熱間プレス炉では、圧力は多部品システムを通じて加えられます。このシステムは、外部の力を極度の高温下で加工品への精密な圧縮に変換します。このシステムは主に、プレスロッド（ホット用とコールド用）で構成されており、これらは外部プレスと内部ツールを接続し、黒鉛パンチ、ダイ、またはプラテンなどの特殊なツールが加工される材料に直接接触します。
重要な点は、熱間プレスにおける圧力の印加が一つの構成要素によるものではなく、注意深く設計されたシステムによるものであるということです。構成要素、特にツールの選択は、粉末の固結や固形部品の接合など、特定の材料加工目標によって完全に決定されます。
プレスシステムの主要構成要素
熱間プレス炉は、通常油圧によって駆動される、より大きなプレスフレームの一部です。炉内の構成要素は、巨大な熱と真空または不活性雰囲気に耐えながら、この力を伝達するように設計されています。
力の発生：油圧ラム
初期の力は炉内から発生しません。それは、より大きなプレス構造の一部である油圧ラムによって外部で生成されます。このラムは、トン単位で測定される強力で制御された力を提供します。
力の伝達：プレスロッド
プレスロッドは、外部ラムと内部ツール間の架け橋として機能します。これらは、単一の軸に沿って正確に力を伝達する必要があります。
これらは一般的に二部構成のシステムです。炉のホットゾーンの外側にある「コールド」ロッド（通常は水冷鋼製）が、ホットゾーン内に入ることができる黒鉛などの高温材料で作られた「ホット」ロッドを押します。
粉末固結のためのツール：パンチとダイ
粉末を固形部品に変換すること（焼結と呼ばれるプロセス）が目的の場合、黒鉛パンチおよびダイセットが使用されます。
ダイは粉末を保持するための空洞または金型を形成します。一つ以上のパンチがピストンのように機能し、高温高圧下でダイ内の粉末を圧縮し、固形部品に高密度化するまで圧縮します。
拡散接合のためのツール：プレスプラテン
二つ以上の固形部品を接合する拡散接合の場合、プレスプラテンが使用されます。
これらは平らで剛性の高いプレートであり、多くの場合黒鉛またはモリブデン製です。加工品はプラテンの間に配置され、プラテンが表面全体に均一な圧力を加え、界面の原子が相互拡散して固相溶接を形成するように強制します。
トレードオフの理解
プレスシステムの設計には、熱管理、材料適合性、機械的安定性の間で重要なトレードオフが含まれます。最も重要な違いは、どのように力がホットゾーンに伝達されるかです。
標準的な「コールドロッド」設計
ほとんどの熱間プレスは、外部の水冷金属ロッドが内部の黒鉛ロッドまたはプッシュスタックを押す設計を使用しています。
この設計は、主要な油圧プレスフレームとその敏感な構成要素を炉ホットゾーンの極端な温度から効果的に隔離し、長寿命と安全性を保証します。主な課題は、ロッド間の完璧な位置合わせを維持することです。
黒鉛の重要な役割
黒鉛は、ホットロッド、パンチ、ダイなどの内部熱間プレス構成要素の主要な材料です。これにはいくつかの重要な理由があります。
それは高温での優れた強度（約2500°Cまで強くなる）を示し、非常に低い熱膨張係数を持ち、真空または不活性雰囲気中で化学的に安定しています。また、複雑な工具形状に容易に機械加工できます。
目的に合わせた適切な選択
目的とする材料特性を達成するためには、適切な圧力構成要素を選択することが基本です。プロセスがツールを決定します。
- 粉末から高密度部品を作成することに主な焦点を当てる場合： 重要な構成要素は、精密機械加工された黒鉛パンチおよびダイセットになります。
- 固形部品を接合することに主な焦点を当てる場合： 均一な圧力分布を保証するために、一対の平らで均一なプレスプラテンを使用する必要があります。
- プロセスの信頼性と安全性に主な焦点を当てる場合： 外部の「コールド」ロッドと内部の「ホット」黒鉛ロッドアセンブリからなる標準的な二部構成システムが、最も実績があり堅牢な設計です。
このシステムを理解することで、温度と圧力という重要な変数を正確に制御できるようになります。
要約表：
| 構成要素 | 機能 | 一般的な材料 |
|---|---|---|
| 油圧ラム | 外部の力を生成する | 鋼 |
| プレスロッド | ホットゾーンに力を伝達する | 鋼（コールド）、黒鉛（ホット） |
| パンチとダイ | 粉末を固体に圧縮する | 黒鉛 |
| プレスプラテン | 拡散接合により固形部品を接合する | 黒鉛またはモリブデン |
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