Was ist eine Heißpresse?
Eine Heißpresse ist ein Gerät, das hohen Druck auf ein Material ausübt, das zur Verarbeitung auf eine hohe Temperatur erhitzt wurde.
Die hohe Temperatur des Metallmaterials erweicht es, und die Anwendung von hohem Druck in diesem Zustand ermöglicht die plastische Verarbeitung. Heißpressen werden daher in vielen Bereichen eingesetzt.
Die Druckbeaufschlagung von Heißpressen erfolgt in der Regel einachsig, d. h. nur in eine Richtung, aber es gibt auch mehrachsige Typen, die Druck aus mehreren Richtungen ausüben können und je nach Anwendung ausgewählt werden. Die in Heißpressen verwendeten Temperaturen reichen von einigen hundert Grad bis zu den hohen Temperaturen von 2000 °C oder mehr, die für die Verarbeitung von Keramik erforderlich sind.
Anwendungen von Heißpressen
Es gibt zwei Haupttypen von Heißpressen, die jeweils für unterschiedliche Zwecke eingesetzt werden.
1. Heißpressen zum Fügen
Heißpressen zum Fügen werden zum Verbinden und Umformen von Metallen und Verbundwerkstoffen verwendet. Sie werden bei relativ niedrigen Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius eingesetzt. Heißpressen zum Fügen verwenden Hitze und Druck, um Materialien miteinander zu verbinden und hochwertige Produkte herzustellen.
2. Sinter-Heißpressen
Diese Geräte werden für die Herstellung von Keramik und Metalloxid-Filmsubstraten verwendet. Heißpressen zum Sintern werden für Materialien verwendet, die eine Verarbeitung bei hohen Temperaturen erfordern, wie z. B. Aluminiumoxid und andere Keramiken und Metalloxid-Foliensubstrate.
Durch das Pressen von Aluminiumoxidpulver unter hohem Druck können extrem harte Keramiken hergestellt werden.
Funktionsweise der Heißpressen
Heißpressen ist eine Verarbeitungsmethode, bei der hohe Temperaturen und hoher Druck kombiniert werden. Zunächst wird hydraulischer Druck zur Druckbeaufschlagung verwendet. Der Druck kann je nach Gerät zwischen 1 MPa (etwa das 10-fache des Atmosphärendrucks) und 70 MPa liegen.
Bei einachsigen Typen wird der Druck aus einer Richtung auf das Werkstück ausgeübt. Bei mehrachsigen Verfahren hingegen kann der Druck aus mehreren Richtungen aufgebracht werden, da einige Materialien Druck aus mehr als einer Richtung erfordern.
Mit Heizgeräten können hohe Temperaturen bis zu etwa 2500 °C erwärmt werden. Hohe Temperaturen können durch Widerstandsheizung mit Graphitheizungen erreicht werden. In einem einfachen Heißpressen-Mechanismus werden Produkte wie Kunststoffplatten hergestellt, indem zwei flache Platten erhitzt, eine Materialplatte dazwischen gelegt und gepresst werden.
Da sie bei hohen Temperaturen verwendet werden, sind die frisch hergestellten Produkte oft sehr heiß und können nicht bewegt werden, bis die grobe Hitze abgeführt ist. In solchen Fällen werden Kühlsysteme installiert, um die Verarbeitungszeit zu verkürzen.
Weitere Informationen zu hochfesten Werkstoffen
1. Heißpressen für hochfeste Werkstoffe
Der Rahmen, der auch als Rückgrat eines Automobils bezeichnet wird, steht in direktem Zusammenhang mit der Festigkeit und Steifigkeit des Fahrzeugs. Da er auch eine wichtige Rolle beim Schutz der Insassen bei einem Unfall spielt, wurde die Festigkeit durch die Verwendung schwerer, dicker Metallwerkstoffe erhöht. Aus Gründen des Umweltschutzes ist man jedoch bestrebt, das Gewicht der Fahrzeuge zu verringern, um den Kraftstoffverbrauch zu senken. Daher werden die Rahmenteile heute aus einem leichten, harten und dünnen Metallwerkstoff (hochfester Werkstoff) hergestellt.
Im Vergleich zu herkömmlichen Werkstoffen sind hochfeste Werkstoffe sehr wirksam bei der Gewichtsreduzierung. Aufgrund ihrer hohen Festigkeit lassen sie sich jedoch nur schwer zu Produkten formen. Bei der Umformung von hochfesten Werkstoffen müssen große Pressen verwendet und hohe Umformkräfte aufgebracht werden, wodurch sich auch die Anzahl der Federsäcke erhöht. Federsäcke sind ein Phänomen, das auftritt, wenn die Kraft, mit der ein Objekt in seine ursprüngliche Form zurückgebracht wird, größer ist als die Kraft, mit der die Form des Objekts verändert wird (Pressen).
Aufgrund der Schwierigkeit, die Umformgenauigkeit und die Belastung der Werkzeuge zu reproduzieren, wurde die Verarbeitung von hochfesten Werkstoffen in herkömmlichen Pressen (Kaltpressen) als sehr schwierig angesehen. Heißpressen hingegen erhitzen harte hochfeste Werkstoffe und erweichen sie, um die Umformung zu erleichtern. Außerdem können Federsäcke unterdrückt werden, so dass eine genaue Maßhaltigkeit leichter zu erreichen ist.
2. Vor- und Nachteile von Heißpressen
Heißpressen haben nicht nur den Vorteil, dass sie den Umformprozess erleichtern, sondern auch, dass sie die Festigkeit des Produkts erhöhen. Indem Druck auf das erhitzte Material in der Form ausgeübt wird, um es abzukühlen und zu härten, tritt ein Abschreckungseffekt ein und das fertige Produkt wird noch fester. Der größte Vorteil von Heißpressen besteht darin, dass das Produkt während des Formprozesses weich und danach hart ist.
Auf der anderen Seite haben Heißpressen den Nachteil, dass sie sehr hohe Produktionskosten verursachen. Zum Erhitzen des Materials ist ein Ofen erforderlich, was sowohl Anfangsinvestitionen als auch laufende Kosten erfordert. Außerdem ist die Produktionszeit um ein Vielfaches länger als bei konventionell gepressten Produkten, da das Produkt während der Produktion in der Form abkühlen muss.
Auch bei der Weiterverarbeitung gibt es Einschränkungen. Aufgrund ihrer hohen Festigkeit können sie nicht umgeformt werden und sind auf Bohren und Schneiden beschränkt.