如何制造原型产品

• 1
  要点速览
• 2
  原型在开模前必须验证什么
• 3
  首刀之前的设计评审
• 4
  为原型选择合适的工艺
• 5
  功能原型的材料选择
• 6
  确定公差与表面处理
• 7
  分步说明：如何制造原型产品
• 8
  哪种原型工艺适合你的零件

原型只有一个任务：回答图纸回答不了的问题。零件装得上吗？机构循环会不会卡滞？壳体摔落后还能用吗？如果你说不出要回答的问题，这个零件做起来就会又贵又慢。

多数学习如何制造原型产品的工程师从几何形状入手，然后就停在那里。这是个错误。首次试制还应验证你打算在量产中使用的工艺。如果最终零件是压铸件，机加工原型只能告诉你装配和功能，对拔模斜度或浇口痕迹一无所知。

尽早确定原型要回答哪些问题。外形与装配检查需要一套零件。负载下的功能测试需要不同材料，公差也更紧。外观样件需要客户最终看到的表面处理和颜色。这是三种不同的试制，把它们混在一个零件上，通常意味着三者都要打折扣。

在询价之前把问题写下来。这能缩短沟通，也能避免加工方对哪些特征关键做出臆测。

• 1
  装配检查一到两件，中等公差，选最便宜且能保持形状的材料。
• 2
  功能测试真实材料，工作特征用紧公差，全尺寸检测。
• 3
  外观样件最终表面处理和颜色，尺寸次要。

发送 STEP 或 IGES 文件，不要只发 PDF。3D 模型能发现图纸掩盖的问题：壁厚、刀具可达性，以及某个特征是否根本加工不到。原生 CAD 文件有帮助，但一个干净的 STEP AP214 文件就足够报价和编程。

在报价定稿前要求做 DFM 评审。每周都加工原型的工厂能发现薄壁、深腔和无法在一次装夹中加工的螺纹。在报价阶段发现这些问题不花钱。等第一个零件报废后才发现，要损失一周。

在图纸上定义基准方案。如果模型没有基准参考，两个编程员会用两种不同方式装夹零件，检测报告就对不上图纸。原型上，基准通常是主配合面加两个定位孔。

标出必须紧的特征和可以松的特征。每个尺寸都标 ±0.05 mm 的通用公差只会推高成本，没有收益。把紧公差留给控制功能的内孔、止口和配合面。

• 1
  发送 3D 几何STEP 或 IGES，外加带基准和公差的 PDF 图纸。
• 2
  索取 DFM 反馈钜亮五金（GreatLight）随报价提供免费分析。
• 3
  标注关键尺寸对关键特征使用单独的公差栏。

CNC 加工是金属原型的默认选择。它在支撑良好的特征上能保持 ±0.005 mm，几乎适用于所有工程合金，且无需模具。对于带型腔、凸台和内孔的零件，五轴加工能减少装夹次数，保持基准一致。

车削适合回转类零件：轴、衬套、连接器和阀体。车铣复合中心能加工以回转为主但带交叉孔或平面的零件，一次装夹完成全部工序。当内孔与外圆之间的同轴度是关键标注时，这一点很重要。

3D 打印和真空复模承担不同的角色。打印做形状和装配验证很快，但材料性能与最终量产塑料不同。真空复模用聚氨酯做出零件，表面更适合外观评审。两者都不应用于验证承载金属件。

钣金加工覆盖将在量产中冲压和折弯的支架、面板和壳体。如果最终零件是折弯钢板，就用折弯钢板做原型。否则你以后要重新测试整个组件。

• 1
  五轴铣削复杂几何、紧公差、一次装夹保证基准。
• 2
  车铣复合带交叉特征的回转零件，同轴度好。
• 3
  3D 打印仅用于快速形状和装配验证，不用于承载或最终材料。
• 4
  真空复模用模拟量产塑料的聚氨酯做外观评审。

按零件的功能选材料，不要只看价格。6061-T6 铝是原型壳体和支架的主力材料。它切削快、阳极氧化效果好，强度足以满足大多数结构验证。需要更高强度、且能接受较低耐蚀性时，选 7075。

304 和 316L 不锈钢覆盖大多数耐蚀零件。17-4PH 是沉淀硬化不锈钢，原型批量下切削性能好，热处理后可达高强度。耐磨表面常用 440C。

Ti-6Al-4V（TC4）钛合金在航空航天和医疗领域常见。它轻且强度高，但切削慢，刀具成本实打实。只有当重量或生物相容性驱动设计时才用它，不要当作通用升级。Inconel 用于高温零件，成本更高。

工程塑料同样重要。POM 和 PEEK 切削性能好，能保证公差。ABS 和 PC 常用于壳体。如果量产件是碳纤维，机加工或打印的原型刚度对不上，需单独安排测试。

• 1
  6061-T6 铝通用原型壳体、支架、散热器。
• 2
  304 / 316L 不锈钢耐腐蚀，食品和医疗接触。
• 3
  17-4PH高强度不锈钢，可热处理。
• 4
  Ti-6Al-4V轻量化结构件，切削较慢。

公差对成本的影响比材料更大。±0.005 mm 的零件需要仔细装夹、控制温度，通常还要精加工一刀。±0.1 mm 的零件可用较大步距一刀切完。只在功能需要处标注紧公差。

表面处理同理。内部支架用 Ra 1.6–3.2 μm 的机加工面即可。Ra 0.8–1.6 μm 适合外露表面和滑动配合。Ra 0.2–0.8 μm 用于密封面和光学安装面，会增加抛光工序和检测时间。

阳极氧化、电镀和粉末喷涂都会改变零件尺寸。硬质阳极氧化每面可增加 25 到 50 μm，会把内孔或螺纹做小。在图纸上标明表面处理，并注明哪些尺寸是处理前或处理后。

如果螺纹必须在涂层后使用，做遮蔽或按加大尺寸加工。这是常见的原型失效：阳极氧化前装得上，氧化后卡死。

• 1
  机加工面 Ra 1.6–3.2 μm内部零件，无外观要求。
• 2
  Ra 0.8–1.6 μm外露表面，滑动配合。
• 3
  Ra 0.2–0.8 μm密封面、光学安装面，增加抛光时间。