소개
등방압 프레싱은 정수압을 사용하여 분말을 압축하는 다양한 제조 공정입니다. 이 기술을 사용하면 밀도가 균일하고 모양이 복잡한 부품을 생산할 수 있습니다. 등방압 압축은 분말을 유연한 백에 밀봉하고 가압 유체에 담그는 습식 백 기술이나 분말을 로딩하여 압력 용기에 백을 고정하는 건식 백 기술을 사용하여 수행할 수 있습니다. 냉간 등압 성형(CIP)은 균일한 밀도와 증가된 생지 강도를 달성하기 위해 일반적으로 사용됩니다. 특히 세라믹, 텅스텐 및 고합금 철 빌렛에 적합합니다.
등압성형의 원리
웨트백 기술
이 공정에서는 분말을 금형에 채우고 압력 용기 외부에 단단히 밀봉합니다. 그런 다음 금형은 용기 내의 압력 유체에 잠깁니다. 금형의 외부 표면에 등방압이 가해져 분말이 고체 덩어리로 압축됩니다.
웨트백 기술은 다른 유형의 냉간 등방성 프레싱만큼 일반적이지 않습니다. 그러나 전 세계적으로 3000개 이상의 웨트백 프레스가 사용되고 있습니다. 이 프레스는 직경 50mm에서 2000mm까지 다양한 크기로 제공됩니다.
Wet Bag 기술을 사용하는 공정은 상대적으로 느리며 재료를 처리하는 데 5~30분이 소요됩니다. 그러나 대용량 펌프와 향상된 로딩 메커니즘을 사용하면 프로세스 속도가 빨라질 수 있습니다.
Isostatic Press 작업
등압성형(Isostatic Pressing)은 분말 혼합물의 다공성을 줄여 분말 성형체로부터 다양한 재료를 생산하는 데 사용되는 방법입니다. 이 공정에는 모든 방향에서 균등하게 가해지는 압력인 등방압을 사용하여 분말 혼합물을 압축하고 캡슐화하는 과정이 포함됩니다. 금속 분말은 유연한 막이나 밀봉 용기 내에 갇혀 분말과 가압 매체 사이의 압력 장벽 역할을 합니다.
등방성 프레싱의 원리
- 폴리우레탄과 같은 유연한 몰드에 파우더를 넣고 밀봉한 후 균일한 정수압을 가합니다.
- 습식 백 기술: 분말이 들어 있는 유연한 백을 수용성 오일과 같은 가압 유체로 채워진 압력 용기에 담급니다.
- 드라이백 기술: 유연한 백이 압력 용기에 고정되어 백이 용기를 떠나지 않고도 분말을 적재할 수 있습니다.
대체 프로세스
등방압 프레싱은 유체 압력을 사용하여 부품을 압축하는 분말 가공 기술입니다. 부품의 주형 역할을 하는 유연한 용기에 금속 분말을 넣습니다. 용기의 외부 표면 전체에 유체 압력이 가해져 분말이 원하는 모양으로 형성됩니다. 등방압 프레싱은 만능 압력을 사용한다는 점에서 다른 공정과 다릅니다.
등방성 프레싱 작업에는 일반적으로 습식 백과 건식 백이라는 두 가지 유형이 있습니다. 웨트백 변형에는 프레스 외부에 로드된 다음 압력 용기에 잠기는 별도의 엘라스토머 몰드가 포함됩니다. 단일 가압 실행을 위해 여러 개의 금형을 용기에 로드할 수 있습니다. 반면, 드라이백 변형은 금형을 압력 용기에 통합하여 자동화를 더 쉽게 만듭니다.
등방압 프레싱은 분말을 통합하거나 주조품의 결함을 치유하기 위해 다양한 산업에서 널리 사용되었습니다. 세라믹, 금속, 복합재, 플라스틱, 탄소 등 다양한 재료에 적합합니다.
드라이백 기술
이 공정에서는 금형을 압력 용기에 고정하고, 분말이 용기에 있는 동안 금형에 충전합니다. 그런 다음 등정압이 금형의 외부 표면에 적용되어 분말을 콤팩트한 미세 구조를 가진 고체 덩어리로 압축합니다.
드라이백 기술은 웨트백 기술보다 훨씬 빠르기 때문에 재료의 대량 생산에 이상적입니다. 이 과정은 일반적으로 1분 정도 소요됩니다.
등방압 프레싱 공정
등방압 프레싱 공정에서는 액체가 채워진 밀폐 용기에 제품을 넣고 각 표면에 동일한 압력을 가합니다. 이렇게 하면 고압에서 밀도가 증가하여 원하는 모양이 만들어집니다. 등방압 프레스는 고온 내화물, 세라믹, 초경합금, 란타논 영구자석, 탄소재료, 희금속 분말 등의 성형에 널리 사용됩니다.
Isostatic Pressing 공정의 특징
- 등방압 프레싱은 모양이나 크기에 관계없이 전체 제품에 균일하고 동일한 힘을 가합니다.
- 이 공정은 세라믹 및 내화물 응용 분야에 고유한 이점을 제공하여 정확한 제품 모양을 가능하게 하고 비용이 많이 드는 기계 가공을 줄입니다.
- 등방압 프레싱은 연구 호기심에서 다양한 산업 분야에 적용되면서 실행 가능한 생산 도구로 발전했습니다.
제조공정
균일한 밀도를 위한 CIP(Cold Isostatic Pressing)
CIP(Cold Isostatic Pressing)는 엘라스토머 몰드에 갇힌 분말에 사용되는 압축 공정입니다. 금형은 압력 챔버에 배치되고 모든 측면에서 높은 압력을 받습니다. CIP는 분말 야금, 초경합금, 내화 재료, 흑연, 세라믹, 플라스틱 및 기타 재료에 일반적으로 사용됩니다.
CIP의 한 가지 방법은 Wet Bag 기술입니다. 이 과정에서 분말을 틀에 채우고 단단히 밀봉합니다. 그런 다음 금형은 압력 용기 내의 압력 유체에 잠깁니다. 금형의 외부 표면에 등방압이 가해져 분말이 고체 덩어리로 압축됩니다. Wet bag 기술은 혼합 형상 생산에 적합하며 다양한 산업 분야에서 일반적으로 사용됩니다.
분말에 윤활제가 없어 생지력이 증가합니다.
CIP 공정의 한 가지 장점은 분말에 윤활제가 없다는 것입니다. 이는 최종 제품의 친환경 강도를 증가시킵니다. 윤활제가 없으면 완성된 부품의 압축이 향상되고 기계적 특성이 향상됩니다.
습식 백 기술과 건식 백 기술 간의 압축 사이클 시간 및 자동화 차이
CIP 방법에는 습식백(Wet-bag)과 건식백(Dry-bag)의 두 가지 유형이 있습니다. 웨트백 방식은 플렉스 몰드 백에 분말을 채우고 이를 압력 용기의 고압 액체에 담그는 방식입니다. 이 공정은 다형 및 소량부터 대량 생산에 적합합니다. Wet Bag 기술을 사용하여 재료를 처리하는 데 5~30분이 소요됩니다.
반면, 건식 백 프레싱은 유연한 멤브레인이 압력 용기에 내장되어 있으며 모든 프레싱 사이클 동안 사용된다는 점에서 습식 백과 다릅니다. 이 멤브레인은 금형에서 압력 유체를 분리하여 "드라이 백"으로 만듭니다. 드라이백 프레싱은 빠른 사이클을 특징으로 하며 분말 제품의 자동화된 대량 생산에 적합합니다. 플렉스 몰드가 젖은 분말로 오염되지 않아 용기 청소가 덜 필요하므로 웨트백 기술보다 깨끗합니다.
전반적으로 CIP는 사용된 습식 백 또는 건식 백 기술에 따라 균일한 밀도, 증가된 생지 강도, 다양한 압축 주기 시간 및 자동화 옵션을 허용하는 다목적 제조 공정입니다. 복잡한 형상의 고품질 부품을 생산하기 위해 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다.
Cold Isostatic Pressing에 사용되는 재료
세라믹, 텅스텐 등 압축 가능한 분말 종류
CIP(Cold Isostatic Pressing)는 분말야금에서 밀도가 높고 고품질의 금속 부품을 생산하는 데 사용되는 일반적인 기술입니다. 고무, 우레탄 또는 PVC로 만든 유연한 금형 안에 금속 분말을 넣고 일반적으로 물을 사용하여 챔버에서 정수압으로 가압하는 작업이 포함됩니다. 이 공정을 통해 세라믹과 텅스텐을 포함한 다양한 유형의 분말을 압축할 수 있습니다.
알루미나, 질화규소, 탄화규소, 사이알론 등의 세라믹은 CIP를 사용하여 효과적으로 압축할 수 있습니다. 등압 공정으로 생산되는 세라믹 제품의 범위는 광범위하며 볼, 튜브, 로드, 노즐, 퓨즈 튜브, 티밍 튜브, 조명 튜브, 연삭 휠 등이 포함됩니다.
강도와 내구성이 뛰어난 고밀도 금속인 텅스텐도 CIP를 이용해 성형할 수 있습니다. Wetbag 기술은 일반적으로 텅스텐 잉곳을 압착하는 데 사용되며, 열간 등방압 압착(HIP) 전에 빌렛과 같은 부품을 생산할 수 있습니다.
열간 등압 성형(HIP) 전 고합금 철 빌렛에 CIP 사용
CIP는 열간 등압 성형(HIP)을 진행하기 전 고합금 철 빌렛의 예비 성형 공정으로 자주 사용됩니다. HIP는 금속의 기공률을 줄이고 세라믹 재료의 밀도를 높이는 데 사용되는 기술입니다. HIP 이전에 빌렛을 CIP 처리함으로써 재료를 효과적으로 압축하고 후속 HIP 공정을 준비할 수 있습니다. CIP와 HIP의 결합으로 균일성이 향상되고 결함이 감소하며 기계적 특성이 향상된 재료가 생성됩니다.
알루미나, 질화규소, 탄화규소, 사이알론 등 CIP에 사용되는 다양한 세라믹
CIP는 알루미나, 질화규소, 탄화규소, 사이알론 등 다양한 세라믹을 압축하는 데 특히 적합합니다. 이 세라믹은 고강도, 경도, 내열성 등 우수한 특성을 제공하므로 다양한 용도에 적합합니다.
산화알루미늄이라고도 알려진 알루미나는 높은 전기 절연성, 내화학성, 내마모성으로 널리 사용되는 세라믹 소재입니다. 전자, 항공우주, 자동차 등의 산업에서 일반적으로 사용됩니다.
질화규소는 고강도, 인성, 내열충격성 등 우수한 기계적 성질을 지닌 세라믹 소재입니다. 절삭 공구, 베어링, 터빈 부품 등 고성능 세라믹이 필요한 응용 분야에 자주 사용됩니다.
탄화규소는 탁월한 경도, 내열성 및 화학적 안정성을 갖춘 다용도 세라믹 소재입니다. 연마재, 내화재, 전자 부품 등의 응용 분야에 사용됩니다.
사이알론 또는 질화규소 기반 세라믹은 고강도, 내마모성 및 열충격 저항성을 포함한 고유한 특성 조합을 제공합니다. 그들은 금속 주조, 석유 및 가스, 자동차와 같은 산업에서 일반적으로 사용됩니다.
결론적으로 CIP(Cold Isostatic Pressing)는 세라믹과 텅스텐을 포함한 다양한 유형의 분말을 압축하는 다용도 기술입니다. 이는 열간 등압 성형(HIP)을 받기 전에 재료를 성형하고 준비하는 데 일반적으로 사용됩니다. 알루미나, 질화규소, 탄화규소 및 사이알론과 같은 세라믹은 CIP를 사용하여 압축되는 경우가 많으며 광범위한 응용 분야에 탁월한 특성을 제공합니다.
Cold Isostatic Pressing의 설계 능력
CIP와 단축 다이 압축의 크기 및 복잡성 비교
CIP(냉간 등방압 압축)와 단축 압축은 모두 분말 샘플을 압축하는 데 사용되는 방법입니다. 단축 프레싱은 한 축을 따라 힘을 가하므로 치수가 고정된 단순한 형상에 적합합니다. 반면에 CIP는 구성 요소 설계에서 더 큰 크기와 복잡성을 허용합니다. 단축 프레싱과 달리 CIP는 유연한 금형과 모든 방향으로 가해지는 압력에 의존합니다. 이러한 유연성은 마찰을 줄이고 보다 복잡한 형상의 압축을 가능하게 합니다.
길이/직경 비율이 더 긴 부품에서 균일한 밀도 생산
CIP는 균일한 밀도를 유지하면서 길이 대 직경 비율이 더 긴 부품을 생산할 수 있는 이점을 제공합니다. 단축 압축은 종횡비의 제한으로 인해 밀도 분포가 고르지 않을 수 있습니다. 모든 방향으로 균일하게 압력을 가하는 CIP의 능력은 부품 전체에 걸쳐 일관된 밀도를 보장합니다.
CIP 콤팩트의 더 높은 밀도와 친환경적 강점
단축 압축과 비교할 때 CIP는 압축된 분말에서 더 높은 밀도를 달성할 수 있습니다. CIP에 유연한 금형을 사용하면 마찰 효과가 줄어들어 밀도가 더욱 균일해집니다. 또한 CIP 콤팩트는 더 높은 압분 강도를 나타내므로 압분 상태에서 콤팩트를 더 쉽게 가공할 수 있습니다.
복잡한 언더컷 및 나사 모양 생산
CIP는 형상 설계에 더 큰 유연성을 제공하므로 복잡한 언더컷 및 나사형 형상을 생산하는 것이 실용적입니다. 모든 방향으로 균일하게 압력을 가하는 능력은 다른 압축 방법으로는 달성하기 어렵거나 불가능할 수 있는 복잡한 형상을 생성할 수 있게 해줍니다.
최종 열간압착 전 세라믹 빌렛의 제조과정
최종 열간 프레싱을 진행하기 전에 세라믹 빌렛은 냉간 등압 프레싱을 포함하는 준비 과정을 거칩니다. 이 공정에서는 밀도가 낮은 녹색 부품이나 느슨한 분말을 밀봉된 유연한 용기에 넣습니다. 용기를 압력 용기 내의 액체 매질에 담그고 고압을 가하여 압분체를 압축합니다. 이렇게 높은 초기 밀도는 후속 열 주기 동안 강화 프로세스를 가속화하여 원하는 최종 밀도를 얻습니다.
요약하면, 냉간 등압 성형은 다른 압축 방법과 차별화되는 여러 가지 설계 기능을 제공합니다. 더 크고 복잡한 형상을 수용하고, 균일한 밀도를 생성하며, 더 높은 친환경 강도를 달성할 수 있는 능력을 갖춘 CIP는 다양한 산업 분야의 부품 제조를 위한 다용도 기술입니다.
결론
결론적으로, 등방압 프레싱 의 원리와 적용을 이해하는 것은 다양한 산업 분야의 비즈니스 전문가에게 매우 중요합니다. 등방압 프레싱은 분말 압축 시 균일한 밀도와 증가된 압분 강도를 달성하기 위한 신뢰할 수 있는 방법을 제공합니다. 습식 백 기술을 사용한 CIP(냉간 정수압 프레싱)이든 건식 백 기술이든 제조 공정은 유연성과 자동화 옵션을 제공합니다. 또한 CIP를 사용하면 세라믹과 텅스텐을 포함한 다양한 재료를 압축할 수 있어 다재다능한 기술이 됩니다. 등방압 프레싱의 설계 기능을 통해 복잡한 형상을 생산하고 최종 열간 프레싱 전에 세라믹 빌렛을 준비할 수 있습니다. 전반적으로 등방압 프레싱은 제조 부문에서 중요한 역할을 하며 다양한 응용 분야에 효율적이고 고품질의 솔루션을 제공합니다.
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