冷間静水圧成形（CIP）では、粉末を収容する金型は、ほとんどの場合、柔軟で弾力性のあるエラストマー材料で作られています。最も一般的な選択肢は、ウレタン、ゴム、ポリ塩化ビニル（PVC）であり、これらは圧力下で変形し、元の形状に戻る能力があるため選ばれます。
CIP金型の中心的な目的は、単に形状を保持することではなく、油圧圧力をあらゆる方向から内部の粉末に均一に伝達する柔軟なバリアとして機能することです。このため、硬質金型は使用できず、エラストマーがこの用途で唯一実現可能な材料クラスである理由です。
CIP金型の核心機能
静水圧成形の原理全体は、しばしば「バッグ」と呼ばれる金型の独自の役割にかかっています。それは高圧流体と圧縮される粉末との間のインターフェースとして機能します。
液体圧力を固体圧縮に変換する
CIPプロセスでは、粉末が充填された密閉された金型が流体チャンバーに浸されます。流体が加圧されると、あらゆる方向から金型を均等に押します。
金型が柔軟なエラストマーでできているため、この均一な外部圧力は内部の粉末に直接的かつ均等に伝達されます。この「静水圧」（あらゆる方向から均一な）圧力こそが、非常に一貫した密度を持つ成形体を作り出します。
「グリーン」パーツの作成
CIPの目標は、「グリーン」パーツ、つまり機械的に粉末粒子を連結して形成された、脆く多孔質の部品を作成することです。このパーツは、取り扱いが可能で、焼結などの後続のプロセスを経て最終的な密度と強度を達成するのに十分な強度を持っています。
CIP金型材料の主要な特性
ウレタン、ゴム、またはPVCの選択は任意ではありません。これらの材料は、CIPプロセスを成功させるために不可欠な特性の特定の組み合わせを持っています。
弾力性と柔軟性
これが最も重要な特性です。材料は、粉末の周りに均等に崩壊し、応力点を作成せずに圧力を伝達するのに十分な柔軟性が必要です。その弾力性により、圧力が解放された後に元の形状に戻り、圧縮されたグリーンパーツを簡単に取り外すことができます。
耐久性と耐引裂性
CIPには、多くの場合30,000 psi（200 MPa）を超える非常に高い圧力が伴います。金型材料は、繰り返しこの圧力に耐え、破れたり、穴が開いたり、急速に劣化したりしないだけの十分な堅牢性が必要です。この耐久性は、プロセスの経済的実現可能性の鍵です。
化学的安定性
金型材料は、浸漬される作動油（しばしば腐食抑制剤入りの水）とも、内部に含まれる粉末とも反応してはなりません。これにより、最終部品の純度が確保され、高純度セラミックスや反応性金属を処理する場合に特に重要です。
トレードオフを理解する
エラストマーはCIP金型にとって理想的ですが、限界がないわけではありません。これらのトレードオフを理解することは、プロセス制御とコスト管理にとって不可欠です。
金型の摩耗は避けられない
最も耐久性のあるエラストマーでさえ、最終的には摩耗します。高圧、研磨性のある粉末、および繰り返しの屈曲により、時間の経過とともに疲労、微細な亀裂、および弾力性の喪失が生じます。金型は消耗品であり、その交換は生産コストに考慮する必要があります。
幾何学的複雑さの制限
CIPは多くの形状に優れていますが、金型の柔軟性により、非常に鋭い角や非常に細く繊細な特徴を製造する能力が制限される場合があります。粉末の流動特性や金型が鋭い角を丸める傾向が、グリーンパーツの最終的な形状に影響を与える可能性があります。
材料適合性の問題
一般的に不活性ですが、特定のエラストマー配合物は、特定の粉末または加圧流体と互換性がない場合があります。たとえば、洗浄工程での攻撃的な溶剤や粉末中の特定の添加剤が、金型材料を膨潤させたり、硬化させたり、劣化させたりして、早期故障につながる可能性があります。
目標に応じた適切な選択
特定の金型材料の選択は、しばしば生産要件と処理される材料に依存します。
- 費用対効果の高い汎用性を重視する場合：ウレタンは、耐久性とコストの優れたバランスから、最良の出発点となることがよくあります。
- 複雑な形状や大型部品の製造を重視する場合：優れた弾力性と耐引裂性を備えたカスタム配合ゴムが必要となる場合があります。
- 特定の粉末との化学的適合性を重視する場合：金型の化学反応や劣化を防ぐために、PVCまたは特殊なエラストマーが必要となる場合があります。
最終的に、柔軟な金型は、CIPがセラミックス、金属、複合材料などの膨大な範囲の材料から均一に緻密な部品を製造することを可能にする技術です。
まとめ表：
| 材料 | 主な特性 | 一般的な用途 |
|---|---|---|
| ウレタン | 優れた耐久性、費用対効果 | 汎用CIPアプリケーション |
| ゴム | 優れた弾力性、耐引裂性 | 複雑な形状と大型部品 |
| PVC | 高い化学的安定性 | 特定の粉末適合性のニーズ |
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