Presshärten
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Presshärten, seltener auch Formhärten ist ein Verfahren der Warmumformung von Blechen, das vor allem für den Automobilbau verwendet wird. Dabei wird eine Platine aus borlegiertem Stahl, z. B. 22MnB5 oder Usibor, auf eine Temperatur von über 900 °C erwärmt und beim Pressen im wassergekühlten Werkzeug abgekühlt. Dadurch entsteht ein martensitisches Gefüge mit hoher Festigkeit und dafür schlechterer Verformbarkeit. Wenn das Blech mit einer Aluminium-Silizium Beschichtung versehen ist, dann kann das Bauteil sofort nach dem Pressen lackiert werden. Sonst muss vorher der Zunder entfernt werden. Der Begriff leitet sich aus dem Verfahren ab, in dem das Bauteil beim Pressen gehärtet wird.
Ziel des Verfahrens
Insbesondere für den Leichtbau von Automobilen werden für Strukturteile Werkstoffe benötigt, die fest sind und sich gleichzeitig gut umformen lassen. Üblicherweise bedingt höhrer Festigkeit eine schlechtere Umformbarkeit. Stahl bietet aber vielfältige Möglichkeiten, diese Eigenschaften zu kombinieren. Für das Presshärten wird die martensitische Umwandlung (Härten) ausgenutzt. Durch Legieren mit Bor wird die zum Härten nötige Abkühlgeschwindigkeit verlangsamt und kann deshalb auch im wassergekühlten Gesenk ablaufen. Durch eine Al-Si Beschichtung der Platine kann das Verfahren auch für dünne Bleche kostengünstig erfolgen.
Verfahren
Das Verfahren ist dem Tiefziehen von Blech ähnlich: Aus einem aus Stahlband (in diesem Fall einer Bor-Mangan-Stahl-Legierung) (Coil) werden Platinen geschnitten, mit einer an die Werkstückform angepassten Geometrie.
In einem ersten Schritt kann die Platine zunächst konventionell kalt tiefgezogen werden. Die Vorgehensweise wird dann als indirekt bezeichnet. Der erste Umformvorgang im indirekten Verfahrenswird als Vorziehen bezeichnet. Dadurch verringert sich die benötigte Umformung im darauffolgenden Schritt, und die Gefahr, dass das Material aufgrund einer zu großen Streckung reißt, verringert sich.
Für das Presshärten werden die Platinen in einem bis zu 60 m langen Durchlaufofen auf über ca. 900 °C erwärmt, und dadurch ein austenisches Gefüge erzeugt. Die dann rot glühenden Bleche werden (z. B. mit einem Roboter) in eine hydraulische Presse eingelegt, die mit einem wassergekühlten Werkzeug eausgestattet ist. Während des Pressvorgangs wird das Material im Werkzeug umgeformt. Anschließend muss das Werkzeig für eine bestimmte Haltezeit geschlossen bleiben, in der das Blech gesteuert abkühlt und die martensitische Umwandlug abläuft. Die Haltezeit beträgt etwa 20 Sekunden und ist unter anderem von der Bauteiloberfläche, Materialvolumen, Wärmeleitfähigkeit des Werkzeugstahls und der zu erzielenden Festigkeit abhängig. Nach Ablauf der Haltezeit wird das Bauteil mit einer Temperatur zwischen 150 und 250 °C entnommen. Nach dem endgültigen Abkühlen muss noch der Ziehrand beschnitten werden.
Wegen der notwendigen Haltezeit ist das Verfahren deutlich weniger produktiv als konventionelles Tiefziehen.
Werkzeuge
Das Tiefziehwerkzeug ist erheblich komplizierter als eines für den konventionellen Prozess, da in den Stempel und Matrize Kühlkanäle eingearbeitet werden müssen. Diese müssen eine gezielte Wärmeabfuhr aus der Platine gewährleisten.
Der Ziehrend kann gewöhnlich nicht direkt im Umformwerkzeig beschnitten werden. Die Festigkeit nach dem Abkühlen vn 1.000 N/mm² erfordert besondere Schneidwerkzeuge. Für komplizierte Konturen bietet sich 3D-Laserbearbeitung schneiden an. Für einfache Geometrien ist das Hartschneiden geeignet, die mit Schneidwerkzeugen direkt in der Pressenstraße erfolgt.