Témata
Reklama

Výrobky z hliníkové pěny

18. 12. 2007

V současné době čím dál více nacházejí průmyslové uplatnění odlehčené materiály vyrobené na základě pěnového kovu, nejčastěji z hliníku a jeho slitin.

Zdá se být neuvěřitelné, že i tento porézní materiál lze použít pro konstrukční účely, a to především proto, že je snaha používat materiály se značnou kompaktností bez pórů a mikroporezity. Je však nutné také připomenout, že příroda vytvořila porézní organické látky, jako např. kosti, korály atd., které se díky své celulární (buňkové) struktuře vyznačují poměrně vysokou tuhostí.

V důsledku toho, že pěnový systém představuje nelineární stochastické rozložení materiálu v prostoru, není možné při konstruování dílů z kovových pěnových materiálů tak snadno definovat jejich chování při různém namáhání. Výrobky z kovových pěn dovolují využívat dosud málo známé principy, které při zavedení do výroby umožňují vhodněji rozmístit materiál v celém objemu součástky. Je možné tak zvětšit průřez a tím i moment setrvačnosti bez zvětšení hmotnosti součástky.

Reklama
Reklama
Reklama
Struktura a velikost pórů různých typů hliníkových pěn

Vlastnosti pěnového hliníku

Mezi kovovými pěnami nachází největší uplatnění hliník a jeho slitiny, hlavně díky poměrně nízké hustotě (= 2700 kg.m-3), nízké teplotě tání (660 °C), poměrně vysoké tuhosti, houževnatosti a vynikající korozní odolnosti. Vykazuje i dobrou pohltivost nárazové energie a tlumicí schopnosti, výhodná je i nehořlavost a recyklovatelnost.

Pěnový hliník je vysoce porézní materiál, póry tvoří 60 % jeho objemu. Pro výrobu těchto pěn lze použít dvou typů slévárenských slitin – slitin určených pro odlévání a slitin určených pro tváření. Pěny vyrobené ze slitin hliníku pro tváření mají póry převážně kruhového tvaru a stěny pórů jsou tlusté. Naopak pěny vyrobené ze slévárenských slitin hliníku vykazují póry menší s nepravidelným tvarem, stěny pórů jsou velmi tenké a struktura pěny značně nerovnoměrná.

Způsoby naplynění taveniny

Hliníkové pěny se vyrábějí vytvářením plynových bublin v tavenině hliníku nebo jeho slitin a následným ztuhnutím naplyněné taveniny. V praxi existují tři metody, jak docílit naplynění taveniny hliníku nebo jeho slitiny, resp. vzniku pórů:

a) vzniká v důsledku roztavení přidaného tuhého polotovaru, které obsahuje zpěňovadlo;

b) vzniká v důsledku vhánění plynu do taveniny z externího zdroje plynu;

c) vzniká v důsledku tepelného rozkladu přimíchaného zpěňovadla do taveniny.

Použijeme-li taveninu hliníku (nebo jeho slitiny) s malou viskozitou, pak vzniklá pěna má větší kulaté póry vytlačené díky působící vztlakové síle směrem k povrchu. Při výrobě pěnového hliníku je však snaha, aby se vytvářely póry malé.

Technologie výroby pěnového hliníku

V současné době existuje ve světě řada společností, které se zabývají výrobou hliníkových pěn. V Evropě je to např. rakouská firma LKR (naplynění taveniny hliníku nebo jeho slitiny Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen), která vyrábí pěnový hliník s obchodním označením METCOMB. Tento porézní hliníkový materiál je vyráběn naplyňováním taveniny z externího zdroje. Hliníková pěna je součástí vyráběných odlehčených konstrukčních dílů.

Výztuha prahů automobilů Ferrari z pěnového hliníku ALULIGHT

Kanadská společnost Cymat Corp. vyrábí pěnový hliník pod označením SAF (Stabilized Aluminium Foam). Při této metodě se do taveniny přimíchává prášek karbidu křemíku, oxidu hlinitého nebo hořečnatého. Do taveniny se vhání plyny (vzduch, dusík, argon), které vytvářejí po ztuhnutí taveniny materiál s velmi drobnými, pravidelně rozmístěnými dutinkami. Tímto způsobem se vyrábějí desky o tloušťce 10 cm, jejichž hustota je 100 až 500 kg.m-3 s velikostí pórů 3 až 25 mm.

Japonská firma Shinko Wire Company vyvinula hliníkovou pěnupod obchodním označením ALPORAS. Tavenina hliníkové slitiny se zpěňuje přidáním zpěňovadla a současně se přimíchává vápník. V důsledku tepelného rozkladu se uvolňují plyny, které v tavenině vytvářejí póry. Tímto způsobem se vyrábějí hranoly 2 400 x 700 x 450 mm. Hustota tohoto materiálu se pohybuje od 180 do 240 kg.m-3, velikost pórů je 2 až 10 mm. ALPORAS se v současné době používá v oblasti průmyslového designu, kde se využívá jeho dobrých tepelných a zvukoizolačních vlastností. Vhodný je též pro vytvoření jader nebo lehkých sendvičových výplní panelů nebo odlitků.

Ukázka uplatnění hliníkové pěny v profilu manipulačního ramene automobilu

V současné době se hliníkové pěny vyrábějí nejrůznějšími technologickými způsoby, které jsou známé pod různým obchodním označením, jako např. ALPORAS, Hydri/Alcan/LKR–HKB, Formgrip/Foamcast, Gasar atd. Z hlediska výroby konstrukčních dílů z pěnového hliníku se souvislou povrchovou vrstvou hliníku a porézní vnitřní strukturou je nejperspektivnější práškovometalurgická technologie, která vyrábí díly z pěnového hliníku pod obchodním označením ALULIGHT.

Ukázka tvarových profilů vyplněných hliníkovou pěnou METCOMB (výrobce LKR Ranshofen)

Průmyslové aplikace pěnového hliníku lze využít zejména v případech, kdy konstrukční součástka využívá současně všechny jeho přednosti, tj. např. nízkou hustotu, schopnost absorpce nárazové energie, tlumení hluku a vibrací, poměrně vysokou specifickou tuhost pěnového hliníku. Výrobky z pěnového hliníku lze použít v těchto oblastech:

  • lehké a tuhé konstrukce dopravních prostředků robotů, dopravníků, automatizačních a manipulačních zařízení;
  • deformační zóny vozidel, výtahových a dopravníkových zařízení;
  • strojní díly tlumící hluk a vibrace;
  • zvukoizolační panely do prostředí s vysokou vlhkostí, teplotou, prašností, proudících plynů, vibracemi a hlukem atd.

Prof. Ing. Iva Nová, CSc.

Ing. Jiří Machuta

Technická univerzita v Liberci

www.vslib.cz

iva.nova@tul.cz

Chybějící tabulky naleznete v tištěné verzi časopisu.

Reklama
Vydání #12
Kód článku: 71224
Datum: 18. 12. 2007
Rubrika: Inovace / Materiály
Autor:
Firmy
Související články
Aplikace nanomateriálů ve strojírenství

Nanotechnologie umožňují vývoj nových generací kompozitů s vylepšenou funkčností a širokou škálou aplikací. V současnosti nanokompozity představují mnoho aplikací v mnoha průmyslových oborech. Užitné vlastnosti nanomateriálů vyplývají z jejich výjimečných fyzikálních a chemických vlastností, velikosti, tvaru či povrchové morfologii. Velikostní efekt (size efect) umožňuje výrazně zlepšovat užitné vlastnosti konvekčních materiálů. Nanotechnologie díky svému inovačnímu potenciálu již dnes výrazně ovlivňují moderní průmyslové produkty.

Pokročilé slitiny mědi a vysoce odolné mosazi

Společnost FRW Carobronze, která se specializuje na dodávky slitin mědi s pokročilými technickými vlastnostmi výrobcům v různých oborech, doplnila svoji řadu vysoce specializovaných slitin mědi o kované nebo vytlačované polotovary ze slitiny CuNi14Al2 (UN14A2) a kované nebo vytlačované polotovary z vysoce odolných mosazí CuZn19Al6 (UZ19A6) a CuZn23Al4 (UZ23A4).

Termomechanické zpracování

Globální svět s možností volného cestování a neomezeného přístupu k informacím s sebou přináší riziko chybných nebo nepřesných překladů odborných pojmů z jiných jazyků. Ve své praxi vysokoškolského lektora s předchozí zkušeností technologa se setkávám zejména v posledních letech se značným rozvolňováním odborných pojmů, které mohou vést až k matení odborné veřejnosti. V tomto příspěvku se pokusím stručně shrnout přehled a podstatu technologických postupů, označovaných v češtině pojmem termomechanické zpracování (TMZ, resp. TMP, z anglického thermomechanical processing, což odpovídá též pojmu thermo-mechanical treatment – TMT).

Související články
Fórum výrobních manažerů

Jak se odráží ve vaší výrobě stále přetrvávající nedostatek materiálových vstupů? Jak to ovlivňuje chod vaší firmy, plánování průchodu zakázky výrobou? Navýšení cen surovin musíte pravděpodobně promítnout do výsledných cen vašich produktů. Jak na to reagují odběratelé?

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Odlehčovací optimalizace 3D tištěné frézy

Vývoj v oboru obrábění se tradičně potýká s mimořádným dynamickým zatížením soustavy na straně jedné a požadavky na přesnost a produktivitu obrábění na straně druhé. Nalezení takové konstrukce nástroje, která odolá extrémním provozním podmínkám, a přitom umožní proces obrábění urychlit, může vést k zefektivnění výrobního procesu. Příkladem toho může být vývoj odlehčené frézovací hlavy. Dosavadní konstrukce obráběcích nástrojů vycházely z jednolitých plných tvarů zaručujících vysokou tuhost na úkor dynamických vlastností nástroje. Změnou vnitřní struktury je však možné najít optimum mezi těmito protichůdnými požadavky.

Zcela jiné možnosti s aditivními technologiemi

Nadnárodní společnost General Electric napříč všemi svými dceřinými společnostmi neustále prohlubuje obrovské know-how. Vlastní zkušenosti s vývojem aditivně vyráběných částí zejména pro potřeby leteckého průmyslu přesahující již dvě dekády daly podnět ke vzniku zákaznického centra. GE Additive otevřela v roce 2017 zákaznické centrum (Customer experience center – CEC) kousek od Mnichova, kde firmám nabízí pomoc s nelehkými začátky s aditivními technologiemi.

Cena MM Award na EMO 2019

Také v roce 2019 došlo na udílení cen MM Award. Jedná se o oficiální a jediné ceny udělované na veletrhu EMO. Porota i letos vybírala z mnoha přihlášených exponátů, nejen německých výrobců. Do užšího výběru se jich dostalo jen pár, a nakonec bylo rozdáno pět hlavních cen v pěti kategoriích. S prázdnou neodešly ani firmy, jejichž produkty se ocitly na druhém a třetím místě. I v tomto roce došlo k jistému „posunu“ ve vnímání obsahu jednotlivých kategorií, a tedy i oceněných produktů. Pojďme se podívat na vítězné exponáty podívat jednotlivě. Je to lehký nástin toho, jak EMO vidí němečtí kolegové.

Vliv složek ochranných atmosfér na WAAM

Svařování v současné době není už pouze technologií ke spojování materiálů. S rozvojem aditivní výroby strojních součástí lze tento proces využít také pro výrobu komplexních a geometricky složitých součástí. Technologie WAAM využívá svařování pro vrstvení jednotlivých svarových housenek do tvaru vyráběné strojní součásti a je charakterizována mnoha proměnnými – mimo jiné i účinky ochranné atmosféry. Cílem příspěvku je zhodnotit vliv jednotlivých složek ochranných atmosfér používaných pro MAG svařování.

Finance pro podnikání - Zaostřeno na úspory energie

„Je lepší dobrý úvěr a podpora úvěru než dotace. Jen tak se prokáže životaschopnost projektu.“ To jsou slova Ing. Vladimíra Fabera, zakladatele a dnes předsedy dozorčí rady české strojírenské společnosti FMP.

Výrobní laserové technologie

Výrobní laserové technologie lze dělit mnoha způsoby-, podle použitého výkonu, délky pulzu nebo interakce s materiálem. Nejjednodušší způsob rozdělení laserových technologií je do tří skupin: dělení a odebírání materiálu, spojování materiálu a úprava povrchu materiálu. Vzhledem k rozmanitosti využití laseru není toto dělení zcela jednoznačné a existuje několik dalších technologií, které se nacházejí mezi těmito kategoriemi.

Made in Česko - Romantické tóny z Hradce Králové

V roce 1948 byla doslova ze dne na den znárodněna česká firma Petrof vyrábějící dokonalé, světově proslulé klavíry. Její majitel, dědeček dvou dam a pradědeček třetí, tedy těch, které v současné době firmu úspěšně vedou, musel tehdy okamžitě svoji továrnu opustit. O dlouhou řadu let později se, nejen díky revoluci, ale i díky nezměrnému úsilí jeho samého i jeho potomků, podařilo firmu, která figuruje na předním místě mezi českým „rodinným stříbrem“, vrátit do rukou rodiny Petrofů.

Kombinace technologií slévání a 3D tisku

Aditivní technologie přinášejí do oboru slévárenství nový pohled na věc a výrazně ovlivňují nejen proces výroby odlitků, ale i myšlení pracovníků ve slévárnách. Aditivní výroba zásadním způsobem mění zavedené pracovní postupy, systémy práce s výrobní dokumentací, technickou přípravu výroby a technologii výroby odlitků. Mění také možnosti konstrukce odlitků včetně jejich tvarové náročnosti. Proto můžeme bez přehánění tvrdit, že celou slévárnu a její postup výroby odlitků lze vměstnat do jednoho stroje - 3D tiskárny na kovy.

Ultra lehké komponenty vyráběné 3D tiskem

V posledních letech se do širšího povědomí dostávají aditivní technologie, neboli 3D tisk, kde je součást tvořena přidáváním materiálu nikoliv jeho odebíráním, jako je tomu u klasického obrábění. Jejich využití je zkoumáno napříč nejrůznějšími obory od strojírenství přes architekturu až po medicínu a módu. Pokud se omezíme na 3D tisk kovů, zjistíme, že aditivní technologie jsou brány jako prostředek pro výrobu tvarově složitých a občas konvenčními způsoby zcela nevyrobitelných dílů. Jsou brány jako jakási ideální výrobní technologie pro výrobu čehokoliv. V posledních letech se navíc stále více skloňuje spojení aditivní technologie a topologické optimalizace, což je způsob návrhu tvaru dílu na základě matematické optimalizace. Jak lze tušit, navržený tvar je značně složitý a často bývá označován jako organický. Takové díly jsou údajně vhodné pro 3D tisk, ale není tomu tak. Ve většině případů je realita daleko prozaičtější. Použití aditivní technologie je pouze jediná možnost, jak takový díl vyrobit.

Výuka a výzkum aditivních technologií

Inovativní výrobní technologie nacházejí své místo také v technickém vzdělávání. Do svých osnov je dříve či později zakomponovaly všechny technické vysoké školy. Avšak pořízení nákladných technologií se neobejde bez podpory ze strany průmyslového výzkumu. Na Fakultě strojní ČVUT v Praze nyní disponují úplně novým zařízením M2 cusing pro výrobu dílů metodou DMLS německého výrobce Concept Laser, dnes působící pod značkou GE Additive. Stroj dodala společnost Misan a technologie slouží primárně pro výzkum v leteckém průmyslu.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit