Presshärten (Hotforming)

Presshärten – in der Praxis meist Hotforming, international Hot Forming oder Hot Stamping und im Deutschen auch Formhärten genannt – ist Warmumformen mit gleichzeitigem Abschrecken im Werkzeug. Umgeformt wird ein weiches, glühendes Blech; seine hohe Endfestigkeit erhält das Bauteil erst beim raschen Abkühlen im geschlossenen Werkzeug.

Der Ablauf

Erwärmen

Die Platine durchläuft einen Ofen, bis das Gefüge vollständig in Austenit umgewandelt ist. Die Verweilzeit im Ofen ist eng begrenzt: Bei zu kurzer Erwärmung bleibt die Umwandlung unvollständig, bei zu langer leidet die Oberflächenbeschichtung.

Transfer

Der Weg vom Ofen in die Presse muss rasch zurückgelegt werden, damit die Platine vor dem Schließen des Werkzeugs nicht zu stark abkühlt. Deshalb verlangt das Presshärten eine eng verkettete Automatisierung zwischen Ofen und Presse.

Umformen und Abschrecken

Das Werkzeug schließt, formt das heiße Blech um und entzieht ihm über den Flächenkontakt zugleich Wärme. Beides geschieht im selben Hub; das Werkzeug bleibt am unteren Totpunkt geschlossen, bis die Gefügeumwandlung in Martensit abgeschlossen ist.

Entnahme und Beschnitt

Das gehärtete Bauteil verlässt das Werkzeug. Wegen der hohen Endfestigkeit führt mechanisches Beschneiden zu starkem Schneidenverschleiß, weshalb Endkontur und Durchbrüche meist per Laser geschnitten werden.

Die Werkzeugkühlung

Damit sich das Gefüge zuverlässig in Martensit umwandelt, muss die Abkühlung eine werkstoffabhängige Mindestgeschwindigkeit überschreiten und über die gesamte Bauteilfläche gleichmäßig wirken. Wo der Kontakt zwischen Blech und Werkzeug unvollständig ist oder die Wärme langsamer abfließt, bleiben weichere Gefügeanteile zurück.

Presshärtwerkzeuge sind deshalb dicht unter der Wirkfläche von Kühlkanälen durchzogen. Deren Auslegung gehört unmittelbar zur Werkzeugkonstruktion: Die Kanäle müssen der Bauteilkontur in geringem Abstand folgen, ohne die mechanische Steifigkeit der Werkzeugsegmente zu schwächen.

Folgen für die Methodenplanung

• Verknüpfung von Temperatur und Taktzeit. Ofendurchlauf, Einlegezeit und Zuhaltedauer im Werkzeug bestimmen unmittelbar das Gefügeergebnis. Der zeitliche Ablauf ist daher fester Bestandteil der Prozessauslegung.
• Geringe Maßabweichung nach dem Öffnen. Da sich das Gefüge im geschlossenen Werkzeug unter Formzwang umwandelt, werden die Umformspannungen weitgehend abgebaut. Im Vergleich zu kaltumgeformten höherfesten Stählen tritt nur geringer Verzug aus thermischer Schwindung und Umwandlung auf; eine aufwendige Kompensation der Rückfederung entfällt.
• Geänderte Operationsfolge. Weil das Schneiden und Lochen nach dem Härten aufwendig ist, wird die Außenkontur häufig schon an der weichen Platine endnah vorbereitet oder zwischen den Schritten beschnitten.
• Gezielt abgestufte Bauteilfestigkeit. Werden einzelne Werkzeugbereiche beheizt statt gekühlt oder im Kontakt freigestellt, kühlt das Blech dort langsamer ab und behält ein duktileres Gefüge. So lassen sich an einem Bauteil hochfeste Bereiche mit weicheren Anbindungs- oder Deformationszonen kombinieren.

Direktes und indirektes Verfahren

Beim direkten Presshärten wird die ebene Platine erwärmt und in einem einzigen Warmhub geformt und gehärtet. Beim indirekten Verfahren wird das Bauteil zunächst kalt vorgezogen, manchmal auch schon kalt vorbeschnitten, und anschließend nach dem Erwärmen im gekühlten Werkzeug nur noch fertiggeformt und abgeschreckt. Das indirekte Verfahren ermöglicht größere Ziehtiefen und komplexere Geometrien, benötigt dafür aber einen zusätzlichen Kaltwerkzeugsatz.

Häufige Fragen

Was ist der Unterschied zwischen Presshärten und Hotforming?

Beide Begriffe bezeichnen dasselbe Verfahren: eine borlegierte Stahlplatine wird im Ofen austenitisiert, warm im Werkzeug umgeformt und noch im geschlossenen Werkzeug abgeschreckt. In deutschsprachigen Normen und Lehrbüchern heißt das Verfahren Presshärten oder Formhärten, im Karosserie- und Werkzeugbau meist Hotforming oder Hot Stamping.

Worin unterscheiden sich direktes und indirektes Presshärten?

Beim direkten Verfahren wird die ebene Platine erwärmt und in einem einzigen Warmhub geformt und gehärtet. Beim indirekten Verfahren wird das Bauteil zunächst kalt vorgezogen und erst danach erwärmt, im gekühlten Werkzeug fertiggeformt und abgeschreckt.

Warum werden pressgehärtete Bauteile meist per Laser beschnitten?

Durch die martensitische Gefügeumwandlung erreicht das Bauteil nach dem Abschrecken eine sehr hohe Festigkeit. Ein mechanischer Beschnitt im Schneidwerkzeug führt dann zu hohem Schneidenverschleiß und Kantenrissen, weshalb Konturen und Löcher überwiegend per Laser geschnitten oder schon vor dem Härten eingebracht werden.