熱間静水圧プレスが支える金属射出成形産業

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熱間静水圧プレスが支える金属射出成形の業界

数十年もの間、熱間静水圧プレス (HIP) は、世界のメーカーによって使われ、成功を収めてきました。HIPは、細孔や炭化物、酸化物などの欠陥を取り除き、材料特性を大きく向上させるために使われています。

典型的な圧力が400〜2,070バール(5,800〜30,000psi)、そして温度が最高2,000°C (3,632°F)のHIPは、100%の理論密度を達成できるほか、重要な高性能材質の延性と疲労抵抗を向上させます。脱バインダーの方式に関わらず、熱間静水圧プレスは、金属射出成形の焼結後の部品にメリットがあります。

金属射出成形(MIM)で実績のあるプロセス

熱間静水圧プレス成形は、一般的に金属射出成形部品の欠陥修正(細孔の除去)や、金属粉末の結合、そして異種金属や合金の拡散接合に利用されます。この技術は、熱処理だけでなく火器などの新しい応用へと広がっています。

Quintus Technologies High Pressure Heat Treatment and MIM Industry
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筐体の組立
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スポーツウォッチのケース
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用心鉄
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オープン羽根車
Handcuff parts perfected on Quintus press
手錠の部品
Gun Safety lock parts post processed on Quintus HIP
銃の安全装置の部品

写真提供(すべて):MPIF

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熱間静水圧プレスと熱処理を同時に行う

クインタスのUniform Rapid Cooling (URC™)とオプションのUniform Rapid Quenching (URQ™) 溶鉱炉は、サイクリタイムを減らし、生産性を上げ、そして熱処理を含んだ独自の熱間静水圧プレスサイクルを可能にします。それにより、エネルギー消費とコストの削減と品質管理の向上に加え、材料は、機械加工や研磨など次段階の準備が整った状態で提供されます。

細孔を除去することで、応力水準や故障前のサイクル数などの面で、疲労寿命が大きく改善されます。熱間静水圧プレスにより、適切な情況下で8倍の改善を達成できます。

加工後
熱間静水圧プレス
に適切な状況を設定することにより、応力緩和溶鉱炉内の処理などの加工後のステップで、全サイクルタイムを50%短縮できます。

積層造形部品で実績のあるプロセス
熱間静水圧プレス成形は、一般的に積層造形部品の欠陥修正(細孔の除去)や、チタン粉末の結合、そして異種金属や合金の拡散接合に利用されます。この技術は、熱処理だけでなく、航空宇宙産業などの新しい応用にも広がっています。

航空宇宙産業用部品の改良
世界中で設置されている熱間静水圧プレスの中でも、その50%以上が航空宇宙産業用のチタニウムやスーパーアロイの結合と材料特性の改良に利用されています。現在、熱間静水圧プレスは、航空機のエンジンのファンブレードの予測寿命を伸ばすための標準プロセスになっています。

合金のシステムや3次元印刷の方法(EBM、SLM等)に関わらず、熱間静水圧プレスは、コストを削減しながら材料特性を最適化し、高品質な製品を安全で効率よく生産する方法です。

Quintus Technologies unique variable cooling and heating rates allow for control quality of mechanical properties

U2RC – 圧力別のUniform Ultra Rapid Cooling

可変の冷却・加熱率と圧力レベルにより、処理される部品の品質と機械特性の正確な制御を可能にします。

Chart shows High Pressure Heat Treatment improves mechanical defects of Aerospace parts

航空宇宙産業用部品の改善

提供:Bodycote

熱間静水圧プレスのすすめ

なぜ熱間静水圧プレスなのか

理論密度を100%達成

  • 寿命の長期化
  • 寿命の予測が可能
  • より軽量または低重量設計が可能

材料特性の向上

  • 疲労、摩耗、摩滅、伸長などの機械特性の向上
  • 機械特性のばらつきの減少
  • 金属射出成形部品の応力緩和

より高効率の生産 vs 従来の製造方法

  • 金属射出成形と熱間静水圧プレスを組み合わせることで、エネルギー消費を最高50%削減可能
  • 金属射出成形と熱間静水圧プレスを組み合わせることで、材料コストを最高90%削減可能

熱間静水圧プレスは、以下の新しいアプリケーションへと拡張しています:

  • 自動車産業と航空宇宙産業
  • 大量生産での熱間静水圧プレス活用
  • 焼き入れによる材料の熱処理
  • 温度と圧力による応力緩和
  • 火器、時計、自動車、家電などの金属射出成形部品
MIM gun revolver parts made on Quintus HIP

金属射出成形によるリボルバー部品
写真提供:MPIF

熱間静水圧プレスの価値

URQの圧力と温度制御を組み合わせることで、最高3,000°C/分の制御冷却率が実現できます。

  • 熱間静水圧プレスのサイクルに、熱処理ステップを含めることが可能
  • リードタイムの短縮
  • 応力緩和などのプロセス上のステップを通常のプロセスから除外し、生産性を高め、kgあたりのコスト削減

従来の熱処理と比べたメリット:

  • プログラミング可能な高精度の熱配分
  • 熱応力低下による歪みの排除
  • 焼き入れ後の部品クリーニングや乾燥が不要
  • ひび割れの低下

新しい、そしてユニークな材料の実現

  • 材料の最適化
  • 疲労抵抗と延性の向上
  • 非キャスタブル合金組成

一般的な応用には以下があります:

  • 金属射出成形部品の欠陥改善(細孔の除去)
  • 粉末金属とセラミック部品の結合
  • 拡散接合

ハンマーヘッドの均等急冷 – 500C/分

Quintus Uniform Rapid Quenching technology of a hammerhead at 500C/min

熱間静水圧プレスでの焼き入れは、その高圧のおかげで、油や水での焼き入れに比べ、部品の熱応力や歪みそしてひび割れを回避することができます。

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