Umformtechnik Presshärten – Umformen für den Leichtbau

Weniger Emissionen: Das fordern mittlerweile in vielen Ländern die Politiker von der Automobilindustrie. Ein Weg, um den Abgasausstoß von Autos zu senken, ist der Leichtbau – die Umformtechniker haben dafür sogar ein eigenes Verfahren namens Presshärten entwickelt.

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Weniger Material gleich weniger Gewicht: Auf diese Weise wollen die Automobilhersteller den Energieverbrauch der Fahrzeuge und damit die Emissionen reduzieren. Möglich ist das mit hoch- und höchstfesten Stählen: Sie ermöglichen dünnere, damit leichtere Karosseriebauteile bei gleicher Crashsicherheit für die Fahrzeuginsassen. Die Stahlhersteller haben dafür Stahlsorten mit Zugfestigkeiten von 1500 MPa und mehr auf den Markt gebracht.

Hochfeste Stähle lassen sich am besten mit Presshärten umformen

Freilich haben diese hochfesten oder gar höchstfesten Stähle aus Sicht der Umformtechnik einen großen Nachteil: Sie lassen sich per Definition schlecht umformen. Denn es spielt für den Werkstoff zunächst keine Rolle, ob er bei einem Unfall ungezielt verformt oder in einer Maschine gezielt umgeformt wird. Um diese hoch- und höchstfesten Stähle in den Griff zu bekommen, führt kein Weg an der Warmumformung vorbei. Dazu haben Hersteller von Umformmaschinen ein eigenes Verfahren entwickelt: das Presshärten, auch Formhärten genannt.

Beim Presshärten werden die Platinen zunächst in einem Durchlaufofen bei ungefähr 950 °C austenitisiert. Dadurch ändert sich die Kristallgitterstruktur des Stahls. Die dann glühenden Bleche werden in eine – meist hydraulische – Presse eingelegt, die mit einem speziellen, wassergekühlten Umformwerkzeug ausgestattet ist.

Beim Presshärten kühlt das Bauteil noch im Werkzeug ab

Zunächst beginnt der Umformprozess beim Presshärten wie bei anderen Umformverfahren auch: Während die Presse schließt, formt das Werkzeug das Material um. Allerdings hält beim Presshärten die Presse nach Erreichen des unteren Totpunktes das Werkzeug weiter geschlossen. In dieser Haltezeit wird das Blech abgeschreckt und die Wärme in wenigen Sekunden über das Werkzeug abgeführt. Die Haltezeit beträgt für gewöhnlich weniger als 20 s und ist unter anderem von Bauteiloberfläche, Menge des Materials, Wärmeleitfähigkeit des Werkzeugstahls und der gewünschten Bauteilhärte abhängig.

Nach der Haltezeit wird das Bauteil mit einer Temperatur zwischen 150 und 250 °C entnommen. Durch die rasche Abkühlung bildet sich eine martensitische Gefügestruktur im Stahl aus, die für eine hohe Härte sorgt. Deshalb werden mittels Presshärten hergestellte Bauteile anschließend mit Lasermaschinen beschnitten.

Digitalisierung

Prozessüberwachung macht Presshärten produktiver

Weiteres Wachstum für das Presshärten zu erwarten

Für die kommenden Jahre kann man davon ausgehen, dass dem Presshärten weiterhin ein großes Wachstum bevorsteht. Laut Studien von Berylls Strategy Advisors, Clearwater International und North American Die Casting Association (Nadca) soll der Werkstoffanteil von hochfesten Stählen in Fahrzeugen bis zum Jahr 2030 auf 38 % steigen, im Jahr 2010 waren es noch 15 %. Denn gleich ob ein Auto mit Verbrennungsmotor weniger Emissionen ausstoßen oder ein Auto mit Elektromotor eine größere Reichweite erreichen soll – weniger Gewicht ist in jedem Fall gefragt.

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