А prototype metal stamping process is a specialized manufacturing method for creating small-batch (1–50 единиц) metal prototypes by shaping metal sheets (0.5mm–3mm thick) through dies and presses. Unlike mass production stamping (which uses expensive, high-volume dies), it prioritizes flexibility, экономическая эффективность, and rapid validation of design feasibility—making it critical for industries like electronics, Автомобиль, и машиностроение. This article breaks down its step-by-step workflow, material/tool choices, Контроль качества, and key precautions to help teams avoid common pitfalls.
1. Каковы основные цели процесса штамповки металла прототипа??
Перед началом, проясните свои цели — они определяют каждое решение, от выбора материала до проектирования штампа..
| Цель | Описание | Пример реального мира |
| Проверка дизайна | Убедитесь, что структура прототипа (отверстия, изгиб, формы) соответствует 2D/3D-чертежам и функциональным потребностям. | Проверка корпуса электронного устройства из нержавеющей стали (с печатью 4 монтажные отверстия) подходит к внутренним платам без помех. |
| Проверка возможности массового производства | Определите потенциальные проблемы (НАПРИМЕР., разрыв материала, отклонение размеров) которые могут возникнуть при крупномасштабной штамповке. | Имитация изгиба автомобильного кронштейна из алюминиевого сплава во время штамповки — гарантия того, что этот процесс не приведет к появлению трещин при массовом производстве. |
| Тестирование совместимости сборок | Confirm the prototype fits with other components (пластмассы, Электроника, винты) in the final product. | Checking if a stamped copper connector (with M3 threads) securely fastens to a plastic sensor housing. |
| Расходы & Cycle Time Estimation | Gather data (затраты на штамп, processing time) to forecast mass production budgets and timelines. | Using a prototype die’s \(500 cost and 2-hour stamping time to estimate that mass production dies will cost \)10,000 and produce 100 части в час. |
2. Каков пошаговый процесс штамповки металла прототипа??
Процесс протекает линейно, repeatable sequence—each stage builds on the previous one to ensure precision and consistency.
2.1 Шаг 1: Предварительная подготовка (Заложить фундамент)
На этом этапе определяются требования и создается проектная документация, чтобы избежать доработок в дальнейшем..
| Задача | Ключевые детали |
| Анализ требований | – Уточните цель прототипа: Визуальная проверка, структурные испытания, или соответствие сборки.- Определить характеристики материала: Толщина (0.5мм–3 мм), твердость (НАПРИМЕР., 6061 алюминиевый сплав: 95–110 хб.), пластичность (удлинение ≥10% при изгибе), и потребности в устойчивости к коррозии.- Подтвердите количество: 1–50 единиц (стандарт для штамповки прототипов). |
| Дизайн & Создание чертежей | – Предоставьте 2D-чертежи CAD или 3D-модели STP/IGES с: – Критические размеры (НАПРИМЕР., Диаметр отверстия: 5мм ±0,1 мм) и допуски (±0,1 мм для большинства деталей прототипа.). – Параметры гибки: Радиус изгиба (≥1x толщина материала, чтобы избежать растрескивания) и угол (90° ±1°). – Особые примечания: Поверхностная обработка (покрытие, распыление), контроль заусенцев (≤0,05 мм), или эмульсионная защита (для предотвращения ржавчины во время обработки). |
2.2 Шаг 2: Дизайн штампа & Производство (Выберите правильный инструмент)
Штампы прототипов отдают предпочтение стоимости и скорости, а не долговечности при больших объемах производства.. Выберите тип штампа в зависимости от сложности детали и размера партии..
| Тип штампа | Лучше всего для | Диапазон затрат | Время выполнения | Ключевые преимущества |
| Простые мягкие штампы (Цинк сплав, смола) | Основные части (плоские заготовки, простые изгибы: НАПРИМЕР., прямоугольный алюминиевый кронштейн с 1 сгибать). | \(300- )1,000 | 2–5 дней | Бюджетный, Быстрое производство; идеально подходит для 1–10 единиц. |
| Многопроцессные мягкие штампы (Комбинированная вырубка + изгиб) | Детали с 2–3 процессами (НАПРИМЕР., зажим из нержавеющей стали с 2 изгибы и 1 дыра). | \(800- )2,000 | 5–7 дней | Справляется со средней сложностью без дорогостоящего жесткого инструмента.. |
| Полутвердые штампы (Низкоуглеродистая сталь) | Сложные части (deep stretches, multiple holes: НАПРИМЕР., a copper heat sink with 10 плавники). | \(2,000- )5,000 | 7–10 дней | More durable than soft dies; suitable for 30–50 units. |
Критические этапы отладки кристалла
- Gap Adjustment: Set die clearance to 5%–10% of material thickness (НАПРИМЕР., 0.05mm–0.1mm for 1mm thick aluminum) to ensure clean cuts and prevent burrs.
- Force & Stroke Testing: Use a press to test punching force (НАПРИМЕР., 5–10 tons for 1mm stainless steel) and stroke length—avoid overloading, which causes material tearing or die damage.
- Sample Trial: Stamp 1–2 test parts to check for dimensional accuracy; adjust die position or clearance if deviations exceed ±0.1mm.
2.3 Шаг 3: Штамповочная обработка (Формируйте металл)
Follow these sub-steps to transform metal sheets into prototypes, with strict quality checks at each stage.
- Материальная резка
- Cut metal sheets (НАПРИМЕР., 6061 алюминий, 304 нержавеющая сталь) to size using laser cutting or shearing—reserve 1mm–2mm processing allowance for subsequent steps.
- Пример: For a 50mm×30mm prototype, cut the sheet to 52mm×32mm.
- Core Stamping Operations
Choose operations based on part design—most prototypes use 1–3 of these:
| Операция | Цель | Ключевые параметры | Пример |
| Вырваний | Cut the sheet into the basic part shape. | Die clearance: 5%–10% of material thickness; Press speed: 10–20 strokes/min. | Cutting a stainless steel sheet into a 50mm×30mm rectangular blank. |
| Изгиб | Shape the blank into angles using a press brake or bending die. | Радиус изгиба: ≥1x material thickness; Angle tolerance: ±1°; Press pressure: 3–8 tons for 1mm aluminum. | Bending a rectangular aluminum blank into a 90° bracket. |
| Растяжение | Form deep cavities or curved surfaces (НАПРИМЕР., чаши, чашки). | Stretch ratio: ≤2.5 (Чтобы избежать трещин); Press speed: 5–15 strokes/min; Use lubricant (emulsion) Чтобы уменьшить трение. | Stretching a copper sheet into a 10mm deep circular cup. |
| Turning/Tapping | Add threads to holes (НАПРИМЕР., M1.6–M6) Для сборки. | Thread depth: 1.5x thread diameter (НАПРИМЕР., 3mm for M2 threads); Tap speed: 50–100 RPM. | Tapping an M3 thread into a hole in a brass connector. |
- In-Process Quality Control
- Check for defects: Burrs (≤0,05 мм), царапины (no visible marks under 10x magnification), and deformation (flatness ≤0.1mm per 100mm).
- Use tools: Суппорты (for dimensions), plug gauges (для отверстий), and projectors (для сложных форм) to ensure tolerances within ±0.1mm.
2.4 Шаг 4: После лечения (Улучшение функции & Эстетика)
Post-treatment improves durability, появление, and compatibility with other components.
| Процесс | Цель | Пример приложения |
| Выслушивание & Уборка | Remove sharp edges and contaminants. | – Polishing burrs with a wire brush or electrolytic deburring (for hard-to-reach holes).- Ultrasonic cleaning (40–60 ° C., 10–15 минут) to remove oil and metal dust. |
| Поверхностная обработка | Improve corrosion resistance and appearance. | – Покрытие: Никель (for rust prevention), хром (for mirror finish), цинк (for low-cost corrosion protection).- Распыление: Порошковое покрытие (для цвета: НАПРИМЕР., black matte) или анодирование (Для алюминиевых частей: НАПРИМЕР., серебро).- Silk Screen: Printing logos (НАПРИМЕР., “Yigu Tech”) или номера деталей (НАПРИМЕР., “SN-2024-001”). |
| Термическая обработка (Необязательный) | Strengthen parts for high-stress applications. | – Гашение + tempering for carbon steel parts (НАПРИМЕР., a mechanical gear) to increase hardness (HRC 30–40).- Annealing for aluminum parts to reduce brittleness after bending. |
2.5 Шаг 5: Сборка & Тестирование (Проверка функциональности)
Turn stamped parts into usable prototypes and verify performance.
- Компонент сборка
- Fasten stamped parts with other components using:
- Винты (M1.6–M6, matching tapped holes).
- SNAP FITS (for plastic-metal combinations: НАПРИМЕР., a stamped aluminum clip snapping into a plastic housing).
- Сварка (laser welding for thin stainless steel; argon arc welding for thick aluminum).
- Функциональное тестирование
- Имитировать реальное использование:
- Структурная сила: Apply load (НАПРИМЕР., 5kg for a drone bracket) and check for deformation (≤0,2 мм).
- Pressure resistance: Test sealed parts (НАПРИМЕР., a metal sensor housing) for leaks under 50kPa pressure.
- Экологическое моделирование: Expose prototypes to -20°C~60°C temperature cycles or 95% humidity to check stability.
2.6 Шаг 6: Доставка & Итерация (Уточнить на основе отзывов)
- Quality Documentation: Provide test reports with:
- Dimensional records (НАПРИМЕР., Диаметр отверстия: 5мм ±0,05 мм).
- Surface quality photos (отсутствие царапин и дефектов покрытия).
- Результаты функциональных испытаний (НАПРИМЕР., "Прошедший 1000 циклы вибрации без повреждений»).
- 3D сканирование: Для сложных частей, генерировать файлы STL с помощью 3D-сканирования, чтобы клиенты могли сравнивать прототипы с оригинальными 3D-моделями..
- Оптимизация: Отрегулируйте штампы или процессы на основе обратной связи, например., измените радиус изгиба с 1 мм до 1,5 мм, чтобы уменьшить растрескивание., или увеличьте зазор матрицы для устранения заусенцев.
3. Каковы основные меры предосторожности, чтобы избежать сбоев?
Штамповка металла прототипа подвержена таким проблемам, как растрескивание материала., отклонение размеров，и высокие затраты. Ниже приведены важные меры безопасности.
3.1 Выбор материала
- Избегайте крайностей:
- Слишком мягкие материалы (НАПРИМЕР., чистый алюминий, 1100 ряд): Cause excessive deformation during stamping, leading to out-of-tolerance parts.
- Too hard materials (НАПРИМЕР., Высокоуглеродистая сталь, 45#): Wear dies quickly (reducing die life by 50%) and require higher press force (increasing energy costs).
- Prioritize Corrosion Resistance: For outdoor or wet environments (НАПРИМЕР., marine sensors), выбирать 304 stainless steel or galvanized sheets—they avoid rust during testing and storage.
3.2 Контроль затрат
- Simplify Design: Reduce the number of stamping steps (НАПРИМЕР., merge 2 bends into 1 если возможно) or eliminate non-critical features (НАПРИМЕР., decorative grooves) to lower die complexity and cost.
- Use Soft Dies for Small Batches: For 1–10 units, soft dies (zinc alloy/resin) расходы 70% less than semi-hard dies—only upgrade if you need 30+ единицы.
- Reuse Dies: Design dies to be adjustable (НАПРИМЕР., interchangeable punch heads) so they can be modified for similar prototype parts—saves \(500- )1,500 per new project.
3.3 Управление временной шкалой
- Plan Ahead: The full process takes 5–15 days (die production: 2–10 дней; штамповка + после лечения: 3–5 дней). Add 2–3 buffer days for iterations (НАПРИМЕР., die adjustments, re-testing).
- Communicate Clear Deadlines: Share design finalization dates with your die supplier—delays in drawing approval can extend lead time by 3–5 days.
4. Каковы типичные сценарии применения?
Прототип процесса штамповки металла решает уникальные проблемы в отраслях, где металлические детали нуждаются в быстрой проверке..
| Промышленность | Пример приложения | Ключевые преимущества |
| Электроника | Штамповка корпусов из алюминиевого сплава для беспроводных маршрутизаторов (с 4 монтажные отверстия и 2 изгиб). | Проверяет, подходит ли корпус к печатным платам и рассеивает ли тепло.; позволяет избежать дорогостоящей доработки пресс-формы для массового производства. |
| Автомобиль | Изготовление кронштейнов из нержавеющей стали для замков автомобильных дверей. (с 1 изгиб и резьба М4). | Проверяется совместимость сборки с пластиковыми компонентами замка и проверяется прочность конструкции в условиях вибрации.. |
| Машиностроение | Штамповка шестерен из углеродистой стали (simple tooth profiles) for a conveyor system. | Checks if gears mesh smoothly with other components and estimates wear resistance for mass production. |
| Медицинские устройства | Producing titanium alloy clips (маленький, тонкостенный: 0.5мм толщиной) Для хирургических инструментов. | Ensures biocompatibility (via post-treatment) и точные измерения (± 0,05 мм) for safe use in surgeries. |
Перспектива Yigu Technology
В Yigu Technology, we see the prototype metal stamping process as a “risk reducer” for product teams. Too many clients skip prototypes and jump to mass production—only to discover their aluminum shell bends under load or their stainless steel bracket has misaligned holes, стоимость \(10k– )50k in mold reworks. Наш подход: We help clients select the right die type (soft dies for small batches, semi-hard for complex parts) and optimize stamping parameters (НАПРИМЕР., изгибающий радиус, die clearance) to cut iteration time by 30%. Например, we helped an electronics client fix a burr issue in their router shell prototype by adjusting die clearance from 0.08mm to 0.1mm—saving 5 Дни переработки. Investing in prototype stamping isn’t an extra cost; it’s a way to get mass production right the first time.
Часто задаваемые вопросы
- Can prototype metal stamping handle parts thicker than 3mm?
Это не рекомендуется. Parts thicker than 3mm require higher press force (20+ тонны) and harder dies (increasing cost by 200%+), which undermines the prototype’s cost-efficiency. Для толстых частей, use CNC machining instead.
- How accurate are prototype metal stamping parts?
Standard accuracy is ±0.1mm for most dimensions (отверстия, изгиб, lengths). For critical features (НАПРИМЕР., M1.6 threads), accuracy can be improved to ±0.05mm with semi-hard dies and strict die debugging.
- Is prototype metal stamping cheaper than 3D printing for metal parts?
Для 1–5 единиц, Металлическая 3D -печать (НАПРИМЕР., СЛМ) дешевле (\(100- )300 за часть). For 10–50 units, prototype stamping becomes more cost-effective—soft dies (\(300- )1,000) плюс \(5- )20 per part beats 3D printing’s $100+ за часть.