Bei manchen Teilen mit großem Seitenverhältnis, komplexen Formen, gleichmäßiger Dichte und Festigkeitsanforderungen ist herkömmliches uniaxiales Pressen nahezu unmöglich.
Eine praktikable Technologie ist das kaltisostatische Pressen (CIP).
Was ist kaltisostatisches Pressen?
Kaltisostatisches Pressen ist eine Pulverformungstechnik, bei der in einer flexiblen Form bei Raumtemperatur aus allen Richtungen ein gleichmäßiger Druck (5,000 psi bis 100,000 psi, entsprechend 34.5 bis 690 MPa) auf ein Pulver ausgeübt wird, um das grüne Teil zu erzeugen.
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Kaltisostatisches Pressverfahren
Der Herstellungsprozess des kaltisostatischen Pressens läuft wie folgt ab:
Zunächst wird eine Patrize mit der gleichen Form wie das Produkt hergestellt und außen mit Gummi eine Matrize gegossen.
Anschließend wird Pulvermetall in die Form gefüllt und mit einer Abdeckung verschlossen. Um die Verformung der Form zu reduzieren, benötigt die Form Aluminium- und Stahlschalen, um die Verformung zu unterstützen.
Schließlich taucht der Hersteller die Form in Öl oder eine andere Flüssigkeit, übt nach dem Verschließen der Luke Druck aus und verdichtet das Pulver durch hydraulischen Druck zu einem nahezu endkonturierten Produkt.
Arten des kaltisostatischen Pressens
Es gibt zwei Arten von CIP: Nassbeutel und Trockenbeutel.
Isostatisches Pressen im Nassbeutel
Bei der Nassbeutelmethode wird die Form zum Pressen vollständig in Öl oder andere Flüssigkeiten eingetaucht.
Die Form wird von allen Seiten mit Druck beaufschlagt, sodass die Dichte des Grünkörpers relativ gleichmäßig ist.
Allerdings ist die Produktionsrate gering und eine Automatisierung der Produktion nicht einfach. Daher wird das kaltisostatische Nassbeutelpressen für die Kleinserienproduktion und die Prototypenentwicklung von Spezialteilen eingesetzt.
Isostatisches Pressen im Trockensack
Beim Trockenbeutelverfahren ist der Boden der Form am Gerät befestigt, und nur die Form oder die Form und ihr Deckel sind von Flüssigkeit umgeben. Es handelt sich also nicht um echtes isostatisches Pressen. Das Trockenbeutelverfahren bietet jedoch eine hohe Produktionseffizienz, da es das Einfüllen von Materialien und die Entnahme von Werkstücken erleichtert und leicht zu automatisieren ist.
Vorteile des kaltisostatischen Pressens
Refraktärmetalle verarbeiten
Durch kaltisostatisches Pressen können Metalle mit hohem Schmelzpunkt wie Wolfram verarbeitet werden, die sich nicht so leicht gießen lassen.
Längeres Seitenverhältnis
Durch CIP können Teile mit relativ großen Längen hergestellt werden, die durch einachsiges Pressen nicht hergestellt werden können.
Niedrige Formkosten
Das Formmaterial für das kaltisostatische Pressen ist in der Regel Naturkautschuk oder Polyurethankautschuk. Im Vergleich zum herkömmlichen Pulverpressen mit teurem Werkzeugstahl ist es günstiger.
Gleichmäßige Dichte und Festigkeit
Die durch CIP hergestellten Werkstücke weisen eine gleichmäßige Dichte und Festigkeit auf, da jeder Teil des Grünteils einem gleichmäßigen Druck ausgesetzt ist. Beim späteren Sintern dieser Teile kommt es zu einer gleichmäßigen Schrumpfung.
Gute Grünfestigkeit
Durch kaltisostatische Verdichtung hergestellte Metallteile weisen eine gute Grünfestigkeit auf.
Komplexe geometrische Formen
CIP kann Komponenten mit dreidimensionalen Merkmalen herstellen.
Einschränkungen von CIP
- Der Nachteil des kaltisostatischen Pressens besteht darin, dass keine hochpräzisen Teile hergestellt werden können. Um enge Toleranzen zu erreichen, ist nach dem Sintern des Grünteils eine Nachbearbeitung erforderlich.
- Der maximale Formdruck beim kaltisostatischen Pressen ist auf etwa 600 MPa begrenzt.
Anwendungen des kaltisostatischen Pressens
Das kaltisostatische Pressen findet breite Anwendung in der Pulvermetallurgie, bei hochschmelzenden Metallen, Sputtertargets und in der Keramikherstellung.
Pulvermetallurgie
Die Pulvermetallurgie ist ein anerkanntes umweltfreundliches Herstellungsverfahren, bei dem Metallpulver als Rohstoff verwendet wird. Die Metallpulver werden in eine Form gepresst, um die gewünschte Form zu erhalten, und gesintert, um die erwarteten physikalischen und mechanischen Eigenschaften zu erzielen.
Die konventionelle Pulvermetallurgie-Prozess verwendet uniaxiales Pressen, was die Herstellung von Produkten mit großen Aspektverhältnissen erschwert. Durch kaltisostatisches Pressen können Teile mit großen Aspektverhältnissen hergestellt werden, beispielsweise poröse Metallrohre.
Refraktäre Metalle
Einige Refraktärmetalle wie Wolfram, Molybdän und Tantal lassen sich mit herkömmlichen Herstellungsverfahren nur schwer verarbeiten. Durch kaltisostatisches Pressen können diese Refraktärmetalle ohne Schmelzen verarbeitet werden – mit hoher Materialausnutzung und geringem Energieverbrauch.
Sputtertargets
Sputtertargets sind das Ausgangsmaterial für den Sputterprozess, eine Dünnschichtabscheidungstechnik.
CIP kann Indiumzinnoxid (ITO)-Pulver in größeren Formen herstellen, und nach Sinterprozesskann ein Produkt mit einer Dichte von 95 % erhalten werden.
Keramik
Aufgrund ihrer hervorragenden Hochtemperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Isoliereigenschaften finden Keramiken in der modernen Industrie wichtige Anwendungsmöglichkeiten.
Für die Herstellung von Keramik gibt es verschiedene Verfahren, darunter Formpressen und isostatisches Pressen. Durch CIP können Hersteller Keramikteile mit komplexen Formen und gleichmäßiger Dichte herstellen.
BLUE ist ein engagierter Pulvermetallurgieunternehmen, zertifiziert nach ISO 9001:2015 und mit 20 Jahren Fertigungserfahrung. Zu unseren Kompetenzen gehören konventionelle Pulvermetallurgieverfahren, Metallspritzguss, isostatisches Pressen und die Verarbeitung von Metallen, Kunststoffen und Keramik.
Wir bieten Standardteile aus Pulvermetall und kundenspezifische Dienstleistungen an. Wenn Sie kaltisostatische Pressen oder Metallpulverprodukte benötigen, kontaktieren Sie uns bitte. Wir arbeiten gerne für Sie!
FAQ
Wie schneiden uniaxiales Pressen und isostatisches Pressen im Vergleich ab?
Uniaxiales Pressen und isostatisches Pressen sind zwei gängige Pulververdichtungsverfahren, die in der Pulvermetallurgie und der Keramikherstellung verwendet werden.
- Beim uniaxialen Pressen wird eine starre Matrize, beispielsweise aus Werkzeugstahl, verwendet, um durch einen Stempel Druck in eine Richtung (normalerweise vertikal) auf das Material auszuüben. Beim isostatischen Pressen wird eine Flüssigkeit in einer abgedichteten Kammer verwendet, um den Druck gleichmäßig aus allen Richtungen auszuüben.
- Die Dichte von Produkten, die durch uniaxiales Pressen hergestellt werden, ist nicht einheitlich, während Produkte, die durch isostatisches Pressen hergestellt werden, eine einheitliche Dichte aufweisen.
- Das uniaxiale Pressen eignet sich für die Produktion im großen Maßstab, während das isostatische Pressen ideal für die Herstellung kleiner Chargen ist.
Was sind die Unterschiede zwischen kalt- und heißisostatischem Pressen?
Das kaltisostatische Pressen erfolgt bei Raumtemperatur, während heißisostatisches Pressen wird bei hoher Temperatur durchgeführt.
Der Hauptzweck von CIP ist die Pulververdichtung vor dem Sinterprozess. Durch die Entfernung innerer Poren mittels HIP kann ein vollständig dichtes Produkt erzeugt werden.
Das Druckmedium beim kaltisostatischen Pressen ist eine Flüssigkeit (normalerweise Öl oder Wasser), während das Druckmedium beim heißisostatischen Pressen ein Inertgas (normalerweise Argon) ist.
Müssen durch kaltisostatisches Pressen hergestellte Teile gesintert werden?
Ja. CIP ist eine Pulverpresstechnologie, bei der die Pulverpartikel durch Sintern miteinander verschmelzen. Nach dem Sinterprozess erhalten die Teile die gewünschten mechanischen Eigenschaften.