粉末圧縮成形プロセスとは？

粉末圧縮成形は、金属またはセラミック粉末から部品を製造するために使用される製造プロセスです。セラミック射出成形-CIMおよび金属射出成形-MIMプロセスと比較して、圧力を加えて粉末材料を所望の形状に圧縮し、より低コストで複雑度の低い金属またはセラミック部品を生産します。

材料

最も一般的に使用される材料は、鉄、鋼、アルミニウム、銅、ニッケル、およびそれらの合金などの金属粉末です。さまざまなグレードのステンレス鋼粉末も一般的に使用されます。アルミナ、ジルコニア、フェライトなどの金属酸化物粉末や、炭化ケイ素、窒化ケイ素などの非酸化物セラミックスが、セラミックスのために圧縮されます。粉末粒子のサイズと分布は、必要な最終部品特性に基づいて慎重に制御されます。

金型工具

金型工具は、高度に硬化された工具鋼またはタングステンカーバイドで作られたダイキャビティで構成されています。上部および下部のパンチまたはラムが粉末に圧縮力を加えます。大量生産には、多キャビティ金型が使用されます。金型表面は微細な仕上げに研磨され、圧縮された部品に滑らかな表面を与えます。

バインダーシステム

バインダー材料は、成形を支援するために金属またはセラミック粉末に添加されます。バインダーは、粉末の流動性を高め、焼結前の取り扱いのための圧縮部品の生強度を提供します。典型的なバインダーは、ワックス、熱可塑性ポリマー、および体積比で最大5％添加される他の有機剤です。

プロセス

まず、制御されたレオロジーフィーダーを使用して粉末混合物を金型キャビティに充填します。次に、粉末は100〜300 MPaの圧力でパンチ間で圧縮されます。これは室温で、または加熱を適用して行われる場合があります。圧力、温度、時間は、圧縮体で高密度（金属の場合通常7.0 g/cc以上）を達成するために最適化されます。その後、生の部品が排出され、焼結されます。

焼結

バインダー除去後、生の部品は融点近くの温度で焼結され、原子拡散によって粒子を融合させ、完全な密度まで緻密化します。鋼の場合、焼結は水素中で1120〜1350°Cで行われます。アルミナやジルコニアなどのセラミックスは、1500〜1800°Cの間で焼結されます。最終部品は、コイニング、熱処理、機械加工、表面仕上げなどの二次プロセスを受ける場合もあります。

用途

粉末圧縮成形は、ギア、ブッシング、磁石、切削工具インサート、端子、バルブ、接点、耐火部品などの小さく複雑な金属およびセラミック部品の生産に理想的です。自動車および電子部品の製造が重要な例です。このプロセスは、フィルターや芯などの多孔質部品の製造も可能にします。

利点

- 高い生産率と部品あたりの低コスト。

- ネットシェイプまたはニアネットシェイプの能力。

- 優れた寸法公差と表面仕上げ。

- さまざまな金属、合金、セラミック材料を成形可能。

- 熱処理により成形金属部品の特性を向上させることができる。

- 不完全な焼結による多孔質部品が可能。

制限事項

- 部品サイズは通常、数グラムから0.5 kgに制限される。

- アスペクト比は、ドライプレスとは異なり、非常に高くすることはできない。

- 微細組織は、鋳造と比較して達成が難しい。

- 高精度には二次機械加工が必要な場合がある。

- 焼結は形状の歪みや欠陥を引き起こす可能性がある。

- MIM/CIMプロセスと比較して部品の複雑さが低い

粉末圧縮成形は、比較的低コストで小さく複雑で高品質の部品を生産するのに適した、効率的で精密な金属およびセラミック成形プロセスであり、大量生産用途に理想的です。

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