Die Anzahl der Züge ist die Entscheidung mit den größten Kostenfolgen bei einem tiefgezogenen Teil, und sie wird meist in den ersten zehn Minuten eines Angebots getroffen. Jede zusätzliche Stufe bedeutet eine weitere Werkzeugstation, einen weiteren Pressenhub, einen weiteren Handhabungsschritt und eine weitere Gelegenheit, dass die Achse wandert. Die Anzahl richtig zu bestimmen heißt nicht, konservativ zu sein, sondern die Gesamtumformung so aufzuteilen, wie der Werkstoff sie tatsächlich aufnehmen kann.
Wie viele Züge braucht ein tiefgezogenes Teil?
Die Anzahl der Züge wird bestimmt, indem man das Gesamtziehverhältnis mit dem vergleicht, was der Werkstoff in einer Stufe aufnimmt. Berechne den Zuschnittdurchmesser aus der Oberfläche des Fertigteils, teile den Zuschnittdurchmesser durch den Fertigdurchmesser, um das Gesamtverhältnis zu erhalten, und wende dann den Grenzwert für den ersten Zug und für das Nachziehen der Güte an. Bei Tiefziehstahl DC04 liegt der erste Zug bei etwa 2,0, und jeder Nachzug nimmt einen deutlich kleineren Schritt von etwa 1,2 bis 1,4; bei Edelstahl 304 liegt der erste Zug bei etwa 1,6 bis 1,8 und das Nachziehen bei 1,15 bis 1,25, weil austenitischer Edelstahl viel schneller kaltverfestigt. Ein Teil mit einem Gesamtverhältnis von 2,0 in DC04 braucht daher zwei Züge statt einem, und oberhalb von drei Stufen in Edelstahl wird eine Zwischenglühung Teil des Plans.
Die drei Zahlen, die die Anzahl bestimmen
Für die Anzahl zählen nur drei Zahlen. Die erste ist der Zuschnittdurchmesser, der aus der Oberfläche des Fertigteils nach dem Prinzip Fläche gleich Fläche ermittelt wird und nicht aus der Gesamtlänge in der Zeichnung. Die zweite ist das Gesamtverhältnis, also Zuschnittdurchmesser geteilt durch Fertigdurchmesser. Die dritte ist der Grenzwert je Stufe; dort entscheidet der Werkstoff über die Ziehfolge. Die Grenzwerte, mit denen wir arbeiten, sind auf der Seite zum maximalen Ziehverhältnis veröffentlicht und werden hier wiederholt, damit die Rechnung an einer Stelle nachvollziehbar bleibt.
| Werkstoff | Erster Zug bis | Jeder Nachzug | Worum es beim Nachziehgrenzwert wirklich geht |
|---|---|---|---|
| DC04 Tiefziehstahl | etwa 2,0 | 1,2 bis 1,4 | Sehr niedriger Kohlenstoff und ein günstiges plastisches Dehnungsverhältnis lassen Duktilität für einen zweiten und dritten Durchgang |
| Austenitischer Edelstahl 304 | 1,6 bis 1,8 | 1,15 bis 1,25 | Kaltverfestigung: Das Material, das in Stufe zwei eintritt, ist bereits härter als der Zuschnitt |
| Aluminium 5052 | etwa 1,7 bis 1,9 | kleinere Schritte | Verfestigt schnell; die Rückfederung muss im Werkzeug eingeplant werden |
| Kupfer C1100 | etwa 1,7 bis 1,9 | kleinere Schritte | Lässt sich gut umformen, ist aber weich; Handhabungsschäden und Werkzeugabdrücke werden zur Begrenzung |
Die Zahl, die vergessen wird: das Dickendurchmesserverhältnis
Ein Zuschnitt, dessen Dicke mindestens 1,5 Prozent seines Durchmessers beträgt, trägt ein hohes erstes Ziehverhältnis. Unter etwa einem Prozent reißt oder faltet sich dieselbe Güte deutlich vor dem Tabellenwert, weil zu wenig Material vorhanden ist, um die Last um den Matrizenradius zu tragen und der Druckspannung im Flansch zu widerstehen. Deshalb können zwei Teile mit gleichem Gesamtverhältnis unterschiedlich viele Stufen brauchen: Der dünnere Zuschnitt benötigt eine zusätzliche Stufe, und diese Stufe ist billiger als die sonst nötige Werkzeugänderung.
Ein durchgerechnetes Beispiel: 80-mm-Zuschnitt wird zum 40-mm-Napf
Beispiel: Außendurchmesser 40 mm, Höhe 30 mm, Werkstoff DC04 mit 1,0 mm Dicke. Der Zuschnitt ergibt 80 mm, das Gesamtverhältnis ist also 2,0. Das liegt genau an der Grenze des ersten Zugs für DC04; das Teil wird daher als zwei Züge geplant, statt auf eine einzige Operation zu setzen.
| Phase | Durchmesser | Verhältnis dieser Stufe | Innerhalb des Grenzwerts |
|---|---|---|---|
| Zuschnitt | 80 mm | - | - |
| Erster Zug | 55 mm | 80 / 55 = 1,45 | ja |
| Zweiter Zug | 40 mm | 55 / 40 = 1,38 | ja |
Ein Verhältnis von 2,0 in 1,45 und 1,38 aufzuteilen hält beide Stufen sicher innerhalb dessen, was der Werkstoff aufnimmt, und kostet eine zweite Werkzeugstation. Genau um diesen Tausch – eine Station mehr gegen einen riskanten Hub – geht es in den meisten Tiefziehangeboten. Die vollständige Rechnung einschließlich Ziehkraft und Presse ist im Tiefzieh-Rechenbeispiel durchgeführt.
Wie viele Stufen, bevor eine Glühung eingeplant werden muss
Jeder Zug erhöht die Streckgrenze des Werkstoffs; in der dritten oder vierten Stufe ist der Stahl, der in die Matrize eintritt, nicht mehr der gelieferte Stahl. Bei DC04 kann die Folge oft ohne Zwischenglühung laufen; bei 304 sollte oberhalb von etwa drei Stufen geglüht werden, bevor das Werkzeug geplant wird, weil die Wärmebehandlung dann Teil des kritischen Pfads ist und kein reiner Ausgleichsschritt. Batch-Wärmebehandlung wird bei einem qualifizierten externen Dienstleister beauftragt und im Prüfplan ausgewiesen, nicht als eigene Operation dargestellt. Die vier Glüharten, die im Angebot auftauchen, sind unter Was ist Glühen beschrieben.
Wann bewusst eine Stufe ergänzt wird
- Ein Kalibrierzug, um einen Durchmesser in ein Band zu bringen, das die Hauptumformung nicht halten kann. Das ist eine leichte zweite Operation und kein vollständiger Zug.
- Ein Abstreckzug, um die Wanddicke zu einem Werkzeugmaß statt zu einer Zuschnittstoleranz zu machen. Siehe Abstrecktoleranzen und Oberfläche.
- Eine Besäumstation, um den welligen Rand zu entfernen, den Zipfelbildung erzeugt, wenn das Teil nahe am Werkstoffgrenzwert läuft.
- Eine Zwischenformänderung, wenn ein unrunder oder abgesetzter Teil trotz komfortablem Gesamtverhältnis nicht in einem Zug hergestellt werden kann.
Was jeder zusätzliche Zug kostet und was er bringt
Eine zusätzliche Stufe ist nicht nur ein weiterer Stempel und eine weitere Matrize. Sie braucht Baulänge in einem Transfer- oder Tandemwerkzeug oder eine zweite Presse; sie fügt einen Handhabungs- und Nachschmierschritt hinzu; sie fügt einen Prüfpunkt hinzu, wenn die Zwischengeometrie kontrolliert wird; und sie bietet eine weitere Gelegenheit, dass die Werkzeugachse zwischen den Stationen wandert, wovon der Rundlauf des Fertigteils letztlich abhängt. Was sie bringt, ist eine sichere Ziehfolge, eine beherrschbare Wand und ein Teil, das im Dezember genauso läuft wie beim Erstmuster. Eine Stufe zurückzukaufen, um Werkzeugkosten zu sparen, lohnt nur, wenn Werkstoff und Geometrie es tatsächlich zulassen.
Woran man erkennt, ob ein Angebot die Züge gezählt hat
Ein Angebot, das die Züge gezählt hat, nennt Zuschnittdurchmesser, Gesamtverhältnis, Anzahl der Stufen und den oder die Zwischendurchmesser. Ein Angebot, das das nicht getan hat, zeigt einen einzigen Werkzeugpreis und einen Stückpreis ohne Ziehfolge dahinter. Ist das Teil tief und kommt die Antwort ohne Dickendurchmesserverhältnis, Matrizenradius oder Glühhinweis, wurde die Folge wahrscheinlich aus der Zeichnung abgelesen statt berechnet; der Unterschied zeigt sich dann meist beim Erstmuster statt im Angebot.
Kernpunkt
Zuschnitt über die Fläche, dann Gesamtverhältnis, dann Grenzwert je Güte: etwa 2,0 beim ersten Zug und 1,2 bis 1,4 je Nachzug bei DC04, 1,6 bis 1,8 und 1,15 bis 1,25 bei 304. Zähle die Stufen, prüfe das Dickendurchmesserverhältnis und plane bei Edelstahl oberhalb von etwa drei Stufen die Glühung ein.
Häufig gestellte Fragen
Kann ein tiefgezogenes Teil immer in einem Zug hergestellt werden?
Nein, und der Grenzwert ist eine Eigenschaft des Werkstoffs, nicht der Presse. Bei DC04 erreicht der erste Zug etwa 2,0, bei 304 etwa 1,6 bis 1,8; diese Werte setzen ein günstiges Dickendurchmesserverhältnis, richtig bemessene Werkzeuge und kontrollierte Schmierung voraus. Ein Teil jenseits dieses Grenzwerts wird nicht auf einer größeren Presse in einem Zug hergestellt, sondern in zwei.
Bedeuten mehr Züge ein besseres Teil?
Sie bedeuten eine sicherere Ziehfolge, nicht automatisch ein besseres Teil. Zusätzliche Stufen erhöhen Werkzeugkosten, Handhabung, Nachschmierung und die Chance, dass die Werkzeugachse wandert. Richtig ist die kleinste Stufenzahl, die jede Stufe innerhalb des Werkstoffgrenzwerts hält, mit dem verfügbaren Dickendurchmesserverhältnis.
Warum braucht ein Edelstahlteil mehr Züge als dasselbe Teil aus Stahl?
Weil austenitischer Edelstahl viel schneller kaltverfestigt. Das Material, das in die zweite Stufe eintritt, ist bereits härter als der Zuschnitt; jede weitere Stufe kann daher eine viel kleinere Umformung aufnehmen: 1,15 bis 1,25 gegenüber 1,2 bis 1,4 bei DC04. Oberhalb von etwa drei Stufen muss außerdem die Glühung eingeplant statt improvisiert werden.
Wie prüfe ich, ob die Anzahl der Züge in meinem Angebot stimmt?
Frage nach Zuschnittdurchmesser, Gesamtverhältnis und Zwischendurchmesser jeder Stufe und dividiere die Verhältnisse nach. Liegt die erste Stufe über dem Werkstoffgrenzwert oder ein Nachzug bei Stahl über etwa 1,4, muss die Folge überarbeitet werden. Ein Angebot, das die Zwischendurchmesser nicht zeigen kann, hat gar keine Ziehfolge veröffentlicht.