选择工艺
如何为真实零件选择制造工艺：材料、形状、尺寸、精度以及您需要的数量。
工程师通过权衡六件事来选择制造工艺：材料、数量、形状、尺寸、所需精度和成本。没有哪种工艺在六项上全都占优，所以每个选择都是一种取舍。本页帮助您缩小范围，然后指引您去阅读相应的课程。
六个问题
- 材料。 每种工艺只适用于某些材料，因为它必须以自己的方式熔化、流动、弯曲或切削它们。
- 数量。 需要多少个零件，决定了昂贵的模具能否回本。
- 形状。 薄壁、中空内部、深凹腔和细孔，对有些工艺很容易，对另一些则不可能。
- 尺寸。 每台机器和每副模具都有限制，所以一粒米大小的零件和一扇车门大小的零件，需要不同的工艺。
- 精度。 严格的公差（尺寸允许的误差）和光滑的表面，往往需要在第一步成形之后进行机械加工或磨削。
- 成本。 目标是在您的数量下总成本最低：模具（为您的零件制作的铸型、冲模和夹具）、机时、材料和精整。
决策指南
数量和材料最能快速缩小范围，所以本指南从它们开始。
快速选择
大多数日常物品都要经过一连串工艺，这里按顺序列出。
| 我想做…… | 通常的制造方法 | 课程 |
|---|---|---|
| 塑料饮料瓶 | 先注塑出一个小试管形状（瓶坯），再重新加热并吹成瓶子 | 2.1, 2.3 |
| 手机壳 | 注塑塑料；带硬壳和软边的壳体采用包覆成型 | 2.1, 2.2 |
| 花园水管 | 软 PVC 或橡胶被推过环形模具，常常分层包裹在编织网外 | 3.3 |
| 汽车车身面板 | 由钢板或铝板冲压而成，点焊到车身上，然后喷漆 | 4.2, 7.2, 11.1 |
| 易拉罐 | 一片铝板圆片被拉深成杯，壁被变薄拉高，然后印刷 | 6.1, 4.2 |
| 厨房水槽 | 由一整张不锈钢板深拉深而成，再修边并拉丝或抛光 | 4.2, 5.9 |
| 铝窗框 | 铝型材经挤压、切割、在拐角处连接，然后阳极氧化或粉末涂装 | 3.3, 11.6, 11.2 |
| 自行车车架（铝或钢） | 拉拔或挤压的管子，常用液压成形，再用 TIG 焊接；铝车架之后还要热处理 | 3.3, 4.5, 7.1, 12.1 |
| 螺钉 | 钢丝经冷镦形成钉头，然后滚压出螺纹；常常再淬硬并镀锌 | 3.5, 3.6, 12.1, 11.5 |
| 曲轴 | 锻钢（有时是铸铁），然后车削、磨削并表面硬化 | 3.1, 5.1, 5.7, 12.2 |
| 齿轮 | 用滚齿切出轮齿，然后表面硬化并磨削；小齿轮也可烧结或注塑 | 5.5, 12.2, 5.7, 9.1, 2.1 |
| 发动机缸体 | 铁或铝在砂型中铸造，或铝压铸，然后加工和珩磨 | 1.1, 1.4, 5.2, 5.8 |
| 喷气发动机涡轮叶片 | 用镍基高温合金熔模铸造成单晶，冷却孔用电火花或激光钻出，然后涂覆涂层 | 1.2, 1.8, 6.6, 11.10 |
| 钛合金髋关节植入物 | 锻造并加工的钛合金；多孔表面常通过 3D 打印或等离子喷涂制成 | 3.1, 5.2, 8.4, 11.10 |
| 碳纤维自行车轮 | 碳纤维预浸料（浸有树脂的纤维布）在轮圈模具中铺层，然后在热和压力下固化 | 10.1 |
| 印刷电路板（PCB） | 玻璃纤维板上的铜箔用光制作图形并蚀刻；钻孔并镀孔；然后焊上元件 | 13.2, 6.8, 5.3, 11.5, 7.3 |
| 硅芯片 | 生长硅晶体并切成晶圆，然后通过数百道图形化、沉积和蚀刻步骤逐层构建 | 13.1, 13.2, 13.4, 11.9 |
成本与数量
每种工艺都有两种成本。模具成本一次性支付，在第一个合格零件之前：专为您的零件制作的铸型、冲模或夹具。运行成本则每个零件都要再付一次：材料、机时、能源和人工。
单件成本 = 模具成本 ÷ 零件数量 + 单件运行成本
分摊模具的零件越多，每个零件承担的就越少：10 个零件，每个承担十分之一；10 万个零件，几乎不承担。所以注塑这类模具昂贵的工艺，零件少时非常贵，零件多时非常便宜。机械加工或 3D 打印这类模具很少的工艺，无论数量多少，单件成本大致相同。
经验法则
- 先数一数。 零件只有几个时，选择不需要定制模具的工艺，如机械加工或 3D 打印；数万个时，就值得投资模具。
- 先接近，再精整。 把零件铸造、锻造或成型到接近最终形状（近净成形），然后只加工必须精确的表面。
- 只在重要的地方要求精度。 每收紧一级公差，都会增加加工、检验和成本，所以把它留给需要配合、密封或滑动的表面。
- 保持壁厚均匀。 在成型和铸造中，厚的地方最后冷却，可能产生缩痕、翘曲或困住孔洞；加强筋可以增加刚度而不需要厚壁。
- 加拔模斜度，避免倒扣。 轻微的锥度且没有钩状特征，让零件可以直接从模具中出来，模具因此保持简单便宜。
- 需要在反复载荷下保持强度？考虑锻造。 锻造使金属的纤维流线顺着零件的形状，所以比铸件更抗疲劳。
- 空心和长条形状有自己的工艺。 瓶子和储罐：吹塑或滚塑（2.3、2.5）。长而截面恒定的型材：挤压（3.3）或拉挤（10.3）。
- 规划整条工艺链。 大多数零件要经过成形、再机械加工、热处理和精整，每一步都会增加成本和时间。