15. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Flachprofil (8) ausgestaltetes Metallblech mittels einer Berieselungseinrichtung (7) eine Metallpulverschicht erhält, die beide eine nachgeschaltete Verdichtungseinrichtung (9,9') durchlaufen, wobei zur Bildung eines rohrförmigen Hohlprofils (11) aus dem Flachprofil (8) eine nachfolgende Einformeinrichtung (10) mit Fügeanordnung vorgesehen ist und wobei nach einem Ablängen der mit Metallpulver beschichtete Hohlprofilabschnitt in das Gesenk (15,15') zur Profilgebung und zum Aufschäumen zugeht.15. Device according to one of the preceding claims 1 1 to 13, characterized in that a metal sheet designed as a flat profile (8) receives a metal powder layer by means of a sprinkling device (7), both of which pass through a downstream compression device (9, 9 '), with the Forming a tubular hollow profile (11) from the flat profile (8), a subsequent molding device (10) with a joining arrangement is provided and, after cutting to length, the hollow profile section coated with metal powder enters the die (15, 15 ') for profiling and foaming.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Metallpulver beschichtete Metallblech vor dem Einbringen in das Gesenk eine Zieh- und / oder Glüheinrichtung (12) durchläuft.16. Device according to one of claims 14 or 15, characterized in that the metal sheet coated with metal powder passes through a drawing and / or annealing device (12) before being introduced into the die.
17. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das zur bauteilbeanspruchungsoptimierten Herstellung des Profilteils das als Flachprofil ausgestaltete Metallblech mit Bereichen (I, II, III) unterschiedlicher oder gleicher Metallpulversorten (X, Z) und/oder Metallpulverdicken (a, b) auf17. Device according to one of the preceding claims 1 1 to 17, characterized in that for the component stress-optimized production of the profile part, the flat sheet metal plate with regions (I, II, III) of different or identical types of metal powder (X, Z) and / or metal powder thickness (a, b) on
Ober- und / oder Unterseite beschichtet ist, wobei diese so definierten Metallverbundbleche in Form von tailored blanks miteinander verbunden sind. The top and / or bottom is coated, these metal composite sheets defined in this way being connected to one another in the form of tailored blanks.
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