Was macht ein tiefgezogenes Gehäuse dicht?
Ein tiefgezogenes Gehäuse ist dicht, wenn die Wand keine durchgehenden Wandfehler und keine Naht aufweist und die Dichtflächen für O-Ring, Dichtung oder Gegenstück einwandfrei sind. Anders als ein aus Rohr und Endkappen zusammengeschweißtes Gehäuse ist ein tiefgezogenes Gehäuse ein einziges Metallteil: Es gibt keine Schweißnaht, die lecken kann, keine wärmebeeinflusste Zone, die reißt, und kein Zusatzmaterial, das mit dem Medium reagiert. Entscheidend für die Dichtheit ist dann die Wand selbst: ob das Ziehverhältnis und die Anzahl der Stufen die Wanddicke gleichmäßig gehalten haben, ob das Material genügend Dehnung und den richtigen Härtezustand für die Umformung hatte, ob die Radien groß genug waren, um eine Wandverdünnung zu vermeiden, und ob ein Vorformfehler wie Guss-Porosität oder ein Einschluss in die fertige Wand übernommen wurde. Die meisten Leckagen bei tiefgezogenen Gehäusen gehen auf einen dieser Punkte zurück, nicht auf das Ziehen selbst.
Warum ein tiefgezogenes Gehäuse einen Leckagepfad weniger hat als ein geschweißtes
Eine geschweißte Baugruppe hat drei mögliche Leckagepfade, die ein tiefgezogenes Teil nicht besitzt. Die Schweißnaht selbst kann porös, unterschritten oder unvollständig verschmolzen sein, und eine Naht, die einen Kaltdrucktest besteht, kann nach thermischer Wechselbelastung trotzdem schwitzen. Die wärmebeeinflusste Zone neben der Naht hat ein anderes Gefüge als das Grundmaterial und ist der Ort, an dem Ermüdungsrisse entstehen. Und das Zusatzmaterial bringt einen dritten Werkstoff in die Verbindung, was dann wichtig ist, wenn das Gehäuse ein Fluid führt, das das Zusatzmaterial angreift, aber nicht das Grundmaterial. Das Tiefziehen eliminiert alle drei, indem es die Hülle in einem Stück fertigt: Das Material fließt, statt gefügt zu werden, und der Faserverlauf folgt der Kontur des Teils, statt durch eine Schmelzlinie unterbrochen zu werden. Das ist der wichtigste konstruktive Grund, warum Magnetventil- und Sensorgehäuse tiefgezogen und nicht geschweißt werden, und es gehört in die Zeichnungshinweise, wenn ein Lieferant für ein tiefes Teil eine geschweißte Alternative vorschlägt.
Was die Wand aushalten muss
- Wandverdünnung an den Radien. Material wird dort dünner, wo es am stärksten gedehnt wird, vor allem an der Stempelnase und am Matrizenradius. Eine ungleichmäßig verdünnte Wand ist nicht automatisch undicht, aber genau dort entsteht eine Undichtigkeit, sobald Druck oder thermische Wechselbelastung hinzukommt.
- Ziehverhältnis pro Stufe. Zu viel Umformung in einer Stufe verdünnt die Wand und kann sie reißen lassen. Dieselbe Umformung auf zwei oder drei Stufen aufzuteilen und dazwischen zu glühen, hält die Wand gleichmäßiger als ein einzelner aggressiver Ziehschritt.
- Bruchdehnung und Werkstoffzustand. Tiefziehband wie DC04 hat die Dehnung und den r-Wert, die der Prozess benötigt. Ein härterer Zustand derselben Güte kann sich umformen lassen, ohne zu reißen, und hinterlässt trotzdem eine dünnere, ungleichmäßigere Wand.
- Korngröße und Einschlüsse. Ein grobes Korn oder eine Zeile von Einschlüssen gibt der Wand eine Linie, entlang derer sie aufreißen kann. Das ist eine Walzwerkeigenschaft, und deshalb ist das Materialzeugnis bei einem drucktragenden Teil wichtig.
- Vorformfehler. Ein Gussteil mit Porosität oder ein Schmiedeteil mit Überlappung trägt diesen Fehler in die fertige Wand, wo ihn die Zerspanung nicht mehr entfernt.
- Glühen. Wenn die Fertigungsfolge ein Zwischenglühen erfordert, bleibt die Wand durch Auslassen oder schlechte Ausführung hart, und die nächste Stufe reißt, statt zu fließen.
Die Dichtfläche ist eine separate Anforderung
Ein Gehäuse kann eine einwandfreie Wand haben und trotzdem an der Verbindungsstelle lecken. Die Fläche, gegen die O-Ring, Dichtung oder Gegenstück dichten, braucht eigene Aufmerksamkeit: Ebenheit bei einer flächigen Dichtung, Rundheit und eine Durchmessertoleranz bei einer radialen Dichtung sowie eine Oberfläche, in die das Dichtungsmaterial greifen kann, ohne zu reißen. Kratzer, eine eingerollte Kante, ein Grat vom Besäumen oder eine so glatt polierte Oberfläche, dass das Elastomer rutscht, erzeugen alle Undichtigkeiten an einer Dichtung, die bei einwandfreier Wand dicht gewesen wäre. Wird ein tiefgezogenes Gehäuse anschließend zerspant, ist die Dichtfläche üblicherweise eines der Merkmale, das bearbeitet statt wie geformt belassen wird, und sie sollte auf der Zeichnung ausdrücklich angegeben werden, statt dem allgemeinen Toleranzblock zu unterliegen.
Kernpunkt
Wenn ein tiefgezogenes Gehäuse undicht wird, liegt die Ursache fast immer vor der eigentlichen Undichtigkeit. Stellen Sie drei Fragen in dieser Reihenfolge: War die Wanddicke nach dem Umformen gleichmäßig, hatte das Material die richtige Güte und den richtigen Zustand für die Umformung, und wurde die Dichtfläche als kontrolliertes Merkmal gefertigt? Ein Lieferant, der nur die dritte Frage beantwortet, hat sich das Teil nicht angesehen.
Dichtheit in der Zeichnung spezifizieren
- Anforderung angeben, nicht die Prüfung. Eine Leckagerate bei definiertem Druck und Medium ist eine Anforderung. Ein Hinweis, dass das Teil nur auf Dichtheit geprüft wird, ist keine, weil er nicht sagt, was als bestanden gilt.
- Die relevante Wandstärke angeben. Wenn die Wand Druck aufnimmt, braucht sie ein eigenes Mindestmaß, nicht ein Nennmaß, das im allgemeinen Toleranzblock versteckt ist.
- Dichtflächen benennen. Die dichtenden Flächen kennzeichnen und ihre Ebenheits-, Oberflächen- und Durchmessertoleranzen getrennt vom restlichen Teil angeben.
- Angeben, ob das Teil nach dem Ziehen spanend bearbeitet wird. Eine Dichtfläche, die nach dem Umformen gedreht wird, verhält sich anders als eine, die wie gezogen bleibt; die Zeichnung sollte die Wahl nicht offenlassen.
Was wir zusichern und was nicht
Balford tiefzieht Gehäuse auf Pressen von 25 t bis 350 t bis zu einem maximalen Ziehdurchmesser von 250 mm und prüft nach Zeichnung mit Maß-, Form- und Oberflächenaufzeichnungen, die je Los erfasst werden. Wir veröffentlichen keine Ausschussquote und keine pauschale Leckagerate-Garantie, denn ob ein Gehäuse dicht ist, ergibt sich aus dem Zusammenspiel von Konstruktion, Werkstoff und Prozessroute und wird durch die vom Kunden festgelegte Prüfung nachgewiesen, nicht durch eine allgemeine Zusage. Wo eine Druck- oder Dichtheitsprüfung gefordert ist, steht sie auf der Zeichnung und wird im Angebot vereinbart. Das Qualitätsmanagement arbeitet nach ISO 9001:2015 mit IATF-16949-konformen Prozesskontrollen für die Automobilprogramme, die wir bedienen. Wird ein Teil vor der spanenden Bearbeitung gegossen, geschmiedet, kaltgestaucht, kaltfließgepresst oder pulvermetallurgisch hergestellt, wird dieser Vorformling von einem qualifizierten Unterlieferanten geliefert und die Fertigungsroute im Angebot genannt.
Balford hat seit 2000 mehr als 4.000 Einzelhub-Ziehwerkzeuge gebaut, betreibt ein 12.000 m² großes Werk in Zhuji, Zhejiang, mit über 500 Maschinen und mehr als 120 Mitarbeitern in Konstruktion und Produktion und fertigt rund 50 Millionen Teile pro Jahr. Gehäuse werden nach Zeichnung kalkuliert, in der Regel innerhalb von 24 Stunden, und das DFM-Review kommt zusammen mit dem Preis zurück – einschließlich, soweit zutreffend, der Hinweise zu Wandstärke und Ziehverhältnis, die darüber entscheiden, ob das Teil in der Produktion dicht hält.
Häufig gestellte Fragen
Ist ein tiefgezogenes Gehäuse immer dichter als ein geschweißtes?
Nein, nicht automatisch – aber es hat einen Ausfallmodus weniger. Ein gezogenes Gehäuse hat keine Schweißnaht, keine Wärmeeinflusszone und keinen Schweißzusatz, durch den Leckage entstehen kann; es bleiben also die Wand und die Dichtfläche als offene Punkte. Eine geschweißte Baugruppe kann perfekt dicht sein, wenn Schweißung, Werkstoff und Fügekonstruktion stimmen. Tiefgezogene Gehäuse sind für Magnetventil- und Sensorgehäuse üblich, weil das Ziehen die Schweißnaht von der Liste möglicher Fehlerquellen streicht, was bei einem Teil mit Druck- oder Temperaturwechselbelastung am wichtigsten ist.
Welche Wandstärke kann ein tiefgezogenes Gehäuse einhalten?
Das hängt von Werkstoff, Ausgangsdicke, Ziehverhältnis und Anzahl der Ziehstufen ab, daher gibt es keinen einzelnen Wert. Entscheidend ist die Gleichmäßigkeit, nicht ein Nennmaß: Eine Wand, die mit 1,5 mm beginnt und am Stempelkopf auf 0,9 mm abnimmt, ist ein anderes Teil als eine, die durchgehend 1,4 mm hält, selbst wenn beide aus demselben Zuschnitt gezogen werden. Geben Sie die Mindestwand, die den Druck oder das Gewinde trägt, als eigene Toleranz in der Zeichnung an; dann kann die Fertigungsroute darum herum ausgelegt werden.
Wie verhindere ich Risse am Bodenradius eines gezogenen Gehäuses?
Rissbildung am Stempelkopf ist fast immer ein zu aggressives Ziehverhältnis für Werkstoff und Dicke oder zu enge Stempel- und Matrizenradien für die geforderte Umformung. Abhilfe: die Umformung auf mehrere Ziehstufen aufteilen, die Radien öffnen oder zwischen den Stufen glühen, wenn der Werkstoff sich stark genug kaltverfestigt. Wenn das Werkzeug bereits gebaut ist, kann die Zeichnung meist geändert werden, um einen größeren Bodenradius zuzulassen, was günstiger ist als ein Werkzeug-Neubau.
Beeinflusst die Vorform die Dichtheit?
Ja, und genau das wird leicht übersehen. Wird ein Gehäuse aus einem Gussteil spanend bearbeitet, wird Porosität im Gussteil zu einem möglichen Leckagepfad durch die fertige Wand, und keine noch so aufwändige nachgelagerte Bearbeitung entfernt sie zuverlässig. Ein Schmiedeteil kann ebenso eine Überlappung oder Falte aufweisen. Das ist ein Grund, warum für ein druckbeaufschlagtes Gehäuse oft eine gezogene oder kaltumgeformte Vorform bevorzugt wird: Der Werkstoff ist umgeformt und verdichtet statt gegossen, sodass keine eingeschlossene Porosität aufbrechen kann.