Alternativer Werkstoff Holz spart Werkzeugkosten für die Blechumformung

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Technische Universität Graz Institut für Werkzeugtechnik & Spanlose Produktion

Holz weist wegen des optimierten Aufbaus in Bezug auf die Anforderungen des Lebewesens Baum anisotrope Eigenschaften auf, das heißt, die mechanisch-technologischen Eigenschaften in den verschiedenen Beanspruchungsrichtungen – längs, radial und tangential zur Stammrichtung – sind unterschiedlich groß. Holz reagiert auf die umgebenden Feuchtebedingungen durch Volumensveränderungen und behält relativ konstante Eigenschaften bis zu einem Temperaturbereich von rund 75 °C. Auf Grund seines strukturellen Aufbaues ist weiterhin von einer unterschiedlichen Härte der einzelnen Holzarten auszugehen.

Einheimische Holzart für Umformwerkzeuge geeignet

Auf Grund des für den Einsatz in Umformverfahren erforderlichen Einsatzprofiles und der genannten generellen Eigenschaften von Holz bietet sich die (einheimische) Holzart Robinie (lat.: Robinia pseudoacacia) besonders für eine Verwendung an. Diese ursprünglich aus Amerika stammende Baum- und Holzart ist mittlerweile in Europa, insbesondere in Ungarn und der Slowakei, aber auch in den östlichen Teilen Österreichs bestandsbildend.

Bild 1: Im Vergleich: Ein herkömmlicher Stahlstempel und der Substitutionswerkstoff Holz. (Archiv: Vogel Business Media)

Robinienholz besitzt, bei einem bestmöglichen Verhältnis der Eigenschaften in Faserlängs- beziehungsweise -querrichtung, exzellente Steifigkeits- und Festigkeitskenngrößen, welche für den beabsichtigten Einsatzzweck neben der sehr großen Härte von essenzieller Wichtigkeit sind. Nebenbei sei erwähnt, dass Robinienholz über eine sehr hohe Dauerhaftigkeit verfügt, wodurch auch die Verwendung in besonders feuchtebeanspruchten Bereichen ohne besondere Vorkehrungen möglich ist (Bild 1).

Stahlstempel zum Umformen wird durch Robinienholz ersetzt

Bild 2: Als Halbzeuge für die Fertigung des Stempels kamen Blöcke aus orthogonal zu ihrer Faserrichtung angeordneten 4,5 mm dicken Robinienfurnieren zum Einsatz. (Archiv: Vogel Business Media)

Um das Verhalten dieses Werkstoffes unter Lasteinwirkung analysieren zu können, wurde ein Konzept für die ersten Blechumformversuche erarbeitet. Ziel dieser Versuche war es, die möglichen Grenzen in Bezug auf die Ausformbarkeit kleinster Radien zu ermitteln sowie Aussagen über den Oberflächenverschleiß und die Standfestigkeit des Werkzeuges nach einer bestimmten Hubzahl treffen zu können. Dazu wurde eine Geometrie gewählt, die sowohl kleine wie auch große Radien aufweist und des Weiteren eine geeignete Ziehtiefe besitzt (Bild 2).

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