Ziehverhältnis und Konstruktionsrichtlinien beim Tiefziehen

Das Ziehverhältnis ist die eine Zahl, die darüber entscheidet, ob ein Bauteil in zwei Ziehstufen fertig wird oder in fünf — und damit über Werkzeugkosten, Zykluszeit und Ausschussrisiko. Wer es in der Konstruktion beherrscht, entwirft Teile, die sich fertigen lassen. Wer es ignoriert, erfährt es beim ersten Muster. Dieser Leitfaden erklärt die Berechnung, die Grenzwerte je Werkstoff und die Konstruktionsrichtlinien, die daraus folgen.

Was das Ziehverhältnis ist

Das Ziehverhältnis beschreibt, um wie viel der Durchmesser in einer Ziehstufe verringert wird:

Ein β von 2,0 bedeutet: Aus einer Ronde mit 100 mm Durchmesser entsteht in einer Stufe ein Napf mit 50 mm. Je größer β, desto stärker wird das Material gedehnt — und desto eher reißt der Boden. Deshalb gibt es je Werkstoff ein Grenzziehverhältnis, das nicht überschritten werden darf. Wird es doch überschritten, wird das Teil in mehreren Stufen gezogen.

Rechenbeispiel: eine Abdeckung aus Edelstahl

Nehmen wir ein realistisches Teil: eine nahtlose tiefgezogene Abdeckung mit 33 mm Außendurchmesser, 0,8 mm Wand und 45 mm Ziehtiefe aus Edelstahl 1.4301. Die Frage lautet: Wie viele Ziehstufen sind nötig — und mit welchem Werkzeug?

Schritt 1 — Zuschnittdurchmesser

Bei einem zylindrischen Napf ohne Flansch gilt näherungsweise D₀ = √(d² + 4·d·h). Mit dem mittleren Durchmesser d = 33 − 0,8 = 32,2 mm und h = 45 mm:

D₀ = √(32,2² + 4·32,2·45) = √(1036,8 + 5796) = √6832,8 ≈ 82,7 mm

Dazu kommt ein Zuschnittzuschlag von etwa 3–5 % für die spätere Randbeschneidung. Der tatsächliche Rondendurchmesser liegt also bei rund 85 mm.

Schritt 2 — Gesamtziehverhältnis

β_ges = 85 ÷ 32,2 ≈ 2,64. Dieser Wert liegt deutlich über dem Grenzziehverhältnis von Edelstahl in einer Stufe (etwa 1,8–1,9). Eine Ziehstufe ist damit ausgeschlossen — ein Versuch würde mit hoher Wahrscheinlichkeit zu Bodenriss führen.

Schritt 3 — Stufenfolge festlegen

Nun wird die Durchmesserkette rückwärts aufgebaut, von der Endgeometrie zur Ronde:

Schritt 4 — Konsequenz für das Werkzeug

Aus der Rechnung folgt: Das Teil braucht drei Ziehstufen und eine Randbeschneidung. Ein Einzelwerkzeug würde das Teil in vier Pressenhüben fertigen — unwirtschaftlich bei Serienbedarf. Die richtige Wahl ist ein Transfer- oder Folgeverbundwerkzeug, das alle vier Arbeitsgänge in einem Durchlauf ausführt. Genau dieses Ergebnis steht in unserem Angebot, und genau deshalb beginnt jedes Angebot mit einer Machbarkeitsprüfung.

Grenzziehverhältnisse je Werkstoff

Diese Richtwerte gelten für die erste Ziehstufe bei Wanddicken im üblichen Bereich. Sie sind Anhaltspunkte, keine Normwerte — das tatsächliche Grenzziehverhältnis hängt zusätzlich von Blechdicke, Ziehkantenradius, Schmierstoff und Niederhalterdruck ab.

Die Konstruktionsrichtlinien in der Reihenfolge ihrer Wirkung

Diese fünf Größen entscheiden am stärksten darüber, ob ein Bauteil ziehbar ist. Sie sind nach ihrem Einfluss geordnet — die oberen zuerst prüfen.

Wann eine Zwischenglühung nötig ist

Beim Ziehen verfestigt sich das Material. Jede Stufe hebt die Streckgrenze, bis die Umformbarkeit aufgebraucht ist — dann reißt das Teil. Eine Zwischenglühung setzt die Verfestigung zurück und gibt neue Ziehreserve.

• Baustahl (DC01/DC04) — kommt häufig ohne Zwischenglühung aus, solange die Stufenzahl moderat bleibt. Ab etwa der dritten Stufe wird sie zum Thema.
• Edelstahl (1.4301/1.4404) — verfestigt deutlich stärker. Hier wird die Zwischenglühung schon ab der zweiten Stufe eingeplant, besonders bei dünner Wand.
• Messing und Aluminium — verfestigen langsamer; Zwischenglühung seltener, aber bei großen Umformgraden möglich.
• Kosten — eine Zwischenglühung ist ein zusätzlicher Arbeitsgang mit Ofenzeit, meist extern. Sie erhöht den Stückpreis spürbar — und ist deshalb ein Argument dafür, die Stufenfolge von Anfang an richtig auszulegen.

Die fünf häufigsten Konstruktionsfehler

1. Konstante Wanddicke bemaßt. Die Wand eines gezogenen Teils wird oben dicker und am Boden dünner. Eine konstante Wandforderung ist technisch nicht erfüllbar.
2. Bodenradius zu klein. Ein scharfer Boden wird nicht gezogen, sondern gerissen. Der Radius muss mit der Blechdicke wachsen.
3. Höhe ohne Stufenangabe. Eine Ziehtiefe, die drei Stufen erfordert, sieht auf der Zeichnung aus wie jede andere — kostet aber ein Vielfaches.
4. Durchbrüche zu nah an der Biegekante. Löcher verziehen sich, wenn sie weniger als eine Blechdicke von der Umformzone entfernt liegen.
5. Kein Bezug für Form- und Lagetoleranzen. Ohne Bezug ist ein Rundlaufmaß nicht prüfbar — und damit auch nicht lieferbar.

Häufige Fragen

Kann ich das Ziehverhältnis selbst berechnen?

Für eine erste Abschätzung ja. Die Formel D₀ = √(d² + 4·d·h) liefert den Zuschnittdurchmesser für zylindrische Näpfe ohne Flansch, und die Tabelle oben gibt Ihnen die Grenzwerte je Werkstoff. Damit lässt sich die Zahl der Stufen überschlägig festlegen. Was diese Rechnung nicht liefert, ist die exakte Auslegung von Radien, Niederhalterdruck und Schmierstoff — dafür braucht es Prozesserfahrung und eine Machbarkeitsprüfung.

Was passiert, wenn ich das Grenzziehverhältnis überschreite?

Das Bauteil reißt — meist am Bodenradius, weil dort die größte Zugspannung auftritt. In seltenen Fällen reißt es nicht, sondern wird wellig oder bekommt eine ungleichmäßige Wandstärke, was im ersten Muster nicht auffällt, in der Serie aber zu Streuung führt. Beides lässt sich vermeiden, indem die Stufenfolge vor dem Werkzeugbau berechnet wird. Deshalb liefern wir zu jedem Angebot eine Machbarkeitsprüfung.

Wird ein tiefgezogenes Teil immer beschnitten?

In der Regel ja. Weil der Napfrand während des Ziehens nicht exakt gleichmäßig ausläuft, wird der Rand nach der letzten Ziehstufe auf Maß beschnitten — meist in derselben Werkzeugfolge. Der Zuschnittzuschlag im Zuschnittdurchmesser deckt genau diese Beschnittmenge ab. Bei Bauteilen ohne definierte Randhöhe kann darauf verzichtet werden.