簡単に言うと、冷間等方圧成形（CIP）用の金型は、圧力を均一に伝達するバリアとして機能するように設計された、柔軟なゴム状材料で作られています。最も一般的な材料は、ポリウレタン、シリコーン、およびその他のエラストマーです。従来のプレス成形で使用される硬質な鋼製金型とは異なり、これらの柔軟な材料は等方圧成形プロセスに不可欠です。
CIP金型の核となる機能は、力によって成形することではなく、柔軟で不透過性の膜として機能することです。粉末を封入し、あらゆる方向から油圧を完全に伝達することで、非常に均一で高密度の部品を作成するという等方圧成形の決定的な利点をもたらします。
柔軟な金型の原理
圧力を均一に伝達する
等方性とは「等しい圧力」を意味します。目標は、粉末成形体をあらゆる方向から同時に圧縮することです。柔軟なエラストマー金型だけがこれを達成できます。圧力容器内の油圧流体が加圧されると、金型が変形し、その圧力を内部の粉末に均一に伝達します。
粉末を封入する
金型は、緩い粉末を初期の形状に保持する「袋」として機能します。汚染を防ぎ、プロセスが正しく機能することを保証するために、加圧流体（通常は水または特殊な油）に対して完全に不透過性である必要があります。
硬質ダイとの対比
従来の軸方向またはダイプレス成形では、硬質な鋼製金型が使用されます。これらの金型は、一軸方向（例：上部と下部から）にのみ力を加えます。これにより、部品の端部がより高密度で、中央部が低密度になるという密度勾配が生じることがよくあります。CIP金型の柔軟な性質は、この問題を解消します。
重要な区別：ウェットバッグ金型とドライバッグ金型
CIPプロセスの特定のタイプ（ウェットバッグまたはドライバッグ）は、金型材料に異なる要件を課します。
ウェットバッグプレス用の金型
ウェットバッグCIPでは、粉末が充填された金型が密閉され、加圧流体に完全に浸されます。このプロセスでは、主な材料要件は耐久性、柔軟性、および流体不透過性です。標準的なポリウレタンまたはシリコーンは完全に適しています。
ドライバッグプレス用の金型
ドライバッグCIPでは、柔軟な金型が圧力容器自体に永久的に組み込まれており、より高速で自動化されたサイクルを可能にします。これには、より特殊な材料が求められます。
特別な要件：チキソトロピー
ドライバッグ金型には、しばしばチキソトロピー効果を持つ材料が必要です。これは、材料の粘度が応力下で変化することを意味します。
圧力が加えられると、金型材料の粘度が低下し、わずかに流動して圧力を完全に伝達します。圧力が解放されると、粘度が上昇し、元のより硬い状態に戻り、次のサイクルの準備が整います。
CIPで成形される材料とは？
CIPの多様性により、均一な密度が重要な幅広い先端材料に使用できます。
高性能セラミックス
CIPは、焼結前のアルミナ（Al₂O₃）、窒化ケイ素（Si₃N₄）、炭化ケイ素（SiC）などの複雑なセラミック部品の成形に不可欠です。
粉末冶金
このプロセスは、タングステン形状や高合金鉄系ビレットを含む金属粉末からの部品成形に使用され、しばしば熱間等方圧成形（HIP）の前の予備緻密化ステップとして用いられます。
その他の先端材料
その応用範囲は、プラスチック、グラファイト、およびエレクトロニクス産業で使用されるスパッタリングターゲットの成形にまで及びます。
プロセスに適した選択をする
理想的な金型材料は、製造プロセスと目標によって完全に決定されます。
- 主な焦点が実験室規模の作業または多用途な少量生産である場合：ウェットバッグプロセス用の標準的なポリウレタンまたはシリコーン金型は、最高の柔軟性と費用対効果を提供します。
- 主な焦点が高量、自動化された製造である場合：ドライバッグシステム用に設計された特殊なチキソトロピーエラストマー金型は、必要な速度と再現性を達成するために不可欠です。
- 主な焦点が複雑な形状の作成である場合：主な利点は、エラストマー固有の柔軟性であり、硬質な工具では製造不可能な形状を可能にします。
最終的に、適切な柔軟な金型材料を選択することが、等方圧成形の主要な利点である、優れた密度均一性を持つ複雑な部品の作成を可能にする鍵となります。
要約表：
| 特徴 | ウェットバッグ金型 | ドライバッグ金型 |
|---|---|---|
| 材料 | ポリウレタン、シリコーン | 特殊なチキソトロピーエラストマー |
| 主要特性 | 柔軟性、不透過性 | チキソトロピー効果（応力下での粘度変化） |
| 用途 | 実験室規模、少量生産 | 高量、自動化製造 |
| 主な使用目的 | 多用途な粉末封入 | 永久容器での高速、再現性のあるサイクル |
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